Диссертация (1173089), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Для описания этих данных использовалось уравнение:PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com51hCl = 4.4·kt0,7,в котором hCl – глубина проникания ионов хлора, мм; t – время, годы;k – коэффициент (k = 1 – для монолитных конструкций, k = 0,75 – длясборных); 4,4 и 0,7 – эмпирические коэффициенты, зависящие от свойствсреды и бетона.Рисунок 2.22 – Кинетика проникания ионов хлора в бетон hCl и разрушенияжелезобетонных конструкций hp: ○, а – сборные конструкции;○, 1 – то же, при толщине защитного слоя ав = 25 мм; D, 2 – то же,при ав = 35 мм; ●, б – монолитные конструкции; ●, 3 – то же,при ав = 35 мм; ▲, 4 – то же, при ав = 45 ммКинетика карбонизации описывается уравнением:hк = a t = (0, 217W + 0,005 ACO2 - 20) t ,где a – показатель коррозии бетона; W – относительная влажностьвоздуха, %; ACO2 – концентрация углекислого газа, мг/м3.Кинетикаперемещенияфронтаразрушенияотповерхностижелезобетонных конструкций до времени появления коррозионных трещинPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com52описывается уравнением hp = a·t0,7 – b·e-c/t, в котором hp – глубинаразрушения бетона, мм; t – время, годы; a, b и c – коэффициенты, зависящиеот среды, материала и способа изготовления конструкций (таблица 2.7); e –основание натурального логарифма.Таблица 2.7 – Значения коэффициентов a, b и cТип конструкцийПримонолитныесборныеA4,43,25B3320C3312достижениифронтомхлоридовопасныхдляарматурыконцентраций (0,3% от массы цемента) начинается коррозия арматуры,кинетика которой описывается уравнением:t-toéùtb -tod = D ê(t - tb ) + (tb + to )eú,êëúûв котором d – глубина коррозии, мм; D – коэффициент, зависящий от среды иарматурной стали (для сильноагрессивной среды – 0,25); to – времявзаимодействия защитного слоя бетона с опасными для арматурыконцентрациями хлоридов:a öæ– для монолитных конструкций to = exp ç1,42ln b ÷ ;4,4 øèa öæ– для сборных конструкций to = exp ç1,42ln b ÷.3,3 øèВработеА.И.Васильева[54]моделируетсявоздействиеикарбонизации, и хлоридной коррозии на железобетонный конструктивныйэлемент моста.
При этом учитывается, что карбонизация начинается современи ввода сооружения в эксплуатацию, а вот хлоридный потенциал,достаточный для проникания в железобетонную конструкцию, накапливаетсятолько через некоторое время после начала эксплуатации (при накоплении вPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com53защитном слое величины концентрации хлорид-иона Cl– до 0,6–0,8% отмассы цемента. Кинетика и карбонизации, и диффузии хлоридов зависит отмногих факторов, и потому возможно большое количество реализаций этихпроцессов. Пример одной из реализаций приведен на рисунке 2.23.
Вжелезобетоннойконструкциинакапливаютсяхлориды,икогдаихконцентрация в околоарматурной зоне достигает критической величины(0,4%), начинается коррозия арматуры. Если в железобетоне одновременнопроисходитикарбонизация,токритическоесодержаниехлоридовстановится меньше в два раза – 0,2%. При этом активными становятся ихлориды,которые ранеебылинеактивны,акоррозияарматурыинтенсифицируется, и она начинает распространяться на большие участкиарматуры. Вследствие роста объема продуктов коррозии появляютсякоррозионные трещины, и начинается отслоение защитного слоя бетона.В [44] описываются экспериментальные данные по коррозии арматурыжелезобетонных образцов размерами 40×40×120 мм из портландцемента икварцевого песка в отношении 1:5 и В/Ц = 0,78 в среде, содержащей и хлор, иуглекислый газ.
