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混凝土硫酸盐侵蚀问题是一个涉及离子化学反应，物质变化以及材料力学损伤的多物理场耦合问题，一直是混凝土耐久性的重要研究内容。近年来，许多实际工程中出现了由于硫酸盐侵蚀的导致混凝土损伤剥落的现象，尤其是地铁隧道结构，由于其服役环境恶劣，土壤地下水中存在大量侵蚀性硫酸根离子，这些有害离子将直接与隧道壁接触。而隧道结构施工复杂，混凝土在正常使用前往往已经存在了大量的初始裂缝，这些裂缝将大大加速硫酸根离子的扩散，从而加速材料的劣化。由于耐久性试验一般耗时较长，加速试验又与实际工程的服役环境有着较大的差别，因此，建立合理的数学模型研究材料性能的演化规律，对进行材料的服役寿命预测，以及耐久性设计具有十分重要的意义。 本文首先通过文献研究，总结离子在裂缝内的扩散规律，并提出离子在裂缝中扩散系数的一般表达式。建立硫酸根离子在裂缝混凝土内的简化二维扩散模型，并使用COMSOL MULTIPHYSICS商业有限元软件进行求解。最后，建立完整的混凝土硫酸盐侵蚀化-力耦合模型，研究离子微观扩散反应与材料宏观力学性能退化之间的联系，并使用MATLAB对扩散模型进行有限差分求解，分析不同离子浓度与反应过程对材料宏观力学性能的影响。本文主要研究内容如下: (1)通过对大量文献中的试验数据研究，分析离子在混凝土裂缝内的扩散系数与裂缝宽度的对应关系，并通过数据拟合，对比不同试验数据之间的差异，从而提出离子在裂缝中扩散系数的一般表达式，并将使用该表达式的计算结果与相关试验数据进行对比。 (2)在材料中钙铝酸盐含量不高的情况下，不考虑膨胀产物对离子扩散的影响，提出简化的硫酸根离子在损伤混凝土内的二维扩散模型。使用COMSOLMULTIPHYSICS建立有限元模型并进行求解，分析了不同裂缝宽度，裂缝形态对离子扩散过程，离子浓度分布的影响。 (3)修正混凝土硫酸盐侵蚀现象学模型，引入微观力学中裂缝密度函数建立起离子微观扩散与材料宏观力学之间的联系，同时考虑不同离子之间的化学反应。考虑到混凝土硫酸盐侵蚀涉及多物理场及多尺度问题，提出混凝土硫酸盐侵蚀化-力耦合模型。 (4)采用有限差分法求解本文提出的扩散-反应方程，并利用matlab编写相关程序。对提出的化力耦合模型进行算例分析，研究离子浓度，物质组成等因素对材料内离子反应扩散以及材料宏观力学性能的影响，并提出提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的措施。