mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2024-22-4-5mirtr-2761Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGМетод определения долговечности пролётного строения мостаMethod for Determining Durability of a Bridge Superstructurehttps://orcid.org/0000-0002-5183-7420ОгурцовГ. Л.OgurtsovG. I.

Огурцов Глеб Леонидович – ассистент.

Санкт-Петербург

Web of Science Researcher ID AFI-6310-2022; Scopus Author ID 57939891300; РИНЦ Author ID 957338

Gleb L. Ogurtsov - Assistant Lecturer at the Higher School of Industrial, Civil and Road Construction, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University.

St. Petersburg

Researcher ID AFI-6310–2022; Scopus Author ID 57939891300; Russian Science Citation Index Author ID 957338

ogurtsov_gl@spbstu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0367-5375ЕрмошинН. А.ErmoshinN. A.

Ермошин Николай Алексеевич – доктор военных наук, профессор.

Санкт-Петербург

Web of Science Researcher ID ABA-1133-2020; Scopus Author ID 57215847497; РИНЦ Author ID 735873

Nikolay A. Ermoshin - D.Sc. (Mil. Sc.), Professor at the Higher School of Industrial, Civil and Road Construction, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University.

St. Petersburg

Web of Science Researcher ID ABA-1133–2020; Scopus Author ID 57215847497; Russian Science Citation Index Author ID 735873

ermoshin_na@spbstu.ruВысшая школа промышленно-гражданского и дорожного строительства, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра ВеликогоРоссияHigher School of Industrial, Civil and Road Construction, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation2024211220252243342Copyright © Огурцов Г.Л., Ермошин Н.А., 20252025Огурцов Г.Л., Ермошин Н.А.Ogurtsov G.I., Ermoshin N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/2761

Целью исследования является разработка метода определения долговечности железобетонной балки пролётного строения при воздействии агрессивных сред.

Научное обоснование метода выполнено на основе законов установления среди гомогенных частей железобетона равномерного распределения концентраций атмосферных газов и определения глубины их диффузии. Для описания скорости проникновения применены аналитические уравнения определения глубины диффузии атмосферных газов в бетон. При достижении продуктами диффузии рабочей арматуры начинаются процессы коррозии, что вызывает снижение эффективной площади, и, как следствие, потерю несущей способности балки пролётного строения во время эксплуатации мостового сооружения.

На основании предложенного метода расчёта сформирована регрессионная модель оценки долговечности железобетонных конструкций в зависимости от диффузии агрессивных сред и разного количества дней в году с осадками. Анализ полученных результатов показал, что при достижении продуктов диффузии атмосферных газов рабочей арматуры начинаются процессы необратимых изменений (необратимого снижения) несущей способности пролётного строения. Установлено, что срок службы до отказа при воздействии галогенов и галогенводородных кислот может составить не более 30 лет. Применение метода позволяет определять остаточный срок службы пролётного строения на основании оценки ресурса несущей способности и разрабатывать нормативные документы по срокам выполнения ремонтных работ.

The objective of the study is to develop a method for determining the durability of a reinforced concrete girder of a superstructure when exposed to aggressive environments.

The scientific substantiation of the method is based on the laws of establishing a uniform distribution of atmospheric gas concentrations among homogeneous parts of reinforced concrete and determining the depth of their diffusion. To describe the penetration rate, analytical equations are applied to determine the depth of diffusion of atmospheric gases into concrete. When the diffusion products reach the main reinforcement, corrosion processes start, which cause a decrease in the effective area, and, therefore, a loss of the bearing capacity of the girder of the superstructure during operation of the bridgework.

The proposed calculation method has allowed to build a regression model for assessing durability of reinforced concrete structures depending on the diffusion of aggressive environments and on a variable number of days per year with precipitation. Analysis of the obtained results has shown that when the diffusion products of atmospheric gases reach the main reinforcement, processes of irreversible changes (irreversible decrease) in the bearing capacity of the superstructure begin. It has been established that the service life before failure when exposed to halogens and hydrohalic acids may not exceed 30 years. The application of the method makes it possible to determine the residual service life of the superstructure based on assessment of the bearing capacity resource and to develop regulatory documents on timing of repair work.

