随着我国桥梁建设的迅猛发展，越来越多的桥梁在各种复杂环境下（如海洋环境、盐碱地环境、冻融环境）得以建成并投入使用。在复杂服役环境下，混凝土桥梁不可避免地受到侵蚀，侵蚀作用不仅显著影响了混凝土桥梁的服役性能，更直接威胁着混凝土桥梁结构的耐久性。为提高复杂环境下混凝土桥梁结构的耐久性，需掌握复杂环境下混凝土材料的耐久性劣化机理，提出耐久性设计和监测的新方法，建立耐久性评估和寿命预测模型，以及提出复杂环境下混凝土桥梁耐久性的提升措施。
多因素耦合作用下桥梁混凝土材料耐久性劣化机理研究进展混凝土是桥梁结构中不可或缺的材料，混凝土结构的服役时间在桥梁结构整个生命周期内占主要地位，并且随着桥梁建设的不断发展，对混凝土耐久性有了更高的要求。混凝土结构在服役过程中会遭到外界的侵蚀作用（如硫酸根侵蚀、氯盐侵蚀、碱骨料反应等），从而导致结构可靠度降低和使用寿命缩短。混凝土结构服役环境复杂多变，可能同时遭受多种侵蚀作用，不同侵蚀行为之间的耦合作用可能会加速混凝土各项性能的退化，降低混凝土结构的耐久性。因此，了解多因素耦合作用下混凝土材料的劣化机理，以及如何评估多因素耦合下混凝土材料的耐久性对混凝土桥梁结构的安全性具有重要意义。
硫酸盐通过孔隙侵入混凝土内部，随之发生一系列侵蚀化学反应，生成石膏和钙矾石等化学产物，这些产物逐渐积累产生膨胀应力和结晶压力，改变了混凝土孔隙结构，影响离子迁移，从而导致混凝土结构劣化并影响混凝土的耐久性。
硫酸根离子与各种环境因素进行耦合，会改变硫酸根离子的侵蚀行为。硫酸根离子的扩散是一个复杂的过程，Cao等研究了荷载、干湿循环和硫酸盐侵蚀耦合作用下硫酸根离子的时变分布规律，以及不同参数下硫酸根离子的扩散系数。同时建立多参数元胞自动机（MPCA）模型模拟硫酸根离子在混凝土中的扩散过程，考虑到荷载、浸泡方式、硫酸盐溶液浓度的影响，将MPCA模型与试验数据进行比较，结果显示基于MPCA模型的计算结果与试验数据吻合较好。
近年来，多壁碳纳米管（MWCNT）以其优异的力学性能和耐久性引起了相关学者的关注，Zhang等研究了硫酸盐侵蚀和干湿循环耦合作用对多壁碳纳米管锂渣混凝土（MWCNT-LSC）的影响，通过SEM和CT试验，分析了混凝土的微观结构和孔隙特征。结果显示，MWCNT能够填充混凝土内部的孔隙、细化孔径，并且在裂缝之间形成了桥接，对裂缝的产生和发展具有抑制作用，使混凝土抗硫酸盐侵蚀性能得到提升。
汪金满等通过SEM和EDS微观试验对硫酸盐干湿循环耦合作用下掺玻璃粉混凝土的微观结构进行分析。研究发现，掺入玻璃粉和硅灰后，混凝土经硫酸盐干湿循环后的破坏表现为棒状石膏及硫酸钠结晶型破坏，而对照组表现为树枝状及花瓣状钙钒石破坏。
贡力等通过质量损失率和相对动弹性模量等指标研究了硫酸根侵蚀和冻融循环耦合作用下再生混凝土的耐久性。结果显示，再生混凝土质量损失率及相对动弹性模量损失率变化程度为：R30＞R60＞R0（R后的数字表示再生骨料取代率），表观形态情况见图1；再生骨料取代率为60%时可以有效减少冻胀裂缝；硫酸盐冻融环境下混凝土耐久性退化的直接原因是内部孔隙处生成的钙矾石晶体和石膏晶体使混凝土产生裂缝。
图1 不同再生骨料取代率混凝土在冻融过程中的表观形态
Wang等对硫酸盐侵蚀和干湿循环耦合作用下橡胶混凝土的性能进行研究。发现随着循环次数的增加，橡胶混凝土表面孔洞增多并且内部微裂纹发展穿透，橡胶的高弹性有效改善了硫酸盐侵蚀和干湿循环耦合作用下引起的膨胀应力，在干湿循环各阶段的劣化程度均低于普通混凝土，并且橡胶颗粒尺寸为0.85 mm时各项性能最优。
Ma等研究了一种新型水泥基灌浆材料在冻融循环和硫酸盐侵蚀耦合作用下的性能，结果表明，随着冻融循环次数增加，试样在15% Na2SO4溶液中的质量损失逐渐增大，相对动弹性模量呈下降趋势；当冻融循环次数为30次时，试样在Na2SO4溶液中的质量损失率和相对动弹性模量降低率分别为4.17%和84.3%，表现出较好的抗硫酸盐侵蚀性和抗冻性。微观分析表明，溶液中的SO42-导致C-S-H凝胶分解，并在内部形成CaSO4·2H2O，随着裂纹宽度扩大内部的劣化逐渐加剧，表明两者耦合作用下材料劣化速率加剧。
钟楚珩等研究了硫酸盐侵蚀和干湿循环耦合作用下不锈钢纤维再生混凝土的耐久性，结果显示，在硫酸盐干湿循环下，再生混凝土的相对动弹性模量和相对质量评价指标随循环次数的增加呈先上升后下降的趋势。120次硫酸盐干湿循环后再生混凝土内部产生大量钙钒石并积聚在一起，将骨料完全包裹，在一定程度上填充了孔隙，同时由于304不锈钢纤维生成的钝化膜完整且致密，可以起到一定的保护作用，因此可以提高再生混凝土的耐久性。
