CC BY
50
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/ Том 7, №3 (2015) http ://naukovedenie. ru/index.php?p=vol7-3 URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/147TVN315.pdf DOI: 10.15862/147TVN315 (http://dx.doi.org/10.15862/147TVN315)
УДК 624.21.012.4(043.3)
Мигунов Виктор Николаевич
ФГБОУ ВПО «Пензенский Государственный университет архитектуры и строительства»
Россия, Пенза1 Доцент
Кандидат технических наук E-mail: [email protected]
Овчинников Игорь Георгиевич
ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Россия, Пермь
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Россия, Саратов
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический
университет (МАДИ)» Россия, г. Сочи Профессор Доктор технических наук E-mail: [email protected]
Шамшина Ксения Викторовна
ФГБОУ ВПО «Пензенский Государственный университет архитектуры и строительства»
Россия, Пенза Аспирант E-mail: [email protected]
Методика, результаты длительных экспериментальных
и теоретических исследовании кинетики
коррозионных трещин на прямых моделях
конструкций
1 440028, г. Пенза, ул. Г. Титова, 28
Аннотация. Объективной характеристикой изменения технического состояния железобетонных конструкций при коррозии арматуры являются внешние признаки нарушения сплошности бетона на поверхности. По данным литературных источников возникновение первых видимых (волосяных) коррозионных трещин наблюдается уже при потере сечения арматуры более 0.5%. Использование методик инструментального измерения ширины раскрытия коррозионных трещин является наименее трудоёмкими и наиболее доступным, экономически выгодным, эффективным, средством для оценки показателя технического состояния железобетонных конструкций. Однако, до настоящего времени анализ методик измерения ширины раскрытия трещин практически не проводился.
Представленная в данной работе, впервые разработанная методика определения усреднённой ширины раскрытия продольных и поперечных коррозионных трещин, основывается на использовании интегрального параметра, определяемого по дифференцированным длинам участков с одинаковыми величинами ширины раскрытия трещин на поверхности бетона. Интегральный параметр в пределах длины дифференцированного участка коррозионной трещины имеет одинаковую ширину раскрытия и определяется в виде произведения ширины раскрытия трещины на её длину.
Разработанная методика апробирована при исследовании кинетики развития коррозионных трещин и характера их распределения в защитном слое бетона на прямых моделях железобетонных 27 одноконсольных, 23 призматических колонн и 13 балках, которые три года испытывались в климатических атмосферных условиях г. Пензы.
Для нейтрализации щелочи поровой влаги в бетоне и активизации коррозионного процесса на арматуре в бетонную смесь во время бетонирования вводились хлорид-ионы в виде добавки 5% NaCi от массы цемента, определяющие сильноагрессивную степень среды по отношению к железобетонным элементам.
В процессе длительных натурных испытаний измерялись и анализировались все трещины на поверхности железобетонных моделей, образовавшиеся в результате коррозии, как несущей продольной арматуры, так и конструктивной поперечной арматуры.
Полученные результаты экспериментальных и теоретических исследований показали, что кинетика изменения во времени интегрального параметра, ширины максимальных раскрытых трещин и длины коррозионных трещин с максимальным раскрытием на прямых моделях железобетонных опытных конструкций в указанной агрессивной среде имеет функциональную линейную зависимость. Вероятность распределения интегрального параметра и геометрических характеристик в виде ширины и длины раскрытия коррозионных трещин на опытных железобетонных элементов имеет нормальный закон.
Ключевые слова: прямые модели; железобетонные конструкции; балка; колонна; хлоридсодержащая среда; арматура; бетон; коррозионные продольные и поперечные трещины; ширина раскрытия и длина трещины; дифференцированные участки; интегральный показатель; кинетика.
Ссылка для цитирования этой статьи:
Мигунов В.Н., Овчинников И.Г., Шамшина К.В. Методика, результаты длительных экспериментальных и теоретических исследований кинетики образования коррозионных трещин на прямых моделях железобетонных конструкций // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №3 (2015) http://naukovedenie.ru/PDF/147TVN315.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/147TVN315
Научная недооценка исследования взаимодействия эксплуатируемых строительных конструкций с воздействующими на них различными агрессивными средами приводит к катастрофическим техническим и социальным последствиям, в виде разрушения строительных объектов и инженерных сооружений, материальный ущерб от которых умножается на невосполнимые потери, связанные с человеческими жертвами и экологическими загрязнениями.