транспортное строительстводолговечностьсрок службынесущая способностьпролётное строениемостовое сооружениекоррозия арматурыагрессивные средыtransport constructiondurabilityservice lifebearing capacitysuperstructurebridgeworkreinforcement corrosionaggressive environmentReferencesГулицкая Л. В., Шиманская О. С. Анализ техникоэксплуатационного состояния железобетонных плитных пролетных строений автодорожных мостовых сооружений // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. – 2017. – № 1. – С. 35–45. DOI: 10.15593/24111678/2017.01.03.Gulitskaya, L. V., Shimanskaya, O. S.An analysis of the technical and operational condition of plate concrete superstructures of highway bridges [Analiz tekhniko-ekspluatatsionnogo sostoyaniya zhelezobetonnykh proletnykh stroenii avtodorozhnykh mostovykh sooruzhenii]. Transport. Transport facilities. Ecology, 2017, Iss. 1, pp. 35–45. DOI: 10.15593/24111678/2017.01.03.Карапетов Э. С., Белый А. А. Методы оценки технико-эксплуатационных показателей железобетонных мостовых сооружений Санкт-Петербурга // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2009. – № 2 (19). – С. 177–187. EDN: KVKFKX.Karapetov, E. S., Beliy, A. A. Methods for assessing technical and operational performance of reinforced concrete bridge structures in St. Petersburg [Metody otsenki tekhniko-ekspluatatsionnykh pokazatelei zhelezobetonnykh mostovykh sooruzhenii Sankt-Peterburga]. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putei soobshcheniya, 2009, Iss. 2 (19), pp. 177–187. EDN: KVKFKX.Бородай Д. И. Прогноз долговечности типовых железобетонных плитных пролетных строений автодорожных мостов // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. – 2011. – № 1 (87). – С. 169–176. EDN: FCCMZB.Boroday, D. I. Forecast of durability of typical reinforced concrete slab span structures of road bridges [Prognoz dolgovechnosti tipovykh zhelezobetonnykh plitnykh proletnykh storenii avtodorozhnykh mostov]. Bulletin of Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture, 2011, Iss.1 (87), pp. 169–176. EDN: FCCMZB.Талипова Л. В., Шонина Е. В. Определение углеродного следа в строительстве // Инженерные задачи: проблемы и пути решения: Материалы II Всероссийской (национальной) научно-практ. конференции. – Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова, 2021. – С. 99–102. EDN: BSQSGN.Talipova, L. V., Shonina, E. V. Determination of carbon footprint in construction [Opredelenie uglerodnogo sleda v stroitelstve]. In: Engineering tasks: problems and solutions [Inzhenernye zadachi: problem i puti resheniya]: Proceedings of II All-Russian (national) scientific and practical conference. Arkhangelsk: Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov, 2021, pp. 99–102. EDN: BSQSGN.Овчинникова Т. С., Маринин А. Н., Овчинников И. Г. Коррозия и антикоррозионная защита железобетонных мостовых конструкций // Интернет-журнал «Науковедение». – 2014. – № 5 (24). – С. 11. EDN: TKELFZ.Ovchinnikova, T. S., Marinin, A. N., Ovchinnikov, I. G. Corrosion and anti-corrosion protection of reinforced concrete bridge structures [Korroziya i antikorrozionnaya zashchita zhelezobetonnykh mostovykh konstruktsii]. Internet journal «Naukovedenie», 2014, Iss. 5 (24), p. 11. EDN: TKELFZ.Никоноров А. Н., Зайцев А. А. Защита мостовых конструкций от атмосферной коррозии // Проблемы науки. – 2020. – № 1 (49). – С. 12–15. EDN: XKAREB.Nikonorov, A. N., Zaitsev, A. A. Protection of bridge structures from atmospheric corrosion [Zaschita mostovykh konstruktsii ot atmosfernoi korrozii]. Problemy nauki, 2020, Iss. 1 (49), pp. 12–15. EDN: XKAREB.