氯离子会不断侵入混凝土到达钢筋表面，当钢筋表面的氯离子浓度达到锈蚀临界值，钢筋就会逐渐锈蚀，产生的锈蚀产物会降低钢筋与混凝土之间的黏结，从而导致钢筋混凝土结构长期服役性能劣化。在不同环境的耦合作用下会加速混凝土中氯离子的传输过程，有必要加强多因素耦合作用下混凝土氯离子侵蚀的研究。为揭示海洋复杂环境（温度变化、干湿循环）下混凝土氯离子的渗透性机理，刘镇基于Fick第二定律的控制方程，从扩散通量入手，推导出进入混凝土氯离子总量的解析解，基于累计氯离子含量，考虑温度、干湿循环两个因素建立了混凝土氯离子渗透性量化指标，构建了混凝土耐久性综合评价方法，分析了温度、干湿循环等环境因素对混凝土氯离子渗透性的影响。为探讨干湿循环下机制砂混凝土内的氯离子传输规律，延永东等在不同机制砂替代率下，开展干湿循环下的氯盐侵蚀试验，研究发现，混凝土内的自由氯离子质量分数和氯离子扩散系数随机制砂替代率的增加呈先减小后增大的趋势，机制砂替代率为50%时机制砂混凝土的抗氯离子渗透性最好，适量的机制砂可以有效提高混凝土在氯盐溶液干湿循环下的耐久性。李强等对炎热海洋环境下混凝土桥梁的氯离子扩散过程进行研究，综合考虑氯离子参与的物理、化学和电化学反应过程，以及混凝土材料的差异性对表观活化能的影响，建立了考虑环境温度影响的氯离子扩散模型。通过对现场试验数据进行拟合，发现考虑温度对氯离子扩散速率影响时，钢筋受到侵蚀的时间随温度增加而缩短，并且随时间增加差异逐渐变大，与现场实测数据吻合较好，验证了模型的准确性。Metalssi等研究了氯离子和硫酸根离子耦合作用对水泥基材料耐久性的影响，结果表明，当有硫酸根离子存在时，水泥浆体中的游离氯离子含量会增加，硫酸根离子的存在降低了混凝土近表面区域的氯离子固化能力，从而增加了钢筋锈蚀的风险。同时，氯离子的存在对C-S-H凝胶微观结构的演变起着重要作用，C-S-H凝胶在硫酸根离子的影响下会发生脱钙现象，但在氯离子和硫酸根离子耦合的情况下，脱钙现象大大减少。Gou等研发了一种新型轻质高强水泥基复合材料（LECC），并研究其在氯盐侵蚀、硫酸盐侵蚀和冻融循环三种因素耦合作用下的耐久性演变。结果表明，盐溶液会加速LECC在冻融循环下的破坏；盐溶液对质量损失的影响程度为LECC-CS （氯盐-硫酸盐）> LECC-C （氯盐）> LECC-S（硫酸盐），而对相对动弹性模量的影响程度为LECC-S > LECC-CS > LECC-C，硫酸根离子的物理化学作用促进了氯离子的扩散，但氯离子对硫酸根离子的扩散和膨胀反应起到抑制作用，冻融循环下不同环境中LECC的破坏机理见图2。
图2 冻融循环下不同环境中LECC的破坏机理
元强等研究了盐雾湿润-干燥循环作用下水泥砂浆的氯离子扩散特性，考虑配合比、干湿比和暴露时间等参数影响，基于盐雾湿润‒干燥循环试验，结合分层磨粉‒电位滴定的测试方法，对水泥砂浆中氯离子扩散规律展开研究。结果表明，盐雾湿润‒干燥循环作用下，砂浆内氯离子的沉积与传输主要受干湿比、水胶比和暴露时间等影响，其中，水胶比的影响最为显著，干湿比对其影响较小；氯离子峰值浓度与有效扩散系数随着砂浆水胶比的增大而增加；选用较低水胶比混凝土，引入粉煤灰可有效延缓氯离子的侵蚀速率，进而提升结构的耐久性能。
碱骨料反应（AAR）是指混凝土中碱性物质与骨料中活性成分之间的反应，有碱硅酸反应（ASR）与碱碳酸反应（ACR）两种形式。碱骨料反应需要三个条件，分别为：骨料中含碱活性成分、孔隙溶液pH值较高，相对湿度超过75%的高湿度环境。碱骨料反应过程中，凝胶体吸水膨胀导致水泥浆体-骨料界面处开裂，随着反应的进行，裂缝持续发展，为氯离子和其他腐蚀性物质提供到达钢筋表面的渠道，从而缩短了钢筋锈蚀反应的启动时间，碱骨料反应会导致混凝土化学成分的改变，产物的膨胀会导致结构内部出现膨胀应力。再生混凝土骨料（RCA）是一种绿色资源，由于碱骨料反应会对RCA造成缺陷，这对RCA的广泛应用造成阻碍，因此Wang等研究了不同初始AAR损伤的RCA对自密实再生骨料混凝土性能的影响，结果发现，RCA在碱溶液浸泡60天后，可以在30％替代率下最大限度地增强混凝土的抗压强度， AAR可以强化RCA并提高RCA的利用率，对环境的可持续发展是有利的。李东毅等对不同母岩（花岗岩、玄武岩、石灰岩）机制砂骨料的碱活性特征及相关抑制方法进行了研究。结果表明，3种岩性的集料均具有碱活性，其中花岗岩碱活性最强，石灰岩碱活性最弱；适量增加级配中0.15~0.3mm细颗粒的含量，可降低机制砂骨料中的碱活性，添加硝酸锂对不同岩性机制砂骨料的碱活性均有很好的抑制效果（图3），而引气剂对机制砂骨料膨胀率抑制效果较差。同时，未经处理的机制砂骨料出现了明显的Na、Si元素富集现象，而加入硝酸钾抑制处理后未出现Na、Si元素富集现象。
图3 硝酸锂对不同岩性机制砂骨料碱活性的影响
