CC BY
5
Строительные материалы и изделия
Научный обзор
УДК 691, 666.9:620.169.1
DOI https://doi.org/10.24866/2227-6858/2023-1/102-111 Усачев С.М., Ками К.
УСАЧЕВ СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой,
sergey.usa4ev@mail.шн, http://orcid.org/0000-0002-3856-187X
КАМИ КИЛПЕРИК - аспирант, kchilperic1@gmail.com
Воронежский государственный технический университет
Воронеж, Россия
Основные факторы износа конструкций из бетона в климатических условиях Республики Бурунди
Аннотация. В статье в результате обзора различных исследований показаны основные направления и проблемы развития строительной отрасли в Республике Бурунди, обусловленные специфическими климатическими условиями. Выделены факторы износа бетона при действии эксплуатационной среды, установлены механизмы и причины разрушения бетона при кратковременном и длительном воздействии водной среды и высокой температуры. Рассматриваются возможности создания бетона с использованием местного сырья, который будет эксплуатироваться в условиях высокой температуры при постоянном и переменном контакте с водой применительно к условиям Республики Бурунди. Ключевые слова: Республика Бурунди, климат, бетон, долговечность, водонепроницаемость, водостойкость, атмосферостойкость, факторы износа
Для цитирования: Усачев С.М., Ками К. Основные факторы износа конструкций из бетона в климатических условиях Республики Бурунди // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2023. № 1(54). С. 102-111.
Краткие сведения о Республике Бурунди
Республика Бурунди расположена в высокогорье центральной Африки, на водоразделе рек Конго и Нил, в самом центре района Великих озер. Соседствует с тремя странами: Танзанией, Руандой и Демократической Республикой Конго. Площадь страны равна 27 342 км2, среднегодовая температура составляет 16-27 °С [1, 13].
Географическое положение республики в тропических нагорьях, расположенных на высоте от 772 до 2684 м, которые получают большое количество влаги от обильных дождей, позволяет вести интенсивное сельское хозяйство, что объясняет рост населения и высокую его плотность по сравнению с остальной частью Африки. Так, в 2017 г. население Бурунди составляло 11 742 319 жителей, а в 2019 г. - уже 12 722 000 человек. По плотности населения -более 400 чел./км2 - Бурунди является второй страной в Африке. Столица страны Бужумбура находится на берегу самого протяженного в мире озера Танганьика, что позволяет считать ее крупным африканским речным портом [1, 10, 13].
Анализ климатических условий в Республике Бурунди с точки зрения их воздействия на строительные объекты показал следующее. Во-первых, все бетонные конструкции эксплуатируются в довольно сложных условиях при постоянном изменении уровня воды в озерах и реках из-за круглогодичной смены дождливого и сухого сезонов. Сезон дождей с большим количеством осадков от 900 до 2000 мм/год приводит к значительным подтоплениям. Уровень воды в сезон дождей может подниматься на 1,5-2,0 м по сравнению с сухим временем года (см. рисунок). Во-вторых, температурные колебания, хотя и не имеют больших градиентов,
© Усачев С.М., Ками К., 2032
Статья поступила: 17.06.2022; рецензирование: 21.07.2022; 12.10.2022; 09.02.2023.
составляют от 16 до 27 °С при относительной влажности воздуха, близкой к 100%. В-третьих, вода как эксплуатационная среда содержит умеренное количество растворенных солей, водородный показатель рН составляет 8,5-9, щелочность среды - 2,5-2,8, содержание электролитов - 156-158 мг/л. Воды рек и озёр Республики Бурунди по отношению к бетону классифицируются как нейтральные и слабощелочные.
а) б)
Пляж Джини'с-Бич на берегу озера Танганьика: а) сезон дождей; б) сухой сезон
Особенности строительства в Республике Бурунди
Сегодня строительная отрасль в Бурунди развивается очень интенсивно, и это связано с рядом причин. Прежде всего нужно отметить прекращение многолетних войн и конфликтов, стабилизацию политической обстановки в республике, в связи с чем необходимо восстановление разрушенной инфраструктуры и создание новых гражданских и промышленных объектов. Значительный рост численности населения, его миграция в крупные города требует развития жилищного строительства, улучшения качества жилья и его комфортности [4]. Отметим, что в настоящее время в Бурунди распространено строительство жилья в виде коттеджей до 3 этажей, усадеб, одноэтажных и 3-5-этажных многоквартирных домов, зданий для крупных учреждений и частных организаций [5, 10].
