摘要
碱骨料反应（Alkali-aggregatereaction，以下简称AAR）和钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构中众所周知的劣化现象。这两种情况都会形成膨胀性化合物，这会导致结构内部额外应力、裂缝、位移和机械强度降低，从而使混凝土结构过早的发生损伤而无法满足结构的耐久性或强度要求。本论文以钢筋直径、不同加速损伤试验时间作为研究参数，通过机理分析、试验研究和模型应力计算，阐明了在碱骨料膨胀和钢筋锈蚀的耦合损伤作用影响下钢筋-混凝土粘结性能的劣化机理。论文的主要研究内容包括以下几点： （1）制备了一系列不同钢筋直径的拉拔试件，分别进行不同时间加速AAR损伤试验，量化了钢筋对AAR膨胀的约束作用，膨胀率随钢筋直径的增大而减小。通过对AAR损伤试件的拉拔试验，明确了AAR膨胀率和粘结强度之间的量化关系，阐明了AAR反应产物的膨胀应力对粘结性能的影响机制，揭示了AAR作用下粘结强度的劣化规律。 （2）研究了不同直径钢筋混凝土试件的锈蚀发展规律，试验结果表明钢筋直径越大，锈蚀的效果越不明显，直径较小的钢筋更易出现明显锈蚀痕迹。锈蚀试件的拉拔试验结果表明，锈蚀程度较小时，粘结强度有一定程度提高；锈胀开裂后，粘结强度开始下降。 （3）研究了不同程度AAR膨胀损伤耦合钢筋锈蚀试验，得到的锈蚀率随着AAR反应时间的增加而增大。在AAR损伤机理的基础上，分析不同阶段AAR耦合锈蚀后粘结强度的劣化规律。结果表明长期存在的AAR凝胶可能会消耗钢筋表面孔隙溶液的氢基离子，从而降低了临界氯离子浓度，加速钢筋锈蚀反应的启动。AAR凝胶体会填充混凝土内部孔隙及裂缝，导致锈蚀试验中的“氯化物堵塞”情况出现，较多积聚的氯化物参与钢筋锈蚀反应，从而导致更明显的锈蚀和更高的锈蚀率。 （4）基于损伤机理和孔隙力学原理，以DuCOM-COM3的多尺度模拟平台为模型研究基础，通过建立骨架单元和孔隙单元可以耦合模拟混凝土AAR膨胀应力和锈蚀膨胀应力，得到不同损伤下混凝土内部应变情况，分析混凝土应变云图进一步辅助分析并验证了试验结论。模型计算丰富和深化了碱骨料膨胀和钢筋锈蚀对混凝土的损伤机理分析，为钢筋混凝土结构性能的研究提供基础。
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