Кинетика коррозионных потерь арматуры для разныхситуаций: (сначала хлориды, потом карбонизация; или сначала карбонизация,потом хлориды) показана на рисунках 2.24 и 2.25.В результате анализа проведенных экспериментов в статье [44]получены такие выводы:– если карбонизация происходит перед прониканием в бетон хлоридов,тоинтенсивностьприложениекоррозииуказанныхзначительнофакторовувеличивается.оказываетзначительноОбратноеменьшеевоздействие;– хлориды кальция и магния имеют одинаковую агрессивность,меньшую чем хлориды натрия.
Хлориды даже при меньшей концентрацииимеют большую агрессивность;– к сожалению, в большинстве случаев эксплуатации транспортныхсооружений карбонизация бетона происходит раньше хлоридной коррозии,PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com54чтоприводиттранспортныхкускорениюсооружений.разрушенияВедьбетонжелезобетонныхподвергаетсяэлементоввоздействиюуглекислого газа практически всегда, а борьба с гололедом происходиттолько в зимнее время. Хотя транспортные сооружения в приморской зонеподвергаютсяихлориднойкоррозии,икарбонизациипрактическиодновременно.Рисунок 2.23 – Кинетика развития коррозионных процессов во времени [54]:1 – кривая фронта карбонизации при А = 0,35 см/год0,5 (математическоеожидание); 2 – то же, верхняя доверительная граница при s h = 0, 2m%и tb = 1,96; 3 – кривая проникновения хлорид-иона (содержание Cl– %в приарматурном слое) при аmin = 2,5 см; D = 0,5 см2/год, С0 = 0,6 %;« количество активизирующегося хлорид-иона, вступающего в реакциюс железом вследствие карбонизации приарматурного слоя бетона;4 – кривая проникновения хлорид-иона (содержание Cl– %в приарматурном слое) при аmin = 3,5 см; D = 0,13 см2/год, С0 = 0,6%PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com55Рисунок 2.24 – Кинетика коррозии арматуры при проникании хлоридныхрастворов и впоследствии подверженных карбонизации [44]Рисунок 2.25 –Кинетика коррозии арматуры при карбонизациии впоследствии подверженных прониканию хлоридных растворов [44]Выводы по второй главе1.Анализусловийэксплуатациижелезобетонныхмостовыхсооружений и в России, и в Китайской Народной Республике показал, что натранспортные сооружения из бетона и железобетона могут оказыватьвоздействие агрессивные среды, вызывающие карбонизацию и хлориднуюкоррозию.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com562.
Анализ экспериментальных данных показывает, что под влияниемхлоридных реагентов и углекислого газа в железобетонных конструкцияхразвивается хлоридная коррозия и карбонизация, причём действие этихфакторов носит объемный характер, приводя к появлению наведеннойнеоднородности механических свойств и коррозии арматуры. Характернаведенной неоднородности зависит от положения фронтов карбонизации ихлоридов по объему конструкции и меняется с течением времени.3.Коррозияподвергающихсяарматурыхлориднойвжелезобетонныхкоррозии, начинаетсяконструкциях,последостиженияконцентрацией хлоридов некоторого критического значения у поверхностиарматуры.
При совместном действии карбонизации и хлоридной коррозии нажелезобетонные конструкции критическое содержание хлоридов, прикотором начинается коррозия арматуры, снижается в 2 раза по сравнению сослучаем хлоридной коррозии без карбонизации.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com57ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮПОВЕДЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В АГРЕССИВНОЙЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СРЕДЕ3.1. Обзор публикаций по методикам моделирования поведенияжелезобетонных конструкций, работающих в агрессивных средахМожно отметить, что в последние сорок лет в мире проводитсяинтенсивная работа по созданию моделей деформирования и разрушенияжелезобетонныхконструкций,взаимодействующихсхлориднымиисульфатными средами, подвергающихся карбонизации и коррозионномурастрескиванию.Причемподавляющеебольшинствоисследованийопирается на использование феноменологического подхода, опирающегосяна анализ экспериментальных данных по поведению железобетонныхконструкций в эксплуатационных средах.
