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　　对应力影响下预应力筋腐蚀性能的相关研究进行了综述，从腐蚀现象和腐蚀效应两方面总结了相关研究的成果。腐蚀现象的研究关注腐蚀起始和点蚀形成、点蚀演化和裂纹成核、裂纹扩展和金属断裂的整个发展过程。预应力筋中的应力影响钝化膜的形成和破坏，进而影响点蚀敏感性。因点蚀演化在蚀坑处形成微裂纹是应力腐蚀开裂的典型特征，分析裂纹扩展模式和断口形貌可以确定该断裂模式。腐蚀效应的研究重点关注有应力历史的腐蚀预应力筋的力学性能退化，研究表明强度和延性均有不同程度的降低，关于应力水平/应力幅对性能退化的影响规律仍需进一步研究。

　　当前预应力混凝土结构大规模地应用在国民经济的各个领域，其所采用的较高强度混凝土、高强筋材以及多道力筋保护体系，曾被认为具有良好的耐久性。但随着使用时间的不断延长，既有预应力结构存在的耐久性问题不断暴露在公众视野中。

　　在目前出现的预应力混凝土结构耐久性失效的事故中，预应力筋腐蚀引起的破坏占比最大[1]。在侵蚀环境(尤其氯盐环境) 下，孔道灌浆缺陷[2]、端头封锚不严等引起预应力筋腐蚀的问题常常存在，这些问题的存在给预应力混凝土结构的耐久性埋下了巨大隐患。与此同时，预应力混凝土结构中预应力筋受高拉应力作用，高应力作用下的预应力筋腐蚀机理非常复杂，常常伴有应力腐蚀和腐蚀疲劳，从而引发毫无预兆的脆性破坏。

　　1967 年英国汉普郡人行天桥[3]和 1985 年英国 Ynys-y-Gwas 桥梁[4]均在构件接缝处发生预应力筋腐蚀，腐蚀预应力筋的截面积减小、承载能力降低，在无外力冲击作用下桥梁突然垮塌。Schupack 在 1978 年[5]和 1982 年[6]提出的两份调查报告分别反映了多起因后张力筋腐蚀导致整体结构破坏的工程实例及房屋结构物由于应力腐蚀或氢脆引起的严重脆性破坏案例。1995 年广东海印大桥斜拉索由于存在水泥浆空缺段和未凝固段，导致钢丝发生腐蚀断裂[7]。2001 年四川宜宾南门大桥由于高强钢丝腐蚀疲劳失效造成吊杆骤断，导致桥面板大面积坍塌[8]。针对 2018 年意大利波尔塞维拉大桥(也称莫兰迪大桥) 的垮塌，Invernizzi 等[9]基于提出的简化结构模型，证明高周疲劳和腐蚀的综合效应导致了钢绞线的失效，而低振幅疲劳和腐蚀的综合影响可能被低估了。

　　因此在当前的工程背景下，研究应力影响下的预应力结构中预应力筋的腐蚀性能是很有必要的。众多国内外学者也开展了相关研究工作，取得了一系列研究成果。

　　通过开展应力影响下预应力筋腐蚀性能的相关研究综述，对预应力筋的应力和腐蚀作一般概述和机理分析，从腐蚀现象和腐蚀效应两方面总结相关研究的成果。腐蚀现象的研究关注腐蚀起始和点蚀形成、点蚀演化和裂纹成核、裂纹扩展和材料断裂的整个发展过程，并探讨应力在其中发挥的作用。腐蚀效应的研究关注腐蚀预应力筋的力学性能退化，涉及固定应力和交变应力，并分析力学性能指标的退化情况。在此基础上，提出相应的结论和有待进一步研究的内容。

　　对于碳化和氯盐侵蚀两种常见的腐蚀过程，碳化引起的腐蚀总体上比较均匀，而氯盐侵蚀引起的腐蚀则以非均匀的点蚀为主要形态。与普通钢筋相比，预应力钢绞线的腐蚀更多地表现出明显的点蚀形态，因为氯离子引起钝化膜溶解的位置少，生成的蚀核少，因此受供水或供氧条件的限制也相对较小，腐蚀更加充分，总体上表现出更为显著的点蚀形态[10]，见图 1。钢绞线捻制工艺带来的特殊的几何形状[11]以及在后张结构中与管道的局部接触[12]，使其可能出现缝隙腐蚀，缝隙和间隙不仅为锈蚀溶液的流动提供了通道，进一步加快钢绞线]，还可作为锈蚀产物的填充空间[14]。