Помимо гражданских объектов развивается строительство промышленных объектов, таких как, например, различные гидротехнические сооружения на реках и озёрах [3]. Особое значение имела 8-я конференция государств Восточноафриканского сообщества по вопросам нефти и газа, состоявшаяся в 2017 г. в Бурунди, где министром энергетики было заявлено, что в бассейнах Танганьики и других озёр ведутся геологоразведочные работы в целях разработки и добычи месторождений нефти [14, 22]. Это определило перспективы строительства нефтедобывающих сооружений из бетона и железобетона в местах разработки нефтяных месторождений.
Также перспективными являются направления, связанные со строительством инфраструктурных объектов на реках и озёрах, позволяющих сократить протяженность водных путей, стоимость импортируемой и экспортируемой продукции; возведением крупных отелей на озерах, что будет способствовать развитию туристического бизнеса [20].
Несмотря на явные положительные моменты, строительная индустрия в Бурунди развивается очень сложно. Важной проблемой для строительства остается сложный климат и обширная переменная акватория озёр и рек. Очень серьезной причиной, усложняющей строительство и эксплуатацию объектов, является то, что в Бурунди практически полностью отсутствует градостроительное регулирование [4, 16], нет разработанных и утвержденных нормативов для строительства из бетона, в том числе для бетона, эксплуатируемого в водной среде. Отсутствие нормативного регулирования и национальных стандартов в строительной отрасли Бурунди препятствует эффективному управлению строительными объектами и достижению требуемого качества строительных объектов [12].
Низкое качество производства и отсутствие необходимого контроля строительной продукции является основной проблемой строительной отрасли республики Бурунди [8, 11]. Как показали исследования, до 100 % обрушений приходится на сооружения, построенные неквалифицированными частными лицами с использованием бетона низких марок и цемента несоответствующего качества [8]. Действительно, проблема оценки качества сырья природного и техногенного происхождения, доступного в Бурунди, и получаемых на его основе бетонов остаётся актуальной [4, 11].
Следует отметить, что исследования по оценке стойкости бетона в условиях климатических воздействий Республики Бурунди практически отсутствуют. Есть работы, где оценивается влияние примесей местных строительных материалов на механические характеристики бетона, используемого для изготовления железобетонных конструкций [21]. Моделирование примесей осуществлялось путем введения в воду затворения для бетона твердых частиц местной породы под названием «красная земля» в следующем компонентном составе: глины (24 %), ил (38 %) и песок (38 %). Установлено, что с ростом количества примесей на 20 г/л в воде затворения прочность на сжатие бетона снижается в среднем на 4 %, а также падает значение модуля Юнга [21]. В работе [3] показаны температурные процессы, влияющие на тепловой режим массивных бетонных сооружений на примере плотины на реке Джиджи. Рассмотрены внешние факторы, включающие изменение температур воды и воздуха, а также солнечную инсоляцию, отмечено их влияние на процессы тепловыделения бетона. Предложены методы снижения внутренних и внешних температурных нагрузок на бетон за счет учёта состава бетона и условий района строительства [3].
Однако, на наш взгляд, данные исследования носят несистемный характер и не учитывают реальные факторы износа бетонных конструкций в климатических условиях Бурунди. Проблема получения качественного бетона остаётся актуальной и требует создания на основе местного сырья такого бетона, который отвечал бы всем требованиям, обеспечивающим его стойкость, надежность и долговечность. Долговечность бетона и конструкций, изготовленных из него, зависят от качества самого бетона и условий его эксплуатации. Чем сложнее и агрессивнее эксплуатационная среда, тем более качественным должен быть бетон, обладающий такими свойствами, как повышенная плотность и прочность, высокая водостойкость, низкое во-допоглощение, устойчивость в агрессивных средах [6, 7].
Цель данной работы - выявить основные факторы износа бетона под действием эксплуатационной среды в климатических условиях Республики Бурунди.
Факторы износа бетона при эксплуатации
в климатических условиях Республики Бурунди
Срок эксплуатации бетона в первую очередь зависит от его состава, структуры и состояния, поэтому научной базой для решения проблем долговечности бетонных конструкций является строительное материаловедение [15, 17, 18], которое раскрывает закономерности связей свойств материала, его состава, структуры и состояния с эксплуатационной средой. В работе выделены четыре группы основных показателей, которые отражают вид бетона, его структуру и состав, условия эксплуатации и свойства (см. таблицу).
