目前，我国高速铁路工程预制构件主要采用的蒸养(蒸汽高温养护)工艺，具有施工方便、成本低、工期短、环境污染少的优点，符合我国高铁工程建设的要求。但国内外众多工程实践表明，蒸养混凝土预制构件在服役过程中暴露出脆性大、易开裂、耐久性差等问题^[1]。蒸养混凝土预制构件的研究过程中发现^[2,3,4]，蒸养过程中混凝土会产生一系列的热损伤，如孔隙率增大、内部碱性增强等，从而更大程度地加速了内部钢筋的腐蚀，造成了更严重的工程经济及安全隐患。因此，为提高蒸养混凝土预制构件的耐久性能，钢筋的腐蚀问题亟需解决。

　　 国内外研究学者几十年的理论研究及工程实例证明^[5]，采用耐腐蚀性能强、性价比优越的玻璃纤维筋(Glass Fiber Reinforced Plastic，简称GFRP)替代或部分替代钢筋并应用于混凝土结构中，能够有效改善传统钢筋的耐腐蚀性能。并且这已成为一个解决钢筋腐蚀问题行之有效的热点方法。Yi Chen、杨文瑞等^[6,7]对GFRP筋进行高温特殊环境浸泡试验表明，虽然GFRP筋属于高强耐腐蚀性的复合材料，但在高温、水溶液或碱性等环境下仍存在一定的劣化，并且温度越高，劣化程度越明显。这主要是由于GFRP筋树脂在湿热环境下较易于吸收水分，并且这些水分将与GFRP筋内部树脂、纤维发生一系列不可逆的化学反应^[8]，即对GFRP筋的抗拉强度及耐久性能造成不可逆的损伤。因此，高温高湿度的蒸养过程及蒸养混凝土的强碱性都将造成GFRP筋抗拉强度的损伤，然而，目前蒸养混凝土的研究^[2,3,4,9,10]主要集中于混凝土的损伤性能及改善措施方面，较少关注到GFRP筋的损伤，针对高温养护混凝土中GFRP筋的吸湿性能研究也十分有限。

　　 为确定蒸养GFRP筋混凝土构件应用的可靠性，本文将基于不同纤维含量比例条件下，针对不同养护环境对GFRP筋吸湿性能影响规律进行试验研究，建立蒸养混凝土中GFRP筋扩散系数的预测模型，为蒸养混凝土中GFRP筋抗拉强度预测提供理论依据。

　　 蒸养混凝土孔隙率加大、有害孔径增多等结构性能的变化^[3]，直接增大GFRP筋受外界水分的影响程度，同时考虑到纤维比例与直径对吸湿性能的影响，本试验设置了不同的养护温度与纤维比例进行对比分析，并以GFRP筋裸筋(未有混凝土包裹)作为参照对比试件。养护温度为20,60,80℃;纤维比例为60%,70%,80%。

　　 本试验中采用无碱玻璃纤维(E-glass)与乙烯基树脂(Vinyl ester)通过拉挤成型制作而成的玻璃纤维筋(GFRP筋)作为研究对象，由南京某复合材料有限公司提供，GFRP筋直径为10mm(图1)。

　　 试验中水泥选择华新牌42.5级普通硅酸盐水泥;粗骨料选择5～20mm连续级配石灰石碎石，压碎指标为12%，堆积密度为1 400～1 700kg/m³;砂采用中砂，细度模数为2.8。配合比例基于《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2011)^[11]进行计算，水泥∶水∶砂∶石子∶水∶减水剂=1∶0.42∶1.71∶2.19∶0.21∶0.01。

　　 依据本试验目标，试验试件分为两批:GFRP筋裸筋、混凝土包裹的GFRP筋(200mm×110mm×80mm棱柱体)，相关试件的具体参数见表1,2。

　　 本试验采用加速试验方法，将裸筋与达到28d龄期后的GFRP筋混凝土棱柱体试件同时放入60℃的恒温水浴中，分别以1,28,37,92,182d作为测试时间点^[12]，当达到相应时间后取出裸筋与混凝土中GFRP筋进行测试(图2)。将GFRP筋放置于烘干箱中烘干24h，质量无任何变化时进行吸湿试验。测试中采用的电子天平精度为0.01g。

