Quantitative method of primary protection design of concrete protective layer under atmospheric climate effects

M. V. Savytskyi, A. O. Tytiuk, A. A. Tytiuk

Abstract


Problem statement. There are numerous cases of destruction of the concrete protective layer of reinforced concrete structures due to atmospheric climate effects characterized by temperature, humidity, concentration of the corrosive gas. A common method of designing the primary protection of reinforced concrete structures has a prescription character. Available quantitative relations of concrete carbonation calculation due to the impact of carbon dioxide do not take into account the temperature and humidity of the environment and are designed for stationary conditions. Under actual conditions, the temperature and humidity of the environment vary depending on the season. It should be kept in mind that the concrete carbonation takes place only during the period with positive temperature and with certain humidity. At the same time, during the negative temperature alternate freezing and thawing of concrete occurs, which increases permeability. Therefore, a quantitative method of designing the primary protection of concrete cover of reinforced structures is necessary, which takes into account physical and chemical process of carbonation of concrete, which is complicated by frosty destruction.

Purpose. Development of a quantitative technique of designing the primary protection of concrete protective layer in the atmospheric climate conditions, taking into account carbonization process, seasonal and daily changes in temperature and humidity (on the example of Dnipropetrovsk).

Conclusion. A quantitative method of designing the primary protection of concrete reinforced structures in atmospheric climate effects was developed. Theoretical estimation of longevity of concrete protective layer of different thickness, with different contents of cement and water-cement ratio under the criterion of carbonation complicated by frosty destruction.


Keywords


concrete protective layer; carbonation; frosty destruction; primary protection; longevity; forecasting

References


Alekseev S. N., Rozental N. K. Korrozionnaya stojkost' zhelezobetonnykh konstruktsij v agressivnoj promyshlennoj srede [Corrosion resistance of reinforced concrete structures in aggressive industrial environments]. Moscow, Stroyizdat, 1976. 205 p. (in Russian).

Anvarov A. R. Obosnovanie dostatochnosti sredstv pervichnoj zaschity dlya dostizheniya proektnoj dolgovechnosti zhelezobetona v estestvennykh usloviyakh ekspluatatsii [Sufficiency justification of the primary protection means to achieve the design of reinforced concrete longevity in natural environment service, Auther’s abstract]. Ufa,USPTU, 2007. 22 p.(in Russian).

Vasilyev A. I., Beyvel A. S., Podvalniy A. M. O vybore tolschiny zaschitnogo sloya betona mostovykh konstruktsij [About the choice of the thickness of the protective layer of concrete bridge structures]. Beton i Zhelezobeton − Concrete and reinforced concrete.2001, no 5. pp. 25-27 (in Russian).

Guzeev E. A., Alekseev S. N., Savytskyi M. V. Uchet agressivnykh vozdejstvij v normakh proektirovaniya konstruktsij [Record of aggressive actions in the stabdards of structural design]. Beton i Zhelezobeton Concrete and reinforced concrete. 1992, no. 10. pp. 8-10 (in Russian).

Gusev B. V., Fayvusovich A. S. Postroenie matematicheskoj teorii protsessov korrozii betona [Construction of mathematical theory of concrete corrosion processes]. Stroitel’nye materialy - Building materials. 2008, no.3, pp. 38-41 (in Russian).

Dvorkіn L. J., Dvorkіn O. L. Osnovi betonoznavstva [Basics of concrete study]. Kiev, Osnova, 2007 (in Russian).

Evrokod 2 Proektirovanie zhelezobetonnykh konstruktsij Chast' 1-1. Obschie pravila i pravila dlya sooruzhenij (EN 1992-1-1: 2004, IDT) DSTU-N B EN 1992-1-1: [Evrocod 2 Design of rainforce concrete structures Part 1-1. General rules and rules for buildings (EN 1992-1-1: 2004, IDT) State standart of Ukraine N B EN 1992-1-1]. 2010. Official edition (in Russian).

Klimenko Ye. V. Resurs zalіzobetonnikh konstruktsіj [Resource of reinforced concrete constructions]. Vіsnik Odes'koї derzhavnoї akademії budіvnitstva ta arkhіtekturi − Bulletin of the Odesa State Academy of Civil Engineering and Architecture. Odesa,OSACEA, 2012, no. 47, part 2, pp. 111-117 (in Ukrainian).

Zaschita betonnykh i zhelezobetonnykh konstruktsij ot korrozii. Obschie tekhnicheskie trebovaniya. DSTU B V.2.6-145:2010. Dejstvuyuschij ot 2010-10-26 [Protection of concrete and reinforced concrete structures against corrosion. General technical requirements. State standart of Ukraine B V.2.6-145: 2010 (Effective from 2010-10-26)]. Kiev, Ministry of Construction of Ukraine, 2010. 78 p. (State standart of Ukraine 31384: 2008, NEQ) (in Russian).

Mahinko N. N. Obespechenie dolgovechnosti krupnopanel'nykh zhilykh zdanij pervykh massovykh serij pri korrozii armatury svyazej [Ensuring the longevity of large residential buildings first mass series at reinforcement corrosion relations, Cand, Diss.]. Dnepropetrovsk, 2013.138 p. (in Russian).

