本文主要研究荷载和环境作用下粉煤灰结构混凝土劣化规律与寿命预测问题。首先建立荷载和环境耦合作用下粉煤灰混凝土损伤指标体系，同时设计并加工大型混凝土试件的加载装置；采用应力传感器装置来实现加载过程中应力松弛情况的控制并制定相应判断的准则。对于不同粉煤灰掺量、不同水灰比、不同养护龄期的粉煤混凝土，研究单一因素作用下的一维、二维和三维碳化规律，并以此为基准，进一步研究涉及碳化的双重和多重破坏因素(荷载+碳化，氯离子侵蚀+碳化，氯离子侵蚀+干湿循环+碳化，荷载+氯离子侵蚀+干湿循环+碳化)作用下混凝土的一维和多维碳化依时演化规律和相应的耦合因素对碳化的影响规律：采用图像处理技术研究不同冻融损伤后粉煤灰混凝土的多维碳化演化规律，定量分析了冻融破坏对碳化的影响规律。系统研究不同粉煤灰掺量、不同水灰比、不同养护龄期的粉煤灰混凝土在单一因素作用的一维、二维和三维氯离子扩散规律，以及荷载+氯离子侵蚀，氯离子侵蚀+碳化，荷载+干湿循环+氯离子侵蚀、氯离子侵蚀+干湿循环+碳化，荷载+氯离子侵蚀+干湿循环+碳化等双重和多重因素耦合作用下混凝土的一维和多维氯离子扩散规律和相应的耦合因素对氯离子扩散的影响规律并对实际工程混凝土配比的服役寿命进行预测；建立了考虑干湿循环作用的氯离子传输模型。采用交流阻抗测试仪，测试碳化、氯离子侵蚀下单一，双重和多重因素耦合作用下粉煤灰混凝土内部钢筋锈蚀的定量规律，研究各个因素对钢筋锈蚀的影响情况。采用Java语言编写一个从混凝土配合比计算到单一、双重和多重因素作用下混凝土多维损伤失效规律，最终实现混凝土多因素作用下寿命预测的专家系统。 (1)多因素耐久性加载装置的设计建造与新型加载方法体系的构建及多维耐久性实验测试方法的确立。自主研发了适于本课题专用的应力传感器，通过传感器实现了试验过程中对加载状态的实时监控，从而有效防止了加载弹簧的应力松弛问题；设计了适用于大尺寸试件加载要求的四拉杆加载装置，实现了对大试件的加载试验；建立了荷载和环境作用下科学的耦合制度。制定了单一、双重和多重因素作用下混凝土碳化和氯离子扩散在的1D、2D和3D时的测试方法。 (2)荷载和环境因素耦合作用下粉煤灰混凝土单一、双重和多重破坏因素作用下多维碳化及其交互系数的研究。定义了2D和3D混凝土碳化：探讨了不同粉煤灰掺量(0％、20％、40％和60％)，不同水胶比(0.30、0.35和0.40)，不同养护龄期(28d和90d)，不同粉煤灰种类(一级和二级)对混凝土1D碳化深度的影响规律并分析了粉煤灰掺量、水胶比，养护龄期对混凝土2D和3D碳化深度的影响规律。 定量分析了荷载对混凝土1D和2D碳化的影响规律并详细探讨了应力对不同粉煤灰掺量混凝土碳化规律的影响，当混凝土受到不同应力比作用时，应力和碳化深度呈现指数关系；相同应力下荷载对不同粉煤灰掺量混凝土产生的加速效应是不同的，40％粉煤灰掺量之内，随着粉煤灰掺量的增加，应力对混凝土碳化的影响力度呈现减小趋势。 分析了经过不同冻融循环破坏后混凝土的碳化现象，采用Image-proPlus图像处理软件对碳化面积进行定量分析；详细论述了粉煤灰掺量，冻融破坏程度和水胶比对冻融循环+碳化双因素耦合作用下混凝土碳化面积的影响效应，随着粉煤灰掺量的增加，经过冻融破坏后的混凝土碳化面积呈现一个先下降再上升的过程，混凝土的碳化面积随着冻融破坏程度的增加而增加，呈现线性的规律，因此有效降低混凝土冻融破坏程度是阻止混凝土碳化的有效方法。 