　　 式中:M₁为吸湿后重量，g;M₀为烘干重量，g;M为吸湿率，%。

　　 由图3吸湿率随时间平方根变化规律可见，GFRP筋裸筋试件与混凝土中GFRP筋试件吸湿率变化均可分为两部分:1)吸湿时间较短时，氢氧根离子(OH^-)在GFRP筋内部扩散较快，GFRP筋的吸湿动力学曲线基本趋于线性变化，可定义为线性变化阶段;2)吸湿时间达到一定值时，吸湿率变化较为平缓，可认为达到平衡阶段。这一现象与Ramirez,Won等^[13,14]提出的FRP材料典型吸湿性能变化相一致。由图3可见，纤维含量对GFRP筋材料的吸湿行为存在明显的影响，纤维含量越高，吸湿率越低。这是由于玻璃纤维基本不吸水，以树脂基体和纤维/树脂界面吸水为主。虽然加入玻璃纤维产生的界面和缺陷可以促进吸湿，但在复合材料的吸湿过程中树脂的吸水仍占主导地位。另外，玻璃纤维对水在复合材料中的扩散存在一定的阻碍作用，增加了水扩散的不连续性，这也导致了纤维含量大的复合材料的吸湿量小^[15]。因此，纤维含量80%时，其吸湿率仍较低，而温度的升高将提高树脂及界面的吸湿能力，因此，图3中显示，随温度升高，纤维含量对吸湿性能的影响约有下降。

　　 由图4中不同养护温度条件下吸湿率变化规律可见，不论纤维含量的大小，材料的吸湿能力均随温度的增大而增大。养护温度为20℃时GFRP筋与裸筋相差不大，这说明20℃的养护温度下未对GFRP筋的吸湿性能产生明显的影响，而在60,80℃的养护温度下，GFRP筋的吸湿率明显增大，这是由于高温养护使GFRP筋树脂发生了反应，树脂溶出产生许多孔洞，纤维裸露;同时高温养护下，混凝土内部碱性发生变化，导致GFRP筋性能受损，纤维/树脂界面裂缝增大，吸湿性能提高。

　　 由吸湿率变化规律可见，试验过程中GFRP筋材料吸湿性能变化符合FRP材料典型吸湿性能变化。同时一般高分子材料吸湿过程符合Fick第二定律:

　　 式中D,M_t,t和Z分别为表观扩散系数、吸湿量、吸湿时间和试样厚度。

　　 Shen等^[16]建议Fick定律中的扩散系数D可以用式(3)表示:

　　 式中:M_m为平衡吸湿量;M_t1和M_t2分别为t₁和t₂时刻的吸湿量;r为筋材半径(图5^[13,14])。

　　 GFRP筋的扩散系数D直接影响GFRP筋的抗拉性能，目前，较多抗拉性能预测模型中均采用扩散系数D作为参数。由表3～5可见，扩散系数D变化规律与吸湿率变化规律一致，均表现出随纤维含量的增大而降低，随养护温度的升高而增大。80℃时增大比例最为明显，纤维含量60%时，80℃时GFRP筋的扩散系数比60℃时增大15.6%。

　　 由图6可见，GFRP筋的扩散系数随温度存在明显的对数函数变化规律。部分研究^[17]提出，GFRP筋的扩散系数随环境绝对温度倒数的增大而减小。而与纤维含量比例变化规律呈现指数函数关系，随纤维含量的增大而降低。因此，基于本试验表3中拟合结果，可初步确定不同养护温度及不同纤维含量对GFRP筋扩散系数D影响预测模型关系:

　　 式中:a，β，δ，φ，T₀均为试验拟合值;D为GFRP筋的扩散系数，mm²/s;T,R分别为温度与纤维含量比例。

　　 (1)试验中GFRP筋的吸湿行为均基本满足Fick第二定律。

　　 (2)纤维含量对GFRP筋的吸湿行为存在较大的影响，并且随着纤维含量的增加，材料的平衡吸湿量、吸湿速率及扩散系数D均有所降低。

　　 (3)混凝土中GFRP筋经过高温养护时，对GFRP筋的吸湿行为存在一定的影响，养护温度越高，平衡吸湿量和扩散系数D越大，吸湿速率越高，养护温度20℃时影响相对较小。

　　 (4)本文基于不同养护温度、不同纤维含量的条件，初步建立混凝土中GFRP筋扩散系数预测模型。然而，由于树脂类型的不同，模型中参数的确定需更多的试验数据加以支持并进行试验验证。