В научной публикации автор исследует влияние коррозионных повреждений на несущую способность железобетонных сжатых элементов, которые ведут к ухудшению эксплуатационных характеристик. Исследование базируется на методе численного анализа и моделирования. Одновременно дается качественная и количественная оценка, основанная на характере повреждения и его объеме.
Ключевые слова: несущая способность, коррозионные повреждения, оценка эксплуатационных характеристик.
На данный момент действующие нормативные документы не содержат определенного метода расчета строительных конструкций с учетом их дефектов и повреждений. Подверженность коррозии является основной причиной износа железобетонной конструкции. Влияние коррозионных повреждений на несущую способность железобетонных конструкций в настоящее время не нормирована и приводится ориентировочно, что напрямую указывает на необходимость совершенствования методов оценки несущей способности железобетонных стержней.
Целью данной работы является привести возможный способ прогнозирования и оценки остаточной несущей способности корродирующих железобетонных колонн, работающих на сжатие.
Механизм процесса разрушения железобетона:
- Проникновение агрессивных сред путем диффузии, инициирующее процесс коррозии.
- Продукты коррозии арматуры накапливаются, создавая давление на границе раздела между бетоном и стальной арматурой. Дополнительное давление способствует образованию трещин в бетоне.
- Ширина трещины увеличивается из-за продолжающегося образования продуктов коррозии на границе раздела арматуры и бетона.
- Происходит нарушение сцепления бетонного покрытия и арматуры, в ходе которого наблюдается отслоение бетона с последующей потерей устойчивости арматурного стержня и разрушением конструкции.
Для первых трех этапов были проведены аналитические и численные исследования с целью определения несущей способности коррозионно-поврежденных сжатых элементов. Необходимые исходные данные были получены при анализе расчета модели реально существующего инженерно-лабораторного корпуса.
Потапкин А. А. в [1] приводит следующую формулу для определения глубины коррозионного повреждения, учитывающую время продвижения коррозии только от постоянных величин.
В работе Меркулова С. И. [2] приведены рекомендации по определению среднегодовой потери несущей способности железобетонных конструкций, которые зависят от степени агрессивности внешней среды и глубины коррозионного повреждения бетона в сечении (таблица …).
Таблица 1
Потеря несущей способности при эксплуатации конструкции
В статье Бабенковой Ю. В. [3] представлена следующая таблица степени агрессивности окружающей среды и глубины cноса поверхностного слоя бетона (таблица 2), влияющие на потерю несущей способности железобетонных конструкций:
Таблица 2
Степень агрессивности окружающей среды и глубины cноса поверхностного слоя бетона
На основе данных о снижении прочности в зоне коррозии в течении года был произведен расчет и спрогнозирована несущая способность железобетонных конструкций через 10, 20, 30, 40, 50 лет эксплуатации при различных степенях агрессивности среды. График приведен на рис. 1.
![График потери несущей способности при эксплуатации конструкций по Меркулову С. И. [2] и Бабенковой Ю. В. [3]](https://moluch.ru/blmcbn/114779/114779.004.png)
Рис. 1. График потери несущей способности при эксплуатации конструкций по Меркулову С. И. [2] и Бабенковой Ю. В. [3]
Основываясь на вышеприведеных данных о коррозии материала конструкций, сделаны прогнозы глубины коррозионного повреждения железобетонных конструкций через периоды длительностью в несколько десятков лет в условиях различных агрессивных окружающей сред.
Для наглядности расхождения теоретических данных, изложенных в научных трудах Потапкина А. А. [1], Меркулова С. И. [2] и Бабенковой Ю. В. [3], результаты сведены в сравнительный график, представленный на рис. 2.
Рис. 2. Сравнительный график прогнозирования глубины коррозионных повреждений конструкций
В работе Анцыгина О. И. [4] приведена формула для оценки рабочего сечения корродирующей арматуры (с учетом коррозионных потерь) без ее вскрытия в зависимости от ширины раскрытия коррозионной трещины:
Используя данную формулу, построим график зависимости рабочего сечения арматуры диаметром 25 мм, подвергнувшейся коррозии, от ширины раскрытия трещины в плоскости арматуры (рисунок 3).

Рис. 3. График зависимости рабочего сечения арматуры, подвергнувшейся коррозии, от ширины раскрытия трещины в плоскости арматуры
Увеличение ширины раскрытия коррозионной трещины в бетоне говорит о снижении площади рабочего сечения арматуры. Это объясняется уменьшением сечения стержня с течением времени и увеличением давления продуктов коррозии, которые превышают в 1,5–2 раза первоначальный объем металла, тем самым создавая дополнительные растягивающие напряжения в околоарматурной зоне.
На данный момент исследования темы анализа долговечности коррозионно-поврежденных сжатых элементов осуществляется моделирование объемно-конечной модели в программном комплексе для дальнейшего расчета с учетом процессов уменьшения поперечного сечения стержня, образования трещин в защитном слое бетона за счет давления продуктов коррозии, нарушения совместной работы арматуры с бетоном и его отслоения. (Рисунок 4, рисунок 5).
Рис. 4. Моделирование колонны без повреждений
Рис. 5. Моделирование колонны с учетом коррозионных повреждений
Практическое значение исследования состоит в применении метода на практике для эксплуатируемых зданий и сооружений. Расчет моделей с повреждениями позволит предотвратить возможные аварии и повысить срок службы конструкций.
Литература:
1. Потапкин А. А. Оценка ресурсов мостов с учетом дефектов и повреждений. Вестник мостостроения — 1997. — № 3. — С. 22–23.
2. Меркулов С. И. Конструктивная безопасность железобетонных элементов реконструированных зданий и сооружений: Дисс. докт. техн. наук [Текст] / С. И. Меркулов — Орел: 2004. — 436 с.
3. Бабенкова Ю. В. Методы исследования железобетонных конструкций в агрессивных средах // E-Scio. 2020. № 4 (43).
4. Анцыгин, О. И. Прочность и устойчивость усиленных под нагрузкой железобетонных стержней с коррозионными повреждениями: автореферат дис.... кандидата технических наук: 05.23.01. — Санкт-Петербург, 1998. — 21 с.: ил.