为了缓解愈加繁重的城市交通压力,地铁由于其快速、客运量大、环保和节省土地资源等优点,已经被广泛的运用于我国大多数城市。但地铁运行不可避免将产生杂散电流,从而在地铁轨道结构周围形成强电场,迫使氯离子加速向地铁混凝土内的钢筋表面迁移,引发更严重的钢筋锈蚀,这将严重降低地铁混凝土结构的服役寿命。为了解决这一实际问题,本文依托国家自然科学基金《地铁钢筋混凝土界面多尺度腐蚀疲劳损伤及失效机理研究》(51478183),研究了地铁钢筋混凝土中钢筋的电化学腐蚀特性,力学腐蚀特性,界面腐蚀特性以及其服役行为研究。本论文主要工作及成果如下:(1)采用模拟实验研究杂散电流强度、氯离子浓度以及掺矿物掺合料混凝土对地铁混凝土内钢筋腐蚀电流密度、极化曲线、极化电阻等电化学性能腐蚀特性的影响。结果表明:在地铁环境下,钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀的主要影响因素是腐蚀时间、杂散电流强度和氯离子浓度等。随着腐蚀时间的延长,杂散电流电流强度的增大,氯离子浓度的增大,钢筋的腐蚀电流密度测定值也逐渐增大,氯离子也有相似的影响,但影响程度较杂散电流强度的影响相比较小。当杂散电流强度为40V时,腐蚀电流密度最大达到57.13μA/cm~2。在氯离子浓度为5%时,腐蚀电流密度最大达到49.16μA/cm~2。且极化曲线和极化电阻也有着类似的规律。而掺矿物掺合料混凝土能有效地提高地铁钢筋混凝土抗腐蚀性能,降低其腐蚀程度,推迟腐蚀进程。如在杂散电流强度为10V、20V、30V和40V作用120h时,掺矿物掺合料混凝土MAC内钢筋腐蚀电流密度相比于普通混凝土NC分别降低了20.41%、23.14%、26.37%和24.93%。(2)进行地铁混凝土中钢筋杂散电流腐蚀实验和锈蚀钢筋拉伸力学性能试验,并根据试验结果得出力学性能损伤关系式。结果表明;随着杂散电流强度的增大,氯离子浓度的升高,腐蚀时间的推移,杂散电流引发钢筋发生严重的点蚀现象,导致钢筋弹性模量、屈服强度和抗拉强度等力学性能严重退化,且杂散电流强度越大,氯离子浓度越高,腐蚀时间越高,钢筋发生腐蚀愈严重,钢筋屈服强度、抗拉强度、弹性模量等力学性能损伤就越严重。在杂散电流强度为最大40V的时候,屈服强度衰减率最高达到了16.23%。且掺矿物掺合料能有效降低锈蚀钢筋力学性能的损伤。在杂散电流强度为10V、20V、30V和40V作用120h时,掺矿物掺合料混凝土MAC内抗拉强度衰减率相比于普通混凝土NC分别降低了20.41%、23.14%、26.37%和24.93%。力学性能损伤定量关系式和钢筋的应力应变关系的建立为后续地铁钢筋杂散电流腐蚀损伤问题研究提供了实验基础和理论支撑。(3)利用体视显微镜观测锈蚀试样横断面和X射线衍射(XRD)研究混凝土界面区的化学成分。结果表明:原钢筋混凝土界面逐渐演变成钢筋锈蚀产物和混凝土混合的锈蚀层。并根据弹性力学知识与变形协调方程,建立了一种地铁地铁混凝土中钢筋锈胀力时变规律,为地铁混凝土结构保护层开裂预测和耐久性的评估做出贡献。(4)通过对钢筋锈蚀引起的混凝土锈胀开裂过程分析,将混凝土保护层完全锈胀开裂时的钢筋锈蚀深度分为两部分来计算;在钢筋均匀锈蚀假定的基础上,利用弹性理论和Faraday腐蚀定律得到了混凝土保护层锈胀开裂时间的计算公式。公式一方面忽略锈蚀产物对界面变形的影响以简化分析;另一方面又考虑混凝土保护层锈胀开裂过程中锈蚀产物进入裂缝的情况,并结合加速锈蚀和自然锈蚀的特点进行了适当的优化。再应用前期测定地铁环境下钢筋混凝土试件的电化学参数,深入预测地铁混凝土保护层开裂时刻规律。