Таким образом, долговечность бетона в Бурунди будет определяться интенсивностью действия эксплуатационной среды и таких её показателей, как механические нагрузки, изменение температуры и влажности, действие химических веществ, солнечной радиации и др. Все эти внешние воздействия в совокупности оказывают постоянные длительные или кратковременные влияния на изменение состава, структуры и свойств бетона [7, 9, 17]. В общем случае бетонная конструкция подвергается воздействию внешней среды и изменению собственной структуры по механизмам, которые имеют комплексное физическое, химическое или механическое происхождение.
Многочисленные факторы износа бетона под действием окружающей среды в условиях Бурунди разделены нами на три группы: физико-климатические, химические и механические.
Показатели основных свойств и долговечности бетонов применительно к эксплуатационным условиям Республики Бурунди
Показатель Характеристики
1. Вид бетона и его назначение Бетон для железобетонных несущих и самонесущих конструкций подземных и надземных частей малоэтажных зданий. Способ возведения конструкций из бетона - монолитный. Марка бетонной смеси по удобоукладываемости П3, П4.
2. Состав, структура, состояние бетона Тяжелый цементный бетон на речном песке и щебне фракцией 5-20 мм конгломератной слитной структуры в сухом и водо-насыщенном состояниях.
3. Условия и факторы эксплуатационной среды Механические нагрузки до 400 кгс/см2, градиент температуры от 16 до 27 °С, градиент влажности от 0 до 100 %, вода содержит умеренное количество растворенных солей, рН=8,5-9, щелочность среды 2,5-2,8, содержание электролитов 156-158 мг/л
4. Основные свойства и показатели долговечности бетона Средняя плотность 2000-2200 кг/м3, класс бетона по прочности при сжатии В30-В40, кратковременная водостойкость по коэффициенту размягчения не менее 0,8, длительная водостойкость, стойкость к переменному увлажнению-высушиванию, водопоглощение не более 5 %, водонепроницаемость не ниже W12, истираемость не более 1 г/см2.
1 -я группа. Физико-климатические воздействия на бетон связаны с такими факторами эксплуатационной среды, как переменная влажность, температура, давление (в зависимости от глубины расположения бетона), солнечный свет, ветровая нагрузка и др. Кроме того, надо иметь в виду, что повышение температуры увеличивает растворимость газов (например, кислорода) и солей в воде, ускоряет химические реакции в бетоне и приводит к быстрому износу конструкции [19]. Воздействия физико-климатических факторов эксплуатационной среды подчинены следующим общим закономерностям.
Первая общая закономерность характеризуется тем, что причиной износа бетона при физическом воздействии эксплуатационной среды в Бурунди является переменный характер воздействия. Это приводит к появлению неравномерных температурных, влажностных и других градиентов в сечении бетона. Переменный характер воздействия предопределяет макромасштабную неравномерность состояния бетона, и это является одной из основных причин «изнашивания» конструкции при многократном циклическом воздействии влаги и температуры.
Вторая общая закономерность отражает то, что фактором износа является микромасштабная неравномерность состояния бетона. Она характеризуется тем, что в каждом отдельно взятом сечении бетона присутствуют микроструктурные элементы (например, цементный камень, заполнитель, частицы новообразований, непрореагировавшие частицы цемента, микропоры и др.), по-разному реагирующие на действие физико-климатического фактора.
Третья общая закономерность связана с действием давления в объёме бетона от внутреннего напряжения, вызванного фазовыми превращениями, тепловыделением, массо- и теп-лообменными процессами, полиморфными превращениями и т.д. В результате этого в бетоне конструкции появляются и развиваются дефекты, которые приводят к трещинообразованию, изменяющему свойства бетона. При этом реальные изменения в структуре бетона могут иметь видимые и невидимые внешние признаки, то есть проявляться на макромасштабном уровне структуры бетона или на более уровне меньших масштабов.
2-я группа. При действии химических процессов на бетон говорят о химической коррозии цементного камня в жидкой среде под действием неорганических и органических соединений. Воздействия каждого из химических соединений на бетон различны, но следует отметить общие положения химической коррозии, представленные в [2, 9, 19] и нормативной документации (СП 28.13330.2012. «Защита строительных конструкций от коррозии» и
ГОСТ 31384-2017, «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования»).
