钢筋腐蚀是引起混凝土结构结构性能劣化、耐久性能降低、服役寿命下降的重要因素。实际工程中,相比于碳化引起的均匀腐蚀,氯盐侵蚀引起的钢筋非均匀现象更为普遍、危害程度更为严重。因而,研究钢筋非均匀腐蚀机理是指导工程中钢筋腐蚀检测、腐蚀防护以及耐久性能预测的重要基础。目前,钢筋腐蚀试验研究依旧是最常用的研究手段,但存在试验周期长、检测难度大等问题。随着腐蚀机理的研究以及相关数据的积累,经验模型及电化学模型等钢筋腐蚀预测模型的建立丰富了钢筋腐蚀机理的研究手段。其中,因混凝土内钢筋腐蚀是一种复杂的电化学反应过程,电化学模型能从机理上表征钢筋腐蚀的反应极化过程而被广泛应用。本文构建了物质传输-钢筋腐蚀区域界定-钢筋腐蚀全过程耦合的电化学模型,从钢筋横向、纵向两种角度、2维与3维两种维度上分析了钢筋非均匀腐蚀过程,揭示了氯盐作用下混凝土钢筋微、宏电池腐蚀的作用机理。详细研究如下:1.梳理了物质传输-腐蚀区域界定-钢筋腐蚀耦合的全过程;归纳了氯离子阈值、阴阳极面积比等钢筋腐蚀界定方法;探究了电极平衡电位、Tafel斜率、交换电流密度等电化学参数的影响。研究结果表明:阳极Tafel斜率修正是一种可行的、能动态界定腐蚀区域的方法,从而实现了钢筋腐蚀模型的构建;并通过参数分析发现以腐蚀速率为指标,参数的影响程度排序为参数影响程度从大到小排序为阳极平衡电位、阴极Tafel斜率、阳极交换电流密度对数值、阴极交换电流密度对数值、阳极Tafel斜率及阴极平衡电位。2.采用上述二维模型研究了钢筋横向非均匀腐蚀过程,并采用试验进行模型验证;探究了钢筋横向腐蚀过程的物质分布、腐蚀速率及腐蚀形态;分析了混凝土水灰比、骨料分布、钢筋直径以及侵蚀边界等因素对钢筋横向腐蚀形态的影响。研究发现:钢筋横向腐蚀整体上呈现类椭圆形腐蚀形态,其腐蚀非均匀率会随混凝土水灰比的增加而减小,随钢筋直径的增大而增大,而混凝土内骨料分布的随机性会影响钢筋局部腐蚀程度。3.采用上述二维电化学模型研究了钢筋纵向非均匀腐蚀过程;探究了混凝土开裂、混凝土修复(保护帽替换法)等典型工况下钢筋纵向腐蚀区域分布和腐蚀形态;分析了裂缝宽度、裂缝间距等对腐蚀速率及腐蚀区域的影响,讨论了修复区域长度、混凝土状态对修复效果的影响。研究发现:开裂混凝土内钢筋腐蚀风险高,腐蚀区域分布具有时变性,腐蚀呈现峰型非均匀腐蚀形态;而由于电化学环境的差异,混凝土修复下钢筋腐蚀发生在靠近修复界面处旧混凝土区域内,但腐蚀速率会随着物质传输而逐渐削弱。4.采用上述三维模型对比分析了 2、3维腐蚀模型的差异,着重探究了 3维模型中钢筋横、纵向的耦合效应;并运用3维腐蚀模型研究了带箍筋的混凝土梁及修复后混凝土板等两种实际工况的腐蚀情况。研究发现:相比于2维模型,3维模型能更好地体现钢筋横向、纵向腐蚀的耦合效应,但计算效率偏低。同时,在一些特定情况下可采用二维模型进行简化分析。另外,3维模型能更好地描述氯盐环境下混凝土梁、修复后混凝土板内钢筋腐蚀发展情况。