混凝土中钢筋的锈蚀不仅会造成经济方面的巨大损失,而且也是导致钢筋混凝土结构剩余承载力和使用寿命发生变化的主要影响因素之一,现如今矿物掺合料因其具有较好的环保功能、节约经济和改善混凝土特性等优势,已经广泛应用到港口、近海结构等领域中。本文以粉煤灰混凝土和普通混凝土中已发生锈蚀的钢筋为研究对象,同时考虑不同型号(光圆钢筋和螺纹钢筋)和不同直径(8mm、12mm和16mm)的钢筋,设计了防止钢筋端头锈蚀的方法并进行通电加速锈蚀试验,获得了相应的锈蚀钢筋试件,并在此基础上开展了以下工作:(1)对粉煤灰混凝土和普通混凝土中锈蚀钢筋进行三维扫描并对锈蚀钢筋表面的蚀坑参数(深度D、横向宽度W、纵向长度L)进行了统计和整理。试验数据表明:粉煤灰混凝土中锈蚀钢筋剩余截面面积分布相对于普通混凝土而言变化幅度小,分布相对均匀。普通混凝土中锈蚀钢筋表面蚀坑参数的频数相较于粉煤灰混凝土而言较大,随着钢筋锈蚀程度的加深,普通混凝土中锈蚀钢筋表面蚀坑深度的频数相对粉煤灰混凝土而言增加幅度显著,并且随着锈蚀程度的增加,粉煤灰混凝土和普通混凝土中锈蚀钢筋的蚀坑参数频数分布均逐渐转变为近似正态分布。(2)对除锈完毕后的钢筋进行轴向拉伸试验,试验结果表明:当钢筋锈蚀程度较低时(质量损失率小于4%),锈蚀钢筋的荷载-位移曲线相对原始钢筋变化幅度较小,且屈服台阶明显。随着锈蚀程度的加深(质量损失率大于4%),普通混凝土和粉煤灰混凝土中锈蚀钢筋的荷载-位移曲线均发生较大的变化,即极限荷载和屈服荷载随着锈蚀的加深发生明显的降低,屈服台阶平台呈现缩短的趋势。对于同一直径同一型号的钢筋,普通混凝土和粉煤灰混凝土中得到锈蚀钢筋的荷载-位移曲线具有一定的差异性,具体表现为普通混凝土中锈蚀光圆钢筋的极限荷载退化速度相对粉煤灰混凝土中锈蚀钢筋极限荷载的退化要快2.1%,即粉煤灰混凝土中锈蚀钢筋的承载能力下降速度相对慢于普通混凝土中锈蚀钢筋承载能力的下降速度。(3)经过对粉煤灰混凝土和普通混凝土中锈蚀钢筋的力学性能退化与最大截面锈蚀率之间的规律进行观察比较,发现粉煤灰混凝土和普通混凝土中锈蚀钢筋力学性能的主要指标(名义屈服强度、名义极限强度和断后延伸率)与最大截面锈蚀率之间呈现很好的线性规律。对于同种型号的钢筋,普通混凝土中锈蚀钢筋的力学性能退化速度相比粉煤灰混凝土中锈蚀钢筋的力学性能退化速度要快,其中名义极限强度退化速度最快,断后延伸率次之,名义屈服强度退化速度最慢;对于同种混凝土材料,锈蚀以后的光圆钢筋力学性能退化速度相比于螺纹钢筋要快很多,其中名义极限强度和屈服强度退化速度最大,断后延伸率退化速度较小。(4)根据试验数据对锈蚀钢筋采用ANSYS有限元软件进行数值模拟,讨论椭球形蚀坑具体参数:蚀坑深度在0.5～2mm,蚀坑横向宽度在1.5～4.5mm和蚀坑纵向长度5～20mm范围内变化时对锈蚀钢筋的影响,发现随着蚀坑深度的增加,锈蚀钢筋表面锈坑附近的应力峰值增加很大;随着蚀坑横向宽度的增加,锈蚀钢筋表面锈坑附近的应力峰值增加较小;随着蚀坑纵向长度的增加,锈蚀钢筋表面锈坑附近的应力峰值呈减小的趋势。且随着蚀坑深度和横向宽度的增加,应力集中系数呈增加的趋向,其中随着蚀坑深度的增加,应力集中系数增加幅度最大;随着蚀坑纵向长度的增加,应力集中系数呈减小的趋向。表明钢筋锈蚀以后表面蚀坑深度对其应力集中影响最为显著,蚀坑横向宽度和纵向长度影响效果较小。