ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ БЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ МАССОПЕРЕНОСА И КОЛЬМАТАЦИИ ПОР ПРИ КОРРОЗИИ

Объектом исследования является коррозионный процесс разрушения бетонных и железобетонных конструкций в агрессивных средах. Цель исследования - установление совокупности соотношений и взаимосвязи характеристик указанного процесса с различными внешними и внутренними факторами, влияющими на развитие коррозии. Для решения поставленных задач на основании полученных экспериментальных данных применялся метод математического моделирования коррозионных процессов. С позиции теорий физико-химических превращений и тепломассообменных закономерностей, различные стадии коррозии могут моделироваться дифференциальными уравнениями взаимосвязанного тепломассопереноса с краевыми условиями. Их характеризуют произвольные функции начальных потенциалов переноса и нелинейные граничные условия всех известных типов. Продемонстрированы возможности разработанных физико-математических моделей массопереноса в процессах изучения коррозии различных видов. Они позволяют оценить концентрации переносимого компонента по толщине бетонной конструкции и в самой биопленке в любой момент времени, а также концентрации «свободного» гидроксида кальция в жидкой фазе. В результате удается прогнозировать долговечность и надежность бетонных конструкций с минимальной погрешностью. Предлагаемая авторская модель разрушения цементных бетонов с учетом кольматации пор и капилляров обеспечивает адекватность суждений о кинетике массообменных процессов при коррозии второго вида.

коррозия, математическая модель, пористые и непористые материалы, кольматация

1. Курдовский В. Химия цемента и бетона. 97894007794572014

2. Сарасвати В., Картик С., Ли Х.С., Квон С.Дж., Янг Х.М. Сравнительное исследование прочностных и коррозионностойких свойств простого и смешанного цементного бетона. Достижения в области материаловедения и инженерии. 2017. doi:10.1155/2017/9454982

3. Теренчук С., Пашко А., Еременко Б., Картавых С., Ершов Н. Моделирование интеллектуальной системы оценки технического состояния строительных конструкций. Восточно-Европейский журнал предпринимательских технологий. 2018. 3(2-93). doi:10.15587/1729-4061.2018.132587

4. Васим М., Дук Нго Т., Абид М. Исследование долговременной коррозионной стойкости железобетонных конструкций, построенных из различных типов бетонов в морских и различных климатических условиях. Строительство и Строительные материалы. 2020. 237. doi:10.1016/j.conbuildmat.2019.117701

5. Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В., Нармания Б.Е. Постановка математической задачи, описывающей физико-химические процессы при коррозии бетона. Международный журнал вычислительной гражданской и строительной инженерии. 2017. 13(2). doi:10.22337/2587-9618-2017-13-2-45-49

6. Гусев Б.В., Файвусович А.С. Математические модели процесса коррозии бетона. М.: 1996. 100 с

7. Левандовский А.Н., Мельников Б.Е., Шамкин А.А. Моделирование разрушения пористых материалов. Журнал гражданского строительства. 2017. 69(1). doi:10.18720/MCE.69.1

8. Травуш В.И., Карпенко Н.И., Ерофеев В.Т., Родин А.И., Смирнов В.Ф., Родина Н.Г. Разработка биоцидных цементов для зданий и сооружений с биологически активными средами. Энергетические технологии и инжиниринг. 2017. 51(4). doi:10.1007/s10749-017-0842-8

9. Федосов С.В., Логинова С.А. Математическая модель биологической коррозии бетона. Журнал гражданского строительства. 2020. 99(7). doi:10.18720/MCE.99.6

10. Джек Т.Р. Биологические коррозионные разрушения. Анализ и предотвращение отказов. 2021

11. Маллард Дж.А., Стюарт М.Г. Растрескивание покрытия, вызванное коррозией: новые данные испытаний и прогнозные модели. Структурный журнал ACI. 2011. 108(1). doi:10.14359/51664204

12. Головин К., Ковалев Р., Копылов А. О моделировании надежности бетонной опоры для подземного строительства с учетом воздействия химической эрозии. Веб-конференция E3S. 2019. 105. doi:10.1051/e3sconf/201910501040