为探究碱激发胶凝材料的碱骨料反应行为与液相碱度的关系，罗哲等选取花岗岩为代表性骨料制备碱激发偏高岭土-矿渣砂浆，研究不同NaOH溶液浓度浸泡下的砂浆变形行为。结果表明，碱激发偏高岭土-矿渣砂浆的膨胀是由碱骨料反应生成产物以及原类沸石结构的水化硅铝酸钠凝胶向沸石结构转化所造成的，当碱激发胶凝材料的孔溶液氢氧根离子浓度大于0.209 mol/L时，会发生碱骨料反应，而碱激发胶凝材料的体积收缩能很好地抑制碱骨料反应产生的膨胀。
为研究煤系纳米偏高岭土对碱骨料反应的抑制作用，李秋超等采用快速砂浆棒试验方法测量煤系纳米偏高岭土质量分数为1%、3%、5%、10%、15%时砂浆棒在不同浸泡时间下的膨胀率。研究表明，煤系纳米偏高岭土在防止砂浆棒表面裂缝的形成和扩展方面具有显著的效果，随着浸泡时间的增加，其对水泥砂浆内部碱骨料反应的抑制作用逐渐减弱。此外，煤系纳米偏高岭土能够细化水泥基体内部孔结构，使碱骨料反应区更加致密，导致了砂浆棒内部钠与硅的原子数比值下降，有效抑制了砂浆棒内部的碱骨料反应。
综合以上混凝土桥梁材料的耐久性研究进展可以发现，单一环境因素下混凝土材料耐久性的劣化机理日益明朗，多因素耦合作用下混凝土材料耐久性的劣化机理逐渐受到研究人员的广泛关注。对实际服役环境中的多因素耦合机理进行深入的研究是未来需要继续探讨的方向。
为积极推进“双碳”国家战略目标，国家倡导建筑业进行绿色可持续发展，减少建筑生产过程中的CO2排放，因此出现了许多新型绿色胶凝材料（地聚物混凝土、UHPC、再生混凝土），新型绿色胶凝材料已成为当前建筑材料领域的研究热点。
碱激发胶凝材料又被称为地聚物，是指富含硅铝并具有潜在水硬活性，在碱性激发剂作用下能够硬化形成强度的一类新型无机胶凝材料，又被称为“绿色水泥”。这种材料主要以各种工业废弃物（如粉煤灰、矿渣、煤矸石等）或硅铝酸盐矿物（如偏高岭土等）为原料，具有水化产物稳定，硬化浆体结构致密，碳排放远比普通硅酸盐水泥小，抗压强度、抗化学侵蚀、耐高温等性能比硅酸盐水泥好，具有消纳工业固废的优点，近年来因可替代硅酸盐水泥制备地聚物混凝土而备受关注。目前国内外学者对地聚物混凝土的各项力学性能研究较为深入，而对耐久性的研究相对较少，为此总结了地聚物混凝土耐久性的最新研究进展。刘新宇等通过加入氧化石墨烯对地聚物再生混凝土进行改性处理，对其抗硫酸侵蚀性能进行研究。研究发现，掺入少量氧化石墨烯可显著提高混凝土的抗硫酸性能，但抗硫酸性能随掺量增加逐渐减弱，并且掺量过大会对混凝土产生负面影响。当氧化石墨烯掺量为0.01%时，地聚物再生混凝土具有最优的抗硫酸性能，此时地聚物再生混凝土的ITZ较为密实，骨料浆体结合良好，未产生明显裂缝，并且可观察到N-A-S-H凝胶，显著优化了地聚物再生混凝土的微观结构。Dima等研究碱激发自密实混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，将样品部分浸没在钠、镁和混合硫酸盐溶液中，样品可能会发生双重硫酸盐侵蚀，即浸泡部分会发生化学侵蚀，而未浸泡部分会发生物理侵蚀。研究发现，保持硫酸溶液中的pH值将会增加混凝土的损伤速率；Na2SO4溶液引起混凝土性能劣化的主要原因是形成了石膏，而MgSO4溶液引起混凝土性能劣化的主要原因是形成了钙矾石。Fu等研究了流动NaCl溶液和荷载耦合作用下对基于粉煤灰的地聚物混凝土氯离子传输性能的影响。研究发现，混凝土中氯离子主要以游离形式存在，流动盐溶液的冲蚀和荷载作用均促进了氯离子的传输，两者的耦合作用对混凝土应变区氯离子传输的促进作用最为显著。同时，流动盐溶液的侵蚀作用会降低C-(A)-S-H凝胶的稳定性，氯离子在纳米孔中的迁移和吸附情况见图4，荷载作用会促进氯离子向混凝土拉伸区转移，流动的盐溶液增加了混凝土内中等毛细管和大孔的数量，而流动盐溶液和荷载的耦合作用增加了拉伸区的大孔数量以及压缩区的凝胶孔数量。
图4 氯离子在纳米孔中迁移和吸附示意图
FAN等研究了在碱矿渣胶凝体系中掺入富钙和富铝矿物（氢氧化钙、亚硝酸钙、偏高岭土和水泥）对氯离子结合能力的影响。研究发现，添加富钙和富铝矿物可提高地聚物混凝土的氯离子结合能力，最高达44.4%；氢氧化钙和偏高岭土表现出最高的结合能力，其次为亚硝酸钙和水泥。富钙和富铝矿物的共同作用可有效促进AFm相的形成，偏高岭土的加入会增加反应程度和C-(A)-S-H凝胶的平均链长，有助于提高氯离子结合能力。对于地聚物混凝土的抗冻性，Zhang等指出适当的粒化高炉矿渣含量和碱激发剂模数，可使地聚物混凝土的抗冻性提高2倍以上，并且粒化高炉矿渣掺量对抗冻性的改善效果优于碱激发剂模数，同时粒化高炉矿渣掺量对孔隙的优化效果也比碱激发剂模数显著。谢宗臣等研究了红砖微粉对地聚物混凝土耐久性的影响，将红砖微粉作为胶凝材料分别取代粉煤灰和矿渣。研究发现，当粉煤灰取代率为15%时，混凝土抗碳化性、抗冻性达到峰值，抗氯离子渗透性随粉煤灰取代率的增加而增大。当矿渣取代率在0~20%时，混凝土抗冻性随矿渣取代率的增加而降低，当矿渣取代率为5%时，混凝土抗碳化性、抗氯离子渗透性达到峰值。
