Physical features of the problems of liquid corrosion of reinforced concrete from the standpoint of the theory of heat and mass transfer

封面

如何引用文章

全文:

详细

The results of the study of non-isothermal mass-exchange processes occurring during liquid corrosion of iron-concrete are presented. The degree of development of this direction of research is shown: the classification of liquid corrosion of concrete is given, the effect of “free calcium hydroxide” on the stability of cement stone minerals is described, the relative change in the strength of concrete depending on the dimensionless concentration of calcium hydroxide is shown. For concrete and reinforced concrete structures subjected to liquid corrosion, the boundary value problem of non-isothermal mass transfer in the “cement concrete - liquid” system is formulated on the basis of a nonlinear differential equation of mass conductivity of a parabolic type with an arbitrary form of the initial concentration distribution function and combined boundary conditions of the first, second and third kind. A combined approach to solving the problem of non-isothermal unsteady mass transfer is proposed, based on the division of the life cycle of a building structure into “micro-processes”, followed by the separation of the thickness of the structure within the considered small time interval into concentration zones. Analytical solutions to the problem of unsteady mass transfer in the processes of liquid corrosion of concrete for each selected concentration zone have been obtained, allowing to calculate the concentrations of the target component in the solid phase, thereby predicting the dynamics and kinetics of destructive processes of cement concretes. Extensive numerical experiments have been carried out showing the effect of process parameters on the dynamics and kinetics of liquid corrosion of reinforced concrete.

作者简介

Sergey Fedosov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University); Scientific Research Institute of Construction Physics RAASN

编辑信件的主要联系方式.
Email: fedosov-academic53@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6117-7529

Academician of the RAASN, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Technologies and Organization of Construction

Moscow, Russian Federation

Igor Krasilnikov

Scientific Research Institute of Construction Physics RAASN; Ivanovo State Polytechnic University

Email: korasb@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3694-5906

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Construction and Engineering Systems

Moscow, Russian Federation; Ivanovo, Russian Federation

Varvara Rumyantseva

Scientific Research Institute of Construction Physics RAASN; Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters

Email: varrym@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7226-4580

Corresponding Member of the RAASN, Doctor of Technical Sciences, Professor, Director of the Institute of Information Technologies, Natural Sciences and Humanities

Moscow, Russian Federation; Ivanovo, Russian Federation

Irina Krasilnikova

Vladimir State University

Email: irinanebukina@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-4342-4255