Железобетон в мировой практике строительства является наиболее употребляемым строительным материалом. Долговечность железобетонных конструкций определяется коррозионной стойкостью как бетона, так и арматуры [1].
В транспортном строительстве сборный железобетон практически заменил металл в мостах с пролётами менее 34 м. В России наблюдается несоответствие нормативного срока долговечности железобетонных конструкций мостов, принимаемого не менее 80 лет, и фактического периода службы значительной части заменяемых конструктивных пролётных элементов, котороый составляет не более 35 лет.
Ежегодно происходит обрушение около 1% автодорожных мостов, главной причиной которого в железобетонных мостах является коррозия арматуры [2].
Наиболее распространенным видом агрессивного воздействия на железобетонные конструкции является хлоридсодержащая среда в виде средств антиобледенителей, используемых при борьбе с гололедом на транспортных сооружениях, морской воды, солевого тумана вблизи морей и океанов, добавок-ускорителей твердения, использующихся при зимнем бетонировании.
Жидкие среды, содержащие хлорид-ионы, представляют наибольшую опасность для коррозии арматуры в железобетонных конструкциях, из-за интенсивного характера протекания электрохимического процесса на поверхности арматуры.
Хлорид - ионы вызывают коррозионный износ арматуры, образование и развитие коррозионных трещин в защитном слое бетона в результате давления на него продуктов коррозии металла, тем самым нарушая сцепление арматуры с бетоном, приводящего к снижению несущей способности железобетонных конструкций.
Несмотря на большое влияние коррозионных трещин на долговечность железобетонных элементов, количество корректных экспериментальных исследований по их изучению влияния на изменение прочностных и деформативных свойств железобетонных конструкций очень ограничено, прежде всего, из-за большой трудоёмкости их проведения.
Наиболее достоверные экспериментальные результаты на железобетонных конструкциях, состоящих из многокомпонентных материалов, при воздействии на них сильноагрессивной хлоридсодержащей среды получаются при испытаниях на прямых моделях их прототипов, по сравнению с теоретическими исследованиями [3,4,5,6].
В данной работе приводятся результаты длительного экспериментального и теоретического исследования на прямых моделях железобетонных балок и колонн с помощью впервые разработанной методики определения геометрических параметров коррозионных трещин на поверхности железобетонных элементов.
Определение технического состояния эксплуатируемых железобетонных конструкций с коррозионными поражениями арматуры, является сложной задачей. Коррозия арматуры вызывает изменение структуры ее поверхности и уменьшение площади сечения стержней. Инструментальные оценки коррозионного поражения арматуры в бетоне в виде контроля электрических параметров, таких как потенциал и сила тока в макрогальванической паре
арматура - бетон [7,8,9], а также вихретоковые измерения коррозии арматуры [10,11,12] являются трудоемкими, а иногда и не выполнимыми.
Объективной характеристикой технического состояния железобетонных конструкций при коррозии арматуры являются внешние признаки нарушения сплошности бетона на поверхности конструкции. Первые видимые (волосяные) коррозионные трещины визуально наблюдаются уже при потере сечения арматуры более 0.5% [13].
Инструментальное измерение ширины раскрытия коррозионных продольных трещин вдоль рабочих арматурных стержней является наименее трудоёмким и наиболее доступным, экономически выгодным эффективным средством для оценки технического состояния железобетонных конструкций [3,4].
Используемая до настоящего времени методика визуального определения ширины
раскрытия трещин, не может приниматься для оценки технического состояния
железобетонной конструкции, из-за значительного изменения ширины раскрытия коррозионных продольных трещин по своей длине.
Авторами работы впервые разработана методика определения усреднённой ширины раскрытия коррозионных трещин, вызываемых коррозией арматуры. Основой методики является интегральный параметр, определяемый по дифференцированным длинам участков с одинаковыми величинами ширины раскрытия коррозионных трещин на поверхности бетона. В пределах дифференцированного участка продольной коррозионной трещины интегральный параметр (ИП) определяется в виде произведения ширины раскрытия трещины аг на её длину (ИП = ат ■ £т ).
