文献综述（或调研报告）：
1 研究意义
混凝土作为一种十分重要的复合材料，广泛地应用于建筑、桥梁、核工程、海底工程等民用或工业设施。众多学者致力于提升混凝土的强度和性能，研发出了适用于不同工程、气候、环境条件的混凝土。然而，混凝土的服役寿命仍远远低于其设计寿命。造成混凝土服役寿命降低的因素有很多，比如：混凝土碳化、氯离子侵蚀、碱集料反应、冻融循环等。混凝土是一个典型的多孔材料，由于其自身性质的原因，表面的微裂纹与微孔隙是不可避免的。这些表面缺陷为氯离子和其他有害物质渗入混凝土提供了运输通道，影响了混凝土结构的耐久性[1]。氯离子导致的钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构过早损坏的主要原因，此过程大致分为两个阶段[2]。由于混凝土的高碱性环境，钢筋表面的氧化膜得以保持，起到保护钢筋的作用。来自水化后水泥浆体的部分离子，溶解在混凝土的孔隙水中，形成了高于pH 12.5的强碱性环境。这样的环境条件使钢筋一直处于钝化状态。在腐蚀的初始期，如果混凝土中，尤其是钢筋表面的氯离子浓度超过了一定阈值，那么钢筋就会被去钝化。在扩展期，钢筋发生电化学反应后产物Fe(OH)2的体积是自身体积的将近4倍。体积膨胀导致混凝土中拉应力增大，造成混凝土开裂，终于结构失效[3]。
氯离子侵入混凝土的过程受不同的物理或化学机制的影响，也同时取决于混凝土的孔结构、环境条件、温度和湿度等因素。由于荷载和收缩造成的混凝土开裂也会在一定程度上改变氯离子侵入的机制。氯离子的传输机制大致可以分为以下四种：1)扩散，氯离子的传输受混凝土中不同区域氯离子浓度差所驱使。混凝土孔内氯离子浓度高的溶液向浓度低的溶液扩散。2)渗透，氯离子的传输受混凝土中不同区域水压差所驱使。3)迁移，氯离子的传输受混凝土中不同区域电势差所驱使。氯离子通常向电势低的地方迁移。4)对流或毛细吸附，氯离子的传输受混凝土中不同区域湿度差所驱使。在干燥或半干燥的混凝土中，由于毛细作用的表面张力，含氯离子的水向湿度更低的地方迁移。通常，以上这些机制，或它们的组合，能够解释所有氯离子侵入混凝土的机理[4]。
氯离子侵入混凝土是一个复杂的物理和化学交互的过程。然而，在大多数的研究中，这一过程被假定为扩散过程。这是因为氯离子在饱和混凝土中的传输过程仅由扩散效应决定，此时可根据经典的Fick定律，采用解析的方法计算氯离子的侵蚀深度。扩散方程的解析解的计算条件是非常苛刻的，只有当混凝土试件完好无损、完全饱和且其表面暴露的溶液中氯离子浓度需恒定不变时，解析解基于的误差函数才在合理范围内[5]。因此，恒定浓度的氯离子在饱和且完好混凝土中的传输问题可以被简化为扩散问题。但是，在实际工程中，绝大多数的混凝土构件均会出现不同程度损伤，产生宏观和微观裂缝或孔结构的改变。此时，混凝土构件不能作为一个无损多孔的连续介质进行传输特性分析。氯离子在带裂缝混凝土中的传输便不是单纯的扩散问题了。
除不同程度的损伤外，在实际工程中，绝大多数的混凝土构件处于非饱和状态。很多实验研究发现，水溶液环境下的混凝土并没有完全饱和，即使它被浸泡在水溶液中很长时间。Powers在1947年的试验结果表明，即使在水中浸泡了222 天的混凝土构件仍然处于非饱和状态。Chatterji报告称，直径为17英寸的圆柱体水泥试件在浸泡222天后，内部仍有干燥区域。Persson声称，在水中养护450天后，直径为1英寸、厚度为0.1米的水泥试件的最大饱和度为98%。这样看来，混凝土大部分是非饱和的[6]。那么，关于氯离子在带裂缝非饱和混凝土中的传输研究更加困难。潘博士[7]认为，氯离子在非饱和混凝土中的传输过程由扩散和对流效应共同决定。所谓对流效应，是指氯离子以水为载体，随着水分的扩散而进行传输的效应。在考虑了对流效应之后，氯离子传输过程的控制方程将不存在解析解，因此必须采用数值的方法进行求解。
综上所述，氯离子在带裂缝水泥基材料中的传输特性很难通过理论计算的方法表征。建立适当的模型模拟氯离子在带裂缝水泥基材料中的传输途径；实验模拟实际工程中氯离子对带裂缝水泥基材料构件的侵蚀；结合软件与实验的模拟结果，能够更好地预测水泥基材料的耐久性。
2 国内外研究现状
2.1 氯离子在混凝土中的传输机理
在建立适当的模型之前，详尽地研究氯离子在混凝土中的传输机理是必不可少的过程。众多国内外学者根据理论推导和实验数据提出了多种传输机理。Xiuli Du[8]等人总结了氯离子扩散的基本理论。他们认为质量扩散的控制方程是Fick等式的延伸：适用于在基底材料中不均质的扩散物质溶液和由温度梯度和压力梯度驱使的质量扩散。基本解的变量（节点的自由度）是标准化浓度（通常指的是扩散材料的“活度”），
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