海洋环境下混凝土结构破坏的主要原因是氯离子侵入而导致的钢筋腐蚀,研究氯离子在混凝土中的扩散规律、建立氯离子的扩散模型是对海洋混凝土结构耐久性和服役寿命进行分析和预测的关键。本文在实验方面进行了高性能混凝土的氯离子一维扩散实验和水泥砂浆的氯离子二维扩散实验;在数值方面提出了混凝土中氯离子扩散场的补偿长度理论,并在此基础上分别研究建立了基于常扩散系数和时变扩散系数的氯离子一维和二维扩散分析的边界元法;进而通过实验研究和数值分析的结合,根据实验结果得到的氯离子扩散参数建立基于边界元法的海洋混凝土结构服役寿命预测模型,括此对海洋混凝土结构的服役寿命进行分析预测。　　 本文主要的研究工作和结论有:　　 (1)研究了从高性能混凝土中提取并准确测定自由氯离子和总氯离子的方法,即使用常温下蒸馏水浸泡并振荡24小时的方法提取高性能混凝土中自由氯离子,使用常温下15％硝酸溶液浸泡振荡24小时的方法提取高性能混凝土中总氯离子,对自由氯离子和总氯离子的滤液采用本文提出的改进的佛尔哈德化学滴定法进行滴定,得到高性能混凝土样品中的自由氯离子含量和总氯离子含量。　　 (2)开展了高性能混凝土的氯离子一维扩散实验,分析发现复合掺加粉煤灰、硅灰和矿渣的高性能混凝土具有最佳的抗氯离子扩散能力,普通混凝土的抗氯离子扩散能力最差,对于单掺粉煤灰的高性能混凝土,随粉煤灰掺量增加,混凝土的抗氯离子扩散能力增强,但当掺量在50％以上时,混凝土的抗氯离子扩散能力明显下降。普通混凝土和粉煤灰高性能混凝土中的自由氯离子与固化氯离子的关系符合Freundlich等温方程,方程中系数α的值与混凝土材料的固化潜力有关,系数β的值与混凝土材料的初始固化能力有关,分析表明掺加粉煤灰后混凝土的初始固化能力和固化潜力降低。　　 (3)首次设计并进行了人工海水环境下的水泥砂浆二维氯离子浸烘加速扩散实验,获取二维扩散后试块内部的氯离子浓度分布数据,结果表明,两个暴露面的交点及对角线附近的总氯离子浓度和自由氯离子浓度均明显增加,说明氯离子会在混凝土结构相邻暴露面的交汇处发生积聚。砂浆试块中的自由氯离子与固化氯离子的关系均符合Freundlich等温方程,拟合得到的砂浆试块的Freundlich等温方程中系数α和系数β的值均较小,且在扩散的不同时期其Freundlich等温方程基本一致,说明试块的固化能力只与实验材料有关。　　 (4)提出了混凝土中氯离子扩散场的补偿长度理论,建立了补偿长度表达式,并分别对常扩散系数和时变扩散系数下氯离子一维及二维扩散场补偿长度系数的取值范围进行了分析。　　 (5)提出了混凝土中氯离子扩散分析的边界元法,建立了边界元法计算格式,分析了在边界元模型中扩散场补偿长度系数的取值,并验证了氯离子扩散场补偿长度理论对于边界元法的必要性以及补偿长度系数取值的合理性,并通过算例证明了本论文中建立的基于常扩散系数的边界元法具有较好的计算效率和较高的计算精度。　　 (6)提出了基于时变扩散系数的氯离子扩散问题的边界元法,推导出了基于时变扩散系数的边界元法计算格式,分析了在时变扩散系数下边界元模型中扩散场补偿长度系数的取值,并通过算例证明了时变扩散系数下的混凝土中氯离子扩散的边界元法具有更强的适应性和实用性,可以更好地分析和模拟实际情况下氯离子在混凝土中的扩散过程。　　 (7)利用氯离子扩散实验拟合得到的扩散参数建立边界元模型对混凝土中的氯离子分布情况进行计算,其计算结果表明氯离子一维扩散和二维扩散的边界元模型可以较好地应用于实际工程中混凝土结构的氯离子分布的计算和分析。　　 (8)首次利用边界元法建立混凝土结构服役寿命预测模型,对海洋混凝土结构在给定条件下的服役寿命进行分析和预测。结果表明,常扩散系数下,海洋混凝土结构的服役寿命主要取决于混凝土的氯离子扩散系数;时变扩散系数下,海洋混凝土结构的服役寿命主要取决于混凝土的初始扩散系数和龄期衰减系数。处于氯离子二维扩散条件下的海洋混凝土结构的服役寿命与一维扩散条件下相比有明显下降;通过增加混凝土的保护层厚度可以有效提高混凝土结构的耐久性。基于常扩散系数和时变扩散系数边界元法的海洋混凝土结构寿命预测模型具有很好的准确性和适用性。