Новый подход проведения измерений ширины раскрытия коррозионных трещин использован при обработке опытных данных длительного экспериментального исследования кинетики их развития, с учётом анализа статистического распределения полученных экспериментальных значений. Апробация методики проведена на обычных железобетонных элементах, являющимися прямыми моделями железобетонных конструкций, которые в течение трёх лет испытывались в климатических атмосферных условиях г. Пензы рис. 1.
Рис. 1. Длительные натурные испытания прямых моделей железобетонных колонн с консолями в климатических атмосферных условиях
По геометрическим размерам, механическим характеристикам бетона и арматуры и конструктивному решению армирования железобетонные образцы являлись прямыми моделями железобетонных колонн и балок.
Длина моделей бесконсольных железобетонных колонн и размеры их поперечного сечения в центральной части соответственно составляют 1000 мм и 120х100 мм при толщине защитного слоя бетона 15 мм. Модели одноконсольных колонн на концевых участках имеют выступы длиной 120 мм. Железобетонные модели колонн армированы объемным каркасом с несущей арматурой 4ф 8 мм класса А-Ш и распределительной ф 5 мм класса Вр-1 рис. 2.
Рис. 2. Объёмные арматурные каркасы для изготовления прямых моделей железобетонных
колонн с консолями
Длина моделей железобетонных балок и размеры их поперечного сечения соответственно составляют 1920 мм и 146х200 мм с толщиной защитного слоя бетона на нижней грани 40 мм. Опытные образцы армированы плоским каркасом с несущей арматурой 1 ф 12 мм класса А-Ш и распределительной ф 5 мм класса Вр-Г Опытные образцы изготовлены из бетона на портландцементе марки 400 и гранитном щебне фракции 5-10 мм с водоцементным отношением в/ц=0,45 рис. 3 и рис. 4.
Рис. 3. Изготовление прямых моделей железобетонных колонн с консолями
Рис. 4. Установка плоского арматурного каркаса для изготовления опытной
железобетонной балки
Для нейтрализации щелочи поровой влаги в бетоне и активизации коррозионного процесса на арматуре в бетонную смесь во время изготовления моделей железобетонных элементов вводились хлорид-ионы в виде добавки ЫаС1 в количестве 5% от массы цемента
[14].
В период испытания с положительной температурой наружного атмосферного воздуха опытные образцы не менее трех раз в сутки увлажнялись водопроводной водой. По интенсивности электрохимического процесса на поверхности арматуры натурные условия испытания характеризуются как сильноагрессивные по отношению к железобетонным элементам.
Принимая во внимание климатические условия г. Пензы, в которых наружный воздух в течение пяти месяцев календарного года имеет отрицательную среднемесячную температуру, общий период испытания опытных образцов с положительной температурой атмосферного воздуха, определяющий протекание электрохимического процесса коррозии на арматуре, составил 21 месяц.
При обработки результатов экспериментальных исследований анализировались все трещины на поверхности опытных железобетонных элементов, образовавшиеся в результате коррозии как несущей продольной арматуры, так и конструктивной поперечной арматуры рис. 5.
Рис. 5. Измерение ширины раскрытия коррозионных трещин на прямых моделях железобетонных балок с помощью трубки - микроскопа «Бринелля»
Кинетика изменения во времени значений интегральных параметров на соответствующих прямых моделях железобетонных конструкций, полученных в результате определения интегральных параметров на дифференцированных участках коррозионных трещин, представлена на рис. 6-9.
ИП, мм2
Рис. 6. Кинетика изменения во времени величины интегрального параметра ИП = аТ ■ ^, полученной на одной условной усреднённой грани с 7-ми опытных балках, с учётом коррозии
рабочей арматуры по всей длине
ИП, мм2
Рис. 7. Кинетика изменения во времени величины интегрального параметра ИП = аТ • £т, полученной на одной условной усреднённой грани с 6-ти опытных балках, с учётом коррозии рабочей арматуры в зоне чистого изгиба железобетонных образцов
ИП, мм2
1200
продольные трещины
продольные и поперечные трещины поперечные трещины
2010
2011
2012
2013 Г°ды
Рис. 8. Кинетика изменения во времени величины интегрального параметра ИП = аТ • £т, полученной на одной условной усреднённой грани с 4-х граней на 27-ми
опытных колоннах с консолями
Рис. 9. Кинетика изменения во времени величины интегрального параметра ИП = аТ ■ £т, полученный на одной условной усреднённой грани с четырёх граней на двадцати трёх
опытных бесконсольных колоннах
Количество измеренных дифференцированных участков на соответствующих железобетонных моделях, принятых во внимание при анализе коррозионных трещин, представлено в табл. 1. В данной таблице приведены следующие условные обозначения моделей опытных образцов: Б - модели балок; КК и КБ - соответственно модели с консолями и без консолей.
