【摘 要】
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混凝土结构的许多耐久性问题与水分有关,水为有害物质（如氯离子和硫酸盐离子等）的渗透提供了途径,所以研究水泥基材料的水分传输性能对混凝土建筑结构的耐久性具有重要的意义。粉煤灰通常作为矿物掺合料添加到水泥中,以提高水泥基材料的抗渗性,为了更好地了解粉煤灰在耐久性中的作用,需要对其在水泥基材料中的渗透性进行定量评估。因此本文应用X射线断层扫描技术（XCT技术）定量粉煤灰复合水泥基材料的水分传输性能。目前
【基金项目】
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国家自然科学基金重大仪器研制项目（51727813）； 国家自然科学基金面上项目（51478270）； 国家自然科学基金广东省联合基金项目（U1801254）；
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混凝土结构的许多耐久性问题与水分有关,水为有害物质（如氯离子和硫酸盐离子等）的渗透提供了途径,所以研究水泥基材料的水分传输性能对混凝土建筑结构的耐久性具有重要的意义。粉煤灰通常作为矿物掺合料添加到水泥中,以提高水泥基材料的抗渗性,为了更好地了解粉煤灰在耐久性中的作用,需要对其在水泥基材料中的渗透性进行定量评估。因此本文应用X射线断层扫描技术（XCT技术）定量粉煤灰复合水泥基材料的水分传输性能。目前很多学者已经应用无损检测等手段来研究水分传输,但是大多数试验会耗费大量的精力、时间和金钱,因而本文使用COMSOL Multiphysics模拟软件来模拟毛细吸水过程,节约了人力和财力。本文开展的主要工作以及得出的主要结论如下:（1）应用XCT技术无损地监测了粉煤灰复合水泥基材料的水分传输过程,并定量了含水量分布曲线。对于每个样品的含水量分布曲线,在最初的120分钟内,样品下表面的含水量随时间增加而增加;在120分钟之后,样品下表面的趋于饱和,含水量变得稳定。对于低粉煤灰含量的样品,含水量随高度的增加而逐渐缓慢降低,并且吸水前沿的高度高于其他粉煤灰含量较高的样品;对于粉煤灰含量较高的样品,吸水前沿的高度上升得慢得多,并且随着高度的增加含水量下降得更快。（2）根据通过XCT测试获得的含水量分布曲线推导出水力扩散率,根据获得的吸水高度推导出毛细系数。结果表明,随着粉煤灰含量的增加,毛细系数降低。当相对含水量小于0.5时,随着粉煤灰含量的增加,水力扩散率显著降低;当相对含水量大于0.5时,粉煤灰含量对水力扩散率没有显著影响。（3）将土壤学中的Richards方程结合van Genuchten方程,推导总结了以毛细作用为主要的驱动力,以毛细管压力头为主要变量的非饱和状态下水泥基材料的水分传输的控制方程。（4）应用COMSOL Multiphysics模拟软件模拟了毛细吸水过程,建立水泥基材料的水分传输模型,通过最小二乘法拟合得到模型参数α和n的方程,根据此方程可以得到任何粉煤灰含量的模型参数的值。通过对模拟结果与试验结果进行比较,结果基本一致,证明了该模型的准确性。
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