海工混凝土应用环境十分恶劣,对混凝土耐久性有较高要求,尤其在中高纬度沿海地区,海水侵蚀和冻害的共同作用对混凝土破坏尤为严重。目前,我国海洋工程使用寿命普遍不足30年,有些工程服役年限甚至不足十年,造成的经济损失严重。因此,如何保证海工混凝土结构具有较高抗冻性的同时又具有较好的抗海水侵蚀性能,从而提高混凝土使用寿命,是关系到海洋工程安全性的关键所在。粉煤灰是高性能海工混凝土中较常用的矿物掺合料,其形态效应、活性效应和微集料效应对海工混凝土的工作性、强度、水化热和耐久性影响十分显著。80年代后期至今,随着高效减水剂的发展和市场上优质粉煤灰的大量供应,大掺量粉煤灰混凝土(High Fly Ash Content Concrete,简称HFCC)因其良好的环境效益、经济效益和社会效益,日益成为一种优质的海工建筑材料,在实际工程中得到广泛应用。对于中高纬度地区有抗冻要求的海洋工程,HFCC应用中需要加入引气剂以提高混凝土的抗冻性。但是,引气剂作用效果受粉煤灰吸附作用的影响较大,尤其是大掺量粉煤灰；此外,引气剂的掺入将影响HFCC的结构密实度,进而对混凝土强度和抗氯离子渗透性产生不利影响。本论文从粉煤灰对混凝土中引气剂作用效果的影响入手,通过力学性能试验、抗冻性试验、硬化混凝土气泡参数测定以及SEM分析等,研究了粉煤灰品质和掺量、海水养护以及养护龄期等因素对HFCC在冻融和海水侵蚀耦合作用下性能的影响,探讨了海水养护和冻融循环对混凝土的作用机理。作为应用基础研究,本论文的主要结论可为有抗冻要求的海洋工程中高性能混凝土耐久性研究与设计提供试验数据和理论参考。本文主要研究内容概括为以下4个方面：(1)粉煤灰胶凝系数β是表征粉煤灰自身品质对混凝土强度综合效应的参数,可以直接用于HFCC强度公式和配合比设计。本文首先通过测试不同粉煤灰掺量的水泥胶砂试件28d抗压强度,以强度比为依据确定了三种不同品质粉煤灰的胶凝系数β。研究表明,β的大小取决于粉煤灰自身品质(细度、烧失量、需水量比)和龄期,而与粉煤灰掺量无关；粉煤灰能够降低水泥胶砂试件的脆性系数和早期强度。(2)根据有抗冻要求的海工混凝土的实际服役条件,将粉煤灰作为混凝土中一种独立组份进行HFCC配合比设计,研究了HFCC拌合物的流动性和含气量,分析了粉煤灰掺量和品质对引气剂作用效果的影响。结果表明：随着粉煤灰掺量从40%增加到70%,HFCC拌合物流动性明显增大；不同品质粉煤灰对HFCC拌合物流动性的影响略有不同,但在减水剂掺量一定时,粉煤灰掺量是影响HFCC流动性的主要因素；引气剂掺量一定时,影响HFCC中引气剂作用效果的主要因素是粉煤灰掺量和细度,粉煤灰含碳量变化的影响不明显；混凝土拌合物含气量和硬化混凝土气泡间距系数都能够反应HFCC的抗冻能力,但二者没有准确的对应关系。(3)针对中高纬度地区海工混凝土的环境特点,研究了HFCC抗海水冻融循环性能,分析了在冻融和海水侵蚀耦合作用下HFCC的耐久性。研究表明：在标准养护和海水养护条件下,含气量6%左右的普通混凝土(OPC)经海水冻融循环后,均表现出良好的抗冻性；低掺量粉煤灰有助于减少混凝土内部孔隙,并可稳定混凝土中的气泡,但粉煤灰掺量较大时,混凝土抗冻性受到不利影响。(3)鉴于HFCC在实际应用中早期强度比较低的问题,本文对比研究了标准养护和海水养护条件下OPC和HFCC的强度发展,分析了海水养护、海水冻融对OPC和HFCC水化产物微观形貌的影响。研究表明：与混凝土标准养护条件下的强度相比较,经海水养护后,OPC强度降低而HFCC强度略有提高；海水对混凝土的劣化主要集中于氯盐、硫酸盐和镁盐等对混凝土产生的破坏；海水对粉煤灰的二次水化反应具有激发作用,随着火山灰反应程度的增加,水泥石结构更加致密,促进了HFCC强度的发展,且粉煤灰掺量越大,强度提高的幅度越大；90d龄期时,海水养护与标准养护的HFCC试件抗压强度均达到设计值。