Modelling the influence of mass transfer parameters on the kinetics of corrosion interaction of concrete and biological media

Abstract

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); г. Москва, Россия АННОТАЦИЯ Введение. Воздействие микроорганизмов на цементный камень (ЦК) бетона ускоряет вывод «свободного гидроксида кальция» из поровой структуры и способствует разложению кальцийсодержащих фаз, в результате чего происходит снижение прочностных характеристик бетона и дальнейшее разрушение. Биоповреждение необходимо учитывать при определении долговечности бетона. Математическое моделирование позволяет на любом этапе жизненного цикла бетонного изделия спрогнозировать его состояние и установить остаточный срок службы. Материалы и методы. Влияние параметров массопереноса на изменение концентраций гидроксида кальция в бетоне и на интенсивность его вымывания в жидкую среду показано графически по результатам численного моделирования. Разработана математическая модель для описания процессов массопереноса при биологической коррозии бетона, в которой влияние микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности объясняется внутренним источником поглощения или высвобождения массы, в частности «свободного гидроксида кальция», в бетонном ЦК. Условия достижения значений концентраций гидроксида кальция в ЦК, соответствующих началу разложения высокоосновных составляющих, описываются с помощью решения задачи массообмена. Результаты. На основе математической модели, описывающей кинетику массопереноса, разработан математический аппарат для прогнозирования степени биодеградации цементных бетонов. Представлены графические зависимости, которые являются результатом имитационного численного эксперимента. Они описывают для широкого диапазона параметров системы влияние критериев подобия (Фурье, Био) и коэффициента, учитывающего фазовые характеристики, на динамику и кинетику процесса массопереноса при биокоррозии бетона. Наиболее интенсивное изменение кинетики и динамики массообмена наблюдается на начальных стадиях воздействия продуктов жизнедеятельности микроорганизмов при жидкостной коррозии бетона. Выводы. Полученные графические зависимости дают понимание об условиях замедления и интенсификации процессов массопереноса в системе «бетон -биопленка -жидкая среда». Инженерная методика расчета параметров массообмена и срока службы бетона применима на любом этапе эксплуатации железобетонных изделий и конструкций и дает возможность экономически обоснованно назначать средства защиты и устанавливать сроки их использования.