СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОПОР
METHOD OF DETERMINING CORROSIVE STATE OF UNDERGROUND PART OF REINFORCED CONCRETE POLES

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор электрохимическим методом без их откопки.
Известен электрохимический метод, заключающийся в поляризации арматуры железобетонного сооружения калиброванным импульсом постоянного тока по цепи "арматура - земля - рельс" и регистрации спада потенциала "арматура - грунт" после отключения источника. Для исключения влияния наведенных потенциалов осуществляется положительная и отрицательная поляризация, а оценка коррозионного состояния арматуры железобетонного сооружения производится по значению суммарного потенциала, равного сумме потенциала "арматура - грунт", измеренного в заданный момент времени t после отключения источника отрицательной поляризации, и потенциала "арматура - грунт", измеренного в заданный момент времени t после отключения источника положительной поляризации. (Вайнштейн А.Л., Павлов А.В. Коррозионные повреждения опор контактной сети. М., 1988. 111 с.).
Недостатком данного метода является низкая достоверность, т.к. при измерении потенциала "арматура - грунт" в заданный момент времени t после отключения источника поляризации невозможно выделить омическую и поляризационную составляющие этого потенциала.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коррозионного состояния подземной части железобетонных сооружений, согласно которому поляризуют арматуру железобетонного сооружения постоянным током и одновременно отслеживают изменения поляризационной составляющей потенциала арматуры, предварительно измеряют стационарный потенциал арматуры относительно электрода сравнения, во время поляризации определяют омическую и поляризационную составляющие потенциала арматуры и ток в цепи "арматура - грунт" в переходном режиме, выключают источник поляризующего тока, повторяют процесс измерений во время деполяризации арматуры, рассчитывают омическое и поляризационное сопротивления подземной части железобетонного сооружения при поляризации и деполяризации, оценку коррозионного состояния бетона производят по среднему значению омического сопротивления, арматуры - по среднему значению поляризационного сопротивления. (Патент 2342647, Россия, МПК G01N 17/00. Способ определения коррозионного состояния подземной части железобетонных сооружений / Кандаев В.А., Свешникова Н.Ю., Кандаев А.В.).
Недостатком данного способа является низкая достоверность, т.к. омическое и поляризационное сопротивления не позволяют определить коррозионное состояние подземного сооружения с достаточной точностью.
Цель изобретения - повышение точности определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор электрохимическим методом.
Для достижения поставленной цели в предлагаемом способе определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор, содержащем измерение стационарного потенциала арматуры относительно электрода сравнения, между арматурой опоры и токовым электродом подключают через электронный ключ источник постоянного напряжения (например, аккумуляторную батарею), в переходном режиме выполняют измерение тока, проходящего через арматуру опоры и потенциала арматуры опоры относительно электрода сравнения, по полученным данным определяют сопротивление бетона, сопротивление и емкость границы раздела «арматура - бетон», оценку коррозионного состояния подземной части железобетонной опоры производят по полученным значениям сопротивления бетона, сопротивления и емкости границы раздела «арматура - бетон».
На фиг.1 представлена функциональная схема установки, реализующей измерения по данному способу, на фиг.2 - общий вид осциллограммы тока и напряжения.
Установка содержит аккумуляторную батарею 1, электронный ключ 2, безреактивный шунт 3, запоминающий осциллограф 4, электрод сравнения 5, токовый электрод 6.
0
0
0
В течение интервала времени от 0 до t производят N равномерно распределенных во времени измерений стационарного потенциала арматуры U(t) опоры относительно медно-сульфатного электрода сравнения 5, находят математическое ожидание M(U) (среднее значение) в этом интервале по формуле:
0
0
Принимают U равным M(U).
0
0
4
4
5
Затем в момент времени t между арматурой железобетонной опоры и токовым электродом 6 подключают через электронный ключ 2 аккумуляторную батарею 1. Арматура поляризуется в течение интервала времени от t до t током по цепи "аккумуляторная батарея 1 - электронный ключ 2 - токовый электрод 6 - земля - арматура опоры - безреактивный шунт 3 - электронный ключ 2 - аккумуляторная батарея 1". В момент времени t=t с помощью электронного ключа 2 происходит смена полярности приложенного напряжения, при t=t происходит отключение источника постоянного напряжения (аккумуляторной батареи) 1.
По полученной осциллограмме (фиг.2) определяют:
1
t - момент времени, в который поляризующий ток достигает максимума, с;
1
1
I - максимальное значение поляризующего тока (момент времени t), А;
1
1
U - значение напряжения «арматура - электрод сравнения» в момент t, В.
Сопротивление бетона определяется по следующей формуле:
Сопротивление границы раздела определяется по формуле:
2
2
где U - значение напряжения в момент времени t, В;
2
2
I - значение поляризующего тока в момент времени t, A;
2
t - момент времени, предшествующий переключению поляризующего тока, с;
Далее определяется постоянная времени τ из следующего соотношения:
3
1
τ=t-t,
3
3
где t - момент времени, определяемый для значения тока I, которое равно:
где е - основание натурального логарифма, е≈2,718.
гр
Емкость границы раздела C определяется по формуле:
где
гэ
R - сопротивление растеканию токового электрода 6,
ш
R - сопротивление безреактивного шунта 3.
4
Смена полярности поляризующего тока производится в момент времени t и выполняются измерения, вычисляются параметры:
1о
t - момент времени, в который поляризующий ток обратной полярности достигает максимума, с;
1o
1o
I - максимальное значение поляризующего тока обратной полярности (момент времени t), A;
1o
1o
U - значение напряжения «арматура - электрод сравнения» при поляризующем токе обратной полярности в момент t, В;
2o
t - момент времени, предшествующий выключению поляризующего тока обратной полярности, с;
2o
2o
U - значение напряжения при поляризующем токе обратной полярности в момент времени t, В;
2o
2o
I - значение поляризующего тока обратной полярности в момент времени t, A.
5
В момент времени t производят выключение поляризующего тока обратной полярности.
Оценка коррозионного состояния подземной части железобетонной опоры производится по полученным значениям сопротивления бетона, сопротивления и емкости границы раздела «арматура - бетон».
гр
гр
0
гр
гр
0
б
Эквивалентная электрическая схема замещения железобетонной опоры приведена на фиг.3 (Г.П.Маслов, Н.Ю.Свешникова, А.В.Кандаев. Методика определения параметров границы раздела «арматура-бетон» // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока, 2008. №1. С.282-286). Граница раздела «арматура - бетон» представлена элементами R, С и U. Сопротивление границы раздела R характеризует интенсивность окислительного процесса. Емкость границы раздела С создается на границе раздела «металл - электролит», при этом одной обкладкой является металл арматуры, другой - жидкий приэлектродный слой из диссоциированных полярных молекул. Стационарный потенциал U представляет собой собственный потенциал арматуры относительно медно-сульфатного электрода сравнения 5. Сопротивление бетона R - сопротивление от границы раздела «арматура - бетон» до внешней границы опоры - определяется параметрами состояния бетона и параметрами внешней среды.
В данном способе точность определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор повышается за счет определения сопротивления бетона, сопротивления и емкости границы раздела «арматура - бетон», характеризующих коррозионное состояние как арматуры, так и бетона.