Numeričko modeliranje djelovanja korozije u armiranobetonskim ...

MODELIRANJE KOROZIJEZa proračun trenutnog stupnja korozije potrebno jemodelirati slijedeće fizičke i elektrokemijske procese:• Transport vode• Transport kisika• Transport klorida• Distribucija topline kroz zaštitni sloj betona• Vezanje klorida u betonu• Transport OH- iona kroz elektrolit u porama betona• Katodna i anodna polarizacija• Električni potencijal• Gustoća električne struje• Potrošnja kisika na katodi i anodi• Transport korozijskih produkata u pore i pukotine betona• Raspucavanje betona zbog naprezanja izazvanopovećanjem volumena korozijskih produkata Mehanički procesi Interakcija između mehaničkog i ne-mehaničkog dijelaTRAJNOST KONSTRUKCIJA IIFAZAINICIJACIJEFAZAPROPAGACIJE1. FAZA INICIJACIJETRANSPORT VODE Difuzija Volumni udio porne vode (m3 vode / m3 betona) Richardova jednadžba:∂θw= ∇⋅ D w( θ w) ∇θw∂t[ ] D koeficijent difuzije kapilarne vode (m2/s)• Strogo nelinearna funkcija sadržaja vlage:Dw( θ w)= D0enθwTRAJNOST KONSTRUKCIJA II1. FAZA INICIJACIJETRANSPORT KISIKA Pretpostavka: kisik ne sudjeluje ni u jednoj kemijskoj reakciji prijedepasivacije čelikaDifuzija kisikaKonvekcija kisikaθw∂C∂to= ∇ ⋅[ θwDo( θw)∇Co] + Dw(θw)∇θw∇Co1. FAZA INICIJACIJETRANSPORT KLORIDNIH IONA Kroz nesaturirani beton - rezultat difuzije, difuzivne konvekcije te fizičkog ikemijskog vezanja za produkte cementne hidratacijeStupanj vezivanjaDifuzija Cl - Konvekcija Cl - klorida za cementnupastu∂Ccθw= ∇⋅∂tWgel∂C( w c + Dw(θw)∇θw∇Cc− ⋅1000 ∂t[ θ D θ , T)∇C]wccbVolumni udio porneefektivan koeficijent difuzije kisikavode (m 3 vode/m 3betona)Vremenska promjena koncentracije kisika u pornojotopini (kg kisika/m 3 porne otopine pore)koeficijent difuzije vodeVremenska promjenakoncentracije slobodnihklorida u pornoj otopini (kg Cl -/m 3 porne otopine pore)efektivan koeficijentdifuzije kloridaSadržaj vezanih klorida pomasi cementnog gela(g Cl- /kg gel )TRAJNOST KONSTRUKCIJA IITRAJNOST KONSTRUKCIJA II1. FAZA INICIJACIJE1. FAZA INICIJACIJETRANSPORT VEZANIH KLORIDA Stupanj vezivanja klorida za cementnu pastu u vremenu• Nelinearna veza između koncentracije slobodnih i vezanih klorida Ovisi o količini slobodnih klorida te o sadržaju klorida iz okoliša∂C∂tcb= krβ( αC− C )ccbTRANSPORT TEMPERATURE Konstitutivni zakon za protok topline i očuvanje energije Pretpostavka: toplinski kapacitet i toplinska provodljivost betona konstatniparametri∂TTλΔ T + W(T) −c ⋅ ρ = 0∂ tToplinska provodljivost(W/(m·K))Toplinski kapacitet pojedinici mase betona(J/(K·kg)))Gustoća betona(kg/m3)Unutarnji izvor topline (W/m3)TRAJNOST KONSTRUKCIJA IITRAJNOST KONSTRUKCIJA II15