混凝土是目前全球用量最为广泛的建筑材料(从体积来看年消耗量仅次于水),同时也是一种高能耗高污染的材料,是造成全球环境污染的主要因素。从环境成本来看,提高混凝土的耐久性是节约资源和降低环境负担的一个重要思路。近几十年来,各种大型混凝土构筑物被广泛应用于海洋环境,由于海洋环境的严酷性和对混凝土结构长服役寿命的要求,海洋混凝土耐久性面临着严峻的挑战。本文针对海洋环境下混凝土的耐久性问题,对混凝土承受的环境因素进行模拟,系统研究可溶性盐溶液、干湿交替和荷载多重因素耦合作用下混凝土的损伤过程、氯离子扩散规律以及微结构演化,建立可溶性盐溶液、干湿交替和荷载多重因素作用下混凝土中氯离子传输模型。其研究内容和取得成果如下:本文以相对弹性模量和质量损失率来表征多重因素耦合作用下混凝土损伤,结果表明:在复合盐溶液耦合干湿交替作用下,干燥阶段的温度是引起混凝土损伤劣化的关键因素;在干燥阶段的温度一定的情况下,干湿比则是引起混凝土损伤劣化的关键因素,干湿比越大,即干燥阶段持续时间较长,对混凝土造成的损伤越严重;在复合盐溶液耦合干湿交替与荷载同时作用下,复合盐溶液中较高的硫酸根离子含量仍可减缓混凝土的损伤劣化,这一结论不但在混凝土遭受干湿交替的作用下成立,而且在混凝土遭受干湿交替与荷载同时作用下依然成立。另外,多重因素耦合作用下,混凝土中矿物掺合料的添加可明显增强混凝土在复合盐溶液耦合干湿交替作用环境下的抗损伤性能。利用X-CT、SEM、XRD和TG/DSC一系列测试技术,研究了可溶性盐溶液侵蚀下水泥浆体的微结构演变。试验结果表明:在干湿交替下作用,当混凝土遭受复合盐溶液(氯盐和硫酸盐)腐蚀时,硫酸根离子的存在可以减少Friedel’s盐的形成,同时氯离子的存在也可减少ettringite等硫酸盐膨胀产物的产生。混凝土中矿物掺合料的添加可以增强氯离子结合能力,与普通硅酸盐水泥相比可产生较多的Friedel’s盐。在本文的试验中,由多因素耦合作用下混凝土中氯离子分布结合灰关联分析可知,干湿交替是影响氯离子侵入的主导原因,主要是因为试验中所采取的干湿机制中干燥阶段温度增高所造成的,而荷载的施加对氯离子侵入影响不大。侵蚀溶液中,氯离子和硫酸根离子共存时,氯离子在混凝土中的传输被硫酸根离子抑制。探讨了干湿交替作用下混凝土中水分传输模型的理论推导过程,以及模型中各个参数的物理意义和试验确定方法,并对模型进行了验证。其理论模型分别为:(1)干燥过程完成后,水分分布函数为,积分所得的水分损失表达式为;(2)湿润过程完成后,水分分布函数为,积分所得的水分增量表达式为。另外,分别通过混凝土干燥试验和湿润试验获得干燥过程的水分扩散系数Dd和湿润过程吸水系数k。混凝土在各种环境条件下的含湿量或饱和度等边界条件的表达式可通过等温吸附-脱附曲线来确定。以干湿交替下水分传输模型为基础,建立了干湿交替、单一盐溶液作用下混凝土中氯离子的传输模型,而后通过逐步增加恶化环境因子的方式(复合盐溶液、荷载)模拟了干湿交替、复合盐溶液耦合荷载、干湿交替、单一盐溶液耦合以及荷载、干湿交替、复合盐溶液耦合等多重因素耦合作用下混凝土中氯离子的传输。在模拟过程中用活度解决了单一盐溶液向复合盐溶液的过渡;用荷载因子对扩散系数的影响函数解决了多重因素作用下的荷载作用问题。