Таблица 1
Количество измеренных дифференцированных участков на соответствующих моделях
и виды коррозионных трещин
№ рисунка годы измерения вид моделей вид коррозионных трещин кол-во измеренных коррозионных дифференцированных участков с аг и ^
1 2010-2011-20122013 Б продольные 19-53-58-37
2 2010-2011-20122013 Б продольные 9-18-31-15
3 2011-2012-2013 КК продольные 148-652-656
3 2011-2012-2013 КК продольные и поперечные 167-798-815
3 2011-2012-2013 КК поперечны 19-146-159
4 2011-2012-2013 КБ продольные 242-651-886
4 2011-2012-2013 КБ продольные и поперечные 261-767-1067
4 2011-2012-2013 КБ поперечные 19-116-181
Кинетика изменения во времени значений усреднённой максимальной ширины раскрытия коррозионных трещин и их усреднённой длины с максимальной шириной раскрытия коррозионных трещин на одной условной грани, рассчитанных из их значений на всех дифференцированных участках на одной грани с семи опытных железобетонных балках,
с учётом коррозии арматуры по всей длине стержня, представлена соответственно на рис. 10 и рис. 11.
Рис. 10. Кинетика изменения во времени усредненной максимальной ширины раскрытия коррозионных трещин аТ на одной условной грани, рассчитанная из максимальных значений аТ на всех дифференцированных участках на одной грани с семи опытных
железобетонных балках
Рис. 11. Кинетика изменения во времени усредненной длины коррозионных трещин с максимальной шириной раскрытия 1Т на одной условной грани, рассчитанной из значений £Т на всех дифференцированных участках на одной грани с семи опытных
железобетонных балках
Кинетика изменения во времени значений усреднённой максимальной ширины раскрытия коррозионных трещин и усреднённой длины коррозионных трещин с максимальной шириной раскрытия коррозионных трещин на одной условной грани, рассчитанных из их значений на дифференцированных участках на одной грани с шести опытных железобетонных балках, с учётом коррозии арматуры в зоне чистого изгиба балки, представлена соответственно на рис. 12 и рис. 13.
Рис. 12. Кинетика изменения во времени усредненной максимальной ширины раскрытия коррозионных трещин аТ на одной условной грани, рассчитанной из максимальных значений аГ на всех дифференцированных участках на одной грани с шести опытных
железобетонных балках
Рис. 13. Кинетика изменения во времени усредненной длины коррозионных трещин с максимальной шириной раскрытия 1Т на одной условной грани, рассчитанной из значений £Т на всех дифференцированных участках на одной грани с шести опытных
железобетонных балках
Кинетика изменения во времени значений усреднённой максимальной ширины раскрытия коррозионных трещин и усреднённой длины коррозионных трещин с максимальной шириной раскрытия коррозионных трещин на одной условной грани, рассчитанных из их значений на всех дифференцированных участках на каждой из четырёх граней с двадцати семи моделей железобетонных колонн с консолями, представлена соответственно на рис. 14 и рис. 15.
Рис. 14. Кинетика изменения во времени усредненной максимальной ширины раскрытия коррозионных трещин аТ на одной условной грани, рассчитанной из максимальных значений аТна всех дифференцированных участках на каждой из четырёх граней с двадцати семи
моделей железобетонных колонн с консолями
1Т см
Годы
Рис. 15. Кинетика изменения во времени усредненной длины коррозионных трещин с максимальной шириной раскрытия 1Т на одной условной грани, рассчитанной из значений £Т на всех дифференцированных участках на каждой из четырёх граней с двадцати семи прямых моделей железобетонных колонн с консолями
Кинетика изменения во времени значений усреднённой максимальной ширины раскрытия коррозионных трещин и усреднённой длины коррозионных трещин с максимальной шириной раскрытия коррозионных трещин на одной условной грани, рассчитанных из их значений на всех дифференцированных участках на каждой из четырёх граней с двадцати трёх моделей железобетонных колонн без консолей, представлена соответственно на рис. 16 и рис. 17.
