钢筋混凝土结构耐久性问题日趋严重,而钢筋锈蚀是影响结构耐久性的重要原因,锈蚀产物的体积膨胀导致混凝土保护层锈胀开裂,因此研究混凝土结构保护层锈胀开裂机制和锈蚀产物的不均匀分布对分析混凝土结构的使用寿命具有重要意义。同时,由于实际工程中的构件是在荷载作用下自然劣化的,试验研究过程要尽可能地模拟实际环境。论文以上述内容为主线进行了如下研究工作：(1)对自然环境中荷载作用下锈蚀四年的钢筋混凝土梁进行切片研究,观测梁裂缝的宽度、分布和形态以及锈蚀产物在锈胀裂缝和横向裂缝中的填充,并由此分析锈胀裂缝的开展模式,建立混凝土保护层锈胀开裂模型,得到锈蚀产物在不同受力状态下的分布规律,阐释横向裂缝对锈胀裂缝开展的影响规律,并探究横向裂缝对钢筋长期锈蚀过程的影响,为阐释保护层锈胀开裂机制提供依据。(2)采用三维激光扫描技术对混凝土梁内部锈蚀钢筋表面进行扫描,描述三维实体模型建立的过程,得到锈蚀钢筋沿纵向每隔1mm的横截面面积和横截面周长,基于初始钢筋截面面积和截面周长,确定锈蚀钢筋沿纵向的截面锈蚀率和周长锈蚀率,探究不同受力状态对钢筋锈蚀的影响；基于横向裂缝分布图,探究横向裂缝对钢筋锈蚀率的影响,并探讨截断长度为20mm的钢筋平均截面锈蚀率、最大截面锈蚀率等参数间的关系。(3)采用电子探针分析技术对钢筋混凝土梁的切片试样进行精确的面扫描和线扫描分析。结合面扫描结果中的颜色深浅变化,观察3种锈蚀产物在锈胀裂缝中的分布,并进一步研究受力状态以及锈蚀程度对锈蚀产物分布的影响;分析锈层在钢筋／混凝土表面的不均匀分布,定性、定量分析锈峰产生和发展的过程；结合线扫描结果中铁氧元素含量的变化,研究锈蚀产物在锈层内部裂缝中的分布；通过采用扫描电子显微镜的背散射电子模式对钢筋表面的氧化皮进行观测,定性描述氧化皮的特征及其在锈蚀钢筋表面的不均匀分布。