混凝土耐久性的本质是其与环境之间的作用,通常是双重或多重因素的作用。ASR是个特殊的耐久性问题,它更多地反映了材料本身与环境因素的协同作用。对ASR与环境因素协同作用下混凝土耐久性的深入探讨,揭示其损伤的规律性、特点和作用机理,既可深入理解ASR耐久性问题,对其它耐久性问题的研究也有重要参考价值。 本文采用宏观和微观层次相结合的方法,探讨了ASR与冻融循环、氯化钠溶液以及弯曲荷载协同作用下混凝土的损伤失效过程与机理。在宏观层次上,建立了多重因素下混凝土损伤的测试系统,通过在协同作用下混凝土的膨胀性能变化和相对动态弹性模量的变化,对损伤随时间的变化进行动态跟踪；在细观和微观层次上,通过光学显微镜(OM)、激光共聚焦显微镜(LSCM)、带能谱的电子显微镜(SEM-EDXA)和环境扫描显微镜(ESEM-EDXA)对微观损伤过程进行跟踪测试,探讨各环境协同作用下混凝土损伤的特点和规律：采用压汞法对各协同作用下混凝土的孔结构演变规律进行研究；采用ESEM-EDXA对不同环境中形成的凝胶的组成和膨胀性能进行了直接观察和分析。本文还提出了模拟多重因素作用下损伤失效过程的一般方法。 研究结果表明,当ASR与氯化钠协同作用时,混凝土损伤加剧；即使是在低碱的高湿度环境下,含有活性集料的混凝土仍然发生ASR作用,只不过低碱环境中形成的是膨胀能力很小的高钙硅比(C/S)凝胶。而在高碱的环境中,形成膨胀性大的低C/S凝胶。ASR凝胶在某一湿度之上会突然发生膨胀。当氯化钠协同作用时,形成的凝胶C/S很低,即使是在低碱的情况下,氯盐的存在也降低了凝胶中的C/S,从而导致膨胀增加。此过程中,孔隙进一步填充细化,孔隙率减小,在反应程度较高的情况下,凝胶膨胀产生新的裂缝,加剧损伤。 在ASR共存的情况下,氯离子扩散到混凝土中的速度显著变慢,混凝土对氯离子的结合能力也大大降低,进入混凝土中的氯离子基本上是自由氯离子,混凝土对氯离子呈现出线性结合。ASR凝胶在孔隙中的存在,降低了孔径,减缓了氯离子扩散速率,降低了氯离子结合能力。 ASR与冻融循环协同作用时,不管是先冻融循环后ASR,还是先ASR后冻融循环,损伤均加剧。先ASR后冻融循环,混凝土不再产生剥落,而先冻融循环再损伤的混凝土则仍然会产生剥落现象。冻融循环的过程中,伴随有物质的迁移和混凝土结构的变化,混凝土中K+、Na+、Ca2+等元素在界面区富集,在细小孔隙中则有碱等物质的富集。这些碱和钙离子等的富集对二次ASR作用的环境产生很大的影响,诱发和加剧ASR作用。冻融循环使混凝土孔隙率增加,最可几孔径变大,孔隙形状变得复杂,对后期的ASR损伤产生影响。先ASR后冻融循环,ASR形成的凝胶填充混凝土的孔隙,降低了孔隙率,减小了最可几孔径,孔隙扭曲度增加,使混凝土在受到二次冻融循环作用时,渗透压增加,损伤加剧；ASR所形成的凝胶附着在孔隙上,促进冻结时冰晶体生长。早期ASR或冻融循环还会对混凝土产生微损伤。这些也会加剧二次损伤作用。 荷载和ASR协同作用对混凝土的损伤有显著的交互作用。混凝土开裂并产生较大的变形而不断裂,受拉区出现多缝开裂。荷载对受压区的影响较受拉区更大一些。受压区的交互作用与压力加剧了ASR作用有关,也与ASR凝胶在荷载作用下产生迁移有关；受拉区的交互作用与荷载作用下混凝土开裂加剧ASR有关。采用粘性界面模型和粘弹性本构定律,可以用有限元法对ASR和荷载作用下的膨胀和损伤过程进行模拟,并可拓展到其它损伤过程。 本文的研究揭示了在双重或多重因素作用下,单一因素的作用结果会因物质迁移等改变材料所处环境,影响混凝土及内部孔溶液的组成和孔隙结构,从而对二次损伤造成很大影响。对混凝土耐久性的研究,特别是多重因素作用下的耐久性研究,必须考虑这一影响。