Развитие математических моделей, описывающих процессы коррозии в бетонных и железобетонных конструкциях

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.