Деградация железобетонных конструкций морских сооружений от совместного воздействия карбонизации и хлоридной агрессии

Коррозия арматуры морских и прибрежных гидротехнических сооружений вследствие хлоридной агрессии и карбонизации бетона ведет к резкому снижению безопасности сооружения. Существующие методики проектирования не в полном объеме отражают реальные условия эксплуатации гидротехнических сооружений. Это особенно ярко проявляется в районах, где одновременное воздействие таких факторов, как низкая температура воздуха и большое число ясных дней в зимнее время при сильной солнечной радиации, приводит к резкому изменению реальных условий эксплуатации по сравнению с расчетными. Бетоны многих сооружений и конструкций испытывают большее число агрессивных воздействий, чем это предусматривается нормами проектирования. Вследствие таких воздействий арматура подвергается процессу депассивации, как только концентрация хлорида на ее поверхности превысит пороговую концентрацию, либо значение рН в защитном слое бетона уменьшится до порогового значения в результате карбонизации. При проникновении кислорода до поверхности арматуры реализуются электрохимические реакции с образованием продуктов коррозии. Это приводит к растрескиванию защитного слоя бетона, уменьшению площади сечения арматуры. В работе предложен метод прогнозирования комплексной деградации железобетонных конструкций прибрежных сооружений с учетом различных механизмов коррозионного износа, что позволяет разработать эффективные способы повышения долговечности и ремонтопригодности конструкций, эксплуатируемых в морской среде.

Е.Е. ШАЛЫЙ¹, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
С.Н. ЛЕОНОВИЧ², д-р техн. наук, иностранный академик РААСН (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
Л.В. КИМ¹, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Дальневосточный федеральный университет (690091, г. Владивосток, пос. Аякс, корп. 12, каб. Е920)
² Белорусский национальный технический университет (220013, Республика Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65)

1. Huang T. The experimental research on the interaction between concrete carbonation and chloride ingress under loading: MSc thesis. Zhejiang University. 2013.
2. Bazant Z.P., Physical model for steel corrosion in concrete sea structures theory. Journal of the structural division. ASCE 105 (ST6), 1979: 1137–1153. http://www.civil.northwestern.edu/people/bazant/PDFs/Papers/119.pdf
3. Andrade C., Prieto M., Tanner P. et al. Testing and modelling chloride penetration into concrete. Construction and Building Materials. 2011. Vol. 39, pp. 9–18. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.08.012
4. Apostolopoulos C., Papadakis V.,Consequences of steel corrosion on the ductility properties of reinforcement bar. Construction and Building Materials. 2008. Vol. 22 (12), pp. 2316–2324. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2007.10.006
5. Yuan C., Niu D., Luo D. Effect of carbonation on chloride diffusion in fly ash concrete. Disaster Advances. 2012. Vol. 5 (4), pp. 433–436.
6. Cairns J.W. State of the art report on bond of corroded reinforcement. Tech. Report No. CEB-TG-2/5. 1998.
7. Cao C., Cheung M. Non-uniform rust expansion for chloride-induced pitting corrosion in RC structures. Construction and Building Materials. 2014. Vol. 51, pp. 75–81. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.10.042
8. Ho D.W.S., Lewis R.K. Carbonation of concrete and its prediction. Cement and Concrete Research. 1987. Vol. 17 (3), pp. 489–504. DOI: 10.1016/0008-8846(87)90012-3
9. Glass G.K., Buenfeld N. The influence of chloride binding on the chloride induced corrosion risk in reinforced concrete. Corrosion Science. 2000. Vol. 42 (2), pp. 329–344. DOI: 10.1016/S0010-938X(99)00083-9
10. Böhni H. Corrosion in reinforced concrete structures. England: Woodhead Publishing Limited. 2005. 264 p.
11. Chindaprasirt P., Rukzon S., Sirivivatnanon V. Effect of carbon dioxide on chloride penetration and chloride ion diffusion coefficient of blended portland cement mortar. Construction and Building Materials. 2008. Vol. 22. Iss. 8, pp. 1701–1707. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2007.06.002
12. Rahman M., Al-Kutti W., Shazali M., Baluch M., Simulation of chloride migration in compression-induced damage in concrete. Journal of Materials in Civil Engineering. 2012. Vol. 24 (7), pp. 789–796. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000458
13. Ozbolt J., Balabanic G., Kuster M. 3D numerical modelling of steel corrosion in concrete structures. Corrosion Science. 2011. Vol. 53 (12), pp. 4166–4177. DOI: 10.1016/j.corsci.2011.08.026
14. Yoon I. Deterioration of concrete due to combined reaction of carbonation and chloride penetration: experimental study. Key English Materials. 2007. Vol. 348–349, pp. 729–732. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.348-349.729
15. Yoon I. Simple approach to calculate chloride diffusivity of concrete considering carbonation. Computers and Concrete. 2009. Vol. 6 (1) DOI: 10.12989/cac.2009.6.1.001
16. Backus J., Mcpolin D., Basheer M. et al. Exposure of mortars to cyclic chloride ingress and carbonation. Advances in Cement Research. 2013. Vol. 25 (1), pp. 3–11. https://doi.org/10.1680/adcr.12.00029
17. Zhu, X., Zi, G., Cao, Z., & Cheng, X. Combined effect of carbonation and chloride ingress in concrete. Construction and Building Materials. 2016. Vol. 110, pp. 369–380. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.02.034
18. Wan X., Wittmann F., Zhao T., Fan H. Chloride content and pH value in the pore solution of concrete under carbonation. Journal of Zhejiang University SCIENCE A. 2013. Vol. 14. Iss. 1, pp. 71–78. https://doi.org/10.1631/jzus.A1200187
19. Алексеев С.Н., Иванов Ф.М., Модры С., Шиссль П. Долговечность железобетона в агрессивных средах. М.: Стройиздат, 1990. 320 с.
19. Alekseev S.N., Ivanov F.M., Modry S., Shissl’ P. Dolgovechnost’ zhelezobetona v agressivnykh sredakh [The durability of reinforced concrete in aggressive environments]. Moscow: Stroyizdat. 1990. 320 p.
20. Алексеев С.Н., Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной производственной среде. М.: Стройиздат, 1976. 205 с.
20. Alekseev S.N., Rozental’ N.K. Korrozionnaya stoikost’ zhelezobetonnykh konstruktsii v agressivnoi proizvodstvennoi srede [Corrosion resistance of reinforced concrete structures in an aggressive production environment]. Moscow: Stroyizdat, 1976. 205 p.
21. Расчет срока службы железобетонных конструкций в условиях коррозии карбонизации. Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров: Cб. науч. ст. Гродн. гос. ун-та им. Я. Купалы. Гродно: ГрГУ, 2010. С. 369–375.
21. Calculation of the service life of reinforced concrete structures under carbonization corrosion conditions. Prospects for the development of new technologies in the construction and training of engineering personnel: A collection of scientific schools of the Grodno State University I. Kupala. Grodno: GrSU. 2010, pp. 369–375. (In Russian).
22. Aveldano R.R., Ortega N.F. Behavior of concrete elements subjected to corrosion in their compressed or tensed reinforcement. Construction and Building Materials. 2013. Vol. 38, pp. 822–828. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.09.039
23. Lee M.K., Jung S.H., Oh B.H. Effects of carbonation on chloride penetration in concrete. Aci Materials Journal. 2013. 110 (5), pp. 559–566.