当混凝土结构中的钢筋发生锈蚀,生成的铁锈体积比铁基体的体积要大数倍,使周围的混凝土受到挤压,随着锈蚀产物量的增加,将导致混凝土保护层受拉而开裂。处于钢筋与混凝土之间的钢筋锈蚀产物,不但是混凝土保护层锈裂的原因,也共同参与了锈裂力学行为过程。因此,掌握钢筋锈蚀产物的力学性能,对于准确预测钢筋锈蚀引起的混凝土开裂时间,分析混凝土开裂前及开裂时混凝土内部的应力分布状况,以及对混凝土结构的使用性能评估和剩余寿命预测等方面均有重要意义。本文基于已有的研究现状,依据化学及材料学上的基本原理,开展铁锈力学性能的研究,主要内容如下:1.通过X衍射分析方法,初步得出在8种不同环境下形成的锈样主要成分,又采用热分析技术进一步确定了锈样中氧化物与羟基氧化物两大类氧化产物的含量;根据计算出的单一化合物体积膨胀率及其在样品中的体积百分比,平均加权得到该样品的体积膨胀率,在此基础上,分析了不同程度的环境影响因素下铁锈体积膨胀率取值,为实际工程应用提出了铁锈的体积膨胀率值,从而建立了环境影响、铁锈成分、体积膨胀率三者之间的联系。2.采用固结试验方法,得到了颗粒状的自然锈蚀锈样与电解锈蚀锈样的力位移曲线,并由试验中的加载形式定义了铁锈颗粒瞬时弹性的概念;通过Hertz接触理论,推导出铁锈颗粒间发生接触时的模量计算公式,从而计算出不同荷载下不同铁锈粒径的瞬时弹性模量值,并讨论了不同粒径的自然锈蚀锈样与电解锈蚀锈样在力学性能上的差异及材料性能。3.针对片状锈样进行低应力往复加卸载试验,由第一次加载曲线建立铁锈的非线性本构模型;然后通过低压往复压缩第三次加载曲线测试了片状锈样的模量值,提出体积、高底比是影响铁锈模量的两个因素;基于各样品的试验数据,与固结试验结果进行比较,得出体积对铁锈模量有着一致的规律;最后,建立了考虑体积、高底比双因素影响的铁锈模量方程,提出实际铁锈模量的建议取值,可直接用于混凝土结构锈胀开裂模型。