Козлова В. К., Калько И. К., Завадская Л. В., Маноха А. М., Вольф А. В., Хомутов Э. С. Определение степени коррозионного разрушения мостовых железобетонных конструкций // Ползуновский альманах. – 2023. – № 1. – С. 63–66. EDN: MUGTWX.Kozlova, V. K., Kalko, I. K., Zavadskaya, L.V., Manokha, A. M., Wolf, A. V., Khomutov, E. S. Determination of the degree of corrosion destruction of reinforced concrete bridge structures [Opredelenie stepeni korrozionnogo razrusheniya mostovykh zhelezobetonnykh konstruktsii]. Polzunovsky almanac, 2023, Iss. 1, pp. 63–66. EDN: MUGTWX.Молодин В. B., Ануфриева А. Е., Леонович С. Н. Влияние карбонизации бетонных поверхностей на их сцепление со свежеуложенным бетоном // Наука и техника. – 2021. – Т. 20. – № 4. – С. 320–328. DOI: 10.21122/2227-1031-2021-20-4-320-328.Molodin, V. V., Anufrieva, A. E., Leonovich, S. N. Influence of Carbonization of Concrete Surfaces on their Adhesion with Freshly-Laid Concrete. Science and Technique, 2021, Vol. 20, Iss. 4, pp. 320–328. DOI: 10.21122/2227-1031-2021-20-4-320-328.Moraru, C., Apostu, A., Georgescu, D. Carbonation Resistance Classes of Concretes. Romanian journal of transport infrastructure, 2021, Vol. 10, Iss. 1, pp. 50–65. DOI: https://doi.org/10.2478/rjti-2021-0004.Moraru, C., Apostu, A., Georgescu, D. Carbonation Resistance Classes of Concretes. Romanian journal of transport infrastructure, 2021, Vol. 10, Iss. 1, pp. 50–65. DOI: https://doi.org/10.2478/rjti-2021-0004.Al Fuhaid, A. Effects of fine Aggregates, CicopowderWP, and Styrene-Butadiene rubber on carbonation resistance in concrete. Materials Today: Proceedings, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.03.781. [Article in press].Al Fuhaid, A. Effects of fine Aggregates, Cicopowder-WP, and Styrene-Butadiene rubber on carbonation resistance in concrete. Materials Today: Proceedings, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.03.781. [Article in press].Chen Ying, Liu Peng, Yu Zhiwu, Li Siyang, Hu Cheng, Lu Dapeng. Research on the performance evolution of concrete under the coupling effects of sulfate attack and carbonation. Journal of materials research and technology, 2023, Vol. 26, pp. 4670–4695. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.08.206.Chen Ying, Liu Peng, Yu Zhiwu, Li Siyang, Hu Cheng, Lu Dapeng. Research on the performance evolution of concrete under the coupling effects of sulfate attack and carbonation. Journal of materials research and technology, 2023, Vol. 26, pp. 4670–4695. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.08.206.Троян В. В. Моделирование долговечности железобетонных конструкций // Технологии бетонов. – 2011. – № 5–6 (58–59). – С. 39–41. EDN: TKANWZ.Troyan, V. V. Modelling the durability of reinforced concrete structures [Modelirovanie dolgovechnosti zhelezobetonnykh konstruktsii]. Tekhnologii betonov, 2011, Iss. 5–6 (58–59), pp. 39–41. EDN: TKANWZ.Yin Shen, Yi Wang, Xiaoqing Xu, Feipeng Ruan. Study on carbonation of construction joints through field tests on a 30‑year-old bridge and accelerated carbonation tests. Case Studies in Construction Materials, 2023, Vol. 19, e02231. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02231.Yin Shen, Yi Wang, Xiaoqing Xu, Feipeng Ruan. Study on carbonation of construction joints through field tests on a 30-year-old bridge and accelerated carbonation tests. Case Studies in Construction Materials, 2023, Vol. 19, e02231. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02231.Maohua Zhang, Lin Du, Zhiyi Li, Ronghua Xu. Durability of Marine Concrete Doped with Nanoparticles under Joint Action of Cl-Erosion and Carbonation. Case Studies in Construction Materials, 2023, Vol. 18, e01982. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e01982.Maohua Zhang, Lin Du, Zhiyi Li, Ronghua Xu. Durability of Marine Concrete Doped with Nanoparticles under Joint Action of Cl-Erosion and Carbonation. Case Studies in Construction Materials, 2023, Vol. 18, e01982. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e01982.Xupeng Ta, Zhijun Wan, Yuan Zhang, Shubing Qin, Jiale Zhou. Effect of carbonation and foam content on CO2 foamed concrete behavior. Journal of materials research and technology, 2023, Vol. 23, pp. 6014–6022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.02.178.Xupeng Ta, Zhijun Wan, Yuan Zhang, Shubing Qin, Jiale Zhou. Effect of carbonation and foam content on CO2 foamed concrete behavior. Journal of materials research and technology, 2023, Vol. 23, pp. 6014–6022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.02.178.Bastidas-Arteaga, E., Rianna, G., Gervasio, H., Nogal M. Multi-region lifetime assessment of reinforced concrete structures subjected to carbonation and climate change. Structures, 2022, Vol. 45, pp. 886–899. DOI: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2022.09.061.Bastidas-Arteaga, E., Rianna, G., Gervasio, H., Nogal M. Multi-region lifetime assessment of reinforced concrete structures subjected to carbonation and climate change. Structures, 2022, Vol. 45, pp. 886–899. DOI: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2022.09.061Konečný, P., Lehner, P. Durability assessment of concrete bridge deck considering waterproof membrane and epoxy-coated reinforcement. Perspectives in Science, 2016, Vol. 7, pp. 222–227. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pisc.2015.11.036.Konečný, P., Lehner, P. Durability assessment of concrete bridge deck considering waterproof membrane and epoxy-coated reinforcement. Perspectives in Science, 2016, Vol. 7, pp. 222–227. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pisc.2015.11.036Song Gao, Jia Guo, Yaoyao Gong, Shunli Ban, Ang Liu. Study on the penetration and diffusion of chloride ions in interface transition zone of recycled concrete prepared by modified recycled coarse aggregates. Case Studies in Construction Materials, 2022, Vol. 16, e01034. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01034 [полный текст выпуска].Song Gao, Jia Guo, Yaoyao Gong, Shunli Ban, Ang Liu. Study on the penetration and diffusion of chloride ions in interface transition zone of recycled concrete prepared by modified recycled coarse aggregates. Case Studies in Construction Materials, 2022, Vol. 16, e01034. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01034 [full text of the issue].Кривцова О. Н., Андреященко В. А., Панин Е. А., Франц Ю. Ю. Коррозия арматурного проката в постпрокатный период: причины и способы его защиты // Труды университета. – 2018. – № 3 (72). – С. 93–96. EDN: YLXYQX.Krivtsova, O. N., Andreyashchenko, V. A., Panin, E. A., Frants, Yu. Yu. Corrosion of reinforcing steel in the post-rolling period: causes and methods of its protection [Korroziya armaturnogo prokata v postprokatniy period: prichiny i sposoby ego zashchity]. Trudy universiteta, 2018, Iss. 3 (72), pp. 93–96. EDN: YLXYQX.Казаков В. А., Попов В. А., Косач А. Ф. Атмосферная коррозия арматуры в железобетонных конструкциях // Архитектура, строительство, транспорт: материалы Международной научно-практ. конференции (к 85‑летию ФГБОУ ВПО «СибАДИ»), Омск, 02–03 декабря 2015 года. – Омск: СибАДИ, 2015. – С. 275–280. EDN: VMRSQZ.Kazakov, V. A., Popov, V. A., Kosach, A. F. Atmospheric corrosion of reinforcement in reinforced concrete structures [Atmosfernaya korroziya armatury v zhelezobetonnykh konstruktsiyakh]. In: Architecture, construction, transport: materials of the International scientific and practical conference (to the 85th anniversary of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «SibADI»), Omsk, 02–03 December 2015. Omsk, SibADI, 2015, pp. 275–280. EDN: VMRSQZ.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.