13. Стеффенс А., Динклер Д., Аренс Х. Моделирование карбонизации для прогнозирования риска коррозии бетонных конструкций. Исследование цемента и бетона. 2002. 32(6). doi:10.1016/S0008-8846(02)00728-7

14. Сулеймани С., Годс П., Искор О.Б., Чжан Дж. Моделирование кинетики коррозии при ремонте бетонных заплат и определение управляющих параметров. Цементные и бетонные композиты. 2010. 32(5). doi:10.1016/j.cemconcomp.2010.02.001

15. Фатима Т., Араб Н., Земсков Е.П., Мунтян А. Гомогенизация реакционно-диффузионной системы, моделирующей сульфатную коррозию бетона в локально периодических перфорированных областях. Журнал инженерной математики. 2011. 69(2). doi:10.1007/s10665-010-9396-6

16. Айки Т., Мунтян А. Поведение двухмасштабной полулинейной реакционно-диффузионной системы для сульфатирования бетона в больших масштабах времени. Математические методы в прикладных науках. 2015. 38(7). doi:10.1002/mma.3161

17. Хоанг Н.Д., Чен К.Т., Ляо К.В. Прогнозирование диффузии хлоридов в цементном растворе с использованием многогенного генетического программирования и многомерных адаптивных регрессионных сплайнов. Измерение: Журнал Международной конфедерации измерений. 2017. 112. doi:10.1016/j.measurement.2017.08.031

18. Ян Ю., Ван М. Моделирование диффузии хлорид-ионов в микроструктурах цемента в масштабе пор. Цементные и бетонные композиты. 2018. 85. doi:10.1016/j.cemconcomp.2017.09.014

19. Чжан Г., Ян З., Ян Ю., Ван М., Ву Л., Лей Х., Гу Ю. Экспериментальное и теоретическое исследование модели прогнозирования модуля упругости бетона под влиянием градации заполнителя и пористости. Устойчивое развитие (Швейцария). 2021. 13(4). doi:10.3390/su13041811

20. Румянцева В.Е., Гоглев И.Н., Логинова С.А., Трунтов П.С., Бурков А.А. Разработка и исследование свойств добавки-ускорителя твердения цементного бетона на основе смеси неорганических фторсодержащих солей. Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия. 2020. 753(5). doi:10.1088/1757-899X/753/5/052026

21. Войцеховский П., Луковский П., Шмигьера Э., Адамчевски Г., Чилмон К., Сподзея С. Коррозия бетона на очистных сооружениях - комплексное тематическое исследование. Строительство и Строительные материалы. 2021. 303. doi:10.1016/j.conbuildmat.2021.124388

22. Дэвис Дж. Л., Ника Д., Шилдс К., Робертс Д.Дж. Анализ бетона из проржавевшей канализационной трубы. Международное биологическое восстановление и биологическое разложение. 1998. 42(1). doi:10.1016/S0964-8305(98)00049-3

23. Шульдяков К., Трофимов Б., Крамар Л. Стабильная микроструктура затвердевшего цементного теста - гарантия долговечности бетона. Тематические исследования в области строительных материалов. 2020. 12. doi:10.1016/j.cscm.2020.e00351

24. Слизнева Т.Е., Акулова М.В., Разговоров П.Б. Влияние механомагнитной активации растворов Cacl2 и Na2S2O3 на фазовую структуру цементного камня. Chem Chem Tech. 2019. 62(12). doi:10.6060/ivkkt.20196212.6114

25. Кокшаров С.А., Базанов А.В., Федосов С.В., Акулова М.В., Слизнева Т.Е. Состояние механоактивированного раствора хлорида кальция и его влияние на структурно-механические характеристики цементного камня. Евразийский химико-технологический журнал. 2015. 17(4). doi:10.18321/ectj277

26. Ву К., Стюарт М.Г., Маллард Дж. Коррозионно-индуцированное растрескивание: экспериментальные данные и прогнозные модели. Структурный журнал ACI. 2005. doi:10.14359/14667