针对水工混凝土容易出现裂缝的工程实际问题，本课题采用大掺量粉煤灰取代水泥，加入引气剂的方式配制水工混凝土。研究了水工混凝土的工作性和力学性能及在多因素作用下的水工混凝土的耐久性和孔结构。试验结果表明采取粉煤灰大量取代水泥和加入引气剂方式，新拌混凝土的工作性有明显改善。抗压强度前期增长缓慢，后期持续增长。在一定范围内随着粉煤灰掺量增加混凝土渗透性降低。粉煤灰对混凝土的抗冻性的影响存在最佳掺量，且最佳掺量因强度等级不同而有所差异。对于C25混凝土最佳掺量为30%，而对于C30和C40混凝土的最佳掺量为40%。经过冻融循环后的混凝土渗透性降低，但是总体趋势未发生改变，即混凝土快速冻融前后粉煤灰的掺量对混凝土渗透性影响规律一致。对混凝土进行预制裂缝后的渗透试验，拟合了混凝土裂缝对混凝土渗透性的影响程度关系式，定量分析了微裂纹对混凝土渗透性的影响。当预制裂纹宽度小于50μm时，混凝土的电通量增量小于135C，混凝土渗透性变化不大。当预制裂纹宽度大于50μm时，混凝土的电通量增量明显增加，混凝土的抗渗性显著降低。这为已知电通量增量估算混凝土内部微裂纹宽度，提供了参考依据。基于Nernst-Planck方程、Nernst-Einstein方程，借助混凝土电通量与氯离子扩散系数之间的经验公式。运用ANSYS模拟了混凝土电通量试验，结果表明在电通量较小时试验与模拟吻合较好，当电通量较大时，试验结果得到的电通量大于模拟结果。运用ANSYS进一步模拟混凝土的快速冻融试验，从力学角度分析了混凝土经过冻融循环后内部应力分布及其矢量分布图，解释了混凝土的冻融破坏机理，与试验分析结论一致。并且从混凝土配和比和原材料选择提出来相应的预防措施。