Математическая модель коррозии бетона в кислых средах

Прогнозирование долговечности строительных конструкций и агрессивных условиях— одна из основных задач, решение котором необходимо для оптимального проектирования зданий и сооружений. Однако это возможно лишь при условии, что имеется количественное решение с конкретным указанием ожидаемого срока службы конструкции или глубины коррозионного поражения бетона.

Определение скорости коррозии бетона вызывает значительные трудности в связи с тем, что число факторов (постоянных и переменных), оказывающих влияние на кинетику процесса, очень велико (более десяти). Для решения таких задач используют теорию моделирования, в результате чего получают безразмерные комплексы, выражающие физическую и химическую сущность явлений, и позволяющие свести экспериментальные работы к изучению влияния всего двух-трех комплексных факторов. Методы моделирования при исследовании коррозии железобетона еще не достаточно широко применяют на практике, хотя их преимущество очевидно.

В основу моделирования физико-химических процессов типа коррозии бетона положены три принципа, которые сводятся к следующему:

однородность участков, рассматриваемых при решении задачи. При коррозии бетона в жидкой кислой среде, например, таких участков три: в первом происходит диффузия агрессивного вещества, во втором — растворенного исходного вещества, а в третьем — диффузия и растворение исходной твердой фазы;

принцип допустимости Франка-Каменецкого, свидетельствующий о том, что все поверхности, рассматриваемые в данном процессе, равнодоступны. Такое приближение влияет на точность решения только в пределах абсолютного значения безразмерного множителя;

аддитивность отдельных явлений. Так, если вещество переносится в результате диффузии и конвекции, то суммарная скорость переноса равна сумме индивидуальных.

Проиллюстрируем сказанное примером из области коррозии бетона в агрессивной кислой жидкой среде. Вырезаем мысленно из тела бетона перпендикулярно к нашей поверхности призму с поперечным, сечением 1 см2 и рассматриваем изменение концентрации на участке . Принимаем, что вещество. которое могло раствориться, уже проникла на некоторую глубину. На этих участках то вещество, которое могло раствориться, уже полностью растворилось. В третьей области происходят растворение твердой фазы и диффузионный отход вещества справа налево. На втором участке наблюдается только диффузия растворенного вещества, на первом же агрессивное вещество движется навстречу этому потоку в результате конвективной диффузии. При встрече двух потоков происходит их взаимодействие. При этом между участкамиобразуется промежуточная область, но ее ширина очень мала (сотые доли миллиметра), поэтому можно считать, что она сконцентрирована в точке. В любом рассматриваемом сечении каждого участка (области) концентрация веществ изменяется со временем.