铁路钢筋混凝土桥梁在服役期间,梁体受荷载作用可能会产生裂缝,同时,由于外界的环境侵蚀,混凝土梁会受到如碳化和氯离子侵蚀等耐久性因素的影响,且这种劣化会由于梁体的开裂而更加严重。基于这一工程实际情况,本文通过在混凝土中掺加硫酸钙晶须来提高混凝土的弹性模量,以控制混凝土在弯曲荷载下的开裂;同时对不同掺量硫酸钙晶须混凝土的力学性能随龄期的发展以及碳化、弯曲荷载和碳化耦合、氯离子侵蚀、碳化后的氯离子侵蚀等耐久性因素进行了试验和理论研究,主要研究成果为:(1)通过对两种不同晶须掺量的混凝土进行基础力学性能试验,得到硫酸钙晶须混凝土抗压强度和弹性模量随龄期的发展规律:掺加硫酸钙晶须的混凝土比普通混凝土在不同龄期的抗压强度和弹性模量均有较大增长;随着晶须掺量的增加,混凝土抗压强度和弹性模量有所降低。(2)通过扫描电子显微镜图像分析得出:硫酸钙晶须与水泥浆体结合状态良好,水化早期可以清晰的看到硫酸钙晶须在水泥浆体中的形状,随着养护龄期的增长,硬化水泥浆体逐渐包裹住晶须表面,与混凝土水化产物形成空间支撑结构;部分晶须横跨混凝土内部微裂缝,连接裂缝两端,阻碍裂缝进一步发展;部分晶须填充混凝土内部孔隙,增加混凝土密实度。(3)考虑硫酸钙晶须掺量与养护龄期对硫酸钙晶须混凝土弹性模量的影响,采用混凝土三重球弹性模量模型与Weibull分布理论,建立硫酸钙晶须混凝土弹性模量随时间发展预测模型,通过与试验结果的对比,验证了模型的有效性。(4)进行了混凝土弯曲荷载-碳化和碳化·氯侵试验:通过自锚法对不同掺量的硫酸钙晶须混凝土试件进行加载,之后进行快速碳化试验,测量试件在不同碳化龄期的碳化深度。对不同碳化龄期的混凝土试件进行了电通量试验,得到碳化对氯离子侵蚀的影响规律。结果表明,掺加硫酸钙晶须的混凝土抵抗碳化的能力比普通混凝土有明显提升,然而,随着晶须掺量的增加,混凝土抵抗碳化的能力有所下降;弯曲荷载对硫酸钙晶须混凝土碳化深度影响较大,试件受压区碳化深度明显小于受拉区碳化深度,并随着弯曲荷载的增加,差距更为显著;掺加硫酸钙晶须的混凝土在不同碳化龄期的电通量比普通混凝土小,随着碳化龄期的增加,差距逐渐减小。(5)考虑硫酸钙晶须在混凝土中的荷载分担作用和弯曲荷载作用下混凝土梁截面的受力特性,将应力在截面上的不均匀分布作为影响因素,采用条带法,精确计算了弯曲荷载作用下混凝土截面的碳化深度。根据Fick第二定律,考虑碳化对氯离子渗透性能的影响,提出了碳化对氯侵的影响系数,对现有氯离子渗透模型进行了修正。通过对试验数据和模型计算结果比较,模型与试验结果吻合良好。(6)将本文建立的硫酸钙晶须混凝土弯曲荷载作用下的碳化模型和碳化作用下的氯侵模型代入COMSOL有限元软件中,对硫酸钙晶须混凝土构件的碳化和氯侵深度进行了有限元分析。