Рис. 16. Кинетика изменения во времени усредненной максимальной ширины раскрытия коррозионных трещин аТ на одной условной грани, рассчитанной из максимальных значений аТ на всех дифференцированных участках на каждой из четырёх граней с двадцати трёх
моделей железобетонных колонн без консолей
Рис. 17. Кинетика изменения во времени усредненной длины коррозионных трещин с максимальной шириной раскрытия 1Т на одной условной грани, рассчитанной из значений £Т на всех дифференцированных участках на каждой из четырёх граней с двадцати трёх прямых моделей железобетонных колонн без консолей
Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований изменения интегрального параметра ИП=аТ ■ , усреднённых значений максимальной ширины раскрытия коррозионных трещин а и длины коррозионных трещин с максимальной величиной ширины раскрытия трещин ^ на прямых моделях колонн с консолями и без консолей показывает, что вероятность распределения этих расчётных экспериментальных характеристик имеет нормальный закон табл. 2,3,4 [15].
Таблица 2
Результаты статистической обработки вероятностного нормального распределения интегрального показателя ИП = аг -£т для продольных и поперечных коррозионных трещин на прямых моделях железобетонных колонн с консолями и без консолей за трёхлетний период испытания опытных образцов
№ п/п Год измерени я Вид модели Кол-во моделей М, 2 мм о, 2 мм А Е % набл V2 /1 кр
1 2013 КК 27 918,6 299,4 - 0,330 + 0,780 0,830 9,5
125,9 65,1 + 0,430 - 0,090 3,193 11,1
2 2012 КК 27 600 272 - 0,087 - 0,300 0,784 9,5
51,8 29,5 + 0,003 0,860 1,071 9,5
3 2011 КК 27 58,5 27,7 + 0,01 - 0,298 1,715 9,5
2,3 1,2 + 0,270 - 0,350 0,624 7,8
4 2013 КБ 23 1802 378,5 - 0,140 - 0,220 2,584 12,6
118,3 69,3 + 0,370 - 0,197 2,605 11,1
5 2012 КБ 23 1226 319,6 + 0,430 + 0,120 2,457 11,1
67,0 27,4 + 0,270 - 0,580 2,077 7,8
6 2011 КБ 23 95,6 37,7 +0,160 -0,170 2,215 12,6
Таблица 3
Результаты статистической обработки вероятностного нормального распределения а^3* на одной усредненной грани на прямых моделях железобетонных колонн с консолями и без консолей за трёхлетний период испытания опытных образцов
№ п/п Год измерения Вид модели Кол-во моделей М, мм о, мм А Е % набл V2 /1 кр
1 2013 КК 27 0,619 0,124 -0,208 -0,547 1,789 15,5
2 2012 КК 27 0,372 0,095 -0,120 -0,938 1,756 11,1
3 2011 КК 24 0,077 0,031 -0,030 -0,872 1,575 6,0
4 2013 КБ 23 0,946 0,110 +0,481 -0,201 2,780 14,1
5 2012 КБ 23 0,619 0,138 +0,539 -0,900 2,115 16,9
6 2011 КБ 17 0,126 0,039 +0,097 -0,700 0,528 9,5
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №3 (май - июнь 2015)
http://naukovedenie.ru [email protected]
Таблица 4
Результаты статистической обработки вероятностного нормального распределения £т на одной усредненной грани на прямых моделях железобетонных колонн с консолями и без консолей за трёхлетний период испытания опытных образцов
№ п/п Год измерения Вид модели Кол-во моделей М, см а, см А Е Х набл Х2 /1 кр
1 2013 КК 27 14,15 3,92 -0,074 -0,597 0,917 12,6
2 2012 КК 27 12,89 3,54 -0,168 -0,564 0,379 11,1
3 2011 КК 27 5,61 2,53 +0,200 -0,628 1,267 15,5
4 2013 КБ 23 17,60 3,87 +0,127 -0,414 1,188 12,6
5 2012 КБ 23 14,26 3,60 -0,150 +0,069 3,092 12,6
6 2011 КБ 23 9,77 1,80 -0,252 -0,500 1,059 11,1
В таблицах 2,3 и 4 приведены следующие условные обозначения: КК и КБ -соответственно модели с консолями и без консолей; М-величина математического ожидания; а- среднее квадратическое отклонение; А и Е - соответственно показатели асимметрии и
2 2 " эксцесса теоретического распределения; %на6л, Х^ - соответственно теоретический и
критический критерии согласия Пирсона. В таблице 2 в числителе и знаменателе представлены соответственно данные для продольных и поперечных коррозионных трещин.