定义了混凝土的2D和3D交互系数；交互系数随着粉煤灰掺量的增加而减小。2D和3D交互系数在碳化早期快速减小，后期则出现衰减，趋向于平缓；其交互系数服从e的经时衰减函数；探讨了不同应力比状态下混凝土2D交互系数。使用含有2D、3D交互系数K，碳化时间依赖性系数n的碳化方程对苏通大桥箱梁部位混凝土进行寿命进行了预测，结果表明2D和3D预测寿命大幅度减少。 (3)荷载和环境因素耦合作用下粉煤灰混凝土单一、双重和多重破坏因素作用下多维氯离子传输规律及其交互系数的研究。本文研究了不同粉煤灰掺量(0％、20％、40％和60％)，不同水胶比(0.30、0.35和0.40)，不同养护龄期(28d和90d)对混凝土1D氯离子扩散浓度，氯离子结合能力及扩散系数的影响规律：定量分析了荷载对混凝土1D和2D氯离子扩散的影响情况：着重探讨了干湿交替作用下粉煤灰混凝土氯离子扩散的规律并定量分析了干湿+碳化+浸泡和荷载+干湿+碳化+浸泡三重和四重因素耦合作用下的氯离子扩散情况。通过实际测试的氯离子浓度和采用Fick第二扩散定律理论计算的氯离子浓度进行对比，发现氯离子扩散过程中存在x、y、z轴方向的交互作用；定义了2D和3D氯离子扩散交互系数。不同粉煤灰掺量对混凝土多维交互系数的影响成指数形式分布。对苏通大桥承台混凝土使用带多维交互系数的扩散模型进行服役寿命预测，寿命从单因素的远大于100年下降到0.35应力比下2D的157.8年，带有多维交互系数的氯离子扩散寿命预测更加符合结构混凝土实际情况。 对不同粉煤灰掺量、不同水胶比的混凝土在干湿交替作用下自由氯离子的浓度进行分析，计算出干湿交替作用影响深度在12mm到13mm之间并对不同粉煤灰掺量混凝土干湿锋面氯离子浓度进行定量计算。建立了带有干湿交替作用的氯离子传输模型，并使用该模型对混凝土浓度进行理论预测，理论计算值和实际测试值比较接近。 (4)荷载和环境因素耦合作用下混凝土钢筋锈蚀的研究。本文通过交流阻抗法研究了配筋混凝土试件在单一碳化、氯离子浸泡，冻融破坏+碳化，荷载+干湿循环+碳化+氯离子浸泡等耦合因素作用下钢筋钝化膜的破坏过程，并测试了钢筋发生锈蚀的临界氯离子浓度。单因素碳化120d和单因素浸泡1年的混凝土，其钢筋均未发生锈蚀：冻融破坏对混凝土中钢筋锈蚀影响显著，25％冻融破坏后碳化120d发生锈蚀，冻融破坏50％时96天时即发生钢筋锈蚀，而冻融破坏75％的试块进行碳化时，66d便发生了钢筋锈蚀；荷载作用下混凝土浸泡18个月时发生钢筋锈蚀，其临界氯离子浓度为0.062％，而荷载+干湿循环+碳化+浸泡四重因素作用时，30个循环之后钢筋发生锈蚀，其临界氯离子浓度为0.058％，小于没有干湿循环作用下的临界浓度。 (5)耐久性寿命预测专家系统。采用Java语言并运用查询效率高的NativeXMLDatabase数据库，使用matlab数据包并使用径向基神经网络(RBF)编写计算精度高，扩充方便，可适用范围广的专家系统。实现了从混凝土配合比计算到单一、双重和多重因素作用下混凝土多维损伤失效规律，最终到混凝土多因素作用下服役寿命预测的计算全过程。随机抽取苏通大桥索塔结构混凝土在0.35应力比弯曲荷载下的碳化深度为样本，其最大误差小于15％，最小的误差只有2.8％。本系统可以计算荷载和环境耦合作用下多因素混凝土耐久性寿命预测。可以选择不同的应力比，不同粉煤灰种类、掺量，相对湿度、温度，二氧化碳浓度，干湿循环情况等等多个参数，其涵盖面比较广泛。