硫酸盐侵蚀是混凝土结构面临的主要耐久性问题之一。硫酸盐侵蚀引起混凝土结构破坏屡有发生,然而目前硫酸盐侵蚀混凝土的劣化模型尚未完全清晰,硫酸盐侵蚀环境下混凝土结构的耐久性设计方法尚处于定性层次,较难实现耐久性的量化设计。本文以此为出发点,揭示了硫酸盐侵蚀混凝土的劣化机理,建立了硫酸盐侵蚀混凝土的力学性能劣化模型,分析了硫酸盐浓度和温度对硫酸盐侵蚀的影响规律,在细观尺度下研究了硫酸盐侵蚀混凝土的损伤演化过程,建立了硫酸盐侵蚀混凝土材料的耐久性失效指标和失效极限状态方程,为硫酸盐侵蚀混凝土结构的耐久性设计和寿命预测提供了方法支持。主要研究内容如下:提出了一种可考虑骨料真实特征信息的混凝土细观有限元建模方法。基于电子计算机断层（CT）扫描切片,统计分析了骨料的边数、面积、等效半径及长宽比等特征参数,建立了可考虑真实骨料信息的二维多边形随机骨料模型。研究结果表明:相较于随机圆形骨料模型,建立的多边形随机骨料模型可更为准确地给出单轴压缩下混凝土的宏观力学行为;同时生成了具有真实骨料特征信息的不同尺寸和截面形状的混凝土细观模型,突破了基于CT扫描技术重构模型的尺寸限制,并为细观尺度下研究硫酸盐侵蚀混凝土的非均匀劣化提供了方法支持。建立了一个耦合化学反应-离子扩散-膨胀变形等多因素的硫酸盐侵蚀混凝土模型,并创新性地考虑了钙溶蚀对硫酸盐侵蚀的影响。采用固液平衡曲线对钙溶蚀过程进行了描述,考虑了钙溶蚀导致的孔隙率变化及温度对硫酸盐侵蚀过程的影响,并进一步对硫酸盐侵蚀模型中的材料参数进行了参数化分析。研究结果表明:忽略钙溶蚀的影响会极大地低估硫酸盐侵蚀对混凝土的劣化程度;孔隙率、硫酸根离子扩散系数以及化学反应速率常数k1是模型中的关键参数。验证了已建立硫酸盐侵蚀混凝土模型的准确性。设计了硫酸盐侵蚀试验,测量了硫酸盐浓度和温度对混凝土内部硫酸根离子质量分数的影响,对硫酸盐侵蚀混凝土的膨胀变形进行了数值模拟分析,与已发表文献的试验结果进行了对比分析,全面深入地讨论了钙溶蚀和温度对膨胀变形的影响。试验与模拟结果的对比分析验证了本文建立模型的准确性,硫酸盐浓度和温度主要是通过影响化学反应过程来影响硫酸盐侵蚀混凝土的进程,钙溶蚀和温度对膨胀变形有显著的影响。建立了硫酸盐侵蚀混凝土的力学性能劣化模型,分析了硫酸盐侵蚀下混凝土膨胀变形随侵蚀时间的发展规律,并在细观尺度下研究了硫酸盐侵蚀混凝土的损伤演化过程。讨论了铝酸三钙（C3A）含量对膨胀变形的影响,骨料对硫酸根离子扩散的影响,同时对硫酸盐侵蚀后混凝土的单轴抗压峰值强度进行了数值仿真分析,为硫酸盐侵蚀下混凝土结构的承载能力退化分析提供了计算方法。开展了硫酸盐侵蚀混凝土的耐久性失效研究。将失效厚度定义为硫酸盐侵蚀混凝土材料的耐久性失效指标,通过硫酸盐侵蚀试验验证了失效指标的合理性,并建立了失效厚度与硫酸盐浓度、混凝土初始铝酸盐含量和硫酸根离子扩散系数的随机预测模型。建立了硫酸盐侵蚀环境下混凝土材料的失效极限状态方程,对混凝土的硫酸盐侵蚀寿命和钢筋混凝土梁的承载力寿命进行了预测分析。本研究内容对硫酸盐侵蚀环境下混凝土结构的耐久性设计与寿命预测具有指导意义。