Физические особенности проблем жидкостной коррозии железобетона с позиций теории тепломассопереноса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлены результаты исследования неизотермических массообменных процессов, протекающих при жидкостной коррозии железобетона. Показана степень разработанности данного направления исследования: приведена классификация жидкостной коррозии бетонов, описано влияние «свободного гидроксида кальция» на устойчивость минералов цементного камня, показано относительное изменение прочности бетона в зависимости от безразмерной концентрации гидроксида кальция. Для бетонных и железобетонных конструкций, подверженных жидкостной коррозии, сформулирована краевая задача неизотермического массопереноса в системе «цементный бетон - жидкость» на основе нелинейного дифференциального уравнения массопроводности параболического типа с произвольным видом функции начального распределения концентраций и комбинированными граничными условиями первого, второго и третьего рода. Предложен комбинированный подход решения задачи неизотермического нестационарного массопереноса, основанный на разделении жизненного цикла строительной конструкции на «микропроцессы», с последующим выделением по толщине конструкции в рамках рассматриваемого небольшого временного интервала на концентрационные зоны. Получены аналитические решения задачи нестационарного массопереноса в процессах жидкостной коррозии бетона для каждой выделенной концентрационной зоны, позволяющие рассчитывать концентрации целевого компонента в твердой фазе и тем самым прогнозировать динамику и кинетику деструктивных процессов цементных бетонов. Проведены обширные численные эксперименты, показывающие влияние параметров процесса на динамику и кинетику жидкостной коррозии железобетона.

Об авторах

Сергей Викторович Федосов

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет; Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН

Автор, ответственный за переписку.
Email: fedosov-academic53@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6117-7529

академик РААСН, доктор технических наук, профессор кафедры технологий и организации строительства

Москва, Российская Федерация

Игорь Викторович Красильников

Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН; Ивановский государственный политехнический университет

Email: korasb@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3694-5906

кандидат технических наук, доцент кафедры строительства и инженерных систем

Москва, Российская Федерация; Иваново, Российская Федерация

Варвара Евгеньевна Румянцева

Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН; Ивановский государственный политехнический университет; Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

Email: varrym@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7226-4580

член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор, директор института информационных технологий, естественных и гуманитарных наук

Москва, Российская Федерация; Иваново, Российская Федерация

Ирина Александровна Красильникова

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Email: irinanebukina@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-4342-4255