超高性能混凝土（UHPC）是一种使用大掺量胶凝材料、无粗骨料、水胶比极低的水泥基复合材料，具有超高的耐久性和超强的力学性能，其主要成分包括普通硅酸盐水泥、微硅粉、石英砂、高效减水剂、各类钢纤维等。目前国内外关于UHPC的研究已经有很多，由于传统的UHPC成本较高，一些学者采用低成本的原料取代原有高成本的原料来制备UHPC，下面对这种新型UHPC耐久性的研究进展进行总结。元成方等采用机制砂取代石英砂来制备UHPC，并对UHPC的抗冻性以及冻融循环后的抗氯离子渗透性进行研究。研究发现，机制砂UHPC在经历1000次冻融循环后，其质量损失控制在0.3%以内，动弹性模量损失控制在5%以内，抗压强度仍能保持100MPa以上，具有优异的抗冻性能。冻融循环会使得UHPC氯离子扩散系数增大，冻融介质中存在氯离子会加速机制砂UHPC的冻融损伤，因此机制砂UHPC在盐冻条件下的劣化较水冻更加明显。钢纤维添加到UHPC基体内会在界面处形成一个过渡区，有研究表明使用硅烷偶联剂（SCA）处理钢纤维表面可以改善纤维和基体间的粘结性能，DU等研究不同含量的未经处理的钢纤维和经过SCA处理的钢纤维对UHPC耐久性的影响。结果显示，钢纤维与UHPC基体间的BSEM图像见图5，用SCA处理钢纤维可以显著缩小基体和钢纤维之间的孔隙空间，同时增强了钢纤维表面水化产物的生成；钢纤维表面SCA处理提高了UHPC耐电化学腐蚀性、抗氯离子侵蚀性、抗硫酸盐侵蚀性以及抗冻性。
UHPC具有早期收缩较大的缺点，为此王静阳等采用非接触法研究了内养护剂（羧甲基淀粉钠型、烷醇胺型）对UHPC体积稳定性的影响。结果显示，掺入适量聚合物内养护材料可明显抑制UHPC早期自收缩；羧甲基淀粉钠型聚合物的三维支链网络结构可形成较强的储水能力，有效提升了UHPC的内部相对湿度，可在不降低强度的情况下显著抑制UHPC的自收缩。ESMAEILI等利用铜尾矿部分替代硅酸盐水泥制备环保型UHPC，并研究其抗硫酸盐侵蚀性和抗氯离子渗透性等耐久性能。研究发现，含10%铜尾矿的UHPC抗氯离子渗透性得到提高，与对照组相比提升了17.6%；当铜尾矿掺量为5%~15%时，制备的UHPC具有很好的抗硫酸盐侵蚀性；加入铜尾矿后会改善UHPC的孔隙结构，使其微观结构更加致密，从而提升UHPC的耐久性。温媛媛等采用珊瑚砂取代石英砂来制备UHPC，并研究珊瑚砂掺量对UHPC干湿循环耐久性的影响。结果表明，干湿循环次数对抗压强度的增长有一定的积极作用，并且珊瑚砂掺量与抗压强度差值之间具有较好的相关性；随着硫酸盐干湿循环次数增加，AFt逐渐发育成形，纤维状AFt晶体持续加密加厚，与周围的C-S-H凝胶形成更大的空间网状结构，可以在一定程度上提升UHPC的力学性能。李相国等采用陶瓷抛光废料（CPW）部分取代胶凝材料制备UHPC，研究CPW对UHPC耐久性的影响。发现，随着CPW取代量的增加，UHPC孔隙率会逐渐增大，抗氯离子渗透性降低，同时，CPW取代粉煤灰会增大UHPC的自收缩，而取代水泥和硅灰会降低UHPC的自收缩。CPW取代水泥、粉煤灰、硅灰均会使抗压强度降低，但会提升抗硫酸盐侵蚀性能。当CPW取代水泥不超过20%，取代粉煤灰不超过60%时，与对照组UHPC性能相当，说明采用CPW制备UHPC具有一定的可行性。
再生混凝土（RAC）是指将老旧的建（构）筑物拆除后的废弃混凝土经过破碎处理分级后，制成再生骨料，部分或者全部替代天然集料制备而成的绿色节能混凝土。再生混凝土的推广应用能有效减少天然骨料的开采，缓解废弃混凝土对自然环境的污染，为建筑固废处理提供途径。再生混凝土相比于天然混凝土存在孔隙率较高、界面过渡区复杂等缺点，导致其物理力学性能及耐久性劣于天然混凝土。了解再生混凝土耐久性的研究现状对再生混凝土的推广利用具有重大意义。陶亚平等以C30混凝土为再生骨料，采用铁尾矿砂取代天然河砂，制备出不同铁尾矿砂取代率的再生混凝土，研究再生混凝土的抗碳化性和抗冻性。试验结果表明，掺加适量的铁尾矿砂能够填充再生混凝土骨料之间的孔隙和裂缝，改善混凝土的微观结构。齐晓等对再生混凝土在冻融循环和硫酸盐侵蚀耦合作用下的耐久性进行研究。试验结果发现，再生混凝土在冻融循环初期，以冻融侵蚀为主，在冻融循环后期，以硫酸盐化学侵蚀为主，再生混凝土经化学侵蚀后生成钙矾石和石膏等膨胀产物，并出现膨胀裂缝，在冻融循环作用下裂缝迅速扩展，损伤层厚度增加。同样地，王会等也研究了冻融循环和复合盐侵蚀耦合作用下再生混凝土的耐久性，并发现在3% NaCl+5% Na2SO4溶液中再生混凝土的冻融损伤最大，再生混凝土的损伤层厚度与相对动弹性模量存在负相关，可以采用相对动弹性模量来表征混凝土的内部损伤。车志豪等采用全浸泡、部分浸泡及干湿交替三种方式研究多元胶凝材料体系再生混凝土在复合盐侵蚀下的耐久性。