Вероятно, одним из первыхфеноменологических подходов был энтропийный подход, опирающийся наиспользование с одной стороны принципов неравновесной термодинамики, ас другой стороны – на положения механики деформируемого твердого тела.Энтропийный подход рассматривался в [61]. Довольно активно развиваютсянесколькоболеепростыеспособымоделированияповеденияжелезобетонных конструкций в агрессивных эксплуатационных средах. КтакимподходамможноотнестипредложенныйвсвоевремяИ.Г. Овчинниковым и В.В.
Петровым подход, который в последнее времявесьма активно применяется многими исследователями при описаниипроцессовдеформированияиразрушенияинеармированных,иармированных конструкций в агрессивных средах [62 - 64]. В этом подходестроитсяобобщеннаяагрессивнойсредой,модельсостоящаяконструкции,извзаимодействующаянесколькихPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.comмоделей:смодели58взаимодействия конструкции с агрессивной эксплуатационной средой,модели деформирования материалов, составляющих конструкцию, моделисамой рассчитываемой конструкции, модели выхода конструкции из строя. Вуказанных выше работах приведены методики построения и идентификациимоделей взаимодействия как неармированных, так и армированныхконструкцийсразличнымиагрессивнымисредамиипримерыихидентификации. Значительный интерес представляют исследования, которыепроводилисьипроводитсяподруководствомВ.И.СоломатоваиВ.П.
Селяева [65]. В их работах для оценки влияния агрессивныхэксплуатационныхсреднажелезобетонныеконструкциистепеньвоздействия агрессивных сред на элементы конструкций предлагаетсяоценивать с помощью деградационных функций несущей способности ижесткости. В работах А.Ф. Полака [66,67] методы математическогомоделированияприменяютсядляпрогнозированиядолговечностижелезобетонных конструкций в агрессивной среде эксплуатации.В работахЕ.А. Гузеева [68] разработана и экспериментальнообоснована методика проектирования и расчета армированных конструкцийв агрессивных средах с учетом активирующего действия силового фактора.А.И.
Попеско [31] при расчете напряженно-деформированного состоянияжелезобетонных конструкций предложено использовать эквивалентныемодулидеформаций,учитывающиеизменениегеометрическихимеханических свойств армированных конструкций, нелинейность диаграммбетона, пластические свойства арматуры, изменение свойств бетона по мерепроникания агрессивной среды в бетон. В.М.
Бондаренко с сотрудниками[69] разработана теория силового и несилового (средового) сопротивленияжелезобетона, причем средовые деформации развиваются во времени исчитаютсянеобратимыми.воздействиемСредовыетемпературы,–этодеформации,влажности,агрессивнойвызванныесреды.В.О. Алмазовым [70] развита методика прогнозирования долговечностибетона на основе мостового СНИПа, а также результатов мониторингаPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com59транспортных сооружений.
Saetta A. с сотрудниками [71] предложенарасчетная схема для прогнозирования физико-химического и механическогоразрушения бетона, основанная на введении специального параметраповрежденности от действия агрессивной окружающей среды. Л.М. Пухонтовсвоеймонографии[72]рассмотрелизвестныеметодыоценкидолговечности армированных конструкций с учетом происходящих в нихдеградационных процессов. Японскими учеными K.
Maekawa, T. Ishida [73]разработанаметодикапрогнозированияповеденияжелезобетонныхконструкций, представляющая собой симбиоз методов механики материалови конструкций и учитывающая влияние нескольких средовых факторов надолговечность. Н.В. Клюева (Федорова) [74] развила основы теорииживучести конструкций из армированных материалов (железобетона), вкоторой учитывается влияние коррозионных процессов на силовые идеформационные характеристики конструкций, сформулированы критерииживучести динамически повреждаемых армированных конструкций. Этиисследования продолжаются в работах ее учеников.3.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
