荷载作用下氯离子在海工混凝土中的传输是导致其结构劣化的主因。目前对氯离子在混凝土中传输特性的研究主要将其传输系数视为常数,实际上传输系数是多因素影响的变化值。此外,当前多数理论和试验研究侧重于氯离子一维方向的传输,而对更加符合实际情况的二维方向的传输研究较少。因此,研究荷载作用下的氯离子多维变系数的传输特性,对于混凝土结构耐久性的研究具有重要理论和现实意义。本文研究内容和结论如下:(1)氯离子扩散系数随混凝土微观结构的变化而变化;在细观尺度上,将混凝土视为骨料、砂浆基体和界面过渡区组成的三相复合材料,基于细观力学理论及其等效均匀化的思想,获得了混凝土在饱和状态下氯离子传输的等效扩散系数,并确定其求解计算公式。(2)选取自然环境中的卵石(椭球形)和碎石(多边形)骨料作为研究对象,利用等效球体积和形状因子特征参数分别对两种骨料进行定量表征;然后,基于Lu的最邻近表面分布函数和球形粒子堆积模型建立了椭球形和多边形骨料周围的ITZ理论计算模型,并对理论模型进行验证。基于Visual Basic6.0语言编写ITZ体积分数计算程序,实现了其可视化和功能化,系统分析了骨料形貌、骨料体积分数、骨料最大粒径以及骨料分布对界面过渡区体积分数的影响,模拟结果表明对椭球形骨料周围ITZ体积分数影响结果依次是界面过渡区的厚度、骨料体积分数、骨料的最大粒径。(3)基于Fick第二定律,建立了混凝土中氯离子一维、二维变系数扩散模型,将混凝土中氯离子等效扩散系数求解模型嵌入上述扩散模型中,运用有限差分法中C-N格式和ADI格式来推导该偏微分方程的数值解法,通过MATLAB数值求解;所得预测结果与试验结果对比分析,变系数的预测精度明显提高。此外,基于弹性力学和材料力学理论,建立了荷载作用下混凝土中氯离子一维、二维变系数扩散模型,并对一维模型进行试验验证,结果表明二者结果基本吻合;理论模拟表明,在受氯离子侵蚀的混凝土试件内,氯离子浓度分布呈阶梯性,并由外至内递减;不同扩散时间和截面深度的氯离子浓度不同,压应力可减缓氯离子扩散过程,而拉应力则会加速这一过程。如扩散200 d,截面深度15 mm时,一维扩散时,拉应力下的氯离子浓度高于压应力时26.7%;而在二维扩散时,该数值为42.1%,因此表明二维扩散高于一维。