СРЕДСТВО НА ОСНОВЕ МАСЛА, ВОСКА ИЛИ ЖИРА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ, В ОСОБЕННОСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ СТАЛЬНОЙ АРМАТУРЫ
AGENT BASED ON OIL, WAX OR FAT FOR CORROSION PROTECTION OF METAL STRUCTURE, ESPECIALLY PRESTRESSED STEEL REINFORCEMENT

Областью настоящего изобретения является тиксотропное средство на основе масла, воска или жира для защиты от коррозии металлических поверхностей, в особенности - поверхностей предварительно напряженной стальной арматуры.
В случае бетонных конструкций обычно используют предварительно напряженные системы в форме стальной арматуры или предварительно напряженной стальной арматуры. При этом растянутые предварительно напряженные арматурные элементы через анкеры или за счет прямого соединения с бетоном опираются на бетон, за счет чего бетон получает сжимающую нагрузку. Этот способ компенсирует недостаточную прочность бетона на растяжение и обеспечивает заметно большие сжимающие напряжения. Система находит применение в области геоанкеров, конструкций перекрытий, башенных конструкций, мостостроения и многих других прикладных задач.
Например, для этого используют натяжные устройства, состоящие из стержней, отдельных проволок или канатов, преимущественно - из высокопрочной стали. Из различных типов предварительно напряженной стальной арматуры наиболее широко распространены предварительно напряженные семипроволочные стальные арматурные канаты. В настоящее время на рынке в основном имеются три типа арматурных канатов: арматурные канаты без покрытия, арматурные канаты с металлическими и неметаллическими покрытиями в качестве заводской защиты от коррозии и арматурные канаты, имеющие оболочку из полимерного материала, причем пространство между оболочкой и канатом заполнено противокоррозионной композицией. Специалисты в данной области техники называют последний тип канатов арматурными прядями.
Предварительно напряженная стальная арматура (например, арматурные пряди), которую используют, например, в случае напряженно-армированного бетона, из-за высокого растягивающего напряжения очень чувствительная к коррозии. На предшествующем уровне техники известны противокоррозионные композиции для предварительно напряженной стальной арматуры, в которых использованы различные жиры или воски, полученные при переработке нефти.
В публикации DE 3806350 А1 раскрыта композиция противокоррозионного покрытия для стали, в особенности - для арматурной стали в бетоне, содержащая смесь таких компонентов, как льняное масло, древесное масло или полимеризованное масло (штандоль), стеарат кальция, силикат алюминия, свинцовый сурик, продутый битум, н-бутанол, нафтенат кобальта и растворитель, в определенных пропорциях.
Публикация DE 3644414 А1 относится к полимерной композиции для заполнения пространств внутри трубы из полимерного материала, заполненной множеством параллельных стальных проволок или стальных тросов, которую, среди прочего, используют, например, в качестве растягивающих элементов вантовых мостов, состоящей в первую очередь из маловязкого полимера, например - из полиуретана, который за счет добавления отвердителя переходит в твердое, легко деформируемое состояние, причем полимерный материал в жидкой фазе смешивают с мелкими твердыми щелочными частицами, например - с частицами цемента, золы-уноса и т.п., и с закрытопористыми, легко деформируемыми, сжимаемыми частицами, например - с частицами молотого пенопласта, коры и т.п. Полимерная композиция согласно публикации DE 3644414 А1 является средством для защиты от коррозии, как можно заключить, например, из второго абзаца.
В публикации ЕР 0105839 А2 раскрыты предварительно напряженные элементы с двухслойной оболочкой из полимерного материала, в которой внутренний слой является деформируемым, стабильным при хранении при комнатной температуре и термически отверждаемым, а наружный слой является слоем полимерного материала, отверждаемого облучением. Такие предварительно напряженные элементы пригодны для производства несущих конструкционных элементов, в особенности - для бетонных опор и скальных анкерных креплений. Оболочка из полимерного материала после размещения, например, в бетонных опорах должна обеспечивать эффективную защиту от коррозии.
