Деградация железобетона и железобетонных конструкций в морской среде. Часть 2. Обзор теоретических исследований *

РЕФЕРАТ. В статье проанализированы опубликованные зарубежные обзорные работы в области деградации бетона, железобетона и железобетонных конструкций, эксплуатируемых в агрессивной морской среде. Наибольшее внимание уделено обзорам за последние 5 лет в области коррозии бетона и арматуры. В первой части статьи описаны эмпирические методы ее изучения и приведены данные, полученные с их использованием. Вторая ее часть содержит результаты теоретических исследований, а также применения методов компьютерного моделирования и искусственного интеллекта.

Ключевые слова: железобетон, арматура, коррозия, морская среда.

Keywords: reinforced concrete, reinforcement, corrosion, marine environment.

1.3. Этап теоретических методов

Накопление эмпирических данных о коррозии бетона и арматуры стало стимулом развития теоретических моделей. Однако усложнение моделей, основанных на законах Фика, затруднило их практическое применение. Этому способствовало также применение новых добавок и компонентов бетона, включая отходы производства. Кроме того, в связи с ужес­точением экологических требований и ростом объемов морского строительства периодически предпринимаются попытки применять для затворения бетонной смеси морскую воду.

В работе [1] рассмотрены механизмы разрушения бетонных конструкций в морской среде, изучены причины сульфатной и магнезиальной коррозии бетона, а также воздействие хлоридов на арматуру. Описаны преимущества замещающих цемент материалов, таких как зола-унос, природные пуццоланы и шлак.

В работе [2] (анализ 172 источников) оценена долговечность железобетона и железобетонных конструкций на основе концепции жизненного цикла с использованием различных показателей: лабораторных параметров, расчетного срока службы, состава и количества компонентов бетона. Полученные результаты оценки могут различаться на порядок. Согласно стандарту ИСО 14040, методология жизненного цикла включает четыре фазы: 1) определение цели и предмета исследований, 2) анализ ресурсов, 3) анализ воздействий, 4) интерпретацию результатов и формирование отчетности. На этой основе, а также в рамках системы проектирования по эксплуатационным показателям эффективности строительного объекта, предлагается обеспечивать долговечность и экологичность конструкций.

В статье [3] представлен обзор влияния газовой обработки на изменение состава и свойств заполнителей для вторичного использования, а также на морозостойкость и огнестойкость бетонов. Приведены сведения о механизмах разрушения и способах повышения долговечности бетонов на вторичном заполнителе.

В статье [4] выполнен обзор 116 публикаций об использовании низкоуглеродных высокотехнологичных бетонов на основе оценки жизненного цикла их компонентов (вяжущих, заполнителей и арматуры) по индексу и объему выбросов CO₂, а также по энергопотреблению. Такие бетоны характеризуются долговечностью, низкой проницаемостью, высокой ударной стойкостью, хорошей пластичностью и устойчивостью к коррозии при обеспечении прочности на сжатие свыше 120 МПа. Наилучшие показатели демонстрирует геополимерный высокотехнологичный бетон. Предлагается применять новые вяжущие и гранулы из вторичных заполнителей для замены цемента и снижения выбросов парниковых газов в рамках экономики замкнутого цикла. Высокотехнологичные бетоны содержат 800—1100 кг/м³ вяжущего, т. е. в 3—4 раза больше, чем обычные бетоны, что увеличивает их углеродный след.

В работе [5] представлен анализ 239 источников в части методологий оценки жизненного цикла строительных материалов. Выделены следующие показатели этого цикла у бетона: энергопотребление, эмиссия газов (CO₂, CH₄ и N₂O), водопотребление, расход дорогостоящих компонентов бетонной смеси, объем отходов, влияние на окружающую среду и здоровье населения, использование возобновляемых ресурсов.

Применение методологии жизненного цик­ла дает целостное представление о воздей­ствии бетона на окружающую среду, предполагает устойчивое проектирование и принятие решений, улучшение экологических показателей и коммуникаций между заинтересованными сторонами, снижение затрат и ресурсоэффективность, идентификацию потенциальных областей для оптимизации и минимизации отходов, снижение эксплуатационных расходов, улучшение управления ресурсами, повышение экономической эффективности проекта и прозрачность принятия решений.

Недостатки методологии жизненного цикла:

• сложность обеспечения доступности и качества данных (пробелы в данных, несоответствия и неопределенности);
• использование упрощенных моделей для представления сложных систем влияет на точность и репрезентативность оценок;
• определение границ жизненного цикла сис­темы является субъективным решением (возможны ошибки);
• фокусировка на воздействиях на окружаю­щую среду не позволяет учесть социальные и экономические аспекты;
• консервативность применяемых решений и ограниченность оценок такого воздей­ствия приводят к различиям в выводах и рекомендациях;
• необходимость значительных затрат времени и привлечения специалистов высокой квалификации;
• необходимость постоянно обновлять базы данных;
• низкая эффективность коммуникаций.

Подробно рассмотрены социальные аспекты и вред окружающей среде. В настоящее время проводится интеграция методологии жизненного цикла с технологиями информа­ционного моделирования сооружений для совершенствования процессов принятия решений и учета социальных и экономических аспектов. Отмечена важность устранения пробелов в данных и повышения доступности баз данных по жизненному циклу. Таблично-графическая информация, собранная по про­смотренным статьям, полезна для исследователей, практиков и лиц, принимающих решения в области устойчивого строительства.

В работе [6] выполнен обзор статей в области оптимизации жизненного цикла и стратегий экологической безопасности. Рекомендовано разработать стандартные методы анализа чувствительности и оценки неопределенности с использованием стохастического подхода. Полученные результаты выявляют пробелы, которые необходимо устранить.

В работе [7] выполнен анализ исследований (124 источника) по нескольким механизмам деградации конструкций железобетонных мостов: карбонизации бетона, трещинообразованию, коррозии арматуры, замораживанию—​оттаиванию. Рассмотрены критерии долговечности, способы ее определения и влияю­щие факторы: идентификация механизмов деградации, долгосрочное прогнозирование, целостность материала, мониторинг качества конструкций, экономическая эффективность, внешние нагрузки. Отмечен многофакторный взаимосвязанный эффект действия агрессивных агентов, рекомендована система обеспечения долговечности. Описаны тенденции в области интеллектуального мониторинга состояния объектов и применения цифровых технологий в ходе их эксплуатации и технического обслуживания. Предложена комплексная система обслуживания и контроля, охватывающая все этапы жизненного цикла. Применение высокотехнологичных бетонов позволяет увеличить прочность и срок эксплуа­тации конструкций. Дополнительные факторы повышения долговечности — ​оптимизация самих конструкций, жесткий контроль качества строительства и внедрение интеллек­туальных технологий. Однако надежная модель долговечности высокотехнологичных бетонов отсутствует.

В работе [8] анализ 43 источников по исследованию железобетонных понтонов морских ветроэнергетических установок позволил установить, что современные морские высокотехнологические бетоны низкой проницаемости обеспечивают высокую долговечность конструкций. Описана модель развития коррозионных потерь в зависимости от периода твердения и проницаемости бетона. Выявлено, что к факторам повышения долговечности относятся снижение скорости миграции ионов и рост гидравлического сопротивления при экстремальных волновых нагрузках. Чтобы повысить долговечность и экологичность, можно добавлять в бетон местные материалы (например, порошок из ракушек), ингибиторы коррозии и уплотнители, а также наносить защитные покрытия.

В работе [9] выполнен обзор 50 исследований прочности и срока службы морских бетонных конструкций в прибрежных условиях северо-востока Китая. В этих исследованиях теория надежности интегрирована с модифицированной моделью хлоридной диффузии. Для повышения долговечности предложено сочетать защиту поверхности и оптимизацию по критическому содержанию хлоридов и коррозионной стойкости арматуры. Отмечены большие различия во времени начала коррозии в разных зонах сооружения: при вероятности коррозии менее 5 и 10 % срок эксплуатации стальной арматуры в воздушной, брызговой, приливной и подводной зонах составляет соответственно 19,6—22,0; 11,9—13,4; 10,7—12,0; 26,2—29,3 лет. Защитные покрытия недолговечны, более эффективна технология полимерных покрытий и ингибиторов коррозии — ​за исключением зон брызг и приливов, где следует использовать коррозионностойкую арматуру.