　　在考虑应力影响下的预应力筋的腐蚀研究中，考虑应力与腐蚀耦合作用造成的影响，对于固定应力有应力腐蚀，但是应力腐蚀的发生条件较严格，对于不满足条件的情况，预应力筋失效原因可能是坑蚀引起的应力集中(不发生应力腐蚀，但不意味着应力对腐蚀没有贡献) ; 对于交变应力有腐蚀疲劳，腐蚀疲劳没有应力腐蚀那种严苛的发生条件，应力集中仍会作为现象出现。考虑预应力筋无应力情况下腐蚀后施加应力(拉伸试验、疲劳试验) ，坑蚀引起的应力集中可能是预应力筋失效的直接原因，此时不存在应力与腐蚀的耦合作用(不考虑脱离原有腐蚀环境的筋材在后续施加应力时继续腐蚀的情况) 。故对前者的关注更多，后者并非研究的重点，另外对于前者并非所有研究都关注应力腐蚀的发生与否。

　　应力集中贯穿整个应力与腐蚀的过程，无论是否考虑应力历史，都是一种应力与腐蚀共同存在时的常见现象，且受到截面损失/蚀坑几何特征的影响。当前结构领域学者的研究在关于应力集中的试验中更多地考虑无应力历史的情况，即直接对腐蚀预应力筋进行拉伸试验或疲劳试验。Chen 等[15-16]通过有限元分析建立了钢绞线的高精度网格模型，研究蚀坑对多丝钢绞线拉伸力学性能的影响。结果表明: 腐蚀钢绞线的腐蚀区域出现明显的应力集中，降低了钢绞线的轴向承载力; 钢绞线的应力集中系数、承载能力均随蚀坑方向角的增大先增大后减小;随蚀坑位置角的增大而减小，表明应力集中受到蚀坑几何特征的影响。

　　而有应力历史情况下，应力和应变水平均会影响蚀坑的几何特征和分布特征。Fang 等[17]关注应力对高强钢丝表面蚀坑几何特征的影响，进行了高强钢丝的盐雾加速腐蚀试验，以椭圆拟合所得平面投影指标和单个腐蚀坑区域所包含点蚀深度的统计分布特征作为形貌指标。结果表明: 施加的应力对蚀坑的生长方向有影响，与无应力条件下蚀坑主要沿钢丝表面周向发育相比，有应力时蚀坑主要沿深度方向生长; 在无应力条件下，随着腐蚀时间的增加，逐渐出现桶状腐蚀坑; 当钢丝试样受到拉应力时，蚀坑呈针状突出。Chen 等[18]对高强钢丝进行通电加速腐蚀试验，使用 3D 显微镜观察腐蚀形貌特征，采用椭圆拟合蚀坑形状得到腐蚀数据(蚀坑深度、半径、中心距) ，通过拟合蚀坑特性的概率密度函数，发现: 蚀坑深度分布频率随蚀坑深度的增加呈非线性减小，可以假设为指数分布，该分布与应变水平、腐蚀时间有较大相关性。

　　应力和应变水平影响蚀坑的几何特征和分布特征，而蚀坑的几何特征会影响应力集中，因此应力和应变水平自然也会影响应力集中(这一点在腐蚀疲劳的研究中也有涉及) ，进而影响预应力筋的力学性能退化，但关注此类情况下应力集中的文献仍较少，研究有待进一步开展。

　　处于高应力状态的预应力筋在含氯介质中可能会发生应力腐蚀，由于其受应力、腐蚀介质和材料性能的共同影响，故损伤机制非常复杂，当前对其机理的研究仍未有统一的结论，但总体上可以概括为氢致开裂型和阳极溶解型两大类。2001 年美国混凝土学会(ACI) 通过对预应力筋腐蚀的案例分析和文献综述，得到与点蚀相比，相对较少的预应力混凝土(PTC) 结构的失效可以归因于应力腐蚀开裂(SCC)和氢脆的结论[19]。2003 年，国际结构混凝土联合会(FIB) 指出，在 PTC 结构中，由于蚀坑的缺口效应引起的纯脆性破坏极其少见，破坏主要归因于氢诱导 SCC，其中氢是由腐蚀过程的阴极反应提供的[20]。

　　不仅如此，金属材料学的一些学者基于模拟孔隙液环境对钢丝和钢绞线开展了应力腐蚀试验研究，但关于应力腐蚀敏感性的结论并未达成一致。下面进行简要介绍。

　　王正等[21]研究预应力高强度钢筋 45MnSiV 的应力腐蚀行为，应力敏感性指标采用断面收缩率、断裂时间。结果表明: pH 值和氯离子浓度会影响应力腐蚀敏感性。阴、阳极各有敏感区，外加电位高于保护电位-700 mV 时，应力腐蚀由阳极溶解机理控制;低于-900 mV 时，由氢致开裂机理控制，见图 2。这一点在王崧全[22]对矿用钢丝在碱性模拟液中和Schroeder 等[23]对 AIS11080 钢筋的应力腐蚀行为研究中也有发现，且氢在裂纹扩展机制中起着重要的作用。