试验结果指出，在全浸泡条件下，粉煤灰-矿渣双掺再生混凝土相对动弹性模量下降较慢，而部分浸泡条件下，辅助胶凝材料的引入降低了再生混凝土抗复合盐侵蚀能力；干湿交替下，相比纯水泥再生混凝土，多元胶凝材料体系再生混凝土均具有较好的抗盐侵蚀能力。阎杰等通过采用煅烧纳米凹凸棒土（NAT）改善再生混凝土性能，研究再生骨料取代率和煅烧NAT掺量对再生混凝土抗氯离子侵蚀能力的影响。结果表明，随再生骨料取代率增加，再生混凝土的抗氯离子侵蚀能力逐渐降低；掺加煅烧NAT后，可以使再生混凝土的孔隙和裂缝减少，优化微观结构（图6），提高抗氯离子侵蚀的能力；当再生骨料的取代率为30%、煅烧NAT掺量为6%时再生混凝土具有最优的抗氯离子侵蚀性。
Etxeberria等研究了不同再生骨料的碳化处理对再生混凝土耐久性的影响，使用了两种类型的再生骨料：普通混凝土制备的骨料（RCA）和掺粉煤灰混凝土制备的骨料（RCA-FA），对这两种骨料进行碳化处理，得到了碳化后的RCA-C和RCA-FA-C，使用这四种骨料以50%的取代率制备再生混凝土。研究发现，使用RCA-C和RCA-FA骨料制成的混凝土具有最优的抗氯离子渗透性，与普通混凝土性能相近；使用未碳化的RCA生产的混凝土具有与普通混凝土一样的抗碳化性。
综合以上新型桥梁混凝土材料的耐久性研究现状可以看出，节能减排、固废利用的理念在新型混凝土材料中的应用越来越普及，越来越多的学者将工业固废应用在混凝土材料中，并对新型绿色混凝土的耐久性进行研究，同时相关的耐久性提升技术也受到研究人员的广泛关注。新型混凝土材料耐久性的增强优化是新型混凝土普及应用的前提，也是未来需继续研究的方向。桥梁结构作为现代交通运输系统的核心构件，其结构的耐久性直接影响到了整个交通运输系统的安全性和效率。因此，桥梁结构耐久性的设计和监测吸引了学者和工程师们的高度关注。设计上，桥梁结构应考虑到复杂环境的变化、使用强度的波动等影响因素，以确保其在预期的使用寿命内可以安全、有效地运行。监测上，随着科技的不断发展，人们已经不再满足于传统的人工定期检查，而是开始利用物联网、大数据等先进技术，实现桥梁结构耐久性的实时监测和预警。
混凝土桥梁结构中，不同部位的构件受到的荷载以及所处环境的不同会导致耐久性的差异，因此采用需使用寿命设计法分别对各构件进行耐久性设计，将耐久性设计与常规设计结合后，通过寿命周期成本分析方法进行耐久性设计优化。
通明海特大桥属于特大跨海桥梁，设计使用寿命为100年，胡正涛等通过环境调查、工程调研等方式，确定了该工程混凝土耐久性的主要影响因素为海水中的氯盐侵蚀，同时结合服役环境和结构特点，得到了该工程典型构件的环境作用等级。通过室内模拟实验和室外暴露试验，同时考虑荷载作用的影响，提出了结合环境和工程特点的耐久性设计新方法，明确了混凝土结构耐久性设计的关键参数：保护层厚度、氯离子扩散系数。随后分析了各种防腐措施的技术特性、工程结构及其适用性，并通过“费用现值比较法”综合评估了各种防腐措施的全寿命周期成本，确定了成本最优的防腐措施方案，保障了混凝土结构耐久性设计的科学性和可靠性。
海洋腐蚀环境对全桥的耐久性均有影响，而盐碱地环境主要对桥梁下部结构具有腐蚀作用，因此刘振楠采取各种防腐措施提升桥梁下部结构的混凝土和钢筋在盐碱地环境中的耐久性。对于混凝土，通过应用新型无机防腐蚀剂以及降低水胶比，来提升混凝土的密实度和抗硫酸盐侵蚀能力；对于钢筋，通过应用耐蚀钢筋、新型有机阻锈剂、透水模板衬里、硅烷浸渍表面憎水处理以及纤维增强地聚物防护层面等5种措施全方位多层次提升钢筋的耐久性。
滨海强腐蚀环境下高速铁路桥梁混凝土结构的耐久性则具有更高要求，陈兆毅通过工程调研对该区域内的侵蚀环境进行分析，评定暴露环境，随后进行耐久性设计。该研究制备了适用于滨海强腐蚀环境的高耐久性混凝土，提出了结构构造设计原则及物理隔绝的设计理念。通过针对性的构造设计提升桥梁结构的耐久性，应用硅烷浸渍防护、耐蚀钢筋以及透水模板布（图7），提升了钢筋和混凝土的耐久性。
图7 透水模板布应用
麻海燕等以环渤海湾海洋工程混凝土结构耐久性作为研究对象，根据多年积累的数据，根据ChaDuraLife V1.0混凝土结构寿命预测模型，得到海洋混凝土配合比最优参数：粉煤灰和磨细矿渣掺量分别为20%、40%，水胶比为0.30，混凝土结构满足100、200、500年寿命所需最小保护层厚度分别为60、75、120mm。宁波舟山港主通道工程耐久性极限状态为海洋氯离子侵蚀造成钢筋表面锈蚀，李乐等针对此耐久性极限状态建立了氯离子侵蚀过程的耐久性评估模型，根据混凝土耐久性参数数据，确定了不同构件在暴露条件下的耐久性参数统计规律，考虑施工阶段各类混凝土构件的耐久性措施，使用全概率方法对某标段非通航孔桥的主要构件进行了耐久性评估。