В обзоре [10] (133 источника) рассмотрены последние достижения в области нанесения экологичных защитных покрытий и про­анализированы методы контроля целостности конструкций. Описаны инновационные материалы, способы нанесения покрытий и методы неразрушающего контроля. Для оптимизации защиты и диагностики эффективно встраивание датчиков в покрытие конструкций. Подробно рассмотрены схемы и средства реализации этих предложений.

Долговечность морского железобетона рассмотрена в обзоре [11] (149 статей). Отмечено, что в зоне переменного уровня контакта бетонной конструкции с водной средой деградация происходит преимущественно на поверх­ности бетона. Предложена концепция, в рамках которой на этой поверхности формируется покрытие путем химической стабилизации гидратных фаз цемента и самозалечивания при интеллектуальном контроле щелочности бетона. Добавки золы, гранулированного доменного шлака, кремнезема, а также метакао­лина и некоторых природных пуццолановых материалов повышают стойкость к хлоридной агрессии. Следует учитывать различные виды эрозии, вызываемой потоками омывающей воды (например волнами). Экспериментально доказана эффективность использования алкилтриэтоксисилана для создания гидрофобной поверхности и неорганической антикоррозийной добавки нитрита кальция в качестве ингибитора коррозии. Предложено использовать одинаковую искусственную морскую воду в лабораторных испытаниях образцов различных составов, чтобы можно было сравнивать результаты испытаний.

В работе [12] изучены 33 статьи о хлоридной, сульфатной и биокоррозии и о влиянии на них влажности, колебаний температуры и воздействия морской среды. Изучены эффективные стратегии снижения обусловленного этими процессами ущерба путем применения самовосстанавливающегося бетона, ингибиторов коррозии и защитных покрытий. Рекомендовано проводить мониторинг с использованием методов неразрушающего контроля.

В работе [13] изучены 53 статьи, посвященные влиянию трещин на коррозию с учетом состава смеси, условий воздействия, густоты сети трещин, их ориентации и ширины, а также толщины защитного покрытия. Наиболее важной характеристикой считается ширина трещины, однако в нормах ACI 224, AASHTO LRFD, Еврокод 2, fib Model Code, BS8110 и др. указан диапазон критической ширины 0,1—0,4 мм, что неприемлемо для практики. В составленной сводной таблице по результатам 25 испытаний есть противоречивые результаты. Можно заключить, что связь между критической шириной трещин, диффузией хлорид-ионов и коррозией арматуры сложная: она зависит от времени инициирования коррозии, вида бетона и арматуры, уровня напряжений в арматуре и продолжительности эксперимента. В 64 % исследований показано, что глубина нейтрализации хлорид-ионов является функцией ширины трещины, особенно если этот параметр больше 0,2 мм. При его меньшем значении коррозия замедляется из-за самозалечивания трещин и их заполнения продуктами коррозии, что затрудняет доступ кислорода и хлоридов. Сравнивая результаты испытаний, необходимо учитывать вид деформации конструкции и наличие усадочных трещин. Важны натурные испытания, так как при них, например, могут возникать концевые трещины в сборной конструкции с преднапряжением, что требует проводить электрохимические исследования коррозии.

В работе [14] на основе анализа 119 источников рассмотрены виды коррозии и факторы, влияющие на этот процесс, а также методы оценки состояния конструкций подводных трубопроводов.

В работе [15] указано, что причинами миграции хлорид-ионов являются некачественное уплотнение, дефекты покрытия, усадка бетона и щелочно-кремнеземные реакции. Даже при высоких значениях pH из-за микропустот возникает точечная коррозия и ускоряется растворение гидроксида кальция. Однако даже при высокой концентрации хлорид-ионов коррозия практически не происходит, если обеспечены низкая водопроницаемость цементного камня и контактных слоев, а также отсутствие трещин.

Обзор деградационных моделей выполнен в работе [16]. Для прогнозирования износа арматуры применены искусственные нейронные сети, что позволило выявить скрытые закономерности в базе данных. Обобщены проб­лемы, связанные с обслуживанием морских сооружений, включая усовершенствование технологий мониторинга коррозии с учетом глобального потепления.

Обзор 127 исследований хлоридной агрессии в высокотехнологичных бетонах представлен в работе [17]. Рассмотрены факторы, влияю­щие на коэффициент диффузии и проч­ность бетона: водоцементное отношение (В/Ц), ввод добавок, вид арматуры, температура гид­ратации, эксплуатационные условия (морская среда) и другие. Отмечена необходимость учитывать при расчете комбинированное дей­ствие различных агрессивных факторов.

В работе [18] рассмотрены 84 статьи, в которых представлены исследования механизма хлоридной агрессии и способов ее снижения. Отмечено различие результатов лабораторных и натурных испытаний. Требуется развивать технологии производства низкоуглеродных и экологичных бетонов.

В работе [19] выполнен анализ 184 статей о коррозии мостов (карбонизации, воздей­ствии хлорид–ионов, циклическом замораживании—​оттаивании и сульфатной агрессии). Описан метод испытаний, позволяющий изучать совместное воздействие усталостной нагрузки и коррозии, а также строить модель долговечности, учитывающую усталостные дефекты. Следует заменить методику поочередных испытаний на усталость и коррозию совместными испытаниями. При таких испытаниях выявлено образование радиальных трещин не только вблизи контактных слоев, но и от пор в цементном камне. Замораживание—​оттаивание и влагоперенос ускоряют усталостное трещинообразование.

В работе [20] рассмотрены 55 статей о прогнозировании профилей концентрации хлоридов в бетоне с трещинами в зависимости от следующего: времени экспозиции, температуры, относительной влажности, В/Ц, пористости, извилистости капиллярных пор, содержания заполнителей, а также от внешних факторов, таких как концентрация CO2. Трещинообразование значительно ускоряет коррозию. Отмечено влияние климата на концентрацию хлоридов в бетоне.

В работе [21] проведен критический обзор различных моделей для прогнозирования времени начала коррозии. Способность бетона связывать хлорид-ионы и коэффициент диффузии со временем снижаются. Таким образом, уравнение, учитывающее влияние связывания хлоридов и изменение коэффициента диффузии хлоридов, позволяет точнее прогнозировать их концентрацию, чем второй закон Фика.

В работе [22] дан анализ 60 статей и 38 расчетных моделей из четырех баз данных (про­смотрена 1381 публикация): Engineering Vil­lage, ScienceDirect, Scopus и Web of Science. Интерес к вопросу коррозии морского бетона резко возрос с 2008 года. Наиболее популярны модели, разработанные на основе второго закона Фика и программного комплекса Life‑365.

В работе [23] изучены 92 статьи по исследованию миграции хлорид-ионов на основе модифицированных законов диффузии и моделей переноса нескольких агрессивных агентов с целью описания, анализа и классификации результатов. Составлена сводная таблица моделей: детерминированных и вероятностных, эмпирических, аналитических и численных. Большинство моделей основано на втором законе Фика: 76 % моделей являются детерминированными, 72 % — ​аналитическими. Среди вероятностных наиболее часто используется метод Монте-Карло. Проанализированы методы расчета коэффициента диффузии, величины хлоридного порога, а также такие факторы, как водонасыщенность бетона, связывание хлорид-ионов, трещины, направление миграции хлоридов и др.

Основные допущения, принимаемые в расчетах:

• начальное условие моделирования — ​отсутствие хлорид-ионов;
• механизм переноса — ​диффузия;
• инициация коррозии арматуры начинается, когда достигнут хлоридный порог у ее поверхности.

Вероятностное моделирование трудоемко и требует большого объема информации, который можно получить путем мониторинга.