Во-первых, химическая коррозия носит градиентный характер воздействия, то есть проникновение агрессивного химического компонента в толщу конструкции идет послойно, и поэтому концентрация этого компонента оказывается неодинаковой в объеме бетона. Следовательно, степень изменения структуры цементного камня также оказывается неодинаковой как на макро-, так и микроуровне бетона. Макроградиентность - неоднородность воздействия химической среды по толщине бетонной конструкции; микроградиентность - наличие в структуре бетона наиболее активных (энергетически наиболее неуравновешенных) точек (зон), склонных к наиболее сильному взаимодействию с химическим реагентом. Таковыми являются контакты кристаллов между собой, дефекты в отдельных кристаллах, их рёбра, контактная зона между отдельными компонентами бетона. В каждом отдельном слое бетона концентрация химического реагента может быть принята условно одинаковой, но процессы химической коррозии, тем не менее, будут развиваться неоднородно по объёмным превращениям и по степени превращения бетона. В этом и заключается микроградиентная неоднородность химической коррозии бетона. Градиентные химические превращения являются одновременно фактором формирования механических напряжений в бетоне, сопровождающихся, в частности, тре-щинообразованием [2, 9, 19].
Во-вторых, обратим внимание ещё на один общий признак изменения свойств бетона под действием химических факторов эксплуатационной среды. Данный признак связан с проявлением эффекта Ребиндера - эффекта облегчения пластической деформации в кристаллах и снижения прочности твёрдых тел в присутствии поверхностно-активных химических сред, вызывающих снижение свободной поверхностной энергии деформируемого под нагрузкой бетона. Конкретный пример проявления эффекта Ребиндера - снижение прочности бетона при водонасыщении, что оценивается коэффициентом размягчения и является показателем водостойкости бетона [9, 19].
В-третьих, общие черты химической коррозии бетона характеризуются путем классификации видов коррозии в жидкой и газовой среде. Например, в рассматриваемых условиях можно выделить три основных вида коррозии цементного камня: коррозия выщелачивания портландита - Са(ОШ); углекислотная коррозия с образованием легкорастворимых соединений; сульфатная или сульфоаллюминатная коррозия, результатом которой является накопление и кристаллизация с увеличением объёма малорастворимых продуктов [6, 9, 19].
Коррозия выщелачивания. При эксплуатации бетона в условиях контакта с мягкой и слабощелочной водой, как в реках и озерах Бурунди, сначала происходит постепенное растворение содержащихся в цементном камне кристаллов гидросиликатов кальция Са(ОН)2. Процессы растворения и выноса растворенных веществ нарушают химическое равновесие между жидкостью, содержащейся в порах, и основными составляющими цементного камня, которые подвергаются ступенчатому разложению, что приводит к ослаблению и разрушению цементного камня. Таким образом, коррозия выщелачивания определяется скоростью вымывания растворенного гидроксида кальция из тела бетона. В начале коррозионного процесса, после вымывания определенного количества Са(ОН)2, в цементном камне начинается разложение гидросиликатов калиция состава 3СаО^Ю2.3НЮ с выделением гидроксида кальция. Далее разлагается высокоосновный гидроалюминат кальция 4Са0.АЬ0з.13Н20, а затем происходит разложение более устойчивых соединений - низкоосновных гидроалюминатов кальция 3Са0.АЬ0з.12Н20, и 2Са0.АЬ0з.8Н20. Примерно такие же превращения претерпевают гидроферриты кальция в цементном камне. Наиболее устойчивы к данному виду коррозии являются низкоосновные гидросиликаты кальция.
При длительном и постоянном воздействии дождевых или речных мягких вод на бетон возможно полное вымывание Са(ОН)2 из тела цементного камня с разложением остальных гидратных соединений до аморфных, рыхлых соединений. На бетонной конструкции, подверженной воздействию пресной воды, появляется белый известковый налет и известковые
наросты. Плотность цементного камня и бетона непрерывно снижается, повышается его проницаемость, что является причиной прогрессирующего развития процессов коррозии и дальнейшего разрушения.
Углекислотная коррозия. Данный вид коррозии протекает в два этапа. Сначала происходит реакция взаимодействия гидроксида кальция с СО2 воздуха в присутствии воды:
Са(ОН)2 + СО2 + Н2О = СаСО3 + 2ШО. Затем реакция продолжается с образованием углекислого кальция:
СаСО3 + Н2СО3 = Са(НСО3)2.
Если процесс коррозии происходит в воздушной среде, то он, как правило, заканчивается процессом, описываемым первым уравнением. Такую вид коррозию называют углекислой. Если же на цементный камень воздействует воздушная влажная среда с высокой концентрацией СО2, то процесс коррозии описывается вторым уравнением и заканчивается образованием кислого углекислого кальция Са(НСО3)2, и такой вид коррозии называют углекис-лотной [19].
