Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии
Развитие математических моделей, описывающих процессы коррозии в бетонных и железобетонных конструкциях
Опубликована: 2021-02-04
  • С. В. Федосов Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (г. Москва)
  • В. Е. Румянцева Ивановский государственный политехнический университет (г. Иваново)
  • И. В. Красильников Ивановский государственный политехнический университет (г. Иваново)
  • И. А. Красильникова Владимирский государственный университет (г. Владимир)

Аннотация

Одним из важнейших показателей качества строительных конструкций является долговечность. Данные обследований показывают, что фактический срок службы бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатируемых в самых обычных условиях, т.е. при воздействии углекислого газа воздуха и влаги, не всегда соответствует нормативному сроку. Поэтому необходимо уметь рассчитывать срок службы, при котором проектирование конструкции с заданной долговечностью должно основываться на реальной физике процесса коррозии.
К математическому моделированию процессов коррозии существует множество подходов: энергетический, механический, физический, химический, реологический, эмпирический, феноменологический и др. Эти подходы рассматривают проблему деградации бетонных и железобетонных конструкций во времени с разных позиций и с различной вероятностью.
В настоящее время российскими учеными делаются попытки представления процессов коррозии в форме математических моделей, которые можно разделить на две основные группы: эмпирические и феноменологические. Преимуществом первой группы является учет наибольшего числа факторов, влияющих на кинетику процесса коррозии; преимуществом второй группы – относительно простое и быстрое вычисление необходимых параметров – коэффициентов, характеризующих свойства бетона и среды.
Приведенные методики определения долговечности бетонных и железобетонных конструкций основаны на различных физико-химических факторах, в каждой модели приняты свои допущения и все они носят приближенный характер. Математическая теория процессов коррозии бетона, позволяющая расчетным путем определить скорость движения и глубину фронта коррозии, до настоящего времени не построена, что связано прежде всего с большой сложностью изучаемых процессов и длительностью во времени. В общем случае модель должна включать уравнения массопереноса, кинетику химических реакций и различных физических процессов.
В работе показан наиболее точный способ создания математической модели коррозионного массопереноса на основе системы дифференциальных уравнений. Основное из этих уравнений – дифференциальное уравнение молекулярной диффузии, которое дополняется начальными и граничными условиями.

Биографии авторов

С. В. Федосов, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (г. Москва)

академик РААСН, доктор технических наук, профессор Национального исследовательского Московского государственного строительного университета, профессор Поволжского государственного технологического университета. Почетный работник высшего профессионального образования РФ. Заслуженный работник высшей школы РФ. Почетный строитель России. Лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники. Лауреат Государственной премии Республики Марий Эл в области архитектуры и строительства. Область научных интересов – научные основы разработки процессов, технологии и оборудования для термической обработки строительных материалов. Автор более 400 научных и методических трудов, в том числе 16 монографий и 10 учебных пособий. E-mail: fedosov-academic53@mail.ru.

В. Е. Румянцева, Ивановский государственный политехнический университет (г. Иваново)

советник РААСН, доктор технических наук, профессор и заведующий кафедрой нанотехнологий, физики и химии, директор Института информационных технологий, естественных и гуманитарных наук Ивановского государственного политехнического университета, г. Иваново. Область научных интересов – коррозия строительных материалов и конструкций; коррозионный массоперенос; прогнозирование долговечности строительных материалов; физика и химия строительных материалов. Автор более 250 публикаций. E-mail: varrym@gmail.com.

И. В. Красильников, Ивановский государственный политехнический университет (г. Иваново)

кандидат технических наук, руководитель центра научно-исследовательских работ и технической экспертизы Ивановского государственного политехнического университета, г. Иваново. Область научных интересов – коррозия строительных материалов и конструкций; коррозионный массоперенос; прогнозирование долговечности строительных материалов, физика и химия строительных материалов. Автор 50 публикаций. E-mail: korasb@mail.ru.

И. А. Красильникова, Владимирский государственный университет (г. Владимир)

ассистент кафедры «Химия», Владимирский государственный университет, г. Владимир. Сфера научных изысканий – коррозия строительных материалов и конструкций; физика и химия строительных материалов. Автор 15 публикаций. E-mail: irinanebukina@rambler.ru