Выполненный в работе [23] анализ методов расчета позволил выявить влияние входных параметров на период развития хлоридной агрессии, зависящий от эффективного коэффи­циента диффузии, поверхностной концентрации хлорид-ионов, внешних условий и взаимного влияния факторов.

В работе [24] выполнен обзор 92 статей о хлоридном пороге, опубликованных на китайском языке с 1960-х годов. Отмечен большой разброс значений этой величины в связи с большим числом влияющих факторов, включая напряженное состояние арматуры. Хлоридный порог увеличивается с ростом pH.

Обзор 182 статей в работе [25] посвящен теме коррозии в зоне переменного уровня и зоне брызг. Приведены сведения о характеристиках бетона, условиях и продолжительности воздействия и других факторах, влияющих на перенос хлорид-ионов, а также результаты анализа микроструктуры и продуктов коррозии. Рассмотрены эмпирические (основанные на законе Фика) и физические модели, которые учитывают влияние влагопереноса, карбонизации, растрескивания и других факторов на модель конвективно-диффузионного переноса.

В работе [26] изучалась скорость осаждения хлоридов на мокрой поверхности столбов типа «свеча», изготовленных из трех видов бетонных смесей и расположенных на четырех разных расстояниях от моря. На основании обзора 47 работ рекомендовано использовать данный показатель для оценки долговечности железобетона в зоне всплесков и прибрежной зоне. Его значения составляли 120—500 мг/м² в сутки.

В работе [27] выполнен обзор 113 статей по теме щелочно-кремнеземных реакций в бетоне, вызывающих внутренние трещины. Для инициирования и поддержания таких реакций необходимы определенные термовлажностные условия. Результат — ​трещинообразование из-за расширения образующегося геля. Реакции можно только замедлить путем ввода дополнительных вяжущих и соединений лития. Также помогает ограничение влажности путем нанесения покрытий, герметиков или пропитки литиевым составом, однако срок их работоспособности исчисляется лишь несколькими годами.

Чтобы оценить возможность достичь порогового уровня влажности (80 %, по мнению большинства ученых), измеряют влажность воздуха и бетона, температуру и другие параметры, влияющие на кинетику реакций. Температура играет двойную роль: при ее повышении ускоряется растворение кремнезема и диффузию ионов, но одновременно возрас­тает поглощение влаги воздухом. Поэтому данный вопрос требует дальнейшего изучения. Влага в бетоне может быть химически или физически связанной и капиллярной. Используемые методы измерения влажности косвенны; единственным надежным методом остается гравиметрический, но он предполагает разрушение образца.

В работе [28] изучены 112 источников и отмечено, что многие исследователи считают эффективным измерение относительной влажности в порах. На это указано также в работе [29].

В работе [30] выполнен анализ моделей комбинированного действия сульфатов и циклов увлажнения—​высыхания. Эффект от сульфатов аналогичен карбонизации: из-за образования кристаллов сульфата натрия пористость временно уменьшается, но затем расширяются поры и ослабляется структура. Циклические воздействия значительно влияют на интенсивность ионообменных процессов. В данной работе изучены допущения в моделях переноса сульфат-ионов и кристаллизации.

В работе [31] проанализирована чувствительность различных факторов, влияющих на коррозию морского бетона.

В работе [32] выполнен анализ доступных статистических данных, собранных из 60 ис­точников и полученных на 443 опытных образцах. Найдено, что потеря 1 % массы образца из-за коррозии арматуры приводит к снижению его прочности, характеризуемой пределом текучести, пределом прочности и относительным удлинением, на 1,34; 1,30 и 3,54 % соответственно. Коррозия арматуры неравномерна, и если принимать коррозию равномерной, то несущая способность арматуры будет завышена. Для арматурных стержней диаметром 8—25 мм рекомендуется учитывать как точечную коррозию, так и снижение пластичности стали. Потеря прочности (снижение предела текучести и предела прочности) линейно зависит от степени коррозии. Установлена экс­поненциальная корреляционная зависимость между средней потерей массы и предельной деформацией.

В работе [33] выполнен на основе 101 ис­точника анализ долговечности морского бетона. Ряд исследований показывают, что конструкции 80 % причалов КНР имеют признаки коррозии, причем срок экс­плуатации части из них не превышает 10 лет. Ежегодный экономический ущерб, вызванный коррозией стальной арматуры, составляет более EUR 14,3 млрд. Приведены результаты исследований влияния добавок (фибры, нанодобавок, золы-уноса и др.) на коррозионную стойкость морского железобетона, причем кроме хлоридной/сульфатной коррозии учитывалось увлажнение—​высыхание в приливной зоне. Обобщены совместные исследования хлоридной агрессии и карбонизации, а также трехфакторные исследования (хлоридная агрессия, карбонизация и циклы увлаж­нения—​высыхания). Интерпретировать результаты испытаний в этом случае существенно сложнее, поэтому рекомендуется проводить длительные испытания в лаборатории и в полевых условиях на побережье и сравнивать результаты. Это позволит улучшить методику ускоренных испытаний и определить корреляционные зависимости между износом бетона после таких испытаний и в естественных условиях. Предложены меры, направленные на повышение долговечности бетона: контроль водоцементного отношения (В/Ц) и применение защитных покрытий. Рекомендовано расширить исследования мик­роструктуры бетона, биокоррозии (наносящей большой ущерб сооружениям в теплых морях), а также возможности применения морской воды и морского песка с целью снизить нагрузку на окружающую среду.

В работе [34] выполнен обзор 80 статей, посвященных исследованию бетонов с повторно используемым крупным заполнителем, обработанным методом ускоренной карбонизации. Чтобы подтвердить улучшение свойств железобетона, выполнялись испытания в условиях имитируемой морской среды с чередующимися циклами увлажнения—​высыхания, при этом определяли хлоридные профили и характеристики переноса. В результате карбонизации плотность бетона увеличилась на 2—4 %, водопоглощение снизилось примерно на 16—22 %, а стойкость к хлоридной агрессии повысилась. По расчетным данным, срок эксплуатации бетона увеличился на 28 %. Таким образом, повторное применение крупного заполнителя, обработанного путем карбонизации, эффективно.

В работе [35] изучены 163 источника и сделан вывод о том, что отсутствует надежная модель биокоррозии. Для защиты от нее используют две группы методов: биоцидные и методы повышения биостойкости бетона. Однако они не обеспечивают полной и долговечной защиты и наносят вред окружающей среде.

В обзоре [36] (193 статьи) изучены механизмы биокоррозии, зависящие от гидродинамической картины и принимаемых мер защиты. Биокоррозия изменяет состав и микроструктуру бетона, снижая его прочность.

В работе [37] выполнен обзор 130 источников, в которых исследовано обрастание водорослями бетонных конструкций в море. Обоб­щены деградационные механизмы коррозии в зависимости от адгезии и в сочетании с физической и химической коррозией. Выполнен анализ методов защиты от биообрастания.

Обзор 68 работ в области динамического поведения бетонов выполнен в работе [38]. Сделан вывод о том, что имеется взаимосвязь между динамической прочностью на сжатие, характеристиками деформации, модулем упругости и энергией диссипации, зависящая от скорости деформации, однако мало исследований динамических свойств при растяжении бетона.

В обзорной статье [39] подведены итоги экс­периментальных исследований динами­ческой прочности бетона на растяжение, выполненных в 1986—2013 годах. Вывод — ​взаимосвязи зависят от типа испытаний, параметров установки и внешних условий. Динамические модели различных исследователей показывают разную зависимость прочности от скорости деформации.

Обзор 111 источников в работе [40] показал, что статическая прочность влажного бетона на сжатие ниже, чем у сухого, однако модуль упругости выше. С увеличением скорости деформации прочность на сжатие влажных и сухих бетонов повышается, а чувствительность влажного бетона к деформации выше, чем у обычного бетона. Характеристики пористой структуры сильно влияют на статическую прочность влажного бетона. Повышение его динамической прочности обусловлено совместным влиянием изменяющегося расхода цемента, эффекта Стефана и давления порового раствора. При исследованиях в этой области следует использовать метод рентгеновской дифракции, компьютерную томографию и методы неразрушающего контроля.