Для реальных условий службы бетонных и железобетонных конструкций данный вид коррозии в полном ее объеме относительно редок. Так, практически для всех конструкций в контакте с атмосферным воздухом возможно протекание реакций с образованием карбоната кальция, а реакций с образованием кислого углекислого кальция ввиду недостаточной концентрации СО2 не происходит. Таким образом в поверхностном слое бетона толщиной до 5 мм идет карбонизация цементного камня, которая не только не снижает свойств бетона конструкции, а даже уплотняет и упрочняет поверхностный слой.
Сульфатная и сульфоалюминатная коррозия возникает под действием природных и техногенных вод, содержащих сульфаты в виде различных сернокислых соединений. Как показал химический анализ воды основными сульфатами являются следующие соединения Ah(SO4>nH2O, K2SO4, Na2SO4. Для этого вида коррозии характерно то, что в процессе взаимодействия сернокислых соединений не происходит вымывания продуктов реакции из объема цементного камня, а наоборот образуются новые соединения, которые остаются в цементном камне и объем которых превышает исходный объем твердой фазы.
Ярким примером данной коррозии является образование минерала эттрингита - высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция 3CaO•AhOз•3СаSO4(31-32)H2O, называемого также «цементной бациллой». Образующийся в цементном камне эттрингит, кристаллизуясь, занимает значительно больший объем (примерно в 4,8 раза), чем исходные соединения. Результатом этого являются внутренние напряжения, которые могут превысить предел прочности цементного камня на растяжение, вызвать появление трещин и привести к разрушению бетона.
Присутствие в водах Бурунди хлоридов (например, FeCbnH^O и KCl) уменьшает отрицательное воздействие сульфатной коррозии вследствие изменения условий кристаллизации. Установлено [19], что при наличии хлорид-ионов гидро-сульфаталюминаты кальция повышают свою растворимость и поэтому будут вымываться из тела бетона, минуя тем самым эффект расширения. При этом возникает эффект разуплотнения цементного камня с соответствующими отрицательными последствиями.
Разрушителем цементного камня в процессе сульфатной коррозии может оказаться двуводный гипс - СаSO4'2H2O, который появляется в результате взаимодействия гидроксида кальция с растворенным в воде Na2SO4. Образующиеся кристаллы двуводного гипса вызывают внутренние напряжения в цементном камне. Реакция протекает по следующей схеме:
Са(ОН)2 +Na2SO4'10H2O = CaSO4'2H2O + 2NaOH + 8H2O'
Деструктивное действие усиливается тем, что в последующем происходят известные реакции образования высокосульфатной формы гидросульфоалюминатов кальция со всеми отрицательными последствиями.
В условиях Бурунди редко встречаются отдельные из указанных трёх видов химической коррозии. Износ бетона, как правило, является результатом комплексного влияния двух или даже трёх видов химической коррозии, но можно выделить преобладающую роль какого-либо отдельного вида химической коррозии.
3-я группа. Механические воздействия на бетон проявляются в виде внешних нагрузок, давления воздушного или водяного напоров, напряжения от источников внутреннего давления при химических и физических воздействиях на бетон и других факторов. Основными причинами разрушения бетона при действии механических нагрузок являются: формирование напряженно-деформированного состояния бетона, развитие ползучести и релаксации, накопление микро- и макроповреждений, в результате чего бетон постепенно меняет свою структуру, становится неспособным проявлять свои первоначальные свойства и при достижении предельных внутренних напряжений разрушается.
Выводы
Строительство и эксплуатация капитальных бетонных объектов в климатических условиях Республики Бурунди требует современных проектных решений, определяющих как вид строительного объекта, так и условия его эксплуатации в районе строительства с обязательным учетом свойств сырьевых материалов для получения бетона требуемых свойств и долговечности. Анализ климатических условий Республики Бурунди позволил выделить три группы основных факторов износа бетона под действием окружающей среды: которые разделены нами на: физико-климатические, химические и механические.
Показана принципиальная возможность создания бетона требуемой структуры и свойств с использованием местного сырья, который будет эксплуатироваться при высокой температуре при постоянном и переменном контакте с водой, при условии обязательного учета отмеченных факторов износа бетона. Для решения этой проблемы в зависимости от назначения строительной конструкции и размеров сооружений, расположения относительно уровней воды, массивности конструкций и других факторов рекомендуется создавать бетон с характеристиками, аналогичными гидротехническому бетону, но для условий Республики Бурунди. В реальности гидротехнический бетон должен иметь комплекс следующих характеристик: водостойкость, водонепроницаемость, морозостойкость, прочность, солестойкость и низкое тепловыделение. Но так как Бурунди расположена в тропических районах, где нет зимы и сильных волн, а также высокого содержания растворенных солей в водной среде, необходимо создать бетон со следующими показателями свойствами: высокая прочность при сжатии, кратковременная и длительная водостойкость, стойкость к переменному увлажнению-высушиванию, малое водопоглощение, высокая водонепроницаемость и низкая истираемость.
