Construction MaterialsConstruction MaterialsСтроительные материалы0585-430X2658-6991Stroymaterialy63575210.31659/0585-430X-2024-822-3-31-36Modern concretesСовременные бетоныResearch ArticleCorrosion Resistance of Shotcrete under the Influence of Salt SolutionsКоррозионная стойкость торкрет-бетона в условиях воздействия растворов солейNovikovaU. A.НовиковаУ. А.
Russian Federation

Engineer

Инженер

uliana.a.novikova@gmail.comStrokinK. B.СтрокинК. Б.
Russian Federation

Doctor of Sciences (Economics), Advisor to the RAASN

доктор экон. наук, советник РААСН

strokin07@rambler.ruKrasilnikovaI. A.КрасильниковаИ. А.
Russian Federation

Candidate of Sciences (Engineering)

канд. техн. наук

irinanebukina@rambler.ruSakhalin State UniversityСахалинский государственный университетVladimir State UniversityВладимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых07032024331360609202406092024Copyright ©; 2024,Copyright ©; 2024, ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ"2024ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ"https://journals.eco-vector.com/0585-430X/article/view/635752

The article describes the relevance of new scientific research on the corrosion resistance of shotcrete applied as a protective coating on building structures. A formulation has been developed for five compositions of shotcrete, consisting of a basic and additional binder, fillers and hardening accelerators. The size and nature of the pores of the manufactured samples, the development of destruction by changes in mass and strength are investigated. The physicochemical features of the corrosive destruction of some shotcrete compositions in solutions of sodium sulfate and sodium chloride have been established, and the diffusion coefficients of chloride ions and sulfate ions have been determined. The numerical values of the parameters limiting the mass transfer of calcium hydroxide during corrosion of shotcrete are determined: the coefficients of mass conductivity and mass transfer.

Представлены результаты исследований коррозионной стойкости торкрет-бетона, нанесенного в качестве защитного покрытия на строительные конструкции. Разработана рецептура пяти составов торкрет-бетона, состоящего из основного и дополнительного вяжущих, заполнителей и ускорителей твердения. Исследованы размер и характер пор изготовленных образцов, развитие деструкции по изменению массы и прочности. Установлены физико-химические особенности коррозионного разрушения некоторых торкрет-бетонных составов в растворах сульфата натрия и хлорида натрия, определены коэффициенты диффузии хлорид-ионов и сульфат-ионов. Определены числовые значения параметров, лимитирующих массоперенос гидроксида кальция при коррозии торкрет-бетонов: коэффициенты массопроводности и массоотдачи.