Полученные результаты экспериментальных и расчётных теоретических исследований позволяют прогнозировать кинетику изменения во времени геометрических параметров коррозионных трещин на поверхности защитного слоя бетона и степень опасности коррозионных трещин после их образования для долговечности железобетонных элементов, в виде величины интегрального параметра и характера вероятностного распределения.
Выводы:
1. Впервые разработана методика определения фактической площади раскрытия коррозионных трещин на поверхности защитного слоя бетона с помощью расчётного интегрального параметра, определяемого с помощью геометрических характеристик дифференцированных участков коррозионных трещин.
2. Методика геометрической оценки ширины раскрытия продольных и поперечных коррозионных трещин с помощью интегрального параметра апробирована на прямых моделях железобетонных балках и колоннах, испытывающих длительное воздействие сильноагрессивной среды.
3. Кинетика изменения величины интегрального параметра и длины коррозионных трещин с максимальной шириной раскрытия имеет условную возрастающую линейную зависимость от временного периода. Кинетика изменения максимальной ширины раскрытия коррозионных трещин на дифференцированных участках выражается чёткой возрастающей линейной зависимостью от времени.
4. Незатухающий характер кинетики изменения интегрального параметра и геометрических характеристик коррозионных трещин показывает отсутствие ограничений на уменьшение коррозионного процесса на поверхности арматуры.
5. Относительная величина длины дифференцированных участков коррозионных трещин на прямых моделях железобетонных колонн от конструктивной поперечной арматуры составляет до 24% по отношению к продольной рабочей арматуре.
6. Величина дифференцируемых участков коррозии арматуры от конструктивной поперечной арматуры на прямых моделях колонн составляет до 24% по отношению к продольной несущей арматуре.
7. Величина интегрального параметра, полученного на прямых моделях железобетонных колонн в результате коррозии поперечной конструктивной арматуры, составляет до 5% по отношению к значению интегрального показателя продольной рабочей арматуры.
8. Вероятность распределения интегрального параметра и ширины максимальных раскрытых трещин и длины коррозионных трещин с максимальным раскрытием имеет нормальный закон.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пухонто, Л.М. Долговечность железобетонных конструкций инженерных сооружений (силосов, бункеров, резервуаров, водонапорных башен, подпорных стен) / Д.М. Пухонто. - М.: АСВ, 2004. - 424 с.
2. Маринин, А.Н. Сопротивление железобетонных конструкций воздействию хлоридной коррозии и карбонизации / А.Н. Маринин, Р.Б. Гарибов, И.Г. Овчинников. - Саратов: Рата, 2008. - 259 с.
3. Мигунов В.Н. Экспериментально-теоретическое исследование коррозии и долговечности железобетонных конструкций с трещинами. Часть1: моногрф. / В.Н. Мигунов. - Пенза: ПГУАС, 2013. - 332с.
4. Мигунов В.Н. Экспериментально-теоретическое исследование коррозии и долговечности железобетонных конструкций с трещинами. Часть2: моногрф. / В.Н. Мигунов. - Пенза: ПГУАС, 2013. - 304 с.
5. Мигунов В.Н. Экспериментально-теоретическое моделирование армированных конструкций в условиях коррозии. Моногрф. / В.Н. Мигунов, И.И. Овчинников, И.Г. Овчинников. - Пенза, ПГУАС, 2014. - 362 с.
6. Овчинников И.И. Экспериментально-теоретическое моделирование армированных конструкций в условиях коррозии. Моногрф. / И.И Овчинников, В.Н. Мигунов, И.Г. Овчинников. - Пенза, ПГУАС, 2014. - 294 с.
7. EL-Gelany M. Short-term corrosion rate measurement of OPC and HPC reinforced concrete specimens by electrochemical tehniques // Materials and Structures. Vol. 34. August-September 2001.Pp. 426-432.