Для снижения неопределенностей моделей долговечности и деградационных моделей в работе [41] предложена их калибровка по результатам обследования и мониторинга на основе вероятностной модели и байесовского метода.

В работе [42] выполнен обзор 149 источников по теме абразивной и кавитационной эрозии железобетона ГТС в подводной зоне и зоне переменного уровня. Учтено множество факторов физической, химической и механической коррозии, изменяющих состояние поверхности конструкций, массу, модули деформаций и прочность морского бетона на сжатие или изгиб.

В работе [43] дан анализ того, как действуют средства повышения долговечности и показателей механических свойств морского бетона: воздухововлекающие добавки, замедлители твердения, минеральные добавки (известь, шлак, зола-унос), кремнезем, нанодобавки (нано-SiO2, нано-TiO₂, нано-CaCO₃, нано-Al₂O₃), а также фибра и другие армирую­щие элементы.

В работе [44] обобщены результаты теоретических исследований (145 статей) по состоя­нию на 2020 год. Сделаны следующие выводы: основная причина коррозии — ​действие хлорид- и сульфат-ионов; основные средства ее снижения — ​покрытия, низкое В/Ц, спе­циальные вяжущие, добавки и ингибиторы коррозии. В будущем проблемы коррозии будут усугубляться из-за глобального потепления и усиления внешних воздействий. Учитывая рост выбросов CO₂ при производстве цемента, необходимо частично или полностью заменять его другими вяжущими, применять коррозионностойкие материалы для изготовления арматуры, в том числе композитную арматуру и сплавы цветных металлов, а также анодную защиту.

В работе [45] выполнен анализ 113 статей о влиянии влажности и температуры на протекание щелочно-кремнеземных реакций и образование дефектов микроструктуры. Для уменьшения агрессивных воздействий применяют золу-унос и соединения лития. Влажность важна в связи ее влиянием на перенос ионов. Порог относительной влажности 80 % определяет инициацию и поддержку щелочно-кремнеземной реакции.

Выбор метода измерения относительной влажности или степени насыщения капилляров зависит от рассматриваемого типа влаги (водяной пар или поровый раствор). Наиболее точные результаты измерения влажности бетона позволяет получить гравиметрический разрушающий метод. Определяется масса образца до и после сушки, а также после погружения образца в воду, при котором происходит капиллярное водопоглощение. Расширение продуктов щелочно-кремнеземной реакции ускоряется с ростом температуры, но этот эффект может ослабевать при более высоких ее значениях. Зависимость между температурой и расширением сложна и нелинейна. Необходимо исследовать развитие рассматриваемых процессов во времени.

В последние годы большое внимание стали уделять повторному использованию бетонных отходов. В работе [46] выполнен обзор 48 исследований по тематике повторного применения заполнителей бетона и прогнозирования долговечности таких материалов детерминированными, вероятностными и интеллектуальными методами с использованием моделей Fib, Сяо и Лэя для карбонизации, законов Фика и уравнений Пуассона—Нернста—Планка.

В работе [47] на основании обзора 473 статей установлено, что механизм коррозии определяется неоднородностью состава, структуры и свойств материала арматуры, а также внешними факторами. Важную роль играют состояние поверхности стали и локальные неоднородности на границе сталь—​бетон, а также доступ порового раствора через капиллярно-поровую структуру бетона и контактные слои вокруг арматурных стержней. Следует учитывать наличие соединенных арматурных стержней с различными свойствами. Целесообразно определять поляризационное сопротивление материала, так как это дает количественную информацию о скорости коррозии. При равномерной коррозии достаточно трех­электродной схемы, однако в полевых испытаниях она не работает, поэтому рекомендуется четырехэлектродная схема без подключения арматуры.

В работе [48] выполнен обзор исследований контроля коррозии металлической арматуры в электролитах, тонкая прерывистая пленка которых присутствует на поверхности бетона во влажной атмосфере. Для надводной зоны используют методы спектроскопии электрохимического импеданса, измерения элек­тро­химического шума, электрического сопротивления, микробалансировки кварцевых резонаторов, датчики радиочастотной идентификации, волоконно-оптические датчики коррозии и респирометрии. Методы сравнивались с точки зрения чувствительности, простоты настройки приборов и обработки данных, а также способности выявлять основные механизмы коррозии. Сделан вывод, что оптимален электрохимический метод, а метод измерения электросопротивления прост и универсален, т. е. подходит для большинства условий испытаний.

В работе [49] сравниваются современные методы косвенного контроля атмо­сферной коррозии материалов по следующим критериям: чувствительность, выявляемые механизмы коррозии, стоимость применения:

• волоконно-оптические датчики коррозии (fiber-optic corrosion sensors, FOCS) широко используются на практике, так как они нечувствительны к электромагнитным помехам, имеют малые габариты и малую потерю сигналов;
• датчики электрического сопротивления (electric resistance, ER) применяются для оценки скорости коррозии на основании показателей потери металла;
• атмосферный мониторинг коррозии (atmo­spheric corrosion monitoring, ACM) используется для оценки агрессивности среды и прогнозирования скорости разрушения металлов;
• электрохимическая импедансная спектроскопия (electrochemical impedance spectro­scopy, EIS) применяется для анализа ком­плексного сопротивления (импеданса) электрохимических систем;
• измерение электрохимического шума (elec­trochemical noise, EN) используется для оценки колебаний тока и потенциалов в электрохимической системе (кинетики процессов);
• метод пьезокварцевого микровзвешивания (quartz crystall balance, QCM) применяется для оценки изменений массы на поверх­ности пьезокристалла из-за химических реакций, адсорбции, роста пленок и взаимодействий на границе раздела фаз;
• респирометрия используется для оценки биокоррозии — ​измеряются показатели потребления кислорода, выделения CO₂ морскими организмами и др.

Перспективы применения морской воды для изготовления бетонных смесей при строи­тельстве гидротехнических сооружений рассмотрены в работе [50]. Изучены 50 статей за последние 25 лет и нормативные документы США и других стран, касающиеся экологических проблем. Данный способ требует применения композитной арматуры, компонентами смеси могут быть природные пуццоланы. В условиях дефицита пресной воды этот способ дает ряд преимуществ. Установлено, что использование морской воды для затворения бетона позволяет повысить скорость гидратации, сократить время схватывания и увеличить прочность бетона на ранних стадиях. Чтобы уменьшить коррозионное воздействие хлоридов, рекомендовано применять минеральные добавки. Рассмотрены замедлители твердения и суперпластификаторы. Приведены результаты экс­периментальных испытаний стеклоплас­тиковой, алюминиевой и стальной арматуры.

1.4. Этап компьютерных методов

Прогнозировать долговечность железобетона можно в программе «СМ-ДЭС» на основе метода Монте-Карло с определением вероятности отказа по критерию достижения критической концентрации хлорид-ионов у арматуры либо путем определения ресурса конструкции заданной вероятности [51].

В работе [52] на основе анализа 55 статей выявлены основные проблемы эксплуатации сооружений в прибрежной зоне с учетом хлоридной коррозии. Предложено для прогнозирования долговечности использовать ком­плекс­ные нечеткие оценки инженерных индексов уязвимости, зависящие от основных факторов влияния.

В работе [53] предложены численные и эмпирические модели для прогнозирования срока службы железобетонных конструкций в морской среде с учетом продолжительности физического износа. Выполнен анализ таких факторов, как В/Ц, диаметр арматуры, толщина защитного покрытия и критическая концентрация хлорид-ионов. Установлено их влияние на продолжительность износа и срок эксплуа­тации конструкций. Последний экспоненциаль­но уменьшается с возрастанием В/Ц: в одном из примеров он составляет 46,1 года при В/Ц = 0,36 и 6,3 года при В/Ц = 0,55. С увеличением толщины бетонного покрытия срок службы, стойкость к разрушению и запас прочности конструкции линейно возрастают. Толщина коррозионного слоя при различной толщине покрытия одинакова, но пик глубины коррозии возрастает с ее увеличением. По мере роста критической концентрации хлорид-ионов увеличиваются как срок эксплуа­тации, так и продолжительность износа железобетонной конструкции. Зависимость между критической концентрацией хлорид-ионов и этим сроком линейна. С увеличением диаметра арматуры скорость коррозии значительно снижается. Благодаря регрессионному анализу 300 наборов данных имитационного моделирования полученная эмпирическая модель пригодна для прогнозирования срока службы железобетонных конструкций.