shotcretecorrosionmass transferliquid aggressive mediumconcentrationcalcium hydroxidechloride ionssulfate ionsdiffusionторкрет-бетонкоррозиямассопереносжидкая агрессивная средаконцентрация гидроксида кальцияхлорид-ионысульфат-ионыдиффузияLesovik V.S., Fedyuk R.S., Panarin I.I. Shotcrete-concretes and injection solutions for complex repair of underground structures. Academia. Architecture and construction. 2023. No. 1, pp. 101–107. (In Russian). DOI: 10.22337/2077-9038-2023-1-101-107.Лесовик В.С., Федюк Р.С., Панарин И.И. Торкрет-бетоны и инъекционные растворы для комплексного ремонта подземных сооружений // Academia. Architecture and construction. 2023. № 1. С. 101–107. DOI: 10.22337/2077-9038-2023-1-101-107Chongming Tian, Yueping Tong, Junyuan Zhang, Fei Ye, Guifeng Song, Yin Jiang, Meng Zhao. Experimental study on mix proportion optimization of anti-calcium dissolution shotcrete for tunnels based on response surface methodology. Underground Space. 2024. Vol. 15, pp. 203–220. DOI: 10.1016/j.undsp.2023.07.002Fedosov S.V., Bulgakov B.I., Krasilnikov I.V., Hung N.X., Lam T.V. Forecast of the durability of shore structures made of reinforced concrete. Solid State Phenomena. 2022. Vol. 334, pp. 217–224. DOI: 10.4028/p-8657j1Renhe Yang, Tingshu He, Mengqin Guan, Xinqi Guo, Yilun Xu, Rongsheng Xu, Yongqi D. Preparation and accelerating mechanism of aluminum sulfate-based alkali-free accelerating additive for sprayed concrete. Construction and Building Materials. 2020. 234. 117334. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117334Stepanova V.F., Rozental N.K., Chekhny G.V., Baev S.M. Determination of corrosion resistance of shotcrete as a protective coating of concrete and reinforced concrete structures. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 8, pp. 69–72. (In Russian). DOI: 10.31659/0585-430X-2018-762-8-69-72Степанова В.Ф., Розенталь Н.К., Чехний Г.В., Баев С.М. Определение коррозионной стойкости торкрет-бетона как защитного покрытия бетонных и железобетонных конструкций // Строительные материалы. 2018. № 8. С. 69–72. DOI: 10.31659/0585-430Х-2018-762-8-69-72.Fedosov S.V., Krasilnikov I.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikova I.A. Physical features of the problems of liquid corrosion of reinforced concrete from the standpoint of the theory of heat and mass transfer. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2023. No. 19 (4), pp. 392–409. (In Russian). DOI: 10.22363/1815-5235-2023-19-4-392-409Федосов С.В., Красильников И.В., Румянцева В.Е., Красильникова И.А. Физические особенности проблем жидкостной коррозии железобетона с позиций теории тепломассопереноса // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2023. Т. 19. № 4. С. 392–409. DOI: 10.22363/1815-5235-2023-19-4-392-409Rosental N.K. Korrozionnaja stojkost’ cementnyh betonov nizkoj i osobo nizkoj pronicaemosti [Corrosion resistance of cement concrete of low and particularly low permeability]. Moscow: FSUE CPP. 2006. 520 p.Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость цементных бетонов низкой и особо низкой проницаемости. М.: ФГУП ЦПП. 2006. 520 с.Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Krasilnikova I.A. Research of physical and chemical processes in the system “cement concrete – liquid aggressive environment”. ChemChemTech. 2022. Vol. 65. No. 7, pp. 61–70. DOI: 10.6060/ivkkt.20226507.6606Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Krasilnikova I.A. Research of physical and chemical processes in the system «cement concrete – liquid aggressive environment». ChemChemTech. 2022. Vol. 65. No. 7, pp. 61–70. DOI: 10.6060/ivkkt.20226507.6606Smirnova N.N., Krasilnikov I.V. An effect of the nature of immobilized components on the adsorption and mass transfer properties of ultrafiltration membranes based on sulfonate-containing сopolyamide. Russian Journal of Applied Chemistry. 2019. Vol. 92. No. 11, pp. 1570–1580. DOI: 10.1134/S1070427219110144Smirnova N.N., Krasil’nikov I.V. An effect of the nature of immobilized components on the adsorption and mass transfer properties of ultrafiltration membranes based on sulfonate-containing сopolyamide. Russian Journal of Applied Chemistry. 2019. Vol. 92, pp. 1570–1580. DOI: 10.1134/S1070427219110144Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Krasilnikova I.A. Mathematical modeling of unsteady mass transfer in the cement concrete-liquid medium system, limited by internal diffusion and external mass transfer. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2022. No. 1–2, pp. 134–140. (In Russian). DOI: https://doi.Org/10.31659/0585-430X-2022-799-1-2-134-140Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В., Красильникова И.А. Математическое моделирование нестационарного массопереноса в системе «цементный бетон – жидкая среда», лимитируемого внутренней диффузией и внешней массоотдачей // Строительные материалы. 2022. № 1–2. С. 134–140. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-799-1-2-134-140Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Krasilnikova I.A. Mathematical modeling of mass transfer in the “cement concrete-liquid medium” system, limited by the internal diffusion of the transferred component at liquid corrosion of the first type. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2021. No. 7, pp. 4–9. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-793-7-4-9Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В., Красильникова И.А. Математическое моделирование массопереноса в системе цементный бетон–жидкая среда, лимитируемого внутренней диффузией переносимого компонента при жидкостной коррозии первого вида // Строительные материалы. 2021. № 7. С. 4–9. DОI: https://doi.Org/10.31659/0585-430Х-2021 -793-7-4-9Ayumi Manawadu, Pizhong Qiao. Cohesive fracture simulation and failure modes of shotcrete-concrete interface bond in Mode II loading. Engineering Fracture Mechanics. 2024. Vol. 299. 109959. DОI: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2024.109959Ayumi Manawadu, Pizhong Qiao. Cohesive fracture simulation and failure modes of shotcrete-concrete interface bond in Mode II loading. Engineering Fracture Mechanics. 2024. Vol. 299. 109959. DОI: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2024.109959.Fedosov S.V., Rumjanceva V.E., Krasilnikov I.V., Kas’janenko N.S. Non-stationary mass transfer in the processes of corrosion of the second type of cement concrete. Small Fourier numbers, with internal mass source. Izvestiya of higher educational institutions. Chemistry and chemical technology. 