　　文献[24-25]通过锚杆芯丝在腐蚀溶液 (含 NaCl、Na2S、CaSO4 和 CH3COOH) 中进行弯曲试验，发现应力水平、环境 pH 和硫化物的存在对 SCC 的发生率有显著影响。除此以外，Lyu 等[26]发现钢丝的耐腐蚀性能还会受到化学成分的影响。应力腐蚀是成分和微观组织等多种因素协同作用的结果。

　　Cheery 等[27]研究不同 pH 值下含 0.1 mol/L NaCl 的 NaOH 溶液中钢丝的应力腐蚀行为，结果表明: 没有发生活性通道溶解造成的应力腐蚀开裂和氢脆; 长期试件的失效本质上是由于闭塞腐蚀电池内加速腐蚀造成的截面损失进而导致过载失效，闭塞腐蚀电池模型见图 3[28]。

　　李富民[11]的理论分析认为: 对于含碳量较高的共析钢的珠光体微结构(图 4) 而言，腐蚀不易沿便捷的横向通道向纵深发展，而大量氢陷阱内的氢不宜达到较高的富集度，因此这种组织结构发生阳极溶解型和氢致开裂型应力腐蚀的可能均很小。同时设计了不同应力水平的先张法小型试件，腐蚀电位的监测结果显示，所有试样的全程腐蚀电位都大于-700 mV，不足以产生足够的氢原子引起钢绞线]。因此氯盐环境下混凝土中钢绞线既不易发生阳极溶解型应力腐蚀，也不易发生氢致开裂型应力腐蚀。

　　大量的研究工作揭示了应力腐蚀的发生、发展规律，氯离子浓度、温度、pH 值以及溶液中的其他离子有关[21,24,29-30]。材料本身的性能( 包括化学成分、表面状态、热处理工艺等) 以及外界作用引起的应力水平和残余应力对应力腐蚀敏感性的影响也有大量的研究[26,31-33]。在引入断裂力学的研究方法后，将力学因素与断裂因素联系起来，计算出裂纹尖端的应力水平，探究特定的腐蚀体系中 SCC 裂纹的形成与发展过程[34-36]。正是这些繁杂的影响因素，加上对实际工程使用环境的简化与模拟，使得应力腐蚀敏感性的研究结论无法与实际工程环境相对应。

　　关于预应力筋在实际工程环境中究竟是否发生应力腐蚀，以及工程事故中腐蚀预应力钢筋的脆性断裂究竟是蚀坑引起的应力集中造成过载断裂还是应力腐蚀导致的脆性断裂，现有研究无法给予一致结论。此外，针对预应力筋在应力影响下的应力腐蚀敏感性问题，仍需大量试验研究进一步论证。同时考虑到模拟液环境与实际混凝土环境对预应力筋腐蚀的影响不同，在已有简化试验的结果的基础上，新的试验研究应考虑更贴近实际情况设计。

　　当前腐蚀疲劳的研究多以对预应力筋或预应力梁加速腐蚀后进行疲劳试验为主[37-40]，关注腐蚀后预应力筋的疲劳性能。而考虑应力影响下的腐蚀更关注腐蚀与疲劳耦合作用引起的慢速性耦合损伤，与前者的研究成果不同，这方面相关研究开展得相对不足。

　　Cui 等[41]建立了单蚀坑情况下的有限元模型并进行参数分析，发现: 拉应力显著影响点蚀速率，导致更快的腐蚀疲劳失效。蚀坑深宽比的增加，通过坑底的应力集中现象的增强，引起更高的点蚀增长率和蚀坑周围的应力幅。可见应力与腐蚀两者的效应是耦合的。

　　Zheng 等[39]建立了考虑蚀坑随机分布的腐蚀钢丝有限元模型，以模拟疲劳荷载和 3.5%NaCl 溶液下的损伤演化。结果表明: 损伤在出现最大应力的蚀坑底部累积; 在耦合作用下，损伤逐渐累积并渗透到钢丝中，损伤演化速率逐渐增加，钢丝的抗疲劳性能大大降低; 当应力水平较低时，腐蚀介质起主要作用，因此腐蚀寿命远小于不考虑腐蚀介质影响的寿命。

　　喻宣瑞等[42]进行了交变荷载和氯盐环境作用下钢绞线的腐蚀疲劳性能试验研究，发现: 应力幅增大，钢绞线的腐蚀程度提高，蚀坑深度增大，裂纹扩展速率将加快，开裂韧性值降低，钢绞线破坏模式由延性破坏转变为脆性破坏。

　　Jie 等[43]对高强钢丝加速腐蚀后进行疲劳试。