С учетом представленных здесь факторов износа конструкций из бетона в климатических условиях Республики Бурунди в наших дальнейших исследованиях планируется: изучить основные свойства и подобрать сырьевые материалы для бетонов; запроектировать состав бетона для конструкций, работающих при переменном уровне воды; определить основные вышеуказанные свойства бетонов под действием агрессивных сред (среда должна повторять химический состав вод Республики Бурунди); оценить структурные изменения, происходящие в бетоне при попеременном увлажнении-высушивании, длительном и кратковременном нахождении в воде и др.
Заявленный вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Бурунди // Труды Института Африки, 2019. Т. 23. URL: https://bi.chm-cbd.net/sites/bi/files/2019-10/-profil-chque%20nat-actuaHse.pdf (дата обращения: 16.01.2023).
2. Иванов Ф.М., Любарская Г.В., Чехний Г.В. Коррозионная стойкость бетона в водах с сульфатами и хлоридами // Бетон и железобетон. 2006. № 3. С. 14-19.
3. Каньяругендо Л. Температурные воздействия на гидротехнические сооружения // Материалы докладов 72-й междунар. студенческой науч.-практ. конф., посвященной 145-летию со дня рождения А.Г. Дояренко / Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева. Москва, 2019. № 26. С.165-167.
4. Кнатько В.М., Кнатько М.В., Щербакова Е.В., Эйзлер П.П., Хабонимана Д. Перспективные направления экологически эффективных технологий для решения градостроительных и коммунальных задач в условиях государства Бурунди // Вестник СПбГУ. 2003. Сер. 7, вып. 1(7). С. 124-131.
5. Лапидус А.А., Ндайирагидже И. Повышение показателя качества малоэтажного строительства за счет оптимизации опалубочных работ в условиях Республики Бурунди // Наука и бизнес: Пути развития. 2019. № 6(96). С. 57-60.
6. Маринин А.Н., Гарибов Р.Б., Овчинников И.Г. Сопротивление железобетонных конструкций воздействию хлоридной коррозии и карбонизации: монография. Саратов: РАТА, 2008. 296 с. EDN: CEQVMK
7. Межнякова А.В., Овчинников И.Г. Методы оценки долговечности армированных конструкций при действии нагрузок и агрессивных сред // Промышленное и гражданское строительство. 2008. № 8. С. 44-45. EDN: JUNFIJ
8. Микерего Э., Ндикумана Ж. Бетон как один из факторов обрушения железобетонных зданий в Бурунди // Вестник СибАДИ. 2022. Т. 19, № 2(84). С. 300-306. DOI 10.26518/2071-7296-2022-19-2-300-306
9. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты / под общ. ред. В.М. Москвина. Москва: Стройиздат, 1980. 536 с.
10. Ндайирагидже И. Возможность применения СИП-технологий в строительстве многоквартирных жилых домов в Республике Бурунди // Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых БГТУ им.
B.Г. Шухова. Белгород, 2018. С. 1865-1872.
11. Ндайирагидже И. Контроль качества как фактор повышения качества жилищного строительства в Бурунди // Строительное производство. 2021. № 1. С. 71-74.
12. Ндайирагидже И., Салех Э.М. Повышение эффективности организации строительного производства путем создания национальных стандартов // Наука и бизнес: пути развития. 2020. № 6(108).
C.58-61.
13. Роусон Д. Общественная и политическая жизнь Бурунди: прошлое и настоящее // Азия и Африка сегодня. 2010. № 10(639). С. 38-42. EDN: MUZQLU
14. Сендегейа М., Максимова Т.Н. О роли выходов нефти и газа на поверхность при поиске залежей углеводородов (озеро Танганьика, Бурунди) // Вестник Академии наук Республики Башкортостан. 2021. Т. 38, № 1(101). С. 31-41. DOI 10.24411/1728-5283-2021-10104
15. Усачев С.М., Власов В.В., Беспалов Н.А. Управление структурой высококачественных бетонов на основе минеральных вяжущих веществ // Научный вестник Воронежского гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. 2016. № 1(41). С. 56-62. EDN: VNXUMZ
16. Хавьяримана И.Р. Градостроительные проблемы, принципы устойчивого развития и пути их достижения в африканской стране - Бурунди // Сб. докладов науч.-техн. конф. НИУ МГСУ. Москва, 2022. С. 236-238.