以往的监测系统主要采用人工检测，但随着大数据、物联网、深度学习等新技术的快速发展，新一代的桥梁耐久性监测方案正在逐步采用更为先进、智能的方式进行，使得桥梁耐久性的评估和维护工作进入了一个全新的阶段。为保障跨海通道工程的安全运营及维护，毛幸全等以深中通道为例，结合深中通道的海洋环境相关参数，选择腐蚀最为严重的浪溅区作为耐久性监测的重点区域，同时以大气区的监测数据作为对比，在深中通道的锚碇、箱梁、桥墩的浪溅区及大气区总共安装了36套耐久性监测传感器，并搭建了5套耐久性监测系统。通过现场的监测数据可知，虽然数据存在一定的波动，但根据各监测点的阳极梯数据和半电池电位，可以看出未监测到腐蚀发生，桥梁结构的耐久性健康状态良好。与大跨径桥梁相比，中小跨径的桥梁数量极其庞大并且设计和建造技术比较成熟，针对大跨径桥梁的健康监测系统并不适用于中小跨径桥梁，伊延华等首次提出了中小跨径桥梁健康监测系统轻量化设计理念，构建了由输入、输出及标定三者组成的监测系统轻量化设计方法，给出了中小跨径桥梁健康监测系统轻量化所需的支撑理论（图8），主要包括系统识别理论、结构分析理论和承载能力评估理论，为中小跨径桥梁的健康监测提供了一种新的思路，推进了桥梁智慧管养实用化进程。
综上所述，桥梁结构耐久性是关乎交通安全、经济效益以及环境可持续性等多方面的重要议题。在设计环节，新材料的广泛运用、新理念的生成，提高了桥梁的耐久性以及适应各种环境条件的能力。在监测环节，随着大数据、物联网、深度学习等科学技术的飞速发展，可以实时监测桥梁的各项性能参数，及时发现和预警潜在的问题，并为维修决策提供数据支持。希望通过最新的研究成果能给相关学者一些启示，进一步推动桥梁结构耐久性的发展，为桥梁工程的安全运行提供持续保障。
混凝土结构在使用过程中会受到多种因素的影响，包括氯离子侵蚀、酸腐蚀、高温、物理因素以及结构荷载等，这些因素都会对混凝土结构的耐久性产生影响。与混凝土的力学性能相比，混凝土的耐久性评价指标、测试方法多样，实验周期长、成本高。因此，建立科学的评估与预测模型，对混凝土结构的耐久性进行全面、准确的评估与预测，是确保混凝土结构安全可靠、延长使用寿命的关键。
张永良等基于邻域粗糙集与D-S证据理论，针对混凝土桥梁的劣化趋势构建了一种耐久性评估模型。其基本思路为：根据邻域粗糙集建立耐久性评估指标体系，确定评估指标的权重，修正初始基本信度的分配，通过D-S证据理论融合信息更新置信度，进而得出耐久性状评估成果。采用该模型获得的耐久性评估结果与多座在役混凝土桥梁的现场实测结果相吻合。
LALITHA等运用支持向量机建立模型预测混凝土的力学性能和耐久性变化。该方法可评估抗压强度、平均磨损深度和腐蚀概率，其分析结果与实际数据相对一致，可用于施工区域粉煤灰混凝土的抗渗性评价。
Wei等建立了一种基于机器学习的反向传播人工神经网络模型用于含矿物外加剂混凝土碳化深度预测。该研究通过矿物掺合料混凝土碳化试验数据库中不同碳化深度因素的影响，对智能算法和现有的3种经验预测模型进行了分析和比较。评价结果表明，反向传播神经网络模型的预测精度高于其他模型，且比现有的三种经验模型的预测结果更加集中。
Dong等考虑了混凝土的抗压强度损失率和相对动态弹性模量，结合威布尔分布模型，建立了风成砂混凝土冻融损伤模型，用于有效评估中国西北寒区风成砂混凝土的使用寿命。线性损伤演化模型能准确预测混凝土在寒冷环境中的耐久性，其拟合相关系数大于0.95，具有准确预测风成砂混凝土使用寿命的能力。
牟新宇等为了评估混凝土在氯盐环境下氯离子扩散程度并预测混凝土使用寿命，建立了五相多尺度模型。该模型基于N层球夹杂理论，将再生混凝土看成由旧骨料、附着砂浆、旧界面过渡区、新界面过渡区和砂浆基体五相组成的非均质复合材料。通过比较硬化水泥浆体、砂浆和再生混凝土的稳态扩散系数实测值与模型预测值，验证了模型的准确性、有效性和普适性。
综合以上混凝土评估与预测模型可以发现，混凝土的耐久性受环境因素、材料性质、混凝土配合比设计等多方面作用，实验过程中理论的采用、参数的控制和变量的设定都会对模型的精确性和普适性产生较大影响。现阶段混凝土材料耐久性随某一随机变量变化的预测模型相对准确，但适用范围较小，因此，更多学者转而建立包含多个随机变量的数学模型以提高混凝土耐久性评估和预测模型的可靠度及适用范围。
混凝土耐久性能的提升能有效地降低运维成本和延长使用寿命，为提升桥梁混凝土的耐久性，研究人员主要利用了矿物掺合料改性、纤维增强以及纳米材料改性三种方法。
