Несущая способность полимеркомпозитно усиленных изгибаемых железобетонных элементов в условиях воздействия коррозионной среды

Проблема обеспечения долговечности железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных средах, остается чрезвычайно актуальной. Коррозия арматуры, вызванная воздействием хлоридов, приводит к значительному снижению несущей способности и требует дорогостоящего ремонта. Перспективной альтернативой традиционным методам усиления стальными элементами является применение композитных материалов на основе углеродного волокна (CFRP), обладающих высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Однако их долговечность в условиях длительного воздействия агрессивных сред изучена недостаточно. Целью данного исследования являлась экспериментальная оценка эффективности усиления изгибаемых железобетонных элементов углепластиком и влияния на них хлоридсодержащей среды. Методика включала испытания серий балок с различной схемой армирования: без усиления, усиленные до коррозии и усиленные после предварительного коррозионного воздействия. Для ускоренной коррозии применялся электрохимический метод. Результаты подтвердили, что коррозия арматуры снижает несущую способность балок на 50–60 %. Усиление CFRP позволило повысить ее на 52 %, изменив характер раз-рушения с нормального на наклонное сечение. Ключевым выводом является то, что внешнее композитное армирование эффективно защищает конструкцию, однако повторная коррозия усиленного элемента вызывает рост внутренних напряжений и образование трещин в бетоне из-за накопления продуктов коррозии. Исследование подчеркивает необходимость учета этих факторов для обеспечения долговечности усиленных конструкций. 

1. Coppola L., Kara P., Lorenzi S. The Improvement of Durability of Reinforced Concretes for Sustainable Structures : a Review on Different Approaches // Applied Sciences. 2022. Vol. 12. No. 8. P. 4028. DOI: 10.3390/app12084028

2. Building Research Establishment. Corrosion of Steel in Concrete. BRE Digest 444. Watford : BRE, 2000. 8 p.

3. Local Surveyors Direct. Durability of Reinforced Concrete. Part 1 // Technical Report. 2007. URL: https://www.localsurveyorsdirect.co.uk/durability-reinforced-concrete-part-1

4. Бондаренко В.М. Феноменология кинетики повреждений бетона железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в агрессивной среде // Бетон и железобетон. 2008. № 2. С. 25–27.

5. Римшин В.И., Сулейманова Л.А., Амелин П.А. Прочность нормальных и наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов, поврежденных коррозией и усиленных внешним композитным армированием // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2025. № 1. С. 117–127. DOI: 10.34031/2071-7318-2024-10-1-117-127. EDN SUOQOD.

6. Римшин В.И., Сулейманова Л.А., Амелин П.А., Аноприенко Д.С. Конечно-элементное моделирование напряженно-деформированного состояния изгибаемых железобетонных элементов в хлоридной агрессивной среде // Строительная механика и конструкции. 2025. № 1 (44). С. 40–51. DOI: 10.36622/2219-1038.2025.44.1.004. EDN PUFRJA.

7. Колчунов В.И., Губанова М.С. Напряженно-деформированное состояние нагруженного и коррозионно-поврежденного железобетона в зоне наклонных трещин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2016. № 2 (42). С. 11–22. EDN WAESTL.

8. Tamrazyan A.G., Lushnikova V.Y. The effect of reinforcement corrosion on the adhesion between rein-forcement and concrete // Magazine of Civil Engineering. 2018. No. 4 (80). Pр. 128–137. DOI 10.18720/MCE.80.12. EDN XYLDVB.

9. Смоляго Г.А., Фролов Н.В. Современные подходы к расчету остаточного ресурса изгибаемых железобетонных элементов с коррозионными повреждениями // Вестник ТГАСУ. 2019. № 6. С. 88–100.

10. Овчинников И.И., Тао Чэнь, Овчинников И.Г. Вероятностное моделирование поведения армированных мостовых конструкций в агрессивных условиях эксплуатации // Транспортные сооружения : интернет-журнал. 2017. Т. 4. № 4.

