混凝土耐久性失效最主要原因是钢筋锈蚀,钢筋锈蚀产物体积膨胀,挤压周围混凝土,导致混凝土保护层受拉开裂。保护层一旦开裂,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,严重威胁结构使用安全。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安全评估和寿命预测有着重要的意义。众所周知混凝土材料是一种多相复合材料,具有多尺度特征,且在实际工程中,构件大都是负载服役的,基于此,本文采用试验研究和数值模拟的方法,从多个尺度层次对持续弯曲荷载和氯盐侵蚀环境耦合作用下钢筋锈蚀导致混凝土保护层开裂问题进行了初步的探索与研究。主要研究内容和结论如下:(1)自行设计持续荷载加载装置,采用“电渗-恒电流-干湿循环”加速锈蚀方法,对不同弯曲荷载作用下钢筋混凝土试件进行加速锈蚀试验,从多个尺度分析了氯盐环境中弯曲荷载对试件腐蚀的影响。结果表明:(a)弯曲荷载与氯盐环境耦合会加速梁内钢筋锈蚀,影响裂缝分布;(b)弯曲荷载与氯盐环境耦合造成梁的承载力下降,刚度提升,且随着弯曲荷载增大变化越明显。(2)在微观分子尺度对钢筋锈蚀问题进行初步探索研究,将分子动力学模拟方法引入到钢筋混凝土耐久性研究当中,采用反应力场ReaxFF模拟研究了拉伸荷载和氯离子侵蚀耦合作用对钢筋表面钝化膜破坏以及钢筋氧化程度的影响。分子动力学模拟结果表明:氯离子与拉伸荷载耦合会加速钢筋表面钝化膜结构破坏,加深钢筋铁基体的氧化程度。(3)基于蒙特卡罗法在MATLAB软件中编写混凝土随机骨料模型代码,结合有限元软件建立混凝土细观模型。通过二维钢筋混凝土细观模型,数值分析钢筋锈蚀膨胀导致混凝土开裂过程。数值模拟求出了混凝土表面开裂时钢筋锈蚀率,发现骨料与砂浆界面层是混凝土中最薄弱部位,易产生内部损伤。(4)基于混凝土细观数值模型,利用均匀性理论求出混凝土的等效弹性模量,带入钢筋混凝土宏观数值模型中,采用钢筋线性温度膨胀模拟钢筋不均匀锈胀方法,数值分析弯曲荷载和锈胀力耦合对梁受力的影响规律。计算结果表明弯曲荷载与锈胀力耦合作用会增大试件下表面应力,使得混凝土表面容易开裂,从而加速下部钢筋表面锈蚀程度,数值结果与试验结果一致,证明了数值模型的准确性。