8. Долговечность железобетона в агрессивных средах: Совм. Изд. СССР-ЧССР-ФРГ / С.Н. Алексеев, Ф.М. Иванов, С. Модры, П. Шиссль.-М.: Стройиздат, 1990.320 с.
9. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты / В.М Москвин, Ф.И. Иванов, С.Н. Алексеев, Е.А. Гузеев; под общ, редакцией В.М. Москвина. - М.: Стройиздат, 1980. - 536 с.
10. Nygaard P., Geiker M., Elsener B. Corrosion rate of steel in concrete: evaluation of confinement techniques for on - site corrosion rate measurements // Materials and Structures 2009, Vol. 420. Pp. 1059-1076.
11. Andrade C., Alonso C. Test methods for on-site corrosion rate measurement of steel reinforcement in concrete by means of the polarization resistance method // Materials and Structures. 2004 Vol. 37. 2004. Pp. 623-643.
12. Andrade C., Martinez I. Calibration by gravimetric losses of electrochemical corrosion rate measurement using modulated confinement of the current // Materials and Structures. Vol. 38. November 2005. Pp. 833-841.
13. Mangat P., Elgarf M. Flexural strength of concrete beans with corroding reinforcement // ACI Structural Journal. Vol 96. No. 1. 1999. Pp. 149-158.
14. Мигунов В.Н. Влияние внутренних факторов на скорость образования продольных трещин железобетонных конструкций с учётом коррозионного поражения арматуры класса А-I и А-Ш. / В.Н. Мигунов // Изв. Вузов Строительство. - 2003. - 3. - С. 121-123.
15. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для втузов. - М.: Высшая школа, 1977. - 479 с.
Рецензент: Овчинников Илья Игоревич, эксперт Поволжского отделения Российской академии транспорта, советник РАТ, канд. техн. наук, доцент.
Migunov Viktor Nikolaevich
Penza State University of Architecture and Construction
Russia, Penza E-mail: [email protected]
Ovchinnikov Igor Georgievich
Perm national research polytechnic university
Russia, Perm
Yuri Gagarin state technical university of Saratov
Russia, Saratov
Moscow state automobile&road technical university (Sochi branch)
Russia, Sochi E-mail: [email protected]
Shamshina Kseniya Viktorovna
Penza State University of Architecture and Construction
Russia, Penza E-mail: [email protected]
The technique, the results of long-term experimental and theoretical the Exploration of the kinetics of formation of corrosion cracks in the direct model of reinforced
concrete structures
Abstract. The objective characteristics of changes in the technical state of reinforced concrete structures under corrosion of the reinforcement are the outward signs of discontinuity in the concrete surface. According to literature the occurrence of the first visible (hair) corrosion cracking has been observed for the loss of reinforcement cross section more than 0.5%. Using the techniques of instrumental measurements of the width of the opening of corrosion cracking is the least time consuming and the most affordable, cost-effective, efficient tool for estimating the technical state of reinforced concrete structures. However, to date analysis of the methods of measuring the width of the cracks is practically not carried out.
The information presented in this paper, first developed technique for determining the averaged opening width of the longitudinal and transverse cracks corrosion, based on the use of the integral parameter as measured by the differential length of the section with the same values of the width of the cracks on the concrete surface. The integrated option within the length of the differentiated portion has the same corrosion crack opening width and is defined as the product of the width of the opening of the crack on its length.
The developed method was tested in a study of the kinetics of corrosion cracks and their distribution in the protective layer of concrete on 27 concrete models with one cantilever 27, 23 prismatic columns and 13 beams, which three years were tested in the climatic conditions of the atmospheric city of Penza.
To neutralize the alkali in the concrete pore water and enhancing the corrosion process on the fitting into the concrete mix during the concreting of chloride ions introduced as an additive is 5% by weight of cement, defining highly aggressive degree of protection with respect to the concrete elements.
In the process of long-term field tests were measured and analyzed all the cracks in the concrete surface models generated as a result of corrosion of the carrier as a longitudinal reinforcement and constructive shear reinforcement.
The results of experimental and theoretical studies have shown that the kinetics of the change in time integral parameter, the maximum width of the cracks and the length of corrosion cracks with a maximum opening on direct experimental models of concrete structures in this corrosive environment has a functional linear relationship. The probability distribution of the integral parameters and geometric characteristics as the width and length of the disclosure of corrosion cracks in the concrete elements has experienced a normal law.
