Математическое моделирование технологически управляемых процессов, определяющих долговечность бетонных и железобетонных сооружений

Анализируются современные подходы к математическому моделированию процессов, определяющих долговечность бетонных и железобетонных сооружений. Долговечность рассматривается как результат взаимосвязанных физико-химических и физико-механических явлений, формирующихся на всех стадиях жизненного цикла, от изготовления материала до эксплуатации сооружения. Показано, что ослабление механических характеристик материала является вторичным процессом, запускаемым изменениями на микроуровне. Процессы разрушения и старения представляет собой физико-химическое взаимодействие со средой, приводящее к фазовым превращениям. Именно массообменные процессы (диффузия, миграция, сорбция) выступают первичным звеном, определяющим механизм разрушений. Необходимым условием моделирования является постановка граничных условий, отражающих реальные режимы твердения и эксплуатации. Особое внимание уделено методологическому разрыву между технологией строительного производства и расчетными методами. Обоснована необходимость интеграции технологических параметров в модели прогнозирования. Исторически долговечность понималась как стремление «строить надолго». В современной практике это нормируемый параметр жизненного цикла, задаваемый проектом и требующий обоснования расчетными методами сохранения эксплуатационной надежности в течение заданного срока службы. Таким образом, математическое моделирование рассматривается как инструмент управления долговечностью, от подбора состава до оценки остаточного ресурса.

О.В. АЛЕКСАНДРОВА, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)

1. Scrivener K.L., John V.M., Gartner E.M. Eco-efficient cements: Potential economically viable solutions for a low-CO₂ cement-based materials industry. Cement and Concrete Research. 2018. Vol. 114, pp. 2–26. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.03.015
2. Gasch T., Malm R., Ansell A. A coupled hygro-thermo-mechanical model for concrete subjected to variable environmental conditions. International Journal of Solids and Structure. 2016. Vol. 91, pp. 143–156. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2016.03.004
3. Q.-feng L. Progress and research challenges in concrete durability: ionic transport, electrochemical rehabilitation and service life prediction. RILEM Tech Lett. 2022. Vol. 7, pp. 98–111. https://doi.org/10.21809/rilemtechlett.2022.158
4. Elsener B, Vennesland Ø. Critical chloride content in reinforced concrete – A review. Cement and Concrete Research. 2009. Vol. 39, pp. 1122–1138.
https://doi.org/10.1016/J.CEMCONRES.2009.08.006
5. Angst U. Predicting the time to corrosion initiation in reinforced concrete structures exposed to chlorides. Cement and Concrete Research. 2019. Vol. 115, pp. 559–568. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.08.007
6. Sun J., Jin Z., Chang H., Zhang W. A review of chloride transport in concrete exposed to the marine atmosphere zone environment: Experiments and numerical models. Journal of Building Engineering. 2024. Vol. 84. 108591. EDN: ­FNYARG. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.108591
7. Shuaibu K., Ismail R.H., Ashutosh P., Soumya P. A climate change impacts on structural durability of concrete. Communications on Applied Nonlinear Analysis. 2025. Vol. 32. No. 10s, pp. 1743–1762. https://doi.org/10.52783/cana.v32.5282
8. Chari K.J., Rao V. Durability and microstructure characteristics of concrete with supplementary cementitious materials. Civil Engineering Journal. 2022. Vol. 8 (4), pp. 683–694. EDN: ­DWTIDQ. https://doi.org/10.28991/CEJ-2022-08-04-05
9. Pomaro B., Salomoni V.A., Majorana C.E., Gramegna F., Prete G. Repairing structures for nuclear facilities: A numerical approach by means of FEM and Monte Carlo techniques. Proceedings of Concrete Solutions, 4th International Conference on Concrete Repair. 2012, pp. 557–564. https://doi.org/10.1201/b11585-84
10. Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В., Красильникова И.А. Математическое моделирование массопереноса в системе цементный бетон – жидкая среда, лимитируемого внутренней диффузией переносимого компонента при жидкостной коррозии первого вида // Строительные материалы. 2021. № 7. C. 4–9. EDN LEJJMD. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-793-7-4-9
11. Федосов С.В. Тепломассоперенос в технологических процессах строительной индустрии. Иваново: ИГАСУ, 2010. 364 c. EDN: ­QNOQOV
12. Grassl P., Jirásek M. Meso-scale approach to modelling the fracture process zone of concrete subjected to uniaxial tension. International Journal of Solids and Structures. 2010. Vol. 47, pp. 957–968. EDN: ­NWWDQX.
https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2009.12.010
13. Melchers R.E., Beck A.T. Structural reliability analysis and prediction. John Wiley & Sons Ltd. 2018. 528 p.
14. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Zhu J.Z. The finite element method: its basis and fundamentals (Seventh Edition). Butterworth-Heinemann. 2013. 682 p. https://doi.org/10.1016/B978-1-85617-633-0.00031-9