Изучение изменения агрегатного состояния жидкости, заполняющей поры капиллярно-пористого тела

Положение фронта изменения агрегатного состояния жидкости, заполняющей поры капиллярно-пористого тела, может быть выражено известным отношением


где - координата мгновенного положения фронта изменения агрегатного состояния поровой жидкости;
- время охлаждения;
- коэффициент скорости перемещения фронта изменения агрегатного состояния жидкости

 



- коэффициент теплопроводности бетона;
W- парциальная плотность компонента превращения (в данном случае влагосодержание);
r- удельная теплота фазового превращения воды в лед;
Тс - температура поверхности бетона;
Тп - температура льда.
Положение фронта изменения агрегатного состояния поровой жидкости, экранированной слоем повышенной концентрации ионов , может быть выражено следующим отношением:



где - коэффициент, определяющий скорость перемещения фронта изменения агрегатного состояния жидкости, экранированной слоем ионов повышенной концентрации ;

D - коэффициент диффузии молекул воды через слой повышенной концентрации ионов;

m - коэффициент интенсивности диффузии в капиллярно-пористом теле;

Тп - температура льда;

k - криоскопическая постоянная вещества;

С0 - концентрация раствора, насыщающего бетон.

Мгновенное положение фронта избыточной концентрации ионов или координата границы экранирующего слоя относительно координаты мгновенного положения фронта изменения агрегатного состояния поровой жидкости может быть выражено следующим соотношением:

 


где - координата мгновенного положения границы экранирующего слоя;

F - коэффициент, определяющий диффузионную проницаемость бетона при значении критерия Фурье для переноса массы, равном 1.
Уравнение для определения наиболее благоприятной температуры поверхности охлаждаемой конструкции для развития морозно-солевой коррозии имеет следующий вид:



Подставляя значения коэффициентов и и произведя некоторые преобразования, получаем формулу для определения температуры поверхности бетона Тс, при которой развивается морозно-солевая коррозия

 

 

Если температуру льда выразить через температуру равновесного состояния, равную , выражение примет следующий вид:


где - концентрация ионов в поровой жидкости непосредственно у фронта изменения агрегатного состояния жидкости.

Из вышеприведенной формулы следует, что для каждой концентрации ионов в поровой жидкости существует вполне определенная температура, которая должна поддерживаться на поверхности бетона для возникновения морозно-солевой коррозии. При температуре выше поровая жидкость не замерзает. При температуре ниже чередование талых и мерзлых прослоек по своим размерам в поперечном сечении может составлять доли миллиметра, что не всегда может вызвать гидростатическое давление, способное разрушить структуру бетона. При дальнейшем понижении температуры на поверхности бетона происходит дальнейшее вымораживание жидкости между ледяными прослойками и образование гидростатического давления, способного вызвать микротрещины. Многократное циклическое замораживание бетона с образовавшимися микротрещинами приводит к их развитию под действием кристаллизационного давления льда.

Разрушение бетона может прекратиться после удаления из поровой жидкости ионов в том случае, если размеры трещин не достигли критических. Удаление ионов повышает температуру кристаллизации поровой жидкости, снижает механическую прочность льда и величину гидростатического давления.