2015. Vol. 58. No. 1, pp. 97—99. (In Russian).Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В., Касьяненко Н.С. Нестационарный массоперенос в процессах коррозии второго вида цементных бетонов. Малые значения чисел Фурье, с внутренним источником массы // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2015. Т. 58. № 1.С. 97–99.Fedosov S.V., Rumjanceva V.E., Krasilnikov I.V., Kas’janenko N.S. Theoretical and experimental studies of processes of corrosion of the first kind of cement concretes in the presence of inner source of mass. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 44—47. (In Russian).Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В., Касьяненко Н.С. Теоретические и экспериментальные исследования процессов коррозии первого вида цементных бетонов при наличии внутреннего источника массы // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 44–47.Krasilnikov I.V. Determination of the parameters of the nonisothermal mass transfer process during liquid corrosion of concrete. Vestnik of the Perm National Research Polytechnic University. Applied ecology. Urbanism. 2022. No. 1, pp. 99–109. (In Russian). DOI: 10.15593/2409-5125/2022.1.09Красильников И.В. Определение параметров процесса неизотермического массопереноса при жидкостной коррозии бетонов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2022. № 1. С. 99–109. DOI: 10.15593/2409-5125/2022.1.09Fedosov S.V., Rumyanceva V.E., Krasilnikov I.V., Kasyanenko N.S. Modeling of mass transfer in the processes of corrosion of the first type of cement concrete in the “liquid–reservoir” system in the presence of an internal source of mass in the solid phase. Vestnik grazhdanskih inzhenerov. 2013. No. 2 (37), pp. 65–70. (In Russian).Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В., Касьяненко Н.С. Моделирование массопереноса в процессах коррозии первого вида цементных бетонов в системе «жидкость–резервуар» при наличии внутреннего источника массы в твердой фазе // Вестник гражданских инженеров. 2013. № 2 (37). С. 65–70. DOI: 10.1088/1757899Х/456/1/012039Fedosov S.V., Rumyanceva V.E., Krasilnikov I.V. Metody matematicheskoj fiziki v prilozhenijah к problemam korrozii betona v zhidkih agressivnyh sredah [Methods of mathematical physics in applications to the problems of concrete corrosion in liquid aggressive media]. Moscow: ASV. 2021. 246 p.Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В. Методы математической физики в приложениях к проблемам коррозии бетона в жидких агрессивных средах. М.: АСВ, 2021. 246 с.Zhang Y., Xu M., Song J., Wang Ch., Wang X., Hamad B.A. Study on the corrosion change law and prediction model of cement stone in oil wells with CO2 corrosion in ultra-high-temperature acid gas wells. Construction and Building Materials. 2022. Vol. 323. 125879. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2021.125879Zhang Y., Xu M., Song J., Wang Ch., Wang X., Hamad B.A. Study on the corrosion change law and prediction model of cement stone in oil wells with CO2 corrosion in ultra-high-temperature acid gas wells // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 323. 125879. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.125879Fedosov S.V., Roumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Konovalova V.S., Evsyakov A.S. Monitoring of the penetration of chloride ions to the reinforcement surface through a concrete coating during liquid corrosion. IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 463 (4). 042048. DOI: 10.1088/1757-899X/463/4/042048Fedosov S.V., Roumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Konovalova V.S., Evsyakov A.S. Monitoring of the penetration of chloride ions to the reinforcement surface through a concrete coating during liquid corrosion. IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2018. 463(4):042048. DOI: 10.1088/1757-899X/463/4/042048Fedosov S.V., Roumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Konovalova V.S. Physical and mathematical modelling of the mass transfer process in heterogeneous systems under corrosion destruction of reinforced concrete structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. 012039. DOI: 10.1088/1757-899X/456/1/012039Fedosov S.V., Roumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Konovalova V.S. Physical and mathematical modelling of the mass transfer process in heterogeneous systems under corrosion destruction of reinforced concrete structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. 012039. DOI: 10.1088/1757899X/456/1/012039Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Loginova S.A. Study of effect of mass transfer processes on reliability and durability of reinforced concrete structures operating in liquid aggressive media. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 12, pp. 52–57. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2017-755-12-52-57Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В., Логинова С.А. Исследование влияния процессов массопереноса на надежность и долговечность железобетонных конструкций, эксплуатируемых в жидких агрессивных средах // Строительные материалы. 2017. № 12. С. 52–57. DOI: https://doi. org/10.31659/0585-430X-2017-755-12-52-57Rumyantseva V.E., Krasilnikov I.V., Krasilnikova I.A., Novikova U.A., Strokin K.B. Changing the bearing capacity of building structures of textile and light industry enterprises. Izvestiya of higher educational institutions. Textile industry technology. 2023. No. 2 (404), pp. 218–227. (In Russian).Румянцева В.Е., Красильников И.В., Красильникова И.А., Новикова У.А., Строкин К.Б. Изменение несущей способности строительных конструкций предприятий текстильной и легкой промышленности // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2023. № 2 (404). С. 218–227.Fedosov S.V., Rumjanceva V.E., Krasilnikov I.V., Fedosova N.L. Study of diffusion processes of mass transfer during liquid corrosion of the first type of cement concrete. Izvestiya of higher educational institutions. Chemistry and chemical technology. 2015. Vol. 58. No. 1, pp. 99–104. (In Russian).Федосов С.В., Румянцева В.Е., Красильников И.В., Федосова Н.Л. Исследование диффузионных процессов массопереноса при жидкостной коррозии первого вида цементных бетонов // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2015. Т. 58. № 1. С. 99–104.