钢筋铁锈力学特性与化学成分研究综述

摘要

钢筋锈蚀造成的钢筋与混凝土间的黏结力下降、混凝土开裂和构件承载力退化严重影响着钢筋混凝土结构的安全性与耐久性。而钢筋锈蚀层的力学特性与化学成分不仅直接决定了锈胀力的大小，还影响后期腐蚀电化学反应的速率，是钢筋混凝土结构锈蚀损伤演化过程的关键影响因素。通过系统地综述锈层力学与化学特性对锈蚀损伤的影响，能更精确地预测锈蚀结构的寿命并评估其安全性。首先，梳理了锈胀损伤分析中锈层分布模型的适用性与局限性，明确了非均匀腐蚀模型能更准确地表征实际锈层形态；其次，总结了铁锈弹性模量的测定方法，厘清了自然锈蚀产物与电解锈蚀产物在力学性能方面存在的显著差异；然后，分析了铁锈化学成分的环境依赖性，揭示了在高氯环境下β-FeO(OH)的加速腐蚀效应及干湿循环下Fe3O4的生成机制；最后，参考多孔介质水分传输理论，探讨了锈层孔隙结构与压力荷载对水分扩散的影响。通过对相关研究进行梳理，可以看出国内外学者在相关领域已取得了丰富的研究成果，但仍存在以下不足：测试方法缺乏统一标准，且忽略了锈层动态演变特性；针对水分在锈层中传输机制的研究相对较少，无法有效地评估锈层内钢筋后续腐蚀的电化学反应速率；三维锈胀损伤模拟多基于理想化假设，在跨尺度关联方面存在不足；化学成分与力学性能的定量映射关系尚不明晰。

关键词

钢筋混凝土结构 / 铁锈层 / 力学特性 / 化学成分 / 锈胀损伤