在混凝土中添加矿物掺合料可以部分替代硅酸盐水泥的粘结作用并提高混凝土的和易性、强度、耐久性等性能。Sivamani等利用铜渣替代河砂用于高性能混凝土，研究其力学性能和耐久性。研究发现，在铜渣掺量小于50%时，铜渣混凝土的孔隙率随铜渣掺量的增加而减小，在掺量达到50%时其孔隙率比普通骨料混凝土低28.59%，大幅降低了混凝土的吸水率。此外，掺加50%铜渣能够加快铜渣混凝土的固化速率，从而延长养护时间，提升混凝土的耐久性。Wang等研究了不同细度的铜渣对混凝土力学性能的影响。结果表明，普通铜渣不适合作为补充胶凝材料用于混凝土，而采用湿法研磨的超细铜渣能加速水化反应。随着超细铜渣的细度增加，其后期火山灰活性提升，能够产生更加致密的微观结构，从而使混凝土的力学性能提高。
图10 普通骨料混凝土和不同掺量铜渣混凝土的微观结构
Du等研究了在混凝土中掺入粉煤灰和高炉矿渣复合物对氯化物运输的影响。粉煤灰能够提升混凝土的强度，但与水泥相比，粉煤灰的比表面积更大，且为中空结构，更容易吸收氯离子。实验结果显示，将15%的粉煤灰和30%的高炉矿渣混合掺入混凝土时，不仅可以提升混凝土的强度，而且能有效抑制氯离子扩散，提高混凝土的抗氯离子渗透能力。
Zhou等研究了外加剂对氧化镁膨胀剂混凝土开裂的改良作用。一方面，矿物掺合料能在二次反应中生成胶结能力更强的物质，但会增大混凝土的孔隙率；另一方面，粉煤灰抑制混凝土产生大量水化热导致升温，减小孔隙率和干缩率，增强力学性能，促进水化。研究结果表明，当粉煤灰与矿物粉的总占比达30%且比例为2:1时不会过度膨胀，同时能够解决因收缩而产生的开裂问题。
Boakye等研究了煅烧粘土-硅灰-水泥三元混合水泥基体系的耐久性能。煅烧黏土和硅灰都具有明显的火山灰反应属性，二者协同作用能够与氢氧化钙反应，促进水化硅酸钙的形成。同时掺入硅灰可以使混凝土孔隙率减小，硅灰含量越高，混凝土的孔隙率越小。研究表明，煅烧粘土-硅灰复合水泥具有更强的抗硫酸盐侵蚀能力，但加入硅灰后混凝土的干缩比增大，且加入30%硅灰时混凝土具有最优的抗冻融能力。
纤维具有良好的机械强度和化学性质，掺加在混凝土中能改善其性能。Bhagwat等通过比较不同体积分数的聚丙烯纤维自密实混凝土和天然砂及M砂自密实混凝土的干缩率、吸水率、渗透性、耐酸性和因腐蚀产生的裂纹的出现时间，研究了用聚丙烯纤维和M砂替代河砂的可行性。在自密实混凝土中加入聚丙烯纤维，增强了混凝土的韧性、延展性和抗弯强度；同时用聚丙烯纤维替代部分剪切钢筋可以避免裂缝形成。研究表明，自密实混凝土的吸水率会随聚丙烯纤维掺量的提升而减小，但加入过量的纤维难以拌合均匀，导致吸水率回升；在聚丙烯纤维掺量为0.15%时，混凝土的力学性能和耐久性都有明显提升，且有效延缓了腐蚀裂缝的产生。
Jin等在泡沫混凝土中添加了不同配比的玄武岩纤维和椰壳纤维对其性质进行增强，结果表明所有混合比都展示出更高的强度和耐久性，最佳纤维含量和拌合比分别为0.3 %和1:2。椰壳纤维表面粗糙结构多孔，玄武岩纤维具有复丝结构，因此在冻融和干湿交替条件下，混合天然纤维增强路基泡沫混凝土试样的抗冻性和性能稳定性显著提高。
图11 不同次数干湿循环及冻融循环后的样本扫描电子显微镜图形
Amjad等尝试使用剑麻纤维和枯草芽孢杆菌对混凝土性能进行改善。剑麻纤维具有较强的延展性和自愈能力，既能延迟裂纹的形成和扩展，又可以抑制裂纹的扩大，较高体积的枯草芽孢杆菌对硫酸盐攻击有显著的抵抗力。结果显示，微生物诱导的方解石沉淀对氯离子渗透和硫酸盐侵蚀的抵抗力分别为59%和39%，与对照组混凝土相比，吸水性、抗氯离子渗透和抗酸侵蚀性均有所增强。
Chella等研究了钢-聚酯混合纤维的力学性能、耐久性和韧性。研究发现，混合纤维的抗拉和劈裂拉伸能力比单独掺加钢或聚酯纤维有较大幅度提升，主要原因是混合纤维在初期能抑制微裂纹产生，后期能控制裂纹的拉伸行为。加入钢纤维有利于电子的自由运动，从而使电阻率随着纤维含量的增加而降低且电导率有所提高。
Hari等研究了玄武岩-钢丝绒纤维对透水混凝土性能的影响。实验通过 Box Behnken 的实验设计方法生成了更高阶的响应表面以减少实验次数，结果表明混合纤维可以显著提高透水混凝土的力学性能和耐久性，并得出了纤维能够发挥作用所需的水泥浆最小体积比为25%的结论。
图12 不同纤维含量透水混凝土的导电性能
纳米材料在混凝土中的应用效果显著，其增强了材料的性能，具有较高的力学性能和耐久性能。纳米材料掺入后混凝土耐久性的改善可以概括为增强了残余机械强度，减少了混凝土质量损失，降低了热和氯化物的扩散系数，提高了抗硫酸盐和酸侵蚀的性能，增加了表面抗磨损性。Al-Saffar等在研究中发现在高强度混凝土中添加纳米二氧化硅和纳米高岭土时，添加量越高，抗压强度损失越低。并且浸泡的时间越长，混凝土的抗压强度损失就越大。纳米材料能够提高混凝土对产生石膏等导致混凝土开裂和软化并破坏水泥水合物的膨胀化合物的硫酸镁侵蚀的抵抗力，并有助于减少孔隙率和改善微观结构。多壁碳纳米管、氧化锌和二氧化钛等纳米材料能够促进混凝土中C-S-H凝胶的形成，并增加骨料与水泥之间的结合，从而减少混凝土抗压强度损失。
