ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ «ЦЕМЕНТНЫЙ БЕТОН – ЖИДКАЯ АГРЕССИВНАЯ СРЕДА»
Аннотация
Работа посвящена актуальной теме – изучению физико-химических процессов при эксплуатации железобетонных конструкций в агрессивных средах. Представлена высокая значимость для стабильного существования минералов цементного камня наличия насыщенного раствора гидроксида кальция в порах бетона. В статье рассмотрены основные методы математического моделирования, которые используются для описания физико-химических процессов массопереноса целевого компонента (гидроксида кальция). Показана возможность использования математических моделей при описании жидкостной коррозии цементных бетонов, осложненной химическими превращениями, для определения параметров массоперноса и расчета скорости коррозии бетона до защитного слоя арматуры. Получена математическая модель массопереноса целевого компонента в безразмерных переменных. Предложено применить комбинированный метод микропроцессов для получения численно-аналитического решения краевой задачи нестационарного массопереноса, осложненного химическими превращениями. Получено численно-аналитическое решение нелинейной краевой задачи с начальными и граничными условиями нестационарного массопереноса, позволяющее рассчитать концентрации целевого компонента в толще строительной конструкции из бетона или железобетона на цементном вяжущем, а также позволяет определить значение градиента концентраций на границе раздела фаз гетерогенной системы «Бетон - жидкая агрессивная среда». Представленное решение задачи позволяет определить распределение концентрации целевого компонента в любой интересующий момент эксплуатации строительной конструкции, временные процессы достижения опасного содержания гидроксида кальция, находящегося в порах цементного бетона, до начала разложения компонентов высокоосновных соединений (алита, белита, трехкальциевого алюмината, четырехкальциевого алюмината) и, следовательно, перейти к дальнейшим этапам изучения и моделирования коррозионных процессов. Чтобы продемонстрировать возможности полученного решения, проведен численный эксперимент: показано изменение полей безразмерных концентраций при разных значениях массообменного критерия подобия Фурье, который в соответствии с теорией подобия является показателем времени процесса.
Для цитирования:
Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В., Красильникова И.А. Исследования физико-химических процессов в системе «цементный бетон – жидкая агрессивная среда». Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 7. С. 61-70. DOI: 10.6060/ivkkt.20226507.6606.
Литература
Moskvin V.M., Ivanov F.M., Alekseev S.N., Guzeev E.A. Corrosion of concrete and reinforced concrete, methods of their protection. М.: Stroyizdat. 1980. 536 р. (in Russian).
Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V. Methods of mathematical physics in applications to the prob-lems of concrete corrosion in liquid aggressive environment. М.: ASV. 2021. 246 p. (in Russian).
Dudin S.M., Zemenkov Y.D., Shabarov A.B. Modeling the Phase Composition of Gas Condensate in Pipelines. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2016. 154(1). P. 012010. DOI: 10.1088/1757-899X/154/1/012010.
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. Stroit. Mater. 2021. N 7. P. 4-9 (in Russian). DOI: 10.31659/0585-430X-2021-793-7-4-9.
Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Loginova S.A. Investigation of the influence of mass trans-fer processes on the reliability and durability of reinforced concrete structures operated in liquid aggressive media. Stroit. Mater. 2017. N 12. P. 52-57 (in Russian). DOI: 10.31659/0585-430X-2017-755-12-52-57.
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. Mag. Civil Eng. 2018. N 7 (83). P. 198-207 (in Russian). DOI: 10.18720/MCE.83.18.
Fedosov S.V., Roumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Konovalova V.S., Evsyakov A.S. Monitoring of the pene-tration of chloride ions to the reinforcement surface through a concrete coating during liquid corrosion. In: IOP Conf. Ser.: Materials Science and Engineering. Vladivostok. 2018. P. 042048 (in Russian). DOI: 10.1088/1757-899X/463/4/042048.
Lykov A.V. Transport phenomena in capillary-porous bodies. М.: Gostehizdat. 1954. 296 p. (in Russian).
Lykov A.V., Mikhailov Yu.A. Theory of heat and mass transfer. М.:-L.: Gosenergoizdat. 1963. 536 p. (in Russian).
Huy Tang Bui, Koichi Maekawa, Kang Hai Tan. Analytical model of corrosion-induced cracks in concrete considering time-varying deformations of layers, mechanical properties of rust. Construct. Build. Mat. 2021. V. 316. P. 125883. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.125883.
José A. Guzmán-Torres, Francisco J. Domínguez-Mota, Elia M. Alonso-Guzmán. A multilayer approach to classify the risk of corrosion in concrete specimens that contain different additives. Case Stud. Constr. Mater. 2021. V. 15. P. 00719. DOI: 10.1016/j.cscm.2021.e00719.
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. Russ. J. Appl. Chem. 2019. V. 92. N 11. P. 1570-1580. DOI: 10.1134/S1070427219110144.
Aifang Wei, Mike Yongjun Tan, Yew-Chin Koay, Xiancun Hu, Riyadh Al-Ameri. Effect of carbon fiber waste on steel corrosion of reinforced concrete structures exposed to the marine environment. J. Cleaner Product. 2021. V. 316. P. 128356. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.128356.
Zhao Wang, Koichi Maekawa, Hiroki Takeda, Fuyuan Gong. Numerical simulation and experiment on the coupled effects of macro-cell corrosion and multiion equilibrium with pseudo structural concrete. Cement Concrete Compos. 2021. V. 123. P. 104181. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2021.104181.
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. In coll..: IOP Conf. Ser.: Materials Science and Engineering. Novosibirsk. 2018. С. 012039. DOI: 10.1088/1757-899X/456/1/012039.
Lizhao Dai, Dixuan Long, Lei Wang. Meso-scale modeling of concrete cracking induced by 3D corrosion expansion of helical strands. Comput. Struct. 2021. V. 254. P. 106615. DOI: 10.1016/j.compstruc.2021.106615.
Okhlobystin A.O., Kamyshnikova A.S., Oleinikova K. V., Storozhenko V.N., Pashchenko K.P., Berberova N.T. Theoretical and experimental study of the adsorption capacity of transition metal acetates in the process of desulfurization of a model hydrocarbon fuel. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 12. P. 98-104. DOI: 10.6060/ivkkt.20216411.6518.
Nguyen Van Chi, Cao Nhat Linh, Dong Van Kien, Le Hong Quan, Nong Quoc Quang, Zyablov A.N. Study on structural steel АН-36 corrosion in the marine environment of Vietnam. ChemChemTech[Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 10. P. 139-144. DOI: 10.6060/ivkkt.20216410.6496.
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. Comput. 2019. 24(3). P. 2109–2123. DOI: 10.1007/s00500-019-04042-y.
Cao Y., Gehlen C., Angst U., Wang L., Wang Z., Yao Y. Critical chloride content in reinforced concrete - an updated review considering Chinese experience. Cem. Concr. 2019. Res. 117. P. 58–68. DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.11.020.
