СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОПОР
DETERMINATION OF REINFORCED CONCRETE SUPPORT BURIED PART CORROSION CONDITIONS

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 l после отключения источника отрицательной поляризации, и потенциала «арматура-грунт», измеренного в заданный момент времени t после отключения источника положительной поляризации (Вайиштейн 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 опор, согласно которому измеряют стационарный потенциал 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» (Патент 2439536, Россия, МПК G01N 17/00. Способ определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор / Кандаев В.А., Авдеева К.В., Кандаев А.В.).
Недостатками данного способа являются значительные временные затраты на выполнение диагностических процедур, необходимость в установке токового электрода и невозможность проведения измерений на двух опорах одновременно.
Цель изобретения - сокращение временных затрат на определение коррозионного состояния подземной части железобетонных опор и обеспечение возможности проведения измерений на двух опорах одновременно.
Для достижения поставленной цели в предлагаемом способе определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор, содержащем измерение стационарного потенциала арматуры относительно электрода сравнения, подключение между арматурой опоры и токовым электродом через электронный ключ источника постоянного напряжения (например, аккумуляторной батареи), выполнение в переходном режиме измерений тока, проходящего через арматуру опоры и потенциала арматуры опоры относительно электрода сравнения, определение по полученным данным сопротивления бетона, сопротивления и емкости границы раздела «арматура-бетон», оценку коррозионного состояния подземной части железобетонной опоры по полученным значениям сопротивления бетона, сопротивления и емкости границы раздела «арматура-бетон», в качестве токового электрода используют соседнюю опору, измерения выполняют синхронно на обеих опорах.
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, безреактивные шунты 3 и 3', запоминающие осциллографы 4 и 4', электроды сравнения 5 и 5'.
0
5
Аккумуляторную батарею 1 и электронный ключ 2 подключают между арматурами двух соседних опор (опорой №1 и опорой №2). Измерения с помощью запоминающих осциллографов 4 и 4' выполняют синхронно на обеих опорах (опоре №1 и опоре №2), причем потенциал арматуры опоры №2 будет противоположен по знаку потенциалу арматуры опоры №1 (т.е. осциллограмма для опоры №2 от момента времени t до момента времени t будет зеркальна к осциллограмме для опоры №1 относительно оси времени).
0
0
0
В течение интервала времени от 0 до t производят N равномерно распределенных во времени измерений стационарного потенциала арматуры U(t) опоры №1 и опоры №2 относительно медно-сульфатных электродов сравнения 5 и 5' соответственно, находят математическое ожидание M(U) (среднее значение) в этом интервале по формуле:
<mrow><mi>M</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>U</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mrow><msub><mi>U</mi><mrow /></msub></mrow></mstyle></mrow><mi>N</mi></mfrac><mo>.</mo></mrow>
0
0
Принимают U равным M(U).
0
0
1
4
5
Затем в момент времени t между арматурой железобетонной опоры №1 и арматурой железобетонной опоры №2 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 - безреактивный шунт 3' - арматура опоры №2 - земля - арматура опоры №1 - 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, сопротивление и емкость границы раздела «арматура-бетон» для опоры №1 и опоры №2 определяются по формулам, приведенным ниже.
Сопротивление бетона определяется по следующей формуле:
<mrow><msub><mi>R</mi><mi>б</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>U</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>U</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>|</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>
Сопротивление границы раздела определяется по формуле:
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>U</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>I</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>|</mo></mrow><mo>−</mo><msub><mi>R</mi><mi>б</mi></msub><mo>,</mo></mrow>
2
2
где U - значение напряжения в момент времени t, В;
2
2
I - значение поляризующего тока в момент времени t, А;
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 t, которое равно:
<mrow><msub><mi>I</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>t</mi><mn>3</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><msub><mi>I</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>I</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mi>e</mi></mfrac><mo>,</mo></mrow>
где е - основание натурального логарифма, е≈2,718.
гр
Емкость границы раздела С определяется по формуле:
<mrow><msub><mi>С</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>τ</mi><mrow><msub><mi>R</mi><mi>э</mi></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>R</mi><mi>э</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>R</mi><mi>б</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mi>ш</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mi>о</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mi>б</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mi>ш</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mi>о</mi><mi>п</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
где
оп
гр
гр
R - сопротивление растеканию опоры (если С определяется для опоры №1, то берется сопротивление растеканию опоры №2, а если С определяется для опоры №2, то берется сопротивление растеканию опоры №1, поскольку в данном случае соседняя опора используется в качестве токового электрода), Ом;
ш
R - сопротивление безреактивного шунта, Ом.
4
Смена полярности поляризующего тока производится в момент времени tи выполняются измерения, вычисляются параметры:
1o
t - момент времени, в который поляризующий ток обратной полярности достигает максимума, с;
1o
K)
I - максимальное значение поляризующего тока обратной полярности (момент времени t), А;
1o
lo
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;
2о
2o
I - значение поляризующего тока обратной полярности в момент времени t, А.
5
В момент времени t производят выключение поляризующего тока обратной полярности.
Оценка коррозионного состояния подземной части железобетонных опор №1 и №2 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. Сопротивление бетона R - сопротивление от границы раздела «арматура-бетон» до внешней границы опоры - определяется параметрами состояния бетона и параметрами внешней среды.
В данном способе обеспечивается возможность проведения измерений на двух опорах одновременно за счет того, что вторая опора служит токовым электродом для первой и измерения выполняются синхронно на обеих опорах. Кроме того, использование данного способа позволит сократить временные затраты на определение коррозионного состояния подземной части железобетонных опор.