Jia Luo等从质量损失、抗压强度、超声波声速值和微观结构角度研究了对纳米SiO2和再生混凝土骨料的协同作用进行25、50、75和100次硫酸干湿循环的影响。结果表明，纳米SiO2可以使再生混凝土骨料水化更充分，水化产物填充基体界面，改善界面结构，最终在硬化浆体中形成更致密的网状结构，增强了抗硫酸盐侵蚀的能力。结果指出，掺入4% SiO2，诱导的水化效应和火山灰效应可以充分发挥作用，加速水化过程，是提升再生混凝土骨料抗硫酸盐侵蚀性能的最优掺量。
图13 不同干湿循环次数下试块抗压耐蚀系数的变化规律Han等通过测量氯离子在混凝土试件纵断面上的扩散深度，研究多壁碳纳米管增强混凝土的抗氯离子渗透性能。研究发现，多壁碳纳米管具有一定的桥接和填充作用，掺入多壁碳纳米管能够抑制裂缝扩散和压实混凝土孔隙结构，有助于改善混凝土微观结构和提升混凝土抗氯离子渗透的能力。Cao等研究了多壁碳纳米管增强混凝土的早期在酸侵蚀下的耐久性。研究发现，添加多壁碳纳米管改性的复合材料表现出更低的降解率。分析显示，多壁碳纳米管能够加速水化作用，使结构致密性提高，通过桥接作用阻断微裂纹的生成和扩展，形成防止混凝土被酸侵蚀的屏障。多壁碳纳米管还增强了OPC-SAC复合材料的耐硫酸性能，减少了酸侵蚀引起的降解。因此，多壁碳纳米管通过化学和微观结构的双重优化降低了复合材料的降解速率。Esmaeili等研究了工业氧化石墨烯纳米片对UHPC的力学性能和耐久性的提升。该研究从毛细吸水率、吸水率和渗透深度试验渗透性方面评价混凝土耐久性，并分析了不同掺量的工业氧化石墨烯纳米片UHPC吸水率的变化。研究发现，工业氧化石墨烯纳米片和硅酸盐凝胶的形成以及UHPC样品中微孔的减少在一定程度上阻止了水等流体在混凝土基体中的吸收和渗透。
图14 不同配合比试件在28和90天龄期的初始吸水率
Cui等研究了在硫铝酸盐水泥中添加碳纳米管以增强界面过渡区的方法。结果表明，与未添加碳纳米管的硫铝酸盐水泥相比，其包括抗压、抗折、抗弯在内的力学性能均有较大幅度提升。另一方面，碳纳米管能够通过减少中、大型孔的体积并增加小孔和毛细孔的体积优化混凝土的孔隙结构，从而促进水泥水解，提升基质的水化程度。
图15 硫铝酸盐水泥的扫描电子显微镜图及在混凝土中的作用机理示意图上述研究结果表明，通过矿物掺合料改性、纤维增强以及纳米材料改性能够在一定程度上提高混凝土的耐久性，如何使多元混合体系各组分在不影响原有性质的同时能发挥协同作用进一步增强混凝土耐久性是后续亟待研究和解决的关键问题。
随着社会的飞速发展，混凝土桥梁结构的服役环境变得越来越复杂，混凝土桥梁的耐久性受到了越来越多的重视。根据目前现有的文献发现，对于桥梁耐久性的研究在不同层面上都趋于精细化，作者认为未来可以从如下几个方面开展混凝土桥梁耐久性的研究：
（1）混凝土材料耐久性的劣化机理方面，目前的研究热点主要集中在不同侵蚀行为耦合作用（氯盐侵蚀-冻融循环耦合、硫酸盐侵蚀-冻融循环耦合、硫酸盐侵蚀-干湿循环耦合等）下混凝土耐久性的劣化机理。由于桥梁结构在服役过程中本身会受到各种荷载作用，复杂环境下各种荷载作用和不同侵蚀行为间的耦合作用对混凝土耐久性的影响会成为今后相关研究的重要方向。（2）新型混凝土材料耐久性方面，目前的研究热点在于使用绿色环保材料或工业固废取代混凝土中的部分砂石等原材料，同时进行一些改性处理来提高新型混凝土的耐久性。水泥是混凝土结构中最主要的碳排放来源，寻找可部分替代水泥的绿色低碳材料是降低混凝土结构碳排放的有效措施，复杂环境下低碳水泥基材料的耐久性及耐久性提升措施是今后新型混凝土材料研究的重要方向。（3）混凝土耐久性设计和监测方面，目前的研究都较为传统，在设计方面对每一座桥梁结构都进行单独的耐久性设计，在监测方面采用人工+传感器等传统方法。随着计算机技术的飞速发展，对不同环境可以制定一套该环境下通用的耐久性设计方法，后续再根据桥梁结构特点进行专门的优化设计，在监测方面可以利用互联网和大数据实现桥梁结构耐久性的实时监测，复杂环境下桥梁结构耐久性设计和监测与计算机技术的结合是今后研究的重要方向。（4）混凝土耐久性评估和预测模型方面，考虑多因素协同作用建立的评估与预测模型更贴合实际应用，但在各种因素耦合下混凝土的损伤破坏机理非常复杂，建立具有较高可靠度和广泛适用范围的混凝土评估与预测模型还需要更加深入的实验及理论研究。基于大数据的机器学习技术可以将提高耐久性作为目标对混凝土设计进行优化，避免重复试错，降低实验工作量、减少原料消耗，推动混凝土材料领域实验模式转型。（5）混凝土耐久性提升方面，目前对于混凝土加固机制、裂缝发展及微观结构的研究日趋完善，但化学外加剂的研发和使用技术尚不成熟，使用会对混凝土性能造成不良影响，如何运用不同种类的外加剂在充分发挥各自优势的同时，取长补短，相辅相成，仍需进一步研究。
