钢筋锈蚀对混凝土开裂影响的数值模拟方法综述

窦国钦 孙宗峰 娄鹏,2

1.北京中水科工程集团有限公司，中国·北京 100048

2.中国水利水电科学研究院，中国·北京 100048

1 研究背景

在影响混凝土结构耐久性的众多因素中，钢筋锈蚀引起的混凝土结构开裂被认为是钢筋混凝土结构耐久性失效的最主要原因之一。混凝土结构在服役过程中，环境中的有害介质侵入到混凝土内部，破坏钢筋表面的钝化膜，引发钢筋锈蚀和铁锈膨胀，锈蚀产物的体积是原有体积的2～4 倍，其体积膨胀行为受到周围混凝土的限制，在钢筋/混凝土界面上产生压力，即钢筋锈胀力，随着钢筋锈蚀量的增加，逐渐增大的钢筋锈胀力将导致混凝土保护层受拉而开裂。锈胀裂缝首先在钢筋周边的混凝土内界面产生，由内而外逐渐扩展；当锈胀裂缝贯通混凝土保护层时，环境中的有害介质经锈胀裂缝直接侵入混凝土内部，接触到钢筋，钢筋锈蚀速度大大加快，进一步加剧混凝土锈胀裂缝的扩展，甚至导致混凝土保护层剥落，严重影响混凝土结构的耐久性。

混凝土保护层锈裂过程对混凝土结构的性能劣化规律和使用寿命有着重要的影响，众多中国和其他国家的学者开展了相关研究工作，取得了一系列研究成果。但是建立于大部分实际混凝土工程中的非均匀钢筋锈蚀理论模型，是一项具有挑战性的工作。至今，仍未见能被广泛接受的非均匀钢筋锈胀力作用下的混凝土锈裂模型。而有限元方法则是解决非均匀钢筋锈蚀情况的有利工具。……