Механизм электрокоррозии бетона железобетонных конструкций в сложных условиях эксплуатации

Abstract

RU: Диссертация посвящена актуальной теме – разработке представлений о реаль-ном механизме электрокоррозии обводненного бетона в железобетонных конструкциях на электрифицированном постоянным током транспорте с учетом электроповерхностных свойств, явлений, процессов и взаимодействий в бетоне как дисперсной системе и использованию этих представлений для повышения долговечности бетонных, каменных и железобетонных конструкций. Выполнен аналитический обзор и анализ существующих теоретических и экс-периментальных исследований, направленных на выявление механизмов воздействия блуждающих токов и токов утечки на железобетонные конструкции. Анализ показал, что имеющиеся представления о механизме электрокоррозии железобетонных конструкций в условиях обводнения и токов утечки (сложные условия экс-плуатации) не в полной мере соответствуют действительному. Разработаны представления о механизме электрокоррозии бетона в бетонных и железобетонных конструкциях, в основе которого лежат уменьшение прочности за счет разрушения электрогетерогенных контактов (ЭГК) при растворении портландита и возникновение электрогомогенных контактов (ЭГомК), вызывающих ра-стягивающие напряжения в цементном камне, а также процессы выноса продуктов растворения из бетона в воду, с которой он контактирует, под влиянием электрического поля токов утечки. При этом уточнены ранее разработанная количественная теория прочности цементного камня и соответствующее уравнение прочности, основанные на учете электрогетерогенных контактов как носителях прочности цементного камня и бетона. Процесс растворения портландита рассмотрен с соответствующими схемами и уравнениями как результат действия сил латерального электроповерхностного отталкивания потенциалопределяющих ионов Са2+ в их ДЭС при уменьшении рН, дальнейший процесс выноса осуществляется за счет направленного электро-миграционного перемещения катионов Са2+. Разработано уравнение стационарного потока растворяющихся продуктов гидратации на основе равенства сил электромиграционного давления и вязкостного трения в капилляре, решение которого позволило вывести выражение времени, за которое будут вынесены ионы из пор и капилляров бетона за пределы защитного слоя. Результаты расчета по этому выражению совпали с реальными сроками службы обводненных конструкций. Представлены результаты комплексных лабораторных исследований, в том числе физико-химических, подтверждающих научную гипотезу о механизме элек-трокоррозии бетона. Установлен механизм и разработаны физико-математические модели воздействия внешнего электрического поля на фазовый состав цементного камня, прочность и безнапорную водопроницаемость бетона. Разработаны схемы протекания токов утечки с рельсов в конструкции соору-жений и выноса продуктов гидратации в воду, с которой контактирует бетон, ко-торые могут быть использованы при оценке электрокоррозионной опасности дру-гих сооружений, распространенных на железных дорогах. Разработаны предложения по совершенствованию нормативных документов по защите от электрокоррозии проектируемых бетонных и железобетонных конструкций. Результаты исследований использованы при разработке и внедрении новых материалов и технологий для защиты от электрокоррозии, восстановлении и усилении аварийных конструкций и сооружений (водопропускных труб, мостовых опор). Разработанная в работе методика использована при определении электро-коррозионного состояния бетонных конструкций. Теоретическое обоснование и разработка физико-математических моделей электрокоррозии и изменения во времени свойств материалов и конструкций от нее позволит в составе обследований мостов, тоннелей и других железнодорожных сооружений прогнозировать их фактическую долговечность.

EN: The thesis is devoted to the actual topic - the development of notions about the real mechanism of electrocorrosion of a watered concrete in reinforced concrete structures on electrified by the direct current transport based on the concepts of electrosurface proper-ties, phenomena, processes and interactions in disperse systems and using of these ideas to improve the durability of concrete, stony and concrete structures. The notions of the mechanism of electrocorrosion of concrete in concrete and rein-forced concrete structures are developed. The equation of a stationary flow of dissolving hydration products on the basis of an equality of forces of electromigration pressure and viscous friction in a capillary are developed. The mechanism is developed, physical and mathematical models of the external electric field on a phase composition of cement, strength and a non-pressure water permeability of concrete, are worked out. The schemes of a flow of a leakage current from rails in constructions of buildings and a carry-over of hydration products into the water, which contacts with the concrete, are worked out. These schemes can be used in assessing of the electrocorrosion risk of an other structures, widespread on railways. The results of the research are used in the development and introduction of new ma-terials and technologies protecting against electrocorrosion, restore, and a reinforcement of emergency constructions and structures. Developed in the work methodology used in determining of electrocorrosion state the prediction of an actual durability of concrete constructions.