Научные основы закономерностей массопереноса в процессах жидкостной коррозии строительных материалов

• Автор: Румянцева, Варвара Евгеньевна
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 441 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. .......................... ;

Глава 1. Проблемы коррозии бетона и железобетона

1.1. Краткая история вопроса

1.2. Физико-химические основы процессов гидратации и твердения цементов

1.2.1. Общие сведения о процессах гидратации цементов :..

1-.2.2. Механизм гидратационного твердения

1.3. Классификация видов коррозии бетона

1.3.1. Жидкостная коррозия первого вида

1.3 .2. Жидкостная коррозия второго вида

1.3.3. Жидкостная коррозия третьего вида

1.3.4. Электро- и биологический виды,коррозии...:..
1.4. Способы, защиты бетона, и железобетона от жидкостной коррозии
1.4.1. Способы защиты на стадии изготовления и монтажа изделий .. ............... ;
1.4.2". Способы.защиты.на стадии эксплуатации конструкций;
1.5. Классификация коррозионных процессов арматурной стали, основные методы защиты
1.5.1. Арматурная;сталь
1.5.2. Теория коррозии арматурной стали в бетоне
1.5.3. Коррозионное поведение арматурной стали в бетоне
1.5.4. Трещины в железобетоне и их влияние на коррозионное поведение арматурной стали
1.5.5. Основные виды; коррозионного, разрушения': арматурною стали
1.5.6. Основные методы .противокоррозионной защиты поверхности арматурной стали
1.6. Классификация коррозионных процессов на поверхности алюминия..... ........................................ ••••■
1.6.1. Современные представления о коррозии алюминия
1.6.1.1. Образование; пассивных пленок наповерхности алюминия;
1.6.1.2. Факторы, влияющие на свойства оксидной пленки
1.6.3. Основные методы противокоррозионной защиты алюминиевых поверхностей
1.7. Методы математического моделирования массопереноса в процессах жидкостной'коррозию
1.7.1. Эмпирические модели процессов коррозии бетона
1.7.2. Математические модели на основе феноменологических уравнений переноса
1.8. Постановка задач исследования
Глава 2. Общность методологического подхода к моделированию процессов жидкостной коррозии строительных материалов
2.1. Физические представления о химических и электрохимических

процессах на границе раздела фаз «жидкость - твердое тело»
2.1.1. Диффузионный пограничный слой при свободноконвективном течении жидкости
2.1.2. Диффузионный пограничный слой в процессах электрохимической коррозии металлов
2.2. Экспериментальные исследования массообменных процессов
2.2.1. Объекты исследований
2.2.2. Краткое описание применяемых экспериментальных методик
2.2.3. Результаты экспериментальных исследований
2.3. Особенности диффузионно-кинетического массопереноса в бетонах
Глава 3. Математическое моделирование и экспериментальные исследования массопереноса в процессах жидкостной коррозии первого вида
3.1. Математический аппарат для теоретических исследований
3.2. Физико-математическая формулировка проблемы
3.3. Решение задачи массопереноса в системе «жидкость-резервуар» методом интегрального преобразования Лапласа
3.3.1. Решение для области больших значений чисел Фурье
3.3.2. Решение для области малых значений чисел Фурье
3.3.3. Неравномерные начальные распределения концентрации «свободного гидроксида кальция»
3.4. Экспериментальные исследования массообменных процессов
3.4.1. Объекты исследований
3.4.1.1. Портландцемент
3.4.1.2. Вода
3.4.2. Краткое описание применяемых экспериментальных методик
3.4.2.1. Количественный анализ по методу комплексонометрии
3.4.2.2. Электрометрический метод измерения водородного показателя pH
3.4.2.3. Дифференциально-термический анализ
, 3.4.2.4. Метод инфракрасной Фурье - спектроскопии
3.4.2.5. Определение плотности, водопоглощения и пористости
3.4.3. Описание экспериментальной установки для определения коррозионной стойкости строительных материалов
3.4.4. Определение коэффициента массопроводности
3.4.5. Определение коэффициента массоотдачи
3.4.6. Результаты экспериментальных исследований

3.4.7. Определение коэффициентов массопереноса
Глава 4. Математическое моделирование и экспериментальные