11. Селяев В.П., Селяев П.В., Алимов М.Ф., Сорокин Е.В. Оценка остаточного ресурса железобетонных изгибаемых элементов, подверженных действию хлоридной коррозии // Строительство и реконструкция. 2017. № 6 (74). С. 49–58.

12. Леонович С.Н., Степанова А.В. Деформирование и разрушение железобетонных конструкций: моделирование в условиях хлоридной коррозии // Вестник Белорусского государственного университета транспорта: наука и транспорт. 2012. № 1 (24). С. 81–83.

13. Римшин В.И., Варламова А.А. Модели поведения бетона. Общая теория деградации : монография. 2-е изд., доп. М. : ИНФРА-М, 2023. 439 с. DOI: 10.12737/1853676

14. Antoshkin V.D., Erofeev V.T., Travush V.I. et al. The problem optimization triangular geometric line field // Modern Applied Science. 2015. Vol. 9. No. 3. Pр. 46–50. DOI: 10.5539/mas.v9n3p46

15. Клевцов В.А., Коровин Н.Н. Разработка, исследование, диагностика и усиление железобетонных конструкций // Бетон и железобетон. 1997. № 5. С. 21–22.

16. Меркулов С.И., Татаренков А.И., Стародубцев В.Г. Усиление железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2017. № 4 (992). С. 41–43.

17. Шилин А.А., Пшеничный В.А., Картузов Д.В. Усиление железобетонных конструкций композиционными материалами. М. : Стройиздат, 2004. 144 с.

18. Чернявский В.Л., Аксельрод Е.З. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами // Жилищное строительство. 2003. № 3. С. 15–16.

19. Римшин В.И., Меркулов С.И., Есипов С.М. Бетонные конструкции, усиленные композитным материалом // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2018. № 2 (35). С. 93–100. DOI: 10.5281/zenodo.1286034

20. Георгиев С.В., Польской П.П., Маилян Д.Р. Особенности работы под нагрузкой сжатых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами. Ростов н/Д : Донской государственный технический университет, 2021. 114 с.

21. Римшин В.И., Меркулов С.И. К вопросу усиления железобетонных конструкций внешним армированием композитным материалом // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Т. 20. № 5. С. 92–100.

22. Бондаренко В.М., Римшин В.И. Диссипативная теория силового сопротивления железобетона. М. : Студент, 2015. 110 с.

23. Маилян Д.Р., Польской П.П., Михуб А. Вопросы исследования прочности нормальных сечений балок, усиленных различными видами композитных материалов // Инженерный вестник Дона. 2013. № 2. С. 99.

24. Toutanji HA. Durability characteristics of concrete beams externally bonded with FRP composite sheets // Cement and Concrete Composites. 1997. Vol. 19. No. 4. Pр. 351–358. DOI: 10.1016/S0958-9465(97)00028-0

25. Chotickai P., Bowman M.D. Performance of Reinforced Concrete Beams Strengthened with CFRP Composite in Corrosive Environment // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 250–253. Pр. 3706–3714. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.250-253.3706

26. Fazli H., Yassin A.Y.M., Shafiq N., Teo W. The Behavior of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) Strengthened Beams Under a Marine Environment // Geomaterials. 2017. Vol. 7. No. 4. Pр. 52–58.

27. Al-Osta M.A., Kharma K.M., Ahmad S., Maslehuddin M., Al-Huri M., Khalid H.M. Strategies for strengthening of corroded reinforced concrete beams using CFRP laminates and UHPC jacketing // Structural Concrete. 2023. Vol. 24. No. 1. Pр. 612–636. DOI: 10.1002/suco.202200211

28. Ofoegbu S.U., Ferreira M.G.S., Zheludkevich M.L. Electrochemical characterization and degradation of carbon fiber reinforced polymer in simulated marine environments // Materials Degradation. 2022. Vol. 6. No. 39. DOI: 10.1038/s41529-022-00261-1