综述：海洋飞溅区 FRP 加固腐蚀钢筋混凝土界面粘结行为的最新进展综述

《Structures》：A state-of-the-art review on interfacial bond behavior of corroded reinforced concrete retrofitted with FRP in the marine splash zone

　　

摘要

海洋飞溅区是沿海钢筋混凝土（RC）结构腐蚀最关键区域。纤维增强聚合物（FRP）外部加固是提升这些结构长期耐久性的有效技术。然而，FRP-RC 界面粘结的时间依赖性劣化仍是一个重大瓶颈，限制了这种加固的效果。大多数现有研究专注于完好混凝土，并未提供关于飞溅区受腐蚀 RC 的全面综述。因此，在理解控制界面粘结的机制、耦合劣化模式以及现有模型的适用性方面存在显著空白。为解决这些问题，本文在三个关键领域提出了批判性综述：初始界面粘结行为、环境耦合劣化以及理论模型的适用性。它确定了主要影响因素和劣化模式，同时也评估了现有模型的适用性和局限性。结果表明，腐蚀基体的损伤和多环境耦合效应是界面粘结劣化的主要贡献因素。此外，大多数理论模型基于标准环境条件下未腐蚀的混凝土，将其直接应用于飞溅区会导致显著的预测误差。目前，尚未专门针对飞溅区 FRP-腐蚀 RC 界面开发模型。本研究为这种条件下 FRP 加固 RC 结构的耐久性设计以及未来研究提供了宝贵参考。

引言

随着经济全球化的不断深入，全球海港、码头和跨海大桥的货运压力日益加剧。许多在海洋环境中长期服役的钢筋混凝土（RC）结构逐渐显示出腐蚀损坏的迹象，显著降低了其结构安全系数。海洋腐蚀区通常分为五个关键区域：海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸海水区和海底区 [1]。基于广泛的工程实践和研究，飞溅区被确定为 RC 桩基遭受腐蚀最严重的区域。因此，该区域一直是海洋桩基耐久性设计中防护措施的主要焦点 [2]。在飞溅区，RC 结构的腐蚀速率可达 0.2–0.4 毫米/年，是潮汐区的四倍，是海底区的十倍 [3]。因此，对于目前在海运环境中服役的 RC 结构，修复和加固飞溅区段是提升其整体耐久性和可靠性的有效途径。

目前，已开发出各种加固技术用于海洋环境中遭受腐蚀损坏的 RC 结构。凭借其轻质、高强、耐腐蚀和施工便捷的优势，纤维增强聚合物（FRP）复合材料已成为这些环境中混凝土加固的关键材料 [[4], [5], [6]]。FRP 加固系统使用耐腐蚀胶层将 FRP 板粘合到腐蚀的 RC 表面。固化后，这形成了一个集成的系统，其中“FRP 板–胶层–RC 基体”共同承受荷载。研究表明，这种加固的有效性主要取决于界面粘结行为。需要注意的是，海洋飞溅区中 FRP-RC 界面粘结的劣化是初始界面状态和使用环境综合作用的结果。现有的腐蚀损坏、材料性能和结构参数等因素决定了界面的初始粘结状态，而恶劣的飞溅区环境则加速了劣化过程。图 1 说明了影响海洋飞溅区 FRP-腐蚀 RC 桩基界面的因素及其劣化机制。

影响这些区域界面粘结行为的因素很复杂，劣化和加固效果降低主要受恶劣使用环境的驱动。然而，现有对 FRP-混凝土界面的综述存在显著局限性：首先，它们主要集中在涉及未腐蚀混凝土的陆地环境中界面的直接劣化机制，缺乏对控制 FRP-RC 界面初始状态因素的系统分析，特别是与腐蚀损坏相关的因素。其次，关于海洋环境的研究主要基于涉及单一环境因素的模拟条件，例如氯化物盐干湿循环，尚未就真实飞溅区中多因素耦合与现有腐蚀损坏相结合的 FRP-RC 界面粘结演化建立系统研究。第三，大多数研究集中在未腐蚀的 RC 上，很少有研究解决现有腐蚀损坏对界面初始状态的影响，无论在理论基础还是实验基础方面都存在显著空白。

