层胀

保护层锈胀开裂。

钢筋锈蚀引起混凝土保护层锈胀开裂被认为是钢筋混凝土结构耐久性失效最主要原因之一。

钢筋锈蚀后由于锈蚀产物密度小于钢筋本身，锈蚀产物体积膨胀为原来的2～4倍，使周围混凝土受到挤压，随着锈蚀程度的加剧，将导致混凝土保护层受拉而开裂。

简介钢筋混凝土结构具有便于就地取材、可磨性好、形成的结构整体性好、刚度大等特点，因而，广泛用于房屋建筑、地下结构、桥、隧道、水利、港口等工程中。但由于混凝土结构的自身材料和使用环境的特点，使其不可避免的存在耐久性问题。混凝土的耐久性问题已经成为现代工程的一个紧迫的重大科技问题。

混凝土内钢筋锈蚀引起混凝土保护层开裂被认为是钢筋混凝土结构耐久性失效最主要原因之一。钢筋锈蚀后由于锈蚀产物密度小于钢筋本身，锈蚀产物体积膨胀为原来的2～4倍，使周围混凝土受到挤压，随着锈蚀程度的加剧，将导致混凝土保护层受拉而开裂。钢筋混凝土构件一旦开裂，环境中的有害介质经锈胀裂缝直接侵入到钢筋表面，钢筋锈蚀速度将会加剧，从而进一步加剧裂缝的扩展甚至保护层剥落严重影响钢筋混凝土结构耐久性。

因此，研究钢筋锈蚀引起的钢筋保护层开裂，对混凝土结构的使用性能评估和剩余寿命预测有着重要的意义。钢筋锈蚀引起混凝土保护层胀裂的过程相当复杂，国内外学者就此展开了大量的研究工作。1

混凝土保护层锈胀开裂理论保护层锈胀开裂是腐蚀环境下钢筋混凝土结构耐久性评估的主要依据之一，因而相关研究一直备受关注，国际上从20世纪70年代开始，我国研究起步较晚，基本上始于20世纪90年代末期。

锈蚀产物膨胀引起的钢筋和混凝土之间的锈胀应力是客观存在的，但很难测定，目前对其的认识侧重于理论研究，比较有代表性的理论成果有Bazant的理论模型、Liu的理论模型、金伟良的经验公式、Morinaga的经验公式。国内外学者在这些前人的研究成果基础上对于钢筋锈蚀引起混凝土开裂问题展开了更深入的研究。

王元战等通过对现有典型钢筋锈蚀模型进行比较分析，选择考虑因素较全面合理的Liu指数模型作为钢筋锈蚀基本模型。将考虑荷载影响的氯离子扩散模型引入到基本模型中，建立了考虑荷载影响的钢筋混凝土构件钢筋锈蚀模型。

付传清基于混凝土各向异性损伤和损伤软化，考虑了腐蚀产物和钢筋的弹性力学性能，以及腐蚀产物对钢筋－混凝土界面区孔隙和混凝土开裂裂缝的填充效应，建立了钢筋－腐蚀产物－混凝土三相介质模型。该模型可以计算由钢筋锈蚀引起的混凝土位移场和应变场，也可以用来预测混凝土保护层的初裂时间。通过与试验结果进行对比，发现模型可以较好地预测混凝土的开裂时间，并且确定了混凝土环向应变是评价混凝土开裂的理想指标。1

结论近些年来，学者们对于钢筋锈蚀引起混凝土保护层开裂的研究正在往更深层次发展，考虑的因素也越来越接近于真实的工程情况。但由于诸多主、客观因素的存在，得出的各种计算模型相差很大，因而并不能很好的应用与实际工程。为了完全掌握钢筋锈蚀引起混凝土保护层开裂的机理，得出精确的预测模型，要在以下方面做出努力:

(1) 由于钢筋锈蚀引起的混凝土开裂过程是极其复杂的，单纯用某种理论或某种方法很难达到预期的结果。可以结合不同的理论基础来分析保护层的各个阶段的损伤状态，如以弹性力学为基础，结合塑性力学、断裂理论、损伤理论及连续介质力学研究混凝土的开裂破坏;同时，需要更多的试验数据和工程调查统计数据对模型参数进行量化，得到更可靠的预测模型。

(2) 自然气候变化情况复杂，影响混凝土保护层锈胀开裂的因素多，自然环境下的侵蚀必然与室内模拟侵蚀之间存在差距。因此，需要改进模拟试验设备和方法，考虑多种因素耦合情况下钢筋的腐蚀，同时考虑实际情况中构件所处的力学环境状况，时变效应和尺寸效应的影响，进一步提高室内腐蚀环境的设计参数与自然环境的相似性，并从理论解决加速模拟试验与自然环境条件下的相似性问题。

(3) 有限元方法是研究混凝土保护层开裂的一种有效方法，在数值模拟过程中，钢筋锈胀力的模拟加载是模拟准确性的关键。在今后的数值模拟混凝土锈胀过程中，应考虑锈蚀产物非均匀分布的实际情况，将其作为位移荷载输入。原来常用的二维平面模型不能模拟实际的复杂应力情况，与实际构件存在很大的差异，应二维模型向三维模型发展，构建更符合实际情况的混凝土保护层锈胀开裂数值模型。

(4) 多尺度数值计算方法可以在精度和计算代价之间寻求一个较好的平衡点，是混凝土锈胀开裂数值模拟的发展方向。在微观尺度上建立钢筋锈蚀产物产生和发展的微观尺度模型，采用多尺度过渡方法将微观尺度模型植入到宏观尺度模型中，建立由微观结构向宏观结构过渡的钢筋混凝土锈胀开裂多尺度模型，运用有限元分析软件进行多尺度数值分析，可以更真实的模拟出钢筋锈蚀损伤的发展过程及机理。1

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学