钢筋混凝土锈蚀开裂及裂缝扩展研究现状

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发布时间：2021-09-13

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钢筋混凝土锈蚀开裂及裂缝扩展研究现状
吴伟肖长永齐国霖杜志云
(湖北工业大学，武汉430068)
[摘要] 钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素，钢筋锈蚀发展到一定程度，混凝土保护层锈胀开裂，裂缝不
断扩展。介绍了钢筋锈蚀机理、钢筋锈胀开裂及裂缝扩展研究的现状和主要研究内容。包括钢筋锈胀力、钢
筋锈蚀率、锈胀裂缝宽度的扩展、锈胀扩展的计算机模拟。最后通过对研究现状的分析总结出钢筋锈胀开裂
及裂缝扩展方面的研究展望。
[关键词] 钢筋锈蚀；锈胀开裂；裂缝扩展
[中图分类号] TU375 [文献标志码] A [文章编号] 1001—523X(2012)03—0015—04
混凝土中钢筋锈蚀是影响混凝土耐久性的主要
因素，另外影响混凝土耐久性的因素有混凝土碳化、
冻融破坏、碱集料反应、化学侵蚀、表面磨损。但在
工程实际中钢筋锈蚀造成混凝土结构耐久性劣化比
例最大。钢筋锈蚀后锈蚀产物体积膨胀，体积膨胀
对周围混凝土产生挤压，在体积膨胀力的作用下混
凝土保护层出现裂缝。在混凝土结构耐久性检测与
评估中保护层是否出现裂缝是结构是否开始劣化或
钢筋锈蚀状况的衡量标准之一。国内外关于钢筋锈
蚀开裂及裂缝扩展方面的研究有很多，从研究方法
分大致可分为几大方面：理论模型研究、试验研究、
计算机有限元模拟等；从研究内容分包括钢筋锈前
锈后锈胀力、裂缝宽度，锈蚀速度，开裂时间预测模
型，钢筋锈蚀率等。
1 钢筋锈胀开裂及裂缝扩展机理
引起钢筋锈胀开裂是一个物理与化学共同作用
的过程。外界氯离子达到一定浓度或混凝土碳化深
度达到一定深度时混凝土中钢筋钝化膜破坏，钢筋
表面发生电化学反应，在氧气、水、氯离子侵蚀作用
下铁原子被氧化生成铁的氧化物⋯ ，由于生成氧化
物体积为被氧化铁原子体积量的2～4倍，随钢筋锈
蚀的不断发展，锈蚀产物必然对周围混凝土产生挤
压力即体积膨胀力或锈胀力。当钢筋锈胀应力超过
外围混凝土抗拉强度时，混凝土与钢筋接触面处开
始出现微裂缝，随锈蚀产物量的增加，部分锈蚀产物
填充原锈蚀裂缝内，其余锈蚀产物则继续对周围混
凝土产生挤压力使得混凝土裂缝不断向保护层表面
收稿日期：2011—12—15
作者简介：吴伟(1985一)，男，湖北鄂州人，湖北工业大学硕士研究生
在读，现从事混凝土结构耐久性研究。
扩展至混凝土表面出现顺筋裂缝(如图1所示)。
当钢筋产生裂缝时，外界氧气、水、氯离子等有害物
质进入混凝土内钢筋表面更容易，钢筋锈蚀速度就
会增加，从而进一步加大钢筋锈蚀的速度。
图1 钢筋锈蚀裂缝
2 钢筋锈胀过程研究
混凝土中钢筋锈蚀过程十分复杂，包括了电化
学反应过程和混凝土与钢筋之间的物理力的作用过
程。影响钢筋锈胀的因素很多，钢筋混凝土组成材
料：钢筋的化学组成，混凝土中细骨料、粗骨料、水
泥、粉煤灰掺量等材料特性；环境因素：一般大
气环境、海洋环境、硫化物等腐蚀离子环境、室内
室外环境等等；钢筋混凝土设计：混凝土保护层厚
度、水灰比 (如图2、图3所示)、强度等级设
计、钢筋级别选择等等。现有研究钢筋锈胀过程