Podvalny A. M. Ob ispytaniyakh betona na morozostojkost' [About the tests of concrete on frost resistance]. Beton i Zhelezobeton - Concrete and reinforced concrete. 1996, no. 4, pp. 26-29. (in Russian)

Savitskiy N. V. Osnovy rascheta nadezhnosti zhelezobetonnykh konstruktsij v agresivnich sredakh. Dokt. Diss. [Fundamentals of calculating the reliability of concrete structures in aggressive environments. Dokt. Diss]. Dnepropetrovsk, 2013.138p. (in Russian)

Stroitel'naya klimatologiya. DSTU- N B.1.1-27:2010. Dejstvuyuschij ot 2011-11-01. [Building Climatology. State standart of Ukraine - B.1.1-27 H: 2010. Effective on 2011-11-01]. Kiev, Minstroy Ukrainy 2011. 122 p. (State Standards of Ukraine). (in Russian).

Jack C. McCormac, James K. Nelson. Design of reinforced concrete. USA, 2005. 737 p.

F. S. Merrit, J. T. Ricketts. Building design and construction handbook. New York, 2000. 1722 p.

W. H. Mosley, R. Hulse, J. H. Bungley. Reinforced concrete design to Eurocode 2. London, 2004. 67 p.

British Standard BS 8110-1 : 1997. Structural use of concrete - Part 1: Code of practice for design and construction, 1997. Available at: https://docs.google.com/document/d/13wWCIZIjDSUPoHLdL4wBlg8JzBRAidK6FKQILhAGz_8/edit?pli=1


GOST Style Citations


Алексеев С. Н. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде / С. Н. Алексеев, Н. К. Розенталь. – Москва : Стройиздат, 1976. – 205 с.

 

Анваров А. Р. Обоснование достаточности средств первичной защиты для достижения проектной долговечности железобетона в естественных условиях эксплуатации : автореф. дис. … канд. тех. наук : 05.23.05 / А. Р. Анваров. – Уфа: УГНТУ, 2007. – 22 с.

 

Васильев А. И. О выборе толщины защитного слоя бетона мостовых конструкций / А. И. Васильев, А. С. Бейвель, А. М. Подвальный // Бетон и железобетон. – 2001. – № 5. – С. 25-27.

 

Гузеев Е. А. Учет агрессивных воздействий в нормах проектирования конструкций / Е. А. Гузеев, С. Н. Алексеев, Н. В. Савицкий // Бетон и железобетон. – 1992. – № 10. – С. 8-10.

 

Гусев Б. В. Построение математической теории процессов коррозии бетона / Б. В. Гусев, А. С. Файвусович // Строительные материалы. – 2008. – № 3. – С. 38-41.

 

Дворкін Л. Й. Основи бетонознавства / Л. Й. Дворкін, О. Л. Дворкін. – Київ : Основа, 2007. – 616 с.: іл.

 

Еврокод 2 Проектирование железобетонных конструкций. Часть 1-1. Общие правила и правила для сооружений (EN 1992-1-1:2004, ИDТ) : ДСТУ-Н Б EN 1992-1-1:2010. – Изд. офиц. – Режим доступа: http://profidom.com.ua/jevrokody/en-1992/7461-jevrokod-2-projektirovanije-zhelezobetonnyh-konstrukcij-chast-1-1-.

 

Клименко Є. В. Ресурс залізобетонних конструкцій / Є. В. Клименко, В. С. Дорофєєв // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. – Одеса, 2012. – Вип. 47, ч. 2. – С. 111-117.

 

Конструкции зданий и сооружений. Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования (ГОСТ 31384-2008, NEQ) : ДСТУ Б В.2.6-145:2010. – [Введ. 2010-10-26]. – Киев : Минстрой Украины, 2010. – 78 с. – (Национальный стандарт Украины).

 

Махинько Н. Н.Обеспечение долговечности крупнопанельных жилых зданий первых массовых серий при коррозии арматуры связей : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.01 : защищена 30.01.2014 / Махинько Николай Николаевич ; науч. рук. Савицкий Николай Васильевич. – Днепропетровск, 2014. – 136 с.

 

Подвальный А. М. Об испытаниях бетона на морозостойкость / А. М. Подвальный // Бетон и железобетон. –1996. – № 4. – С. 26-29.

 

Савицкий Н. В. Основы расчета надежности железобетонных конструкций в агрессивных средах : дис. докт. техн. наук : 05.23.01 ; 05.23.05 / Н. В. Савицкий ; Днепропетр. инж.-строит. ин-т. – Днепропетровск, 1994. – 400 с.

 

Строительная климатология : ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010. – [Введ. 2011-11-01]. – Киев : Укрархбудінформ, 2011. – 122 с. – (Национальные стандарты Украины).

 

McCormac J. C. Design of reinforced concrete. ACI 318-05 Code Edition / Jack C. McCormac, James K. Nelson. – 7th ed. – USA, 2005. – 737 p.

 

Merritt F. S. Building design and construction handbook / Frederick S. Merritt, Jonathan T. Ricketts. – 6th ed. – New York, 2000. – 1722 p.

 

Mosley W. H. Reinforced concrete design to Eurocode 2 / W. H. Mosley, Ray Hulse, J. H. Bungey. – London, 2004. – 67 p.

 

Structural use of concrete : British standard BS 8110-1:1997. – 1997. – Part 1 : Code of practice for design and construction. – Режим доступа: https://docs.google.com/document/d/13wWCIZIjDSUPoHLdL4wBlg8JzBRAidK6FKQILhAGz_8/edit?pli=1