随着“一带一路”和“西部大开发”国家战略的实施,大量的混凝土结构服役于西部严酷盐湖环境中。混凝土作为一种多相、多组分的复合材料,在水化硬化阶段和服役期间往往会产生初始缺陷和损伤,导致混凝土易遭受硫酸盐侵蚀,体积增加、混凝土开裂;随着损伤的不断累积,传输-侵蚀破坏-开裂过程速度加剧,直至混凝土失效。然而目前有关混凝土耐久性设计大多依据无微裂缝、完整混凝土的研究成果,这在一定程度上高估了混凝土结构的服役使用寿命。因此,研究不同损伤度混凝土在西部严酷环境下的劣化规律,探讨不同因素对混凝土硫酸盐传输行为的影响,建立硫酸盐环境下混凝土寿命预测模型,这对实现混凝土耐久性设计具有重要的理论指导意义和工程实用价值。本文围绕硫酸盐环境下带初始损伤的混凝土劣化机理与寿命预测,揭示了不同影响因素下混凝土性能劣化规律,分析了混凝土受硫酸盐侵蚀过程中腐蚀产物的时变规律;同时定量表征了侵蚀过程中水泥基浆体内部空间裂缝以及孔结构的演变规律。测试了硫酸根离子在混凝土中的时空分布,建立了硫酸盐环境下损伤混凝土的寿命预测模型,并结合试验数据和工程案例验证了模型的合理性和可靠性。取得创新成果如下:(1)采用循环加载法实现混凝土的不同损伤度,并提出了一种定量表征损伤混凝土裂缝的方法;探究了混凝土中硫酸根离子含量的测定方法。结果表明,20%损伤度混凝土的裂缝体积分数为10%损伤度混凝土的2.55倍;重量法能够准确测定混凝土内部的硫酸根离子含量。(2)研究了干湿循环作用下混凝土受硫酸盐侵蚀的损伤劣化过程,分析了损伤度、水灰比和矿物掺合料对混凝土损伤劣化的演变规律,利用多种现代微观测试技术X射线衍射仪(XRD)、压汞仪(MIP)、三维X射线显微镜(纳米CT)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究了侵蚀过程中混凝土孔结构和腐蚀产物的变化。同时采用相对动弹性模量作为混凝土累计损伤模型的评价指标,建立了混凝土随侵蚀时间的累积损伤模型,并以试验予以验证。(3)研究了全浸泡作用下混凝土受硫酸盐侵蚀的损伤劣化过程,分析了损伤度、水灰比、矿物掺合料、硫酸盐溶液(浓度及种类)在全浸泡环境下的混凝土受硫酸盐侵蚀损伤劣化规律;同时采用微观测试技术XRD、MIP、纳米CT、SEM和EDS探究分析了硫酸盐侵蚀下混凝土的腐蚀产物和微观结构的演变,从宏观和微观两个方面揭示长期浸泡环境下混凝土受硫酸盐侵蚀劣化机理。研究结果表明:初始损伤度、水灰比以及硫酸盐溶液浓度增大均显著加剧了混凝土的损伤劣化程度;掺加矿物掺合料能有效提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能;镁离子的存在加速了混凝土的的损伤劣化;当氯离子与硫酸根离子共存时,降低了钙矾石形成的速度和含量,显著延缓硫酸盐对混凝土的侵蚀破坏。(4)采用X-CT技术原位定量观测了水泥基材料受硫酸盐侵蚀破坏的过程,获得了损伤劣化过程中空间裂缝分布、统计灰度值、二维断面结构、三维孔结构以及侵蚀深度的演变规律,建立了硫酸盐环境下水泥基浆体的裂缝体积分数与侵蚀时间的关系,以及侵蚀深度与侵蚀时间的关系,为混凝土结构的耐久性设计、寿命预测、维修及维护提供科学依据。(5)采用重量法研究了损伤度、水灰比、矿物掺合料、硫酸盐溶液浓度和种类等因素对硫酸根离子在混凝土中的传输特性的影响规律;基于试验结果和Fick第二定律建立了扩散系数与硫酸盐溶液浓度、强度等级、初始损伤度以及侵蚀时间之间的函数关系;基于混凝土受硫酸盐侵蚀后的本构关系,并根据混凝土的断裂准则,建立了硫酸盐侵蚀下混凝土的寿命预测模型,结合试验结果及西部严酷环境案例对模型予以验证,该模型能较好的预测混凝土结构在严酷环境下的服役使用寿命。