17. Чернышов Е.М. Формула «4С» (состав-структура-состояние-свойства) в концептуально-методологической парадигме современного системного материаловедения // Строительные материалы - 4С: состав, структура, состояние, свойства: междунар. сб. науч. тр. Новосибирск, 2015. С. 5-12.
18. Широкий Г.Т., Юхневский П.И., Бортницкая М.Г. Строительное материаловедение. Минск: БНТУ, 2015. 461 с. EDN: XMYCCL
19. Шмитько Е.И., Крылова А.В., Шаталова В.В. Химия цемента и вяжущих веществ. Воронеж: Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т, 2005. 164 с. EDN: QNEAAB
20. Maes M., Ntakimazi G., Ruremesha J. Rapport de la consultation technique sur les lacs Cohoha et Rweru partagés entre le Burundi et le Rwanda Organisation des Nations unies pour l'Alimentation et l'Agriculture. Programme des Nations unies pour le Développement. Kigali, 1989. Р. 18-20. URL: https://www.fao.org /3/am977e/am977e - 14.01.2023.
21. Mikerego E., Niyonzima N., Ntirampeba J.C. Impact of impurities of local construction materials on the bearing capacity of the concrete used in structures in Burundi. Vestnik MGSU. Monthly Journal on Construction and Architecture. 2021;(16/10): 1357-1362. DOI 10.22227/1997-0935.2021.-10.1357-1362
22. Nikiza E. L'exploitation du pétrole dans le bassin du lac Tanganyika comporte d'énormes risques. Bujumbura. 10 Juillet 2017. P. 4. URL: https://www.yaga-burundi.com/2017/lexploitation-petrole-bassin-lac-tanganyika-comporte-denormes-risques - 16.01.2023.
FEFU: SCHOOL of ENGINEERING BULLETIN. 2023. N 1/54
Building materials and products www.dvfu.ru/en/vestnikis
Original article
DOI https://doi.org/10.24866/2227-6858/2023-1/102-111 Usachev S., Kami K.
SERGEY M. USACHEV, Candidate of Engineering Science, Head of the Department, sergey.usa4ev@mail.ruH, http://orcid.org/0000-0002-3856-187X KAMI KCHILPERIC, Postgraduate Student, kchilperic1@gmail.com Voronezh State Technical University Voronezh, Russia
The main wear factors of concrete structures in the climatic conditions of the Republic of Burundi
Abstract. The article, as a result of a review of various studies, shows the main directions and problems in the development of the construction industry in the Republic of Burundi, due to specific climatic conditions. The factors of concrete wear under the action of the operating environment are identified, the mechanisms and causes of the destruction of concrete under short-term and long-term exposure to the aquatic environment and high temperature are established. The possibilities of creating concrete using local raw materials, which will be operated in conditions of high temperature with constant and variable contact with water in relation to the conditions of the Republic of Burundi, are considered.
Keywords: Republic of Burundi, climate, concrete, durability, waterproofness, water resistance, weather resistance, wear factors
For citation: Usachev S., Kami K. The main wear factors of concrete structures in the climatic conditions of the Republic of Burundi. FEFU: School of Engineering Bulletin. 2023;(1):102-111. (In Russ.)
Contribution of the authors: N.L. Tishkov - analysis of the results of numerical simulation, conclusions based on the results of research, responsibility for the integrity of all parts of the article; A.N. Stepanenko - problems, statement of the research problem, general guidance, generalization of results; A.V. Belov - creation of finite element models in the LIRA-SAPR computational complex, carrying out a numerical study, interpretation of the results. All authors - approval of the final version of the article. The authors declare no conflict of interests.
REFERENCES
1. Burundi. Proceedings of the Institute for African Studies. 2019; (23):277. URL: https://bi.chm-cbd.net/sites/bi/files/2019-10/profil-chque%20nat-actualise.pdf - 16.01.2023.
2. Ivanov F., Luybarskay G., Chehniy G. Corrosion resistance of concrete in waters with sulfates and chlorides. Concrete and reinforced concrete. 2006; (3): 14-19.
