1.1　研究背景及意义

水泥及混凝土是最重要的建筑材料，已是众所周知。自19世纪20年代，约瑟夫·阿斯普丁发明波特兰水泥至今，混凝土因具有丰富的原材料、低廉的价格、制作工艺简单、造型设计方便、稳定而不易变形等优点被广泛应用于桥梁、大坝、道路、房屋等建筑结构中，已经成为工程中用量最多、不可或缺的人造材料［1］。在21世纪，水泥和混凝土仍是现代基础设施的首选材料。随着现代工业和科技发展的需求以及施工中遇到的各种困难，混凝土的性能要求也在不断被改善和提高。近四五十年，混凝土建筑物过早地损伤、破坏、倒塌事故比比皆是，主要是由于混凝土的耐久性无法达到预期而造成的不良结果［2］。混凝土的耐久性是指建筑物在设定的服役期限内，面对外部环境的复杂多变性，无需投入大量资金对建筑物的结构进行稳固处理，而仍能保持其强度、使用性和形貌完整的一种性能。混凝土的耐久性除了与混凝土本身的结构密切相关之外，还要根据工程实际中面临的复杂环境和施工方法而定。Mehta教授于1991年在“混凝土耐久性50年进展”的演讲中提出，影响砼耐久性的因素根据其对混凝土损伤的严重程度排序为钢筋锈蚀、冻害、物理化学侵蚀［3］。

我国对混凝土建筑物耐久性方面的研究始于20世纪中后期，相比美国、日本等建筑材料发达国家起步较晚，当时的研究大多聚焦在与混凝土钢筋生锈腐蚀和碳化有关的内容，研究内容相对较单一。1991年，我国建立了研究混凝土的耐久性的专业部门，从最基本的原材料组成着手分析对建筑物的耐久性影响非常严重的抗冻性、抗渗性、抗侵蚀性等各种问题，为混凝土的发展奠定了夯实的基础［4］。近些年，随着我国向建造“海上大国、强国”的迅速推进以及混凝土工程所面临的复杂多变性的环境，硫酸盐侵蚀、冻融交替、干湿交替等因素已经成为影响混凝土建筑物性能衰退和结构损伤的关键原因，严重影响到建筑物的服役年限。

硫酸盐侵蚀混凝土，由于影响因素的复杂性，会对混凝土建筑物造成非常严重的腐蚀损坏，使混凝土的耐久性受到巨大影响。1892年，米哈埃利斯（Michalis）最先在遭到硫酸盐腐蚀的混凝土中观察到针棒状物质，这种针状或棒状物质称为钙矾石［5］。硫酸根离子的来源非常广阔，主要存在土壤、地下水以及海水中，含量丰富，侵入混凝土建筑物内部孔隙中，与水泥石中的水化生成物发生反应，伴随有膨胀性产物产生，导致建筑物出现开裂、剥蚀等破坏现象，大大削弱建筑物的强度和黏结性能［6］，使混凝土结构过早地发生损坏而失去使用功能。

另外，研究冻融条件下混凝土建筑物的损坏过程，也是改善和提升建筑物耐久性的一项极其重要内容。依据我国水利科学研究院的解释，冻融损坏是指混凝土在与水接触或潮湿条件下，因为温升温降产生的反复循环，使混凝土建筑物孔隙中的可冻水产生结冰压和渗透压等，当各种压力累积到一起高于混凝土内部的极限承载力时，混凝土建筑物发生从内到外的损坏。在我国的“三北”区域，特别是寒冷冰冻地域，建造的大多数混凝土水利工程会受到不同程度的冻融损坏，而且会出现裂缝和渗透现象，18.8%会遭到冻融破坏，36.2%会遭到水质侵蚀，41%会有钢筋锈蚀胀裂的现象，特别是接触海水的港口海岸工程不仅受到冻融破坏，还会遭受盐侵蚀，破坏比单一的冻害更为严重［7］，进而造成建筑物的表层剥落甚至产生裂缝。

我国从21世纪初已经步入混凝土建筑物的重建与维修并重期，每年所消耗的混凝土高达十多亿立方，所需的维修费用高达数千亿元，高昂的建设费用和维修费用对混凝土服役寿命和耐久性提出了更高要求。考虑到实际工程中的复杂环境，混凝土建筑物在服役过程中会遭受各种各样的环境影响，因此开展多因素耦合作用下混凝土的耐久性分析已经成为当前工程建设领域的一个关键方向［8］。我国“三北”地区，特别是宁夏灌区，建筑物不仅面临冻害问题，而且面临由于地下水硫酸盐含量高而导致的硫酸盐腐蚀问题［9］，修建的混凝土工程面临硫酸盐与冻融耦合作用时，将会产生更加严重的损坏［10］。尤其是水工建筑物、道路工程等遭受盐冻破坏现象普遍存在，这种现象直接导致很多建筑物还没达到设定的使用年限就及早地发生损坏，造成人力和财力的极大浪费［4］。因此，混凝土的盐冻损坏的耦合作用研究对工程实践具有重要意义，同时，也引起了广大研究人员、工程技术人员的高度重视。