В области настоящего изобретения установлено, что является преимуществом, если напряженную стальную арматуру, находящуюся в напряженно-армированном бетоне, можно без повреждения извлечь из напряженно-армированного бетона для целей контроля (в особенности, на наличие коррозии) и, при необходимости, для замены.
Так, публикация DE 4106309 А1 относится к способу замены или контроля расположенной в трубчатой оболочке предварительно напряженной арматуры с недостаточным сцеплением с деталями из предварительно напряженного бетона. Связующим материалом при этом служит растворимый термопластичный или растворимый термореактивный полимерный материал, который к произвольному моменту времени при повышении температуры, или за счет процесса растворения растворителем, или за счет применения разлагающих полимерный материал микроорганизмов так изменяет свои связующие свойства, что арматуру, до этого прочно связанную с бетонным блоком, при необходимости можно легко извлечь или проконтролировать. Связующий материал согласно примеру осуществления изобретения должен защищать предварительно напряженные арматурные элементы от коррозии или других повреждений.
Далее публикация ЕР 0771593 А2 относится к способу и устройству для обнажения и очистки ограниченных по длине участков арматурных элементов из стальных проволок, которые окружены противокоррозионной композицией, в особенности - жиром, и вместе с ней заключены в оболочку из полимерного материала.
Способы согласно предшествующему уровню техники проверки предварительно напряженной стальной арматуры, покрытой противокоррозионной композицией, на наличие коррозии являются очень трудоемкими, так как они, как правило, требуют освобождения предварительно напряженной стальной арматуры от противокоррозионной композиции или даже извлечения предварительно напряженной стальной арматуры из бетонной конструкции. Тем не менее, как правило, необходимо проверять предварительно напряженную стальную арматуру на наличие коррозии через регулярные промежутки времени.
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы упростить проверку предварительно напряженной стальной арматуры, покрытой противокоррозионной композицией, на наличие коррозии.
Настоящее изобретение обеспечивает средство для защиты от коррозии (далее также обозначаемое как противокоррозионная композиция) металлической поверхности, причем средство для защиты от коррозии содержит органический компонент, который является маслом, жиром или воском, и является тиксотропным. Это средство для защиты от коррозии в особенности пригодно для предварительно напряженной стальной арматуры. Средство для защиты от коррозии по настоящему изобретению отличается тем, что оно является светопроницаемым и, кроме того, содержит индикатор. Индикатор реагирует на коррозию металлической поверхности изменением своего спектра поглощения в области ультрафиолетового, видимого или инфракрасного света; предпочтительно индикатор реагирует на коррозию металлической поверхности изменением цвета. В частности, средство для защиты от коррозии содержит в качестве индикатора цветовой индикатор на катионы металлов, в частности - на катионы железа. В других аспектах настоящее изобретение обеспечивает способ покрытия окруженной оболочкой металлической структуры средством для защиты от коррозии по настоящему изобретению, металлическую структуру, покрытую средством для защиты от коррозии по настоящему изобретению, устройство, расположенное на металлической структуре, и способ проверки металлической структуры на наличие коррозии.
Настоящее изобретение облегчает проверку металлической поверхности (в особенности - поверхности предварительно напряженных систем) на наличие коррозии, причем видимой или обнаружимой становится коррозия недемонтированной предварительно напряженной стальной арматуры или скрытой металлической поверхности, если металлическая поверхность покрыта средством для защиты от коррозии. Средство для защиты от коррозии, находящееся на металлической поверхности, в определенной степени защищает металлическую поверхность от влаги, способствующей коррозии. Если же металлическая поверхность все же подвергается воздействию влаги (то есть воды) и корродирует (например, если функция барьера против влаги средства для защиты от коррозии нарушается с течением времени), то, как правило, в водный раствор переходят ионы металлов; при этом также может изменяться значение рН раствора. Если этот водный раствор вступает в контакт со средством для защиты от коррозии по настоящему изобретению, то происходит изменение спектра поглощения индикатора в области ультрафиолетового, видимого или инфракрасного света (например, происходит изменение цвета индикатора), если он, например, образует цветное комплексное соединение с катионом металла или изменяет свой цвет в зависимости от значения рН. Если это происходит в достаточной степени, то это обнаружимо или даже видно невооруженным глазом, поскольку средство для защиты против коррозии по настоящему изобретению является светопроницаемым. Согласно настоящему изобретению кислород и вода (которые могут привести к образованию окрашенного оксида железа, то есть ржавчины), естественно, нельзя рассматривать как возможный индикатор, содержащийся в средстве для защиты от коррозии, поскольку это противоречило бы смыслу защиты от коррозии.