кандидат технических наук, доцент кафедры химии

Владимир, Российская Федерация

Список литературы

  1. Erofeev V.T., Moiseev V.V., Makridin N.I., Maksimova I.N. Strength and deformability of cement stone, mortar and concrete during loading. Journal of Physics: Conference Series. “International Conference on Engineering Systems 2020”. 2020:012032. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1687/1/012032
  2. Tang B.H., Maekawa K., Tan K.-H. Analytical model of corrosion-induced cracks in concrete considering timevarying deformations of layers, mechanical properties of rust. Construction and Building Materials. 2021;316:125883. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125883
  3. Guzmán-Torres J.A., Domínguez-Mota F.J., Alonso-Guzmán E.M. A multi-layer approach to classify the risk of corrosion in concrete specimens that contain different additives. Case Studies in Construction Materials. 2021;15:00719. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2021.e00719
  4. Wei A., Tan M.Y., Koay Y.-C., Hu X., Al-Ameri R. Effect of carbon fiber waste on steel corrosion of reinforced concrete structures exposed to the marine environment. Journal of Cleaner Production. 2021;316;128356. https://doi.org/ 10.1016/j.jclepro.2021.128356
  5. Wang Z., Maekawa K., Takeda H., Gong F. Numerical simulation and experiment on the coupled effects of macrocell corrosion and multi-ion equilibrium with pseudo structural concrete. Cement and Concrete Composites. 2021;123: 104181. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2021.104181
  6. Fedosov S.V., Roumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Konovalova V.S. Physical and mathematical modelling of the mass transfer process in heterogeneous systems under corrosion destruction of reinforced concrete structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 1–8 July 2018. Novosibirsk: Institute of Physics Publ.; 2018;456:012039. https://doi.org/10.1088/1757-899X/456/1/012039
  7. Dai L., Long D., Wang L. Meso-scale modeling of concrete cracking induced by 3D corrosion expansion of helical strands. Computers & Structures. 2021;254:106615. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2021.106615
  8. Gusev В.V., Fayvusovich A.S. Calculated Dependencies for Predicting the Technical Condition of Reinforced Concrete Structures. Industrial and Civil Engineering. 2021;6:4–12. (In Russ.). https://doi.org/10.33622/0869-7019.2021. 06.04-12
  9. Chi N.V., Linh C.N., Kien D.V., Quan L.H., Quang N.Q., Zyablov A.N. Study on structural steel АН-36 corrosion in the marine environment of Vietnam. ChemChemTech. 2021;64(10):139–144. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216410.6496
  10. Dey A., Miyani G., Sil, A. Application of artificial neural network (ANN) for estimating reliable service life of reinforced concrete (RC) structure bookkeeping factors responsible for deterioration mechanism. Soft Computing. 2019;24(3):2109–2123. https://doi.org/10.1007/s00500-019-04042-y
  11. Cao Y., Gehlen C., Angst U., Wang L., Wang Z., Yao Y. Critical chloride content in reinforced concrete — an updated review considering Chinese experience. Cement and Concrete Research. 2019;117:58–68. https://doi.org/10.1016/ j.cemconres.2018.11.020
  12. Moskvin V.M., Ivanov F.M., Alekseev S.N., Guzeev E.A. Corrosion of concrete and reinforced concrete, methods of their protection. Мoscow: Strojizdat Publ.; 1980. (In Russ.)
  13. Yang Z., Li Q., Liu M., Xue N., Yu L., Xu Li., Wu K. Efflorescence inhibition and microstructure evolution of Portland cement-based artificial stone induced by mineral additives. Case Studies in Construction Materials. 2022;17: e01509. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01509
  14. Zhang Y., Xu M., Song J., Wang Ch., Wang X., Hamad B.A. Study on the corrosion change law and prediction model of cement stone in oil wells with CO2 corrosion in ultra-high-temperature acid gas wells. Construction and Building Materials. 2022;323:125879. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125879
  15. Fedosov S.V., Rumjanceva V.E., Kas’janenko N.S., Krasil’nikov I.V. Theoretical and experimental studies of corrosion processes of the first type of cement concretes in the presence of an internal mass source. Construction Materials. 2013;6:44–47. (In Russ.)
  16. Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Loginova S.A. Investigation of the influence of mass transfer processes on the reliability and durability of reinforced concrete structures operated in liquid aggressive media. Construction Materials. 2017;12:52–57. (In Russ.) https://doi.org/10.31659/0585-430X-2017-755-12-52-57
  17. Smirnova N.N., Krasil’nikov I.V. An effect of the nature of immobilized components on the adsorption and mass transfer properties of ultrafiltration membranes based on sulfonate-containing сopolyamide. Russian Journal of Applied Chemistry. 2019;92(11):1570–1580. https://doi.org/10.1134/S1070427219110144
  18. Lykov A.V. Transport phenomena in capillary-porous bodies. Мoscow: Gostehizdat Publ.; 1954. (In Russ.)
  19. Lykov A.V., Mikhailov Yu.A. Theory of heat and mass transfer. Мoscow-Leningrad: Gosenergoizdat Publ.; 1963. (In Russ.)
  20. Dudin S.M., Zemenkov Y.D., Shabarov A.B. Modeling the Phase Composition of Gas Condensate in Pipelines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016;154(1):012010. https://doi.org/10.1088/1757-899X/154/ 1/012010
  21. Erofeev V.T., Al Dulaimi S.D.S., Dergunova A.V. Improving the Durability and Environmental Friendliness of Buildings and Structures in the Textile Industry by Using Materials Modified With a Microbiological Additive // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2021;3(393):141–146. (In Russ.) https://doi.org/10.47367/0021-3497_2021_3_141
  22. Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Krasilnikova I.A. Mathematical modeling of unsteady mass transfer in the “cement concrete — liquid medium” system, limited by internal diffusion and external mass transfer. Construction Materials. 2022;1-2:134–140. (In Russ.) https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-799-1-2-134-140
  23. Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Krasilnikova I.A. Mathematical modeling of mass transfer in the cement concrete-liquid environment system, limited by internal diffusion of the transferred component during liquid corrosion of the first type. Construction Materials. 2021;7:4–9. (In Russ.) https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-793- 7-4-9
  24. Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Konovalova V.S., Evsyakov A.S. Monitoring of the penetration of chloride ions to the reinforcement surface through a concrete coating during liquid corrosion. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018;463(4):042048. https://doi.org/10.1088/1757-899X/463/4/042048
  25. Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Konovalova V.S., Evsyakov A.S. Mathematical modeling of the colmatation of concrete pores during corrosion. Magazine of Civil Engineering. 2018;7(83):198–207. https://doi.org/10.18720/MCE.83.18

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).