В работе [54] для расчетов предложена многофазная мезоскопическая модель диффузии хлоридов в бетоне с повторно используе­мым заполнителем. Модель бетона представляет собой восьмифазный композиционный материал, состоящий из крупного заполнителя, арматуры, нового и старого цемент­ных камней, новых и старых контактных зон, трещин и дефектных зон. Также изучалось влия­ние ширины и глубины трещин и дефект­ных зон на хлоридную диффузию после растрескивания. Если ширина трещины меньше 50 мкм, то она незначительно влияет на диффузию.

В работе [55] отмечено, что комбинированные физические, химические и механические процессы действуют в нескольких масштабах длины, а для их оценки и прогнозирования требуется применять мультифизические и мультимасштабные подходы к компьютерному моделированию. Рассмотрено сочетание хлоридной агрессии, карбонизации, воздей­ствий замораживания—​оттаивания и абразии (истирания), а также проблемы валидации и верификации моделей и интеграции результатов анализа.

На основании обзора 163 статей авторы работы сделали вывод о том, что необходимо развивать мультимасштабное моделирование на основе современных интеллектуальных технологий, в состав которых входят новые интернет-технологии (облачные вычисления, веб-порталы, виртуализация, техническое зрение и др.), а также аналитические инструменты для обработки «сырых» данных: анализ больших данных, дашборды и др. Это позволяет проводить очистку, восполнение, агрегирование и нормализацию данных для обеспечения их качества и согласованности, а также выполнять поиск скрытых закономерностей и взаимосвязей в разнородных массивах. В методах искусственного интеллекта и машинного обуче­ния используются данные различных масштабов (из разных уровней структуры) и учитываются определенные деградационные механизмы, при этом фикси­руются сложные взаимодействия и зависимости, что приводит к более точным и надежным прогнозам. Традиционные методы позволяют решать указанные задачи лишь при относительно небольших объемах данных и часто требуют их предварительной структуризации.

Такие модели дают возможность улучшить точность прогнозирования, выявить критические факторы, влияющие на деградацию железобетона, и определить стратегию технического обслуживания и ремонта по фактическому состоянию конструкций. Кроме того, наука о данных и методы машинного обучения облегчают интеграцию результатов мониторинга в режиме реального времени в многомасштабные модели за счет постоянного обновления полученных сведений путем измерений проводными и беспроводными датчиками, использования лазерных и спутниковых технологий, а также обратной связи. Большой объем данных различных видов мониторинга позволяет эффективно задействовать весь потенциал современных аналитических инструментов, таких как количественная оценка неопределенностей, анализ чувствительности, оптимизация и др. При этом интеллектуальные методы прогнозирования долговечности имеют ряд пре­имуществ перед вероятностно-статистическими подходами в части надежности и робастности мультимасштабных моделей, определения значимых влияющих параметров и оптимизации стратегий обеспечения долговечности железобетона и конструкций.

Однако существуют и определенные препятствия, связанные с доступностью (конфиденциальностью) и качеством (целостностью) данных, а также с необходимостью привле­кать экспертные знания (экспертные системы и сис­­темы поддержки принятия решений), чтобы правильно интерпретировать результаты моделирования. Обмен информацией требует гармонизации нормативов, применения стандартизированных обменных форматов и сотрудничества научных сообществ, ограниченного в последнее десятилетие. Стандартизация обеспечивает согласованность компьютерных моделей, форматов данных и вычислительных процедур, позволяя исследователям и строителям обмениваться моделями и сравнивать их. Информационные технологии способствуют прозрачности, воспроизводимости и надежности результатов расчетов, а также ускоряют информационный обмен между различными цифровыми платформами и программными продуктами. Этому же способствуют модели цифрового бетона, цифровых двойников и т. п.

Серьезной проблемой является разнообразие подходов и инструментов моделирования, каждый из которых имеет свои специфические требования и возможности. Актуальна задача разработки международных стандартов и фреймворков, учитывающих различные парадигмы моделирования и масштабирование. Необходимо создавать открытые репозитории, базы данных по материалам и другим видам информации, веб-платформы и порталы обмена данными. Они могут предоставлять стандартизированные контрольные показатели и критерии, а также наборы данных для проверки, что облегчит сравнение, валидацию и калибровку моделей.

При моделировании жизненного цикла железобетонных конструкций нужно предусмат­ривать соблюдение требований к созданию экологичного бетона, принимая во внимание, в частности, нормы выбросов CO₂ и необходимость снижать объемы отходов.

В работе [56], основанной на анализе около 180 публикаций, сделан вывод о том, что мультифизическое моделирование позволяет учитывать множество разнородных деграда­ционных процессов с учетом их значимости для конкретного местоположения сооружения, а также его конструктивных, геометрических и прочих параметров. Ускоряется внедрение альтернативных вяжущих материалов, добавок и заполнителей, в том числе полученных из промышленных отходов, что сокращает использование первичных ресурсов и становится основой экономики замкнутого цикла. Мультимасштабное и мультифизическое моделирование требует точно определять свойства и параметры материалов, а также интегрировать различные подходы и инструменты.

1.5. Этап интеллектуальных методов

В работе [57] на основании анализа 225 ис­точников сделан вывод, что необходимо внед­рять методы искусственного интеллекта, технического зрения и распознавания изображений изображений, чтобы находить и прогнозировать коррозионные дефекты морских сооружений.

В работе [58] представлен обзор применения машинного обучения в технологии производства бетона (проанализировано 120 пуб­­ликаций). На точность прогнозирования сильно влияет объем обучающей выборки, поэтому необходимо использовать данные из разных источников: полевых измерений, численного моделирования и лабораторных испытаний. Существует множество алгоритмов, а их правильный выбор требует привлечения квалифицированных кадров, из-за чего сдерживается расширенное применение машинного обучения в строительстве.

В исследовании [59] выполнен обзор 80 работ по применению различных алгоритмов машинного обучения и нейронных сетей. Отмечена целесообразность использования комбинаций методов, поскольку точность прогнозов при их применении существенно различается и зависит от многих факторов. Проведенные численные эксперименты показали эффективность генетических алгоритмов при прогнозировании прочности. Алгоритм адаптивной нейро-нечеткой системы вывода (на базе нечеткой логики Такаги—​Сугено) продемонстрировал высокую точность при подборе состава бетона. Его работоспособность подтверждена различными методами на 200 образцах.

Авторы работы [60] рассмотрели 148 ис­точ­ников, посвященных применению машинного обучения для прогнозирования и оценки прочности бетона. Также были изучены процедуры обработки изображений — ​например, сегментация снимков на однородные участки на основе заданных свойств с помощью эволюционной нечеткой кластеризации и эксперт­ных оценок.

В публикации [61] проанализированы 225 статей по современным методам искус­ственного интеллекта (включая цифровые двойники, компьютерное зрение и др.), поз­воляющим обнаруживать и прогнозировать морскую коррозию. Традиционные методы обследований трудоемки и часто не позволяют получить информацию в труднодоступных мес­тах. Были классифицированы интеллектуальные методы диагностики и прогнозирования, а также способы использования их результатов для планирования технического обслуживания и ремонтов.

2. Результаты и обсуждение

Раздел бетоноведения, касающийся механики долговечности и механики разрушения бетона и железобетона, прошел долгий путь развития: от сбора и анализа данных эмпирической и теоретической природы до формирования информационных баз и банков знаний (информационных систем различного вида), а также применения мультифизических, мультимасштабных и интеллектуальных моделей. Смена парадигмы произошла около 20 лет назад.

