Как климат влияет на долговечность зданий: ответ ученых

Влажность способна радикально изменить скорость разрушения стальной арматуры внутри бетона. Расчеты ученых показали, что во влажном материале коррозия может идти до 100 раз быстрее, чем в сухом.

Местный климат может гораздо сильнее влиять на скорость коррозии стальной арматуры в низкоуглеродном бетоне, чем различия в составе самого материала

Источник: Unsplash

Специалисты Швейцарской высшей технической школы Цюриха выяснили, что местный климат может гораздо сильнее влиять на скорость коррозии стальной арматуры в низкоуглеродном бетоне, чем различия в составе самого материала. Особенно важную роль играет то, насколько часто бетон намокает и высыхает. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Производство цемента сопровождается значительными выбросами углекислого газа, поэтому строительная отрасль ищет способы снизить его использование и перейти на более экологичные материалы. Однако у низкоуглеродных видов бетона есть особенность: они часто быстрее карбонизируются. При этом CO₂ из воздуха проникает в бетон и изменяет его химический состав, из-за чего стальная арматура может потерять естественную защиту от коррозии.

Существующие стандарты в основном оценивают, насколько быстро происходит карбонизация бетона. Однако исследователи считают, что этого недостаточно: после изменения свойств бетона важно учитывать, с какой скоростью начавшаяся коррозия будет развиваться дальше. На этот процесс сильно влияет влажность.

Ученые исследовали три состава бетона и смоделировали их поведение в четырех городах с разным климатом — Цюрихе, Бергене, Манаусе и Хуайлае. Для расчетов они использовали подробные метеорологические данные и модель, которая показывает, как со временем меняется влажность внутри бетона и насколько быстро из-за этого корродирует сталь.

Действующие стандарты качества учитывают только первичный этап проникновения газов, совершенно упуская из виду скорость дальнейшего разрушения металла

Источник: Freepik

Расчеты показали, что во влажном бетоне коррозия может идти до 100 раз быстрее, чем в сухом. При этом различия между исследованными составами бетона оказались значительно менее существенными. Таким образом, один и тот же материал в разных климатических условиях может демонстрировать совершенно разную долговечность.

Особенно хорошо это видно на примере Бергена и Манауса. Оба города получают около 2500 мм осадков в год, однако расчетная скорость коррозии в них различается. Дело в том, что бетон быстро впитывает воду, но медленно высыхает. Поэтому для долговечности конструкции важна не столько общая сумма осадков или средняя влажность, сколько чередование влажных и сухих периодов.

При этом исследование не означает, что низкоуглеродный бетон в целом менее надежен или небезопасен. Некоторые из изученных материалов могут сохранять долговечность более 50 лет — в зависимости от места строительства. В будущем исследователи предлагают учитывать климатические условия конкретного региона при выборе состава бетона и разработке требований к конструкциям.

Предложенный метод пока не готов к практическому применению: модель необходимо дополнительно проверять на реальных сооружениях. В перспективе ученые хотят создать более простой способ оценки долговечности новых видов бетона, который позволит учитывать климатические условия и прогнозировать поведение конструкций на протяжении десятилетий.

Ранее уральские ученые нашли способ удешевить строительство зданий в два раза.