исследования' массопереноса. в процессах жидкостной коррозии
| второго вида
4.1. Физико-математическая формулировка проблемы
4.2. Решение задачи массопереноса в системе «жидкость-резервуар» методом интегрального преобразования Лапласа
I 4.2.1. Решение для области больших значений чисел Фурье
4.2.2. Решение для области малых значений чисел Фурье
4.3. Решение задачи массопереноса, лимитируемого внутренней диффузией
I 4.4. Моделирование диффузионно-кинетического массопереноса в
жидкой фазе
4.5. Частные случаи решения задачи массопереноса, компьютерная реализация
4.5.1. Отсутствие источника массы
4.5.2. Равномерное распределение источника по координате
{ 4.5.3. Распределение источника по степенной зависимости
4.5.4. Распределение источника по ступенчатой функции Дирака..
| 4.5.5. Частный случай задачи массопроводности, контролируемый
внутридиффузионным сопротивлением и химической кинетикой
4.6. Экспериментальные исследования массообменных процессов
4.6.1. Объекты.исследований
4.6.1.1. Водные растворы электролитов
4.6.2. Краткое описание применяемых экспериментальных мето-
} дик................................................................. 270 .
ц 4.6.2.1. Количественный анализ по методу комплексономет-
* рйи
6 4.6.2.2. Определение объема пор, распределение объема пор по
размерам
4.6.2.3. Исследование- кислотно-основных свойств методом потенциометрического титрования
4.6.3. Кинетика химических реакций
■ 4.6.3; 1. Внешняя массопередача
« 4.6.3.2. Внутренний массоперенос
1 4.6.4. Результаты экспериментальных исследований
< 4.6.5. Определение коэффициентов массопереноса
Глава 5. Экспериментальные исследования массообменных процессов на поверхности металлов и разработка рекомендаций
по антикоррозионной защите
; 5.1. Экспериментальные исследования коррозионных процессов на
» поверхности арматурной стали и разработка рекомендаций по анти-
1 коррозионной защите
1 5.1.1. Краткий обзор методов нанесения антикоррозионных пле-
{ нок на стальные поверхности
5.1.2. Экспериментальные исследования коррозионных процессов на поверхности арматурной стали
5.1.2.1. Объекты исследований

В.А. Кинд и В.Ф. Журавлёв (1937) высказали предложение, что вяжущие свойства должны быть присущи обширной группе химических соединений, сходных по составу и строению с силикатами и алюминатом кальция. Основываясь на периодическом законе элементов Д.И. Менделеева, В.Ф. Журавлёв предположил, что вяжущие свойства должны наблюдаться не только у соединений кальция, но и у аналогов по катиону — стронция, бария, т.е. у соединений, эффективный радиус иона которых больше, чем 1,03 А. Таким образом,
В.Ф. Журавлёв первым из ученых связывал процесс твердения с химической природой и положением элемента в периодической системе. Его работы впервые позволяли значительно расширить круг вяжущих веществ. Дальнейшие усилия в изучении природы отвердевания связаны с развитием и углублением химических представлений, родоначальником которых был В.Ф. Журавлёв [114,129].
Академик П.А. Ребиндер (1952) рассматривал процессы схватывания и твердения как развивающуюся- во времени совокупность процессов гидратации, самопроизвольного диспергирования частиц вяжущих веществ, образования тиксотропных коагуляционных структур и создания-на их основе кристаллизационной гидратации новообразований через раствор [101].
Развитие структуры твердения, при выкристаллизации происходит в два*' этапа. В течение первого этапа происходит формирование каркаса кристаллизационной структуры с возникновением контактов срастания между кристалликами новообразований; в течение второго этапа первые кристаллизационные контакты не возникают, а происходит обрастание уже имеющегося каркаса. Такое обрастание приводит, с одной стороны, к повышению прочности структуры, а с другой стороны - служит причиной появления внутренних напряжений, которые снижают прочность структуры твердения.
Заслуга П.А. Ребендера состоит в том, что он впервые перенёс представления физико-химичеркой механики на процессы твердения и образования прочных структур. С позиций физико-химической механики ученый разделяет процесс твердения на три стадии: растворение в воде неустойчивых клинкерных фаз и выделение кристаллов; образование коагуляционной структуры -