Поведение железобетонных конструкций в морской среде имеет ряд особенностей. Период инициирования коррозии в морском бетоне измеряется годами, а общий срок службы таких сооружений меньше, чем у наземных объектов: до капитального ремонта он составляет примерно 20 лет, а до реконструкции или демонтажа — ​40—60 лет. Поэтому анализ результатов испытаний и мониторинга должен сочетаться с созданием прогнозных моделей при переходе от вероятностно-статистических методов к интеллектуальным. Методы искус­ственного интеллекта и машинного обучения позволяют находить «скрытые» закономерности в массивах данных без явного учета неопределенностей, само число и значимость которых в конкретных эксплуатационных условиях час­то неизвестны.

Продолжаются исследования отдельных видов деградации бетона, их сочетаний, составов и добавок, а также способов защиты от коррозии. Преобладающее внимание уделяется хлоридной агрессии и карбонизации. Однако для железобетонных сооружений, эксплуатируемых в морской среде, карбонизация не играет существенной роли. Исследования ионной деградации, в первую очередь воздействия хлорид-ионов, ориентированы на построение соответствующих профилей и уточнение хлоридного порога, поскольку именно этот механизм является управляющим, тогда как прочие — ​подчиненными. Так как переменные ионные профили характеризуют «внутреннюю среду» железобетонных конструкций и зависят от множества факторов, они требуют разработки новой научной концепции.

Данный обзор показал, что хлоридные профили постоянно трансформируются в зависимости от протекания химических реакций на этапах строительства и эксплуатации жизненного цикла сооружения. Хлоридный порог — ​это косвенная приближенная характеристика достижения предельного состояния. Если рассматривать классический график Туутти, остается неясным, к какому моменту времени он относится. Кроме того, могут реализовываться несколько видов предельных состояний, наступающих в разное время. Примеры — ​образование магистральных трещин при расширении продуктов коррозии стали, локальные отколы защитного слоя конструкции и другие дефекты. Важными факторами являются коррозионная стойкость арматурных стержней, капиллярно-пористая и (или) трещиноватая структура цементного камня, объем и строение контакт­ных слоев.

Структура бетона определяет процессы теп­ломассообмена и, соответственно, миграцию коррозионно-активных агентов со смещением границы нейтрализации. Упомянутые агенты взаимодействуют с компонентами бетона, в частности с гидроксидом кальция, определяя интенсивность коррозии. При этом необходимо учитывать суточные, сезонные и годовые изменения внешней среды, в том числе механические нагрузки и внешние воздей­ствия. Деградация бетона вызывает изменение его состава и граничных условий работы как элементов конструкции (уменьшение толщины и ослабление защитного слоя), так и компонентов железобетона (объем и толщина контактных слоев, условия на границе контакта «бетон—​арматура» и др.).

Заключение

Выполненный обзор показал, что увеличение объемов применения бетонов в холодных и жарких регионах, а также влияние производства бетона на выбросы CO2, рост ущерба от деградации бетона и железобетона и другие проблемы делают актуальной интенсификацию исследований по данной тематике. В связи с большим числом публикаций была сделана выборка зарубежных обзорных статей за последние 5 лет. За этот период произошел качественный скачок: преобладающими стали публикации китайских авторов, активно развивалось компьютерное материа­ловедение, широко внедрялись дистанционные датчики для мониторинга и интеллек­туальные технологии. В данный обзор не вошли работы по ряду тем, касающихся твер­дения бетонных смесей, проек­тирования составов, анализа рисков, технологий производства работ, регенерации бетонов, радиационной коррозии и др.

По результатам обзора можно сделать следующие выводы. Наиболее опасна в гид­ротехнических сооружениях (ГТС) зона переменного уровня воды и брызг. Здесь протекают процессы увлажнения—​высыхания, замораживания—​оттаивания, обледенения, адсорбции, капиллярного всасывания, осмоса и др. Если для сооружений на суше значима химическая коррозия, то для ГТС более существенны механическая (абразия и эрозия) и физическая деградация (низко- и высокотемпературные эффекты, биокоррозия, радиа­ция и инсоляция).

Основой эмпирических методов является эксперимент, однако их недостатком считает­ся локальность — ​результаты неприменимы к отличающимся условиям измерений. Эмпирические зависимости ограничены внешними условиями проведения опытов. В связи с переходом на проектирование по жизненному циклу необходимы накопление и систематизация информации о деградации и долговечности морских ГТС, реализация долгосрочных научных программ, расширение сети коррозионных станций и т. д. Коррозионные станции дают наиболее надежные результаты, так как эксплуатационные условия близки к реальным. Это позволяет проектировать железобетонные конструкции с учетом временных колебаний нагрузок и воздействий окружающей среды, особенно при заметных изменениях глобального и регионального климата.

В теоретических (феноменологических и аналитических) методах не учитываются вариативные и физико-химические особенности деграда­ционных процессов. Кроме того, эти методы требуют большого объема статистических данных. Отсутствуют надежные методики оценки и прогнозирования долговечности объектов при комбинированной коррозии в динамике. Их существенный недостаток — ​учет незначительного числа деградационных механизмов. Это связано с размерностью сис­темы определяющих уравнений и необходимостью учитывать взаимовлияние деградационных процессов, а также факторы внешней и внутренней среды.

Решение задачи аналитическим способом достаточно сложно, о чем свидетельствуют исследования комбинированных воздействий хлоридной агрессии и карбонизации с учетом замораживания—​оттаивания, увлажнения—​высушивания и состава бетонов. Многие ученые используют эмпирические формулы для определения коэффициентов диффузии хлорид-ионов и кислорода в бетоне на основе В/Ц, температуры и влажности окружающей среды. Однако на массообмен влияют также степень гидратации и пористость цементного теста, объемные доли заполнителей, коэффициент диффузии в контактных слоях, адсорб­ция хлорид-ионов бетоном и другие факторы. Недостаточно изучены диффузия газов и ее зависимость от термодинамических параметров (давления, температуры, влажности), растворимости, балансов между газообразным и растворенным состояниями и др.

Усложнение деградационных функций (моделей) приводит к громоздким решениям или необходимости численных расчетов, результаты которых сильно зависят от разброса исходных данных (характеристик компонентов бетона, арматуры, внешней среды). Оптимальным представляется применение сравнительно простых связей и моделей случайных деградационных процессов в инженерных методах. Современные информационные технологии позволяют существенно повысить качество прогнозирования и точность определения показателей надежности строительных объектов. Интеллектуальные методы позволяют выявлять «скрытые» закономерности.

Актуальным направлением исследований стал мультифизический и мультимасштабный подход, учитывающий особенности деградационных процессов на различных простран­ственно-временных уровнях. Используя де­градационные модели, феноменологические коэффициенты взаимовлияния, данные полевых и лабораторных испытаний, можно провести анализ мультифизической коррозии.

С позиции физической мезомеханики бетон представляет собой многоуровневую самоорганизующуюся систему, в которой пластическая деформация развивается как эволюция сдвигов на микро-, мезо- и мак­ромасштабных уровнях. Капиллярно-пористая структура бетона обусловлена многокомпонентностью состава разного уровня дисперсности и различными физическими, химическими и механическими процессами. Каждый масштаб влияет на общее поведение и характеристики материала. Объединить новые методологии может новая дисциплина — ​механика долговечности [62], включающая такие области исследований, как кинетика мультифизической деградации, химиомеханика на различных масштабах, техническая диагностика и прогностика мультиэлемент­ных систем.

Работа железобетонных конструкций зависит от множества факторов:

• внешней среды — ​агрегатного состояния, концентрации коррозионно-активных агентов (КАА), температуры, влажности, давления;
• параметров материалов — ​пористости, вида цемента, наличия добавок к нему и ускорителей твердения, технологических процедур и качества ухода;
• контактных условий — ​степени погружения в агрессивную среду, скорости обтекающего потока, наличия покрытия.