为此，本文偏离了仅关注界面直接劣化的传统综述。它刻意排除了关于陆地环境、非海洋腐蚀条件以及仅关注结构构件整体承载能力的研究。相反，它以“具有现有腐蚀损坏的 RC 结构”为中心，强调探索海洋飞溅区使用条件下 FRP-RC 界面。本研究引入了一个渐进的分析框架，包括“控制界面初始状态的因素——海洋飞溅区典型环境条件下界面劣化机制——理论模型的适用性”。这种方法通过整合腐蚀变量、将单一环境因素与实际飞溅区使用条件联系起来，并解决关于腐蚀引起的界面初始状态变化研究缺乏的问题，填补了现有文献中的空白。首先，我们系统地考察了 FRP 相关参数、胶层性能以及腐蚀 RC 基体特征对 FRP-RC 界面初始粘结行为的影响。其次，通过关注海洋飞溅区的典型环境因素，我们确定了各种操作条件下 FRP-RC 界面粘结的劣化模式和机制。随后，我们回顾、分析和比较了现有的 FRP-混凝土界面粘结强度和粘结 - 滑移本构模型，突出了它们在适应飞溅区复杂多因素耦合环境方面的局限性，以及它们无法考虑腐蚀损坏效应。最后，基于现有研究中确定的局限性——包括对 FRP-RC 系统中组件劣化与界面失效相关性理解的不足、实际飞溅区条件下多因素耦合实验的稀缺性以及腐蚀 - 环境相互作用探索的不充分——我们总结了主要发现，并提出了针对未来研究的建议。

为确保本综述的系统性、针对性和可重复性，本研究严格遵循系统性综述的标准化学术框架，包括精确的文献检索、分层筛选、分类和批判性分析。所有研究文献均来源于工程领域的核心学术数据库，如 Web of Science、Scopus 和 Engineering Village，覆盖过去 30 年。检索范围严格限于 FRP 与 RC 在海洋环境中界面粘结行为的演化。关键检索词包括 FRP 复合材料、腐蚀钢筋混凝土、海洋飞溅区、海洋环境腐蚀、界面粘结强度、粘结 - 滑移本构关系以及腐蚀状态描述符。本研究遵循严格的文献选择标准，纳入了来自原位测试、数值模拟和理论分析的高质量研究成果。它排除了仅关注构件宏观力学响应而不考虑界面微观粘结机制的一般界面研究，以及会议摘要和专利等非核心学术成果。经过标准化筛选和去重，选取了具有高度代表性和学术价值的文献，作为本综述和批判性分析的基础。

章节片段

海洋飞溅区 FRP-腐蚀 RC 界面初始粘结行为的影响因素

界面粘结行为的演化受初始力学状态和使用环境控制，这是引言中讨论的核心原则。本章专注于控制初始界面粘结行为的因素，并系统分析决定飞溅区 FRP-腐蚀 RC 界面初始力学状态的关键参数。这一分析为后续章节探索 的劣化模式提供了基础。

海洋飞溅区环境因素对 FRP-RC 界面粘结行为的影响

海洋飞溅区是 RC 结构劣化最恶劣的环境之一。其复杂特征涉及气、液和机械作用的耦合效应，直接控制 FRP-RC 界面粘结行为的长期演化。如图 9(a) 所示，飞溅区位于大气区和潮汐区之间。该环境包括气相（海洋大气）、液相（波浪溅射海水）以及

海洋飞溅区 FRP-RC 界面粘结行为理论研究

FRP 与混凝土之间的界面粘结行为理论模型是阐明界面力学机制和指导工程设计的重要工具。现有模型大致可分为两类。第一类是界面粘结强度模型，从宏观角度评估极限粘结能力，并不明确考虑极限状态前的力学响应。第二类是界面

结论

本文系统综述了海洋飞溅区 FRP 加固腐蚀 RC 结构界面粘结行为的研究进展。它从三个核心研究方面进行了批判性综述，包括初始粘结控制机制、多环境耦合劣化机制以及理论模型的适应性。本综述阐明了当前研究的适用范围和主要缺陷。主要结论总结如下

CRediT 作者贡献声明

魏少: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，监督，资源，项目管理，获取资金，形式分析。 张一山: 写作 – 原稿，调查，形式分析，数据管理，构思。 石丹丹: 写作 – 审阅与编辑，监督，获取资金。 张文冰: 写作 – 审阅与编辑，监督，调查，获取资金，形式分析。

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本论文报告的工作。

致谢

作者感谢匿名评审员和编辑提出的宝贵意见和有益建议。本研究得到了 国家自然科学基金（52478350, 52409162, 52571297）、上海市国内科技合作项目（24010702400）、上海市“扬帆计划”（23YF1416100）、天津大学水利工程智能建造与运行国家重点实验室（HESS-2321）、

魏少 | 张一山 | 石丹丹 | 张文冰

上海海事大学海洋科学与工程学院，上海，201306，中国