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Chemistry

Vladimir, Russian Federation

参考

  1. Erofeev V.T., Moiseev V.V., Makridin N.I., Maksimova I.N. Strength and deformability of cement stone, mortar and concrete during loading. Journal of Physics: Conference Series. “International Conference on Engineering Systems 2020”. 2020:012032. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1687/1/012032
  2. Tang B.H., Maekawa K., Tan K.-H. Analytical model of corrosion-induced cracks in concrete considering timevarying deformations of layers, mechanical properties of rust. Construction and Building Materials. 2021;316:125883. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125883
  3. Guzmán-Torres J.A., Domínguez-Mota F.J., Alonso-Guzmán E.M. A multi-layer approach to classify the risk of corrosion in concrete specimens that contain different additives. Case Studies in Construction Materials. 2021;15:00719. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2021.e00719
  4. Wei A., Tan M.Y., Koay Y.-C., Hu X., Al-Ameri R. Effect of carbon fiber waste on steel corrosion of reinforced concrete structures exposed to the marine environment. Journal of Cleaner Production. 2021;316;128356. https://doi.org/ 10.1016/j.jclepro.2021.128356
  5. Wang Z., Maekawa K., Takeda H., Gong F. Numerical simulation and experiment on the coupled effects of macrocell corrosion and multi-ion equilibrium with pseudo structural concrete. Cement and Concrete Composites. 2021;123: 104181. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2021.104181
  6. 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. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 1–8 July 2018. Novosibirsk: Institute of Physics Publ.; 2018;456:012039. https://doi.org/10.1088/1757-899X/456/1/012039
  7. Dai L., Long D., Wang L. Meso-scale modeling of concrete cracking induced by 3D corrosion expansion of helical strands. Computers & Structures. 2021;254:106615. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2021.106615
  8. Gusev В.V., Fayvusovich A.S. Calculated Dependencies for Predicting the Technical Condition of Reinforced Concrete Structures. Industrial and Civil Engineering. 2021;6:4–12. (In Russ.). https://doi.org/10.33622/0869-7019.2021. 06.04-12
  9. Chi N.V., Linh C.N., Kien D.V., Quan L.H., Quang N.Q., Zyablov A.N. Study on structural steel АН-36 corrosion in the marine environment of Vietnam. ChemChemTech. 2021;64(10):139–144. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216410.6496
  10. 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 Computing. 2019;24(3):2109–2123. https://doi.org/10.1007/s00500-019-04042-y
  11. Cao Y., Gehlen C., Angst U., Wang L., Wang Z., Yao Y. Critical chloride content in reinforced concrete — an updated review considering Chinese experience. Cement and Concrete Research. 2019;117:58–68. https://doi.org/10.1016/ j.cemconres.2018.11.020
  12. Moskvin V.M., Ivanov F.M., Alekseev S.N., Guzeev E.A. Corrosion of concrete and reinforced concrete, methods of their protection. Мoscow: Strojizdat Publ.; 1980. (In Russ.)
  13. Yang Z., Li Q., Liu M., Xue N., Yu L., Xu Li., Wu K. Efflorescence inhibition and microstructure evolution of Portland cement-based artificial stone induced by mineral additives. Case Studies in Construction Materials. 2022;17: e01509. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01509
  14. Zhang Y., Xu M., Song J., Wang Ch., Wang X., Hamad B.A. Study on the corrosion change law and prediction model of cement stone in oil wells with CO2 corrosion in ultra-high-temperature acid gas wells. Construction and Building Materials. 2022;323:125879. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125879
  15. Fedosov S.V., Rumjanceva V.E., Kas’janenko N.S., Krasil’nikov I.V. Theoretical and experimental studies of corrosion processes of the first type of cement concretes in the presence of an internal mass source. Construction Materials. 2013;6:44–47. (In Russ.)
  16. Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Loginova S.A. Investigation of the influence of mass transfer processes on the reliability and durability of reinforced concrete structures operated in liquid aggressive media. Construction Materials. 2017;12:52–57. (In Russ.) https://doi.org/10.31659/0585-430X-2017-755-12-52-57
  17. 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. Russian Journal of Applied Chemistry. 2019;92(11):1570–1580. https://doi.org/10.1134/S1070427219110144
  18. Lykov A.V. Transport phenomena in capillary-porous bodies. Мoscow: Gostehizdat Publ.; 1954. (In Russ.)
  19. Lykov A.V., Mikhailov Yu.A. Theory of heat and mass transfer. Мoscow-Leningrad: Gosenergoizdat Publ.; 1963. (In Russ.)
  20. Dudin S.M., Zemenkov Y.D., Shabarov A.B. Modeling the Phase Composition of Gas Condensate in Pipelines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016;154(1):012010. https://doi.org/10.1088/1757-899X/154/ 1/012010
  21. Erofeev V.T., Al Dulaimi S.D.S., Dergunova A.V. Improving the Durability and Environmental Friendliness of Buildings and Structures in the Textile Industry by Using Materials Modified With a Microbiological Additive // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2021;3(393):141–146. (In Russ.) https://doi.org/10.47367/0021-3497_2021_3_141
  22. Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Krasilnikova I.A. Mathematical modeling of unsteady mass transfer in the “cement concrete — liquid medium” system, limited by internal diffusion and external mass transfer. Construction Materials. 2022;1-2:134–140. (In Russ.) https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-799-1-2-134-140
  23. 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. Construction Materials. 2021;7:4–9. (In Russ.) https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-793- 7-4-9
  24. Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Konovalova V.S., Evsyakov A.S. Monitoring of the penetration of chloride ions to the reinforcement surface through a concrete coating during liquid corrosion. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018;463(4):042048. https://doi.org/10.1088/1757-899X/463/4/042048
  25. 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. Magazine of Civil Engineering. 2018;7(83):198–207. https://doi.org/10.18720/MCE.83.18

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».