Keywords: direct model; reinforced concrete structures; beams; columns; chloride-containing environments; reinforcement; concrete; corrosion; longitudinal and transverse cracks; opening width and length of the crack; integral index; kinetics.
REFERENCES
1. Pukhonto, L.M. Dolgovechnost' zhelezobetonnykh konstruktsiy inzhenernykh sooruzheniy (silosov, bunkerov, rezervuarov, vodonapornykh bashen, podpornykh sten) / D M. Pukhonto. - M.: ASV, 2004. - 424 s.
2. Marinin, A.N. Soprotivlenie zhelezobetonnykh konstruktsiy vozdeystviyu khloridnoy korrozii i karbonizatsii / A.N. Marinin, R.B. Garibov, I.G. Ovchinnikov. - Saratov: Rata, 2008. - 259 s.
3. Migunov V.N. Eksperimental'no-teoreticheskoe issledovanie korrozii i dolgovechnosti zhelezobetonnykh konstruktsiy s treshchinami. Chast'1: monogrf. / V.N. Migunov. -Penza: PGUAS, 2013. - 332s.
4. Migunov V.N. Eksperimental'no-teoreticheskoe issledovanie korrozii i dolgovechnosti zhelezobetonnykh konstruktsiy s treshchinami. Chast'2: monogrf. / V.N. Migunov. -Penza: PGUAS, 2013. - 304 s.
5. Migunov V.N. Eksperimental'no-teoreticheskoe modelirovanie armirovannykh konstruktsiy v usloviyakh korrozii. Monogrf. / V.N. Migunov, I.I. Ovchinnikov, I.G. Ovchinnikov. - Penza, PGUAS, 2014. - 362 s.
6. Ovchinnikov I.I. Eksperimental'no-teoreticheskoe modelirovanie armirovannykh konstruktsiy v usloviyakh korrozii. Monogrf. / I.I Ovchinnikov, V.N. Migunov, I.G. Ovchinnikov. - Penza, PGUAS, 2014. - 294 s.
7. EL-Gelany M. Short-term corrosion rate measurement of OPC and HPC reinforced concrete specimens by electrochemical tehniques // Materials and Structures. Vol. 34. August-September 2001.Pp. 426-432.
8. Dolgovechnost' zhelezobetona v agressivnykh sredakh: Sovm. Izd. SSSR-ChSSR-FRG/ S.N. Alekseev, F.M. Ivanov, S. Modry, P. Shissl'.-M.: Stroyizdat, 1990.-320 s.
9. Korroziya betona i zhelezobetona, metody ikh zashchity / V.M. Moskvin, F.I. Ivanov, S.N. Alekseev, E.A. Guzeev; pod obshch, redaktsiey V.M. Moskvina. - M.: Stroyizdat, 1980. - 536 s.
10. Nygaard P., Geiker M., Elsener B. Corrosion rate of steel in concrete: evaluation of confinement techniques for on - site corrosion rate measurements // Materials and Structures 2009, Vol. 420. Pp. 1059-1076.
11. Andrade C., Alonso C. Test methods for on-site corrosion rate measurement of steel reinforcement in concrete by means of the polarization resistance method // Materials and Structures. 2004 Vol. 37. 2004. Pp. 623-643.
12. Andrade C., Martinez I. Calibration by gravimetric losses of electrochemical corrosion rate measurement using modulated confinement of the current // Materials and Structures. Vol. 38. November 2005. Pp. 833-841.
13. Mangat P., Elgarf M. Flexural strength of concrete beans with corroding reinforcement // ACI Structural Journal. Vol 96. No. 1. 1999. Pp. 149-158.
14. Migunov V.N. Vliyanie vnutrennikh faktorov na skorost' obrazovaniya prodol'nykh treshchin zhelezobetonnykh konstruktsiy s uchetom korrozionnogo porazheniya armatury klassa A-I i A-III. / V.N. Migunov // Izv. Vuzov Stroitel'stvo. - 2003. - 3. -S. 121-123.
15. Gmurman V.E. Teoriya veroyatnostey i matematicheskaya statistika. Ucheb. posobie dlya vtuzov. - M.: Vysshaya shkola, 1977. - 479 s.