Ключевые факторы для прогнозирования долговечности — ​наличие защитных покрытий, коэффициенты и индексы диффузии, критическая и поверхностная концентрации хлоридов, плотность тока и локальная точечная коррозия. Для определения долговечности ГТС необходимо учесть значительный массив исходных данных, полученных различными способами и имеющих разную степень достоверности.

К определяющим тенденциям развития бетоноведения относятся цифровизация (цифровые двойники, цифровой бетон), создание информационных моделей и интеллектуальных систем различного назначения, работа с большими данными, технологии визуализации (техническое зрение и распознавание изображений), разработка экобетонов, исследование микро- и наноструктуры бетонов, 3D‑строительство и др.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бартоломе С., Санхуан М. А. Цементы для работы в морской среде // Цемент и его применение. 2017. № 1. С. 69—75.

2. Li C., Li J., Ren Q., Zheng Q., Jiang Z. Durability of concrete coupled with life cycle assessment: review and perspective // Cement and Concrete Composites. 2023. Vol. 139. P. 0958—9465. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2023.105041.

3. Zhang T., Cui J., Chen M., Yang J., et al. Durability of concrete containing carbonated recycled aggregates: a comprehensive review // Cement and Concrete Composites. 2025. Vol. 156. P. 105865. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2024.105865.

4. Zhang X., Wu Z., Xie J., Hu X., et al. Trends toward lower-carbon ultra-high performance concrete (UHPC) — ​a review // Construction and Building Materials. 2024. Vol. 420. P. 135602. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.135602.

5. Barbhuiya S., Das B. B. Life cycle assessment of construction materials: methodologies, applications and future directions for sustainable decision-making // Case Studies in Construction Materials. 2023. Vol. 19. P. e02326. DOI: 10.1016/j.cscm.2023.e02326.

6. Olsson J.A., Miller S. A., Kneifel J. D. A review of current practice for life cycle assessment of cement and concrete // Resources, Conservation and Recycling. 2024. Vol. 206. P. 107619. DOI: 10.1016/j.resconrec.2024.107619.

7. Ma J., Yang Q., Peng X., Xia K. Review on durability deterioration and mitigation of concrete structures // Coatings. 2025. Vol. 15. P. 982. DOI: 10.3390/coatings15090982.

8. Melchers R. Recent developments of reinforcement corrosion in concrete structures in the ocean // Intern. J. of Corrosion Processes and Corrosion Control. 2025. Vol. 1478422X251358291. DOI: 10.1177/1478422X251358291.

9. Feng T., Yu H., Tan Y. Strategy for enhancing the durability of marine concrete structures in northeast China // Case Studies in Construction Materials. 2025. Vol. 22. DOI: 10.1016/j.cscm.2025.e04788.

10. Lee T., Kim D., Cho S., Kim M. O. Advancements in surface coatings and inspection technologies for extending the service life of concrete structures in marine environments: a critical review // Buildings. 2025. Vol. 15. P. 304. DOI: 10.3390/buildings15030304.

11. Yi Y., Zhu D., Guo S., Zhang Z., et al. A review on the deterioration and approaches to enhance the durability of concrete in the marine environment // Cement and Concrete Composites. 2020. Vol. 113. P. 103695. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2020.103695.

12. Folorunso O. A review on the impact of concrete corrosion and effective mitigation strategies // Communication in Physical Sciences. 2023. Vol. 9, N 4. P. 651—663.

13. Poursaee A., Ross B. The role of cracks in chloride-induced corrosion of carbon steel in concrete — ​review // Corrosion and material degradation. 2022. Vol. 3. P. 258—269. DOI: 10.3390/cmd3020015.

14. Xia R., Chen J., Garbatov Y. Deterioration of marine offshore structures and subsea installations subjected to severely corrosive environment: a review // Materials and corrosion. 2024. Vol. 76, N 6. P. 758—775. DOI: 10.1002/maco.202314050.

15. Melchers R. E. Long-term durability of marine reinforced concrete structures // J. of Marine Sci. and Engin. 2020. Vol. 8, N 4. P. 290. DOI: 10.3390/jmse8040290.

16. Rincon L.F., Moscoso Y. M., Hamami A. E.A., Matos J. C., et al. Degradation models and maintenance strategies for reinforced concrete structures in coastal environments under climate change: a review // Buildings. 2024. Vol. 14. P. 562. DOI: 10.3390/buildings14030562.

17. Dong L., Yang Y., Liu Z. Effect of chloride ion migration behaviour on the microstructure and mechanical properties of ultra-high performance concrete: a review // J. of Building Engin. 2024. Vol. 82, N 9. P. 108233. DOI: 10.1016/j.jobe.2023.108233.

18. Liu Y., Yang L., Rao F., Zhang K., et al. Research progress of chloride ionson corrosion of marine concrete reinforcement // Bulletin of the Chinese Ceramic Society. 2023. Vol. 42, N 9. P. 3059.

19. Liu D., Wang ., Gonzalez-Libreros J., Guo T., et al. A review of concrete properties under the combined effect of fatigue and corrosion from a material perspective // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 369. P. 130489. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.130489.

20. Al-Ameeri A.S., Rafiq M. I., Tsioulou O., Rybdylova O. Modelling chloride ingress into in-service cracked reinforced concrete structures exposed to de-icing salt environment and climate change. Pt 1 // Structural Control Health Monitoring. 2022. P. e3032. DOI: 10.1002/stc.3032.

21. Goyal P.K., Yadeta A. E. Review on chloride ingress in concrete: chloride diffusion and predicting corrosion initiation time // SSRG Intern. J. of Civil Engin. 2022. Vol. 9, N 4. P. 7. DOI: 10.14445/23488352/IJCE-V9I4P102.

22. Lopes R.C., de Oliveira A. M., Cascudo O. Service life prediction models of concrete structures subjected to the initiation of reinforcing steel corrosion by chloride ions: contribution to the state of the art through systematic literature review — ​Part 2 // Revista materia. 2022. Vol. 27, N 2. P. 27. DOI: 10.1590/1517-7076-RMAT‑2022-44823.

23. Kiessé T.S., Bonnet S., Amiri O., Ventura A. Analysis of corrosion risk due to chloride diffusion for concrete structures in marine environment // Marine Structures. 2020. Vol. 73. P. 102804. DOI: 10.1016/j.marstruc.2020.102804.

24. Cao Y., Gehlen C., Angst U., Wang L., et al. Critical chloride content in reinforced concrete — ​an updated review considering Chinese experience // Cement and Concrete Research. 2019. Vol. 117. P. 58—68. DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.11.020.

25. Sun J., Jin Z., Chang H., Zhang W. A review of chloride transport in concrete exposed to the marine atmosphere zone environment: experiments and numerical models // J. of Building Engin. 2024. Vol. 84. P. 108591. DOI: 10.1016/j.jobe.2024.108591.

26. Meira G.R., Andrade C., Alonso C., Borba J. C., et al. Durability of concrete structures in marine atmosphere zones — ​the use of chloride deposition rate on the wet candle as an environmental indicator // Cement and Concrete Composites. 2010. Vol. 32, N 6. P. 427—435. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2010.03.002.

27. Joo H.E., Takahashi Y. Analytical and experimental studies on alkali-silica reaction mechanism: aggregate cracking and chemical composition change of gel // Cement and Concrete Composites. 2023. Vol. 139. P. 105003. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2023.105003.

28. Zhang M., Sun S., Liu K., Li T., et al. Research on the critical chloride content of reinforcement corrosion in marine concrete — ​a review // J. of Building Engin. 2023. Vol. 79. P. 107838. DOI: 10.1016/j.jobe.2023.107838.

29. Lindgård J., Rodum E., Pedersen B. Alkali-silica reactions in concrete — ​relationship between water content and observed damage on structures // ACI Symp. Publ. 2006. Vol. 234. P. 147—166.

30. Qin S., Chen C., Zhang M. Modeling of concrete deterioration under external sulfate attack and drying — ​wetting cycles: a review // Materials. 2024. Vol. 17. P. 3334. DOI: 10.3390/ma17133334.

31. Liang C. Y., Qian C. X., Kang W. C., Chen H. C. The evolution analysis of mechanical properties of marine submerged concrete based on GRA // Key Engin. Materials. 2017. Vol. 748. P. 316—322. DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.748.316.

32. Ahmed G. H., Jumaa G. B., Askandar N. H., Ali A. S. Degradation mechanisms and residual mechanical properties of reinforcing steel bars exposed to natural and artificial corrosion — ​review & analysis // Polytechnic J. 2022. Vol. 12, N 2. P. 70—84. DOI: 10.25156/ptj.v12n2y2022.

33. Zhang M., Xu R., Liu K., Sun S. Research progress on durability of marine concrete under the combined action of Cl-erosion, carbonation, and dry — ​wet cycles // Reviews on Advanced Materials Sci. 2022. Vol. 61. P. 622—637. DOI: 10.1515/rams‑2022-0049.

34. Jiang H., Wu L., Guan L., Liu M., et al. Durability life evaluation of marine infrastructures built by using carbonated recycled coarse aggregate concrete due to the chloride corrosive environment // Frontiers in Marine Sci. 2024. Vol. 11. P. 1357186. DOI: 10.3389/fmars.2024.1357186.

35. Wang D., Guan F., Feng C., Mathivanan K., et al. Review on microbially influenced concrete corrosion // Microorganisms. 2023. Vol. 11, N 8. P. 2076. DOI: 10.3390/microorganisms11082076.

36. Chen X., Yu C., Wang L., Yu B. A comprehensive review of the bio-corrosion mechanisms, hydrodynamics and antifouling measures on marine concrete // Ocean Engin. 2024. Vol. 310, N 1. P. 118696. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2024.118696.

37. Rong H., Bao Q., Yang Y., Liu Z., et al. A review on algal corrosion of marine concrete // J. of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. 2025. Vol. 40, N4. P. 1057—1066. DOI: 10.1007/s11595-025-3144-2.

38. Kasopa E., Chen X., Yao G., Zhao X. Dynamic behavior of concrete: a review // Intern. J. for Research in Applied Sci. & Engin. Technology. 2023. Vol. 11, N III. P. 294—304.

39. Xu H., Wen H. M. Semi-empirical equations for the dynamic strength enhancement of concrete-like materials // Intern. J. of Impact Engin. 2013. Vol. 60. P. 76—81.

40. Wang J., Sun K., Hu Y., Guan Q., et al. The mechanical properties of concrete in water environment: a review // Front. Mater. 2022. Vol. 9. P. 996650. DOI: 10.3389/fmats.2022.996650.

41. Hui G., Zhaobo M. Updating durability models for concrete structures in chlorine environment based on detection information // Applied Sci. 2024. Vol. 14, N 11. P. 4516. DOI: 10.20944/preprints202403.1463.v1.

42. Ma D., Zhang M., Cui J. A review on the deterioration of mechanical and durability performance of marine-concrete under the scouring action // J. of Building Engin. 2023. Vol. 66, N 2. P. 105924. DOI: 10.1016/j.jobe.2023.105924.

43. Kim L. V., Potapov V. V., Kashutin A. N., Gorbach V. A., et al. Increase of concrete strength using nanosilica extracted from the hydrothermal solutions // Proc. 23rd Intern. Offshore and Polar Engin. Anchorage, June 30 — ​July 5, 2013. P. 148—152.

44. Qua F., Lia W., Donga W., Tamb V. W.Y., et al. Durability performance deterioration of concrete under marine environment from material to structure: a critical review // JOBE. 2020. Vol. 2408. P. 68. DOI: 10.1016/j.jobe.2020.102074.

45. Olajide O. D., Nokken M. R., Sanchez L. F.M. Alkali — ​silica reactions: literature review on the influence of moisture and temperature and the knowledge gap // Materials. 2024. Vol. 17. P. 10. DOI: 10.3390/ma17010010.

46. Nguyen T. D., Cherif R., Mahieux P. Y., Turcry P., et al. A review on deterioration mechanisms, durability prediction and enhancement techniques for recycled aggregate concrete // Cleaner Materials. 2025. Vol. 16. P. 100306. DOI: 10.1016/j.clema.2025.100306.hal‑05020878.

47. Xiao J., Li W., Fan Y., Huang X. An overview of study on recycled aggregate concrete in China (1996—2011) // Construction and Building Materials. 2012. Vol. 31. P. 364—383. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2011.12.074.

48. Rodrigues R., Gaboreau S., Gance J., Ignatiadis I., et al. Reinforced concrete structures: a review of corrosion mechanisms and advances in electrical methods for corrosion monitoring // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 269. P. 121240. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121240.

49. Popova K., Prošek T. Corrosion monitoring in atmospheric conditions: a review // Metals. 2022. Vol. 12. P. 171. DOI: 10.3390/met12020171.

50. Saxena S., Baghban M. H. Seawater concrete: a critical review and future prospects // Developments in the Built Environment. 2023. Vol. 16. DOI: 10.1016/j.dibe.2023.100257.

51. Леононович С. Н., Степанова А. В. Моделирование хлоридной агрессии на высококачественный бетон для обеспечения расчетного срока эксплуатации // Системные технологии. Минск. 2016. Т. 19. С. 75—85.

52. Chi X., Xu A., Liu Y., Lun P. Engineering vulnerability evaluation of building structures in coastal areas considering the effects of corrosion // Front. Mater. 2022. Vol. 9. P. 1107378. DOI: 10.3389/fmats.2022.1107378.

53. Chen X., Ming Y., Fu F., Chen P. Numerical and empirical models for service life assessment of RC structures in marine environment // Intern. J. Concr Struct. Mater. 2022. Vol. 16. P. 11. DOI: 10.1186/s40069-022-00504-0.

54. Liu J. Mesoscopic numerical simulation of chloride diffusion behavior in cracked recycled aggregate concrete // Front. Mater. 2024. Vol. 11. P. 1441220. DOI: 10.3389/fmats.2024.1441220.

55. Barbhuiya S., Jivkov A., Das B. B. A review of multi-scale modelling of concrete deterioration: fundamentals, techniques and perspectives // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 406. P. 133472. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.133472.

56. Pal B., Ramaswamy A. A multi-physics-based approach to predict mechanical behavior of concrete element in a multi-scale framework // Mechanics of Materials. 2023. Vol. 176. P. 104509. DOI: 10.1016/j.mechmat.2022.104509.

57. Imran M. M.H., Jamaludin S., Ayob A. F.M., et al. Application of artificial intelligence in marine corrosion prediction and detection // J. Marine Sci. Engin. 2023. Vol. 11. P. 256. DOI: 10.3390/jmse11020256.

58. Gamil Y. Machine learning in concrete technology: a review of current researches, trends, and applications // Front. Built Environ. 2023. Vol. 9. P. 1145591. DOI: 10.3389/fbuil.2023.1145591.

59. Mandal S., Shiuly A., Sau D., Mondal A. K., et al. Study on the use of different machine learning techniques for prediction of concrete properties from their mixture proportions with their deterministic and robust optimisation // AI in Civil Engin. 2024. Vol. 3. P. 7. DOI: 10.1007/s43503-024-00024-8.

60. Dinesh A., Prasad B. R. Predictive models in machine learning for strength and life cycle assessment of concrete structures // Automation in Construction. 2024. Vol. 162. P. 105412. DOI: 10.1016/j.autcon.2024.105412.

61. Imran M. H., Jamaludin S., Ayob A. F.M., et al. Application of artificial intelligence in marine corrosion prediction and detection // J. of Marine Sci. and Engin. 2023. Vol. 11. P. 256. DOI: 10.3390/jmse11020256.

62. Леонович С. Н. Механика долговечности конструкционного бетона: новый подход к явлению деградации. Ч. 1. Усадка // Строительные материалы. 2024. Т. 1—2. С. 74—78. DOI: 10.31659/0585-430X‑2024-821-1-2-74-78.