在土木工程领域,混凝土耐久性研究一直以来都是一门传统的实验科学。但目前的重大工程中,很多处于硫酸盐侵蚀、氯盐侵蚀、冻融循环、干湿循环等极端严酷环境,使得实验研究难度越来越大。因此,亟需采用数值模拟方法揭示耐久性导致损伤劣化的机理。本文基于多尺度原理,研究了微观尺度的净浆、细观层次的砂浆在应力作用下的损伤演化过程。然后分析损伤后水泥基材料的传输性能。论文取得的主要成果如下:(1)损伤演化过程分析开发了两种有限元分析水泥基材料微观力学性能的接口,根据模型单元性质分为实体单元模型和格构模型,从建模机理上分析发现实体单元模型建模更具优势。两种方法模拟出的破坏过程一致:最终破坏是由一条主裂缝导致,同时存在多个微小裂缝带。对力学结果验证,与相关文献结果吻合,证明了模拟方式的可靠性。(2)水泥基材料微结构扩散性能损伤状态下净浆的离子扩散过程可分为四阶段,以相对应变=2为临界点,计算得出裂缝的体积含量(裂缝单元数量/模型单元总数)不超过1.4%,裂缝/总孔隙的比值不超过4%时,微结构扩散性能就不会发生太大变化。随着损伤的发展,水泥基材料存在产生裂缝、裂缝贯通、裂缝宽度变大这三个过程,而在裂缝贯通阶段中扩散性能增长最快。当处于非饱和状态时,氯离子扩散系数的变化符合以下趋势:在饱和度为60%以前,增速较慢,而在之后增速很快。其原因是饱和度较高时,水的连通度增加,离子传输通道开始贯穿起来。而水的连通度又依赖于孔隙率和孔隙的连通度,当水化程度较高时,孔隙不连通或者连通度不高,非饱和微结构的水连通度较低,但一旦处于应力作用下,孔隙发生变化,那么水的连通度也会随之改变。除水分连通度外,传输性能同样受到水体积含量的影响,水分含量越高,水分连通造成的离子传输通道更多。(3)损伤砂浆的传输性能在饱和损伤砂浆中,孔隙全为封闭孔时,扩散主要受硬化水泥浆体扩散性能的影响,当存在半连通孔时,扩散性能会加快,而连通孔对扩散性能的影响最大。在非饱和损伤砂浆中,饱和度越低,水分含量越低,使得砂浆中离子扩散由净浆主导。在相同水化程度下,饱和度越低,离子扩散性能越低。在非饱和损伤砂浆中,饱和度越低,水分含量越低,使得砂浆中离子扩散由净浆主导。在相同水化程度下,饱和度越低,离子扩散性能越低,因此保持较低的饱和度能显著降低离子的扩散性能。砂浆非稳态传输浓度结果可知:离子在损伤砂浆中的扩散不是简单的沿着高低浓度预设方向单向输送,而是沿着裂缝向周围呈树状传输。同时骨料的存在阻碍了离子的传输。该论文有图71幅,表10个,参考文献133篇。