3. Kanyarugendo L. Effects of temperature on hydraulic works. Proceedings of the 72nd international scientific and practical student conference devoted to the 145th anniversary of the birth of A.G. Doya-renko. Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy. KA Timiriazev. Moscow, 2019;(26): 165-167.
4. Knatko V.M., Knatko M.V., Shcherbakova E.V., Eizler P.P., Habonimana D. Promising directions of environmentally efficient technologies for solving urban planning problems and communal tasks in Burundi state conditions. University Bulletin of State of St. Petersburg, 2003;7(1): 124-131.
5. Lapidus A.A., Ndayiragije I. Improving the quality index of low-rise construction by optimizing form-work in the conditions of the Republic of Burundi. Science and Business: Pathways to Development. 2019;(6):57-60.
6. Marinin A., Garibov R., Ovchinnikov I. Resistance of reinforced concrete structures to the effects of chloride corrosion and carbonization. Saratov, 2008. 296 p. EDN: CEQVMK
7. Mezhnyakova A., Ovchinnikov I. Methods of evaluation of durability of reinforced structures under the influence of loads and aggressive media. Industrial and civil engineering. 2008;(8):44-45. EDN: JUNFIJ
8. Mikerego E., Ndikumana J. Concrete as one of the factors in the collapse of reinforced concrete buildings in Burundi. Bulletin du SibADI. 2022;19(2):300-306. DOI 10.26518/2071-7296-2022-19-2-300-306
9. Moskvin V., Ivanov F., Alekseev S., Guzeev E.A. Corrosion of concrete and reinforced concrete, methods of their protection. 1980. 536 p.
10. Ndayiragije I. The possibility of using SIP technologies in the construction of multi-apartment residential buildings in the Republic of Burundi. International Scientific and Technical Conference of Young Scientists of BSTU. V.G. Shukhov. Belgorod, 2018. 1865-1872 p.
11. Ndayiragije I. Quality control as a factor in improving the quality of housing construction in Burundi. Construction industry. 2021;(1):71-74.
12. Ndayiragije I., Saleh E.M. Improving the efficiency of the construction production organization by creating national standards. Science and business: paths of development. 2020;(6):58-61.
13. Rowson D. Public and political life of Burundi. Asia and Africa Today. 2010;(10):38-42. EDN: MUZQLU
14. Sendegea M., Maksimova T. On the role of oil and gas seeps in searching for hydrocarbon deposits (Lake Tanganyika, Burundi). Vestnik Akademii nauk Respublik Bashkortostan. 2021;38(1):31-41. DOI 10.24411/1728-5283-2021-10104
15. Usachev S., Vlasov V., Bespalov N. Managing a structure of high-quality concrete based on mineral binder materials. Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. 2016;(1):56-62. EDN: VNXUMZ
16. Havyarimana I.R. Urban planning problems, principles of sustainable development and ways to achieve them in the African country - Burundi. Compendium of reports of the scientific and technical conference of NRUMGSU. Moscow, 2022. 236-238 p.
17. Chernyshov E.M. Formula "4C" (composition-structure-state-properties) in the conceptual and methodological paradigm of materials science of modern systems. Building materials - 4C: composition, structure, state, properties: Intern. collection of scientific papers works. Novosibirsk, 2015. P. 5-12.
18. Shiroky G., Yukhnevsky P., Bortnitskaya M. Construction materials science. Minsk, 2015. 461 p. EDN: XMYCCL
19. Shmitko E., Krylova A., Shatalova V. Chemistry of cement and binders. Voronezh, 2005. 164 p. EDN: QNEAAB
20. Maes M., Ntakimazi G., Ruremesha J. Rapport de la consultation technique sur les lacs Cohoha et Rweru partagés entre le Burundi et le Rwanda Organisation des Nations unies pour l'Alimentation et l'Agriculture. Programme des Nations unies pour le Développement. Kigali, 1989. P. 18-20. URL: https://www.fao.org/3Zam977e/am977e
21. Mikerego E., Niyonzima N., Ntirampeba J.C. Impact of local construction material impurities on the bearing capacity of concrete used in structures in Burundi. Vestnik MGSU. Construction and Architecture Monthly Review. 2021;(16/10):1357-1362. DOI 10.22227/1997-0935.2021.10.1357-1362
22. Nikiza E. L'exploitation du pétrole dans le bassin du lac Tanganyika comporte d'énormes risques. Bujumbura. 10 Juillet 2017. p. 4. URL: https://www.yaga-burundi.com/2017/lexploitation-petrole-bassin-lac-tanganyika-comporte-denormes-risques
