冻融和氯离子侵蚀是影响钢筋混凝土结构锈蚀寿命的重要原因,而冻融损伤及环境温湿度对混凝土中氯离子传输有显著的影响。现有的关于氯离子在混凝土中传输特性的研究主要针对恒定湿度条件下的正温环境,而对于北方地区常见的正负温交替及相对湿度变化环境下的研究较少,且相关研究常以混凝土保护层深度处氯离子浓度达到临界浓度的时间来预测钢筋的起锈时间,未考虑氯离子传输至钢筋表面因扩散受阻而引起的累积效应进而导致钢筋起锈时间提早。目前我国行业标准《混凝土结构耐久性评定标准》(CECS220:2007)中,对氯离子侵蚀环境下钢筋起锈时间预测的计算中亦未考虑钢筋阻滞作用的影响,显然,其得到的预测结果在工程中偏于危险。鉴于此,本文围绕盐冻融环境下钢筋混凝土结构锈蚀寿命预测这一主旨,提出了基于时变性的温度、相对湿度、冻融损伤以及混凝土龄期对混凝土氯离子扩散系数的修正方程,构建了冻融环境下混凝土中氯离子传输模型,利用已有文献资料对模型进行验证,结果表明其具有较高的计算精度。进一步运用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件建立了冻融环境下考虑截面形状和钢筋阻滞效应的氯离子传输模型,分析研究了不同截面形状下构件内钢筋表面氯离子浓度分布随侵蚀时间的演化规律,并对影响钢筋阻滞效应的敏感性因素进行定量分析,探讨了不同截面形状下考虑和不考虑冻融损伤及钢筋阻滞效应对结构锈蚀寿命的影响。得到了如下主要结论:1)混凝土抗拉强度随冻融循环次数的增加呈指数函数下降;混凝土平均氯离子扩散系数随冻融循环次数的增加呈指数函数上升;混凝土表观氯离子扩散系数随侵蚀深度的增加先减小后逐渐增大,并最终趋于稳定;冻融后混凝土表面氯离子浓度随侵蚀时间的增长呈指数函数上升。2)冻融损伤及钢筋的阻滞效应对寒区氯盐侵蚀环境下混凝土结构的锈蚀寿命有重要影响,采用本文提出的模型可较真实地模拟该环境下氯离子在混凝土中的传输和预测结构的锈蚀寿命。3)氯盐侵蚀环境中,混凝土构件内钢筋对氯离子的传输进程及其浓度分布存在影响,氯离子在钢筋的迎侵蚀面累计,在背侵蚀面浓度迟滞,其他条件相同时,圆形截面内同一位置处钢筋表面氯离子浓度比矩形截面高;4)圆形和矩形截面中非角区钢筋表面氯离子浓度分布形状较为稳定,总体呈椭圆形,浓度峰值始终保持在距构件表面最近处;矩形截面中角区钢筋表面氯离子浓度分布形状随侵蚀时间而变,早期近似呈心形,即浓度峰值在钢筋距构件正、侧表面最近处,后期,浓度峰值逐渐转移至对角区域,总体分布形状呈斜向椭圆形。5)在其他条件不变下,钢筋对混凝土中氯离子传输的阻滞效应随钢筋直径的增大而增强,随混凝土保护层厚度的增加而减弱,随侵蚀时间的增大而衰减;对于矩形截面的角区钢筋而言,阻滞效应最显著点发生在钢筋圆心角45~o处,而浓度迟滞最显著点发生在钢筋圆心角225~o处;阻滞效应对混凝土表面氯离子浓度的取值不敏感,可认为其不受表面氯离子浓度的影响。6)较不考虑冻融损伤及钢筋的阻滞效应而言,其他条件相同时,考虑冻融损伤及钢筋的阻滞效应后,混凝土结构的锈蚀寿命显著降低。