钢筋与混凝土之间良好的粘结力是保障钢筋混凝土结构耐久性的基础。在钢筋混凝土的服役过程中,钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土材料耐久性下降的主要原因之一。由于混凝土中氢氧化钙所形成的强碱性环境,钢筋的表面会形成一层致密的氧化物薄膜,即钢筋钝化膜。钢筋钝化膜的存在不可避免的对钢筋混凝土的性能产生影响。本文采用分子动力学方法,从微观尺度上对钢筋钝化膜的主要成分(外层的γ-FeOOH和内层的γ-Fe2O3)进行了系统的研究,获得了不同组分之间的力学性能差异,并对钝化膜外层组分γ-FeOOH与混凝土界面的粘结性能、吸附性能进行了深入分析。主要研究内容及结论如下:(1)探究了钢筋混凝土中钢筋表面钝化膜中各组分的单轴拉伸性能。对比Fe、γ-Fe2O3以及γ-FeOOH的抗拉强度,发现在单轴拉伸荷载作用下三类组分的力学性能差距较大,拉伸过程的杨氏模量Fe>γ-Fe2O3>γ-FeOOH。这主要是由于γ-FeOOH的层间结构主要依靠分子间作用力连接,从而导致γ-FeOOH层间方向的作用力较弱,降低了其力学性能。(2)探究了不同含水量下钢筋表面与水化硅酸钙界面的结构特性,动力学特性以及力学性能。研究发现,Ca原子在C-S-H和γ-FeOOH表面之间起到桥接作用,是钢筋与水泥基材料粘结的主要原因。而游离态水分子通过占据Ca原子的键合位点,减弱了Ca原子与γ-FeOOH中羟基氧原子的相互作用,从而使Ca原子更加分散。随着含水量的增加,Ca原子的迁移速率在水分子的带动下加快,进一步削弱了钢筋与C-S-H界面的粘结性。单轴拉伸模拟实验结果也证实了上述结论。(3)探究了水分子和离子在钢筋钝化膜表面的吸附特性。水分子在γ-FeOOH表面附近呈现分层吸附特性,界面处的分子主要靠其中的Ow原子与表面羟基氢原子以氢键形式键合。当有Na+和Cl-存在时,钢筋钝化膜中γ-FeOOH表面的羟基提供了大量的氧原子位点与钠离子形成稳定的离子键,从而使得阳离子吸附。而氯离子的吸附则主要是依靠表面吸附的阳离子(Na+)之间的电荷吸引形成的离子团簇体。γ-FeOOH对溶液中水分子和离子的吸附能够显著影响其扩散行为,基体表面溶液中水分子,Na离子,Cl离子的扩散系数约为本体溶液的27.8%,27.5%,29.5%。