В следующем, описанном ниже, аспекте настоящего изобретения раскрыт способ проверки на наличие коррозии (или устройство для его осуществления), который основан на взаимодействии затухающих волн, происходящих от луча света в световоде, с индикатором. Для этого превосходно подходит средство для защиты от коррозии по настоящему изобретению.
Хотя на предшествующем уровне техники известны средства или покрытия для металлических поверхностей, содержащие индикатор на ионы металлов, которые предназначены для абсолютно других технических задач, эти публикации не раскрывают настоящее изобретение и не содержат идей, которые могли бы стать для него основой.
Публикация WO 2013/185131 А1 относится к неорганическим покрытиям для металлических поверхностей, например - в самолетостроении. При этом речь не идет о светопроницаемом средстве для защиты от коррозии, как в настоящем изобретении, и в этом документе нет никакой связи с предварительно напряженными или подобными системами. Кроме того, задача изобретения, раскрытого в публикации WO 2013/185131 А1, абсолютно иная, нежели в настоящем изобретении; она состоит в том, чтобы определить степень покрытия металлической поверхности неорганическим покрытием, находящимся на металлической структуре («кроющую способность»).
Публикация DE 10 2004050150 А1 относится к средству для защиты от коррозии, которое используют совместно с устройством для проверки защитного действия поверхностных покрытий против коррозионного воздействия факторов окружающей среды или химических сред. В этом документе, как и в указанной выше публикации WO 2013/185131 А1, речь идет об инспекции покрытий на металлических строительных конструкциях. Предпочтительным растворителем в средстве для испытания на коррозию является вода, органические растворители не упоминаются. Средство для испытания на коррозию предназначено лишь для временного нанесения на строительную конструкцию. Кроме того, из публикации становится очевидным, что средство для испытания на коррозию непригодно в качестве средства для защиты от коррозии: в средстве для испытания на коррозию, описанном в этой публикации, предпочтительно содержится токопроводящая соль, которая в действительности ускоряет коррозию.
Публикация DE 10 2005055028 А1 относится к средству и способу для проверки противокоррозионных покрытий и с технической точки зрения является очень сходной с указанной в предыдущем абзаце публикацией DE 10 2004050150 А1. Существенным признаком является то, что средство содержит даже химические вещества-окислители.
Патент US 5646400 относится к устройству или способу для обнаружения коррозии или контроля на наличие коррозии в конструкции, например - в фюзеляже самолета, оптическими способами. Однако патентная публикация не раскрывает средство для защиты от коррозии, не говоря уже о средстве для защиты от коррозии, содержащем масло, жир или воск, или о тиксотропном средстве для защиты от коррозии.
Публикация US 2010/107741 А1 относится к колориметрическому испытанию на коррозию в тормозной системе. При этом берут пробу тормозной жидкости, находящейся в тормозной системе, и приводят ее в контакт с индикатором на ионы металла. Однако тормозная жидкость не является тиксотропной и не используется с целью защиты от коррозии.
Патент Великобритании GB 2425835 относится к способу обнаружения коррозии на металлической поверхности, в котором на металлическую поверхность распыляют раствор, содержащий связующее и хелатор металлов в качестве флуоресцентного индикатора, и затем облучают поверхность ультрафиолетовым излучением. Тем не менее, раствор не является средством для защиты от коррозии, не содержит масла, жира или воска, не говоря уже о том, что он не является тиксотропным.
Публикация WO 2009/126802 А1 относится к способу обнаружения коррозии или к соответствующему продукту. Способ включает по существу приготовление покрытия, содержащего пленкообразующий материал и комплексообразующее средство в качестве индикатора ионов металлов, нанесение покрытия на основу и облучение покрытия для обнаружения возможной коррозии. Тем не менее, покрытие не содержит масла, жира или воска и не является тиксотропным.
Публикация US 2003/068824 А1 относится к композиции для выявления коррозии или к соответствующему способу ее применения. Указано, что композиция является водным гелем, содержащим индикатор коррозии, которым можно покрыть поверхность материала. Однако композиция не является средством для защиты от коррозии, не содержит масла, жира или воска, не говоря уже о том, что она не является тиксотропной.
Несвязанные предварительно напряженные системы (например, предварительно напряженная стальная арматура) могут быть размещены внутри или снаружи несущей конструкции (поперечного сечения бетона). Первые называют внутренними предварительно напряженными системами, вторые - внешними предварительно напряженными системами. Композиции для защиты от коррозии в несвязанных предварительно напряженных системах, в особенности - в случае предварительно напряженной стальной арматуры, обычно должны выполнять две основные задачи, а именно - улучшения антифрикционных свойств металлических предварительно напряженных арматурных элементов для снижения потерь на трение при напряжении и в течение всего срока использования и снижения или подавления коррозии металлических предварительно напряженных арматурных элементов.
Органическим компонентом средства для защиты от коррозии по настоящему изобретению является масло, жир или воск (или их смеси). Органический компонент служит, как обычно, в качестве барьера для влаги (другими словами, для гидрофобизации металлической поверхности) и, в частности, в качестве смазочного средства. Поэтому органический компонент средства для защиты от коррозии по настоящему изобретению обычно является плохо растворимым или даже нерастворимым в воде. В частности, предусмотрено средство для защиты от коррозии по настоящему изобретению на основе масла, жира или воска, что означает, что масло, жир или воск является основным компонентом средства для защиты от коррозии в пересчете на общую массу и может служить, например, растворителем или носителем.
Согласно предпочтительному по настоящему изобретению определению, смесь веществ (или вещество) обозначают как масло, если она является жидкой при температуре, равной 25°С, является более вязкой, чем вода, и не смешивается с водой (в опыте со смешиванием образуются разделенные фазы). Среди прочего, существуют жирные масла (смеси животных и растительных триглицеридов жирных кислот), минеральные масла и силиконовые масла. Представитель последних двух групп, в особенности - представитель группы минеральных масел, по настоящему изобретению является предпочтительным в качестве органического компонента.
Согласно предпочтительному по настоящему изобретению определению, смесь веществ (или вещество) обозначают как жир, если она содержит по меньшей мере один триглицерид жирных кислот (или является триглицеридом жирных кислот), является твердой при температуре, равной 25°С, и по существу не растворима в воде. Жиры, среди прочего, могут иметь животное или растительное происхождение.
15
Согласно предпочтительному по настоящему изобретению определению, смесь веществ (или вещество) обозначают как воск, если она, во-первых, содержит по меньшей мере одно вещество с длинными ненасыщенными алкильными цепями (обычно более С) и, во-вторых, при температуре, лежащей в диапазоне от 20°С до 25°С, является пластичной и твердой, вплоть до хрупкости, а при температуре, лежащей в диапазоне от 40°С до 45°С, плавится с образованием низковязкой жидкости.
Поэтому специалист в данной области техники без проблем сможет выбрать, в частности - из известных масел (например, смазочных масел), жиров (например, смазочных жиров) и восков, подходящий для средства для защиты от коррозии органический компонент в подходящей концентрации (и при необходимости - с подходящими добавками), чтобы обеспечить также светопроницаемость средства для защиты от коррозии по настоящему изобретению.
Так как при коррозии металлов образуются катионы металлов, то в рамках настоящего изобретения наиболее подходящим является индикатор на катионы металлов. Поэтому в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения изменение спектра поглощения индикатора происходит за счет координационного связывания индикатора с катионом металла (то есть за счет образования комплекса катиона металла и индикатора). Индикатор средства для защиты от коррозии по настоящему изобретению в следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения может образовывать с катионом металла цветной комплекс.
Средство для защиты от коррозии по настоящему изобретению предпочтительно используют на поверхности стали. При коррозии поверхности стали образуются катионы железа. Поэтому