УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Устройство для определения коррозионного состояния железобетонных конструкций
Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к приборам для определения коррозионного состояния арматуры железобетонных конструкций методом неразрушающего контроля при технологическом контроле качества монолитного и сборного железобетона, при обследовании зданий, сооружений, изделий и конструкций.
Известны методы натурного технического обследования железобетонных конструкций на наличие коррозионного повреждения арматурных стержней. Одним из таких методов является выявление внешних признаков, свидетельствующих о наличии и развитии коррозии (потеки ржавчины, трещины и отслоение защитного слоя бетона и т.д.). Этим методом можно выявить только сильное коррозионное повреждение арматуры железобетона. Также существует метод по выявлению внешних признаков коррозии арматурных стержней на участках вскрытия защитного слоя. Недостатком этого метода является выборочность контроля и необходимость нарушения целостности конструкции.
В настоящее время при обследовании зданий и сооружений предпочтение отдается неразрушающим методам контроля, обеспечивающим возможность определения коррозионного повреждения арматурных стержней на начальных стадиях. К неразрушающим методам контроля относятся метод потенциала полуэлемента и метод измерения удельного электрического сопротивления поверхностного слоя железобетона.
На методе потенциала полуэлемента, заключающемся в измерении потенциала арматуры железобетона с использованием электрода сравнения, основана работа анализатора коррозии арматуры «АРМКОР-1» (http://www.interpribor.ru/armkor.php), выпускаемого ООО НПП «Интерприбор», г. Челябинск. Данный метод имеет высокую эффективность при начавшейся коррозии арматуры железобетона, однако, он не позволяет выявить возможность возникновения коррозии на данном участке железобетона.
Метод измерения удельного электрического сопротивления поверхностного слоя железобетона получил широкое распространение в России и за рубежом. На основе большого количества эмпирических данных доказано, что измеренное удельное сопротивление железобетона позволяет определить вероятность и скорость коррозии арматуры. При низком значении удельного электрического сопротивления вероятность и скорость коррозии увеличиваются, при высоком значении удельного сопротивления вероятность коррозии и ее скорость уменьшаются.
На этом методе измерения основана работа прибора RESIPOD, выпускаемого фирмой Proceq, Швейцария (betona/izmeritel-vlazhnosti-analizator-korrozii/resipod.html) (см. фиг. 1). Прибор RESIPOD содержит четыре подпружиненных электрода, установленных в общем водонепроницаемом корпусе на одинаковом расстоянии друг от друга. На два внешних электрода подается электрический ток, а два центральных электрода измеряют разность потенциалов поверхностного слоя железобетона. Свободный конец каждого электрода снабжен резервуаром, который заполняют водой перед началом измерений. В корпусе размещен электронный блок обработки и индикации данных.
Данный прибор принят в качестве ближайшего аналога-прототипа.
Перед проведением каждого измерения прибор необходимо несколько раз погружать в емкость с водой, чтобы резервуары электродов наполнились водой. Таким образом, возникают трудности при эксплуатации прибора в условиях отсутствия воды; при выезде на объект обследования необходимо кроме прибора брать с собой емкость, в которую будут погружать электроды.
Конструкция резервуаров, совмещенных с электродами, не обеспечивает достаточной смачиваемости бетона непосредственно в месте контакта электрода с поверхностью, что требует переустановок прибора по поверхности бетона и сказывается на точности измерения.
К тому же после проведения измерений капли воды могут остаться в резервуарах электродов, что со временем приведет к их карбонизации, и сокращению срока службы прибора.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в повышении надежности устройства и точности измерения удельного сопротивления поверхностного слоя железобетона.
Решение поставленной задачи в устройстве для определения коррозионного состояния железобетонных конструкций, содержащем корпус, с установленными в нем, по крайней мере, четырьмя электродами, два внешних электрода подключены к источнику тока, а два центральных электрода к устройству для измерения разности потенциала между ними, достигается тем, что оно снабжено компрессором и насосом, выход насоса связан с образованным в каждом электроде соосным полым каналом, а вход с резервуаром для воды, при этом выходы насоса и компрессора связаны между собой.
Насос связан с каналами электродов посредством силиконовых трубок через распределитель.
Выход компрессора через силиконовую трубку перпендикулярно присоединен к трубке, соединяющей выход насоса и распределитель.
Электроды расположены на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль продольной оси корпуса.
Корпус выполнен с разъемной ручкой-кронштейном.
Резервуар для воды размещен в отсоединяемой части ручки-кронштейна.
Ручка-кронштейн выполнена эргономичной формы.
В корпусе установлен электронный измерительный блок.
Каждый электрод подпружинен относительно корпуса.
Электронный измерительный блок может быть выполнен в качестве самостоятельного устройства, связанного с заявляемым устройством через кабель передачи данных.
Силиконовые трубки, соединяющие каналы электродов с распределителем, выполнены одинакового поперечного сечения и длины.
Выход компрессора через силиконовую трубку перпендикулярно соединен с трубкой, соединяющей насос с распределителем, что позволяет прерывать водяной поток прерывным потоком воздухом от компрессора, обеспечивая капельное поступление влаги в каналы электродов.
Наличие в корпусе резервуара с водой и насоса, перекачивающего воду из резервуара и подающего ее через распределитель в каналы электродов, обеспечивает хорошее смачивание поверхности железобетона именно в месте прилегания электрода к его поверхности, повышая точность измерения.
Встроенный в корпус резервуар с водой исключает необходимость использования дополнительных средств при проведении измерений: резервуара и источника воды, необходимые при проведении измерений с использованием прототипа.
Резервуар рассчитан на 50-60 мл воды, что достаточно для проведения 10-20 измерений.
Наличие компрессора, прерывающего водяной поток, поступающий из резервуара с водой через распределитель в каналы электродов, воздушной струей, обеспечивает поступление воды из каналов электродов в виде капель. При этом смачивание поверхности объекта водой осуществляется в необходимой для проведения измерений степени, равномерно и постепенно. Помимо этого, прерывается возможный электрический контакт между электродами через жидкость (воду) внутри конструкции устройства.
После завершения измерения воздушный поток от компрессора выдувает из каналов электродов оставшиеся в них капли воды, что повышает срок службы электродов и снижает вероятность возникновения на них коррозии и карбонизации.
Выполнение корпуса устройства предложенной формы с разъемной ручкой-кронштейном обеспечивает удобное и надежное удержание устройства в руке при проведении измерений.
При выносном варианте выполнения электронного измерительного блока исключен его контакт с водой из резервуара, такая конструкция устройства более надежна и долговечна.
Ниже приведен один из вариантов осуществления настоящей полезной модели. Данный пример приведен прежде всего в целях иллюстрации и не должен быть истолкован как ограничение объема притязаний.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежами: фиг. 1 - скан интернет-страницы vlazhnosti-analizator-korrozii/resipod.html с информацией о прототипе, на фиг 2 - общий вид устройства для определения коррозионного состояния железобетонных конструкций, на фиг. 3 - вид спереди устройства с местными сечениями.
Устройство содержит корпус 1, имеющий форму параллелепипеда со скругленными боковыми углами. Корпус 1 снабжен ручкой-кронштейном 2 эргономичной формы, обеспечивающей удобное и надежное удержание устройства в руке в процессе измерения.
Свободный конец ручки-кронштейна 2 выполнен разъемным относительно корпуса 1. Разъемный конец ручки-кронштейна 2 имеет внутреннею полость, в которой размещен резервуар 3 для воды. Резервуар 3 вмещает до 50-60 мл воды. Данного объема воды достаточно для проведения 10-20 измерений.
В корпусе 1 установлены на одинаковом расстоянии друг от друга четыре электрода 4. Расстояние между электродами 4, как правило, 30-50 мм. Электроды 4 выполнены из высокопрочной нержавеющей стали. Электроды 4 размещены вдоль продольной оси корпуса 1, так, что их свободные концы выступают за пределы корпуса 1. Каждый электрод 4 подпружинен, это позволяет электроду 4 изменять свою высоту относительно корпуса 1, обеспечивая надежный контакт всех электродов 4 с поверхностью исследуемого объекта в случае наличия на поверхности неровностей, шероховатостей, наплывов и т.п. Каждый электрод 4 выполнен с внутренним соосным полым каналом 5.
В корпусе 1 установлен насос 6, связанный посредством силиконовых трубок 7 через распределитель 8 с полыми каналами 5 электродов 4. Распределитель 8 обеспечивает поступление воды одинакового давления в каналы 5 электродов 4, которое создается благодаря радиальному расположению выходов для трубок 7 на распределителе 8. Чем дальше от распределителя 8 расположен электрод 4, тем ближе к оси симметрии корпуса 1 устройства расположен выход для трубки 7 на распределителе 8. Все силиконовые трубки 7, соединяющие распределитель 8 и каналы 5 электродов 4, выполнены одинаковой длины и одинакового сечения, что обеспечивает поступление воды в каналы 5 электродов 4 с одинаковой скоростью и одинакового объема.
К внешним электродам 4 подключен источник тока (на чертежах не показан), а к центральным электродам 4 подключено устройство для измерения разности потенциалов (на чертежах не показано).
В корпусе 1 установлен компрессор 9, выход компрессора 9 через силиконовую трубку 7 перпендикулярно соединен с трубкой 7, соединяющей выход насоса 6 и распределитель 8. При работе компрессора 9 воздушная струя разрывает поток воды, поступаемый по трубке 7 от насоса 6 до распределителя 8, обеспечивая капельное поступление воды в каналы 5 электродов 4. После окончания измерения воздушный поток выдувает всю оставшуюся в каналах 5 электродов 4 воду. Таким образом, повышается срок службы электродов 4 и обеспечивается защита их от коррозии и карбонизации.
Возможны два варианта исполнения устройства: с встроенным электронным измерительным блоком для обработки данных и индикации результатов и аккумулятором (на чертежах не показаны), и с подключенными к устройству через кабель 10 электронным измерительным блоком и аккумулятором. При выносном варианте выполнения электронного блока и аккумулятора исключен их контакт с водой из резервуара 3, такая конструкция устройства более надежна и долговечна.
Электронный измерительный блок для обработки данных и индикации результатов связан с устройством для измерения разности потенциалов между центральными электродами 4 и источником тока.
Электронный измерительный блок включает микропроцессор, дисплей, клавиатуру и разъем для связи с компьютером. Дисплей и клавиатура электронного измерительного блока размещены на верхней лицевой панели. Дисплей снабжен отключаемой подсветкой.
Электронный блок определяет удельное электрическое сопротивление верхнего слоя бетона с учетом его влажности и температуры.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом измерения подготавливают поверхность исследуемого объекта в месте установки устройства: удаляют видимые следы смазочных и гидроизоляционных материалов, пленки цементного раствора, пыль и мелкий сор.
Далее определяют и размечают решетку арматуры железобетона с использованием известных средств, например, применяя прибор «Измеритель толщины защитного слоя бетона ПОИСК-2.5», выпускаемый ООО НПП «Интерприбор» г. Челябинск.
При необходимости резервуар 3 ручки-кронштейна 2 заполняют водой. Для этого поворачивают свободный конец ручки-кронштейна 2 по часовой стрелке, высвобождая ее из жесткого крепления фиксаторами. В резервуар 3 наливают воду. Ручку 2 устанавливают обратно: свободный конец ручки-кронштейна 2 поворачивают против часовой стрелки до жесткого ее крепления фиксаторами.
Устройство устанавливают на поверхность, при этом все электроды 4 должны располагаться в максимальном удалении от арматуры железобетона для снижения ее влияния на точность измерения. Арматура не должна находиться под устройством. При густом армировании допускается установка устройства перпендикулярно и симметрично по отношению к решетке арматурных стержней.
Прижимают устройство к поверхности исследуемого объекта так, чтобы все электроды 4 имели хороший контакт с поверхностью объекта.
Включают питание устройства. Насос 6 всасывает воду из резервуара 3 и подает ее под давлением через распределитель 8 по силиконовым трубкам 7 в каналы 5 электродов 4. При этом воздушный поток от компрессора 9, подаваемый с определенной частотой, разрывает водяной поток, вода по каналам 5 электродов 4 и соответственно на поверхность бетона поступает в виде капель. Бетон в месте контакта с электродом 4 хорошо смачивается водой, что приводит к повышению проводимости верхнего слоя бетона.
Начинается процесс измерения. На два крайних электрода 4 подается переменный электрический ток, имеющий форму гармонического синусоидального сигнала. Электрический ток, проходя через слой бетона, создает электромагнитное поле. Устройство для измерения разности потенциалов через центральные электроды 4 фиксируют созданное в поверхностном слое бетона электромагнитное поле, измеряет его потенциал. Электронный блок считывает информацию с устройства для измерения разности потенциалов, анализирует, вычисляет величину удельного сопротивления контролируемого участка поверхностного слоя бетона, выводит ее на дисплей и сохраняет в памяти устройства для последующего анализа.
В зависимости от величины полного электрического сопротивления: сопротивления внешних электродов 4 и сопротивления бетона, в устройстве предусмотрено автоматическое регулирование величины пропускаемого через внешние электроды 4 электрического тока: чем больше сопротивление, тем электрический ток большей величины пропускается через слой бетона.
При оценке коррозионного состояния арматуры железобетона руководствуются следующим: при малых значениях удельного электрического сопротивления бетона велика вероятность возникновения коррозии, а при больших - вероятность появления коррозии минимальна.
В устройстве использованы методы компенсации влияния влажности и температуры бетона на измеренное значение удельного сопротивления.
Устройство позволяет достаточно точно определить степень вероятности возникновения коррозии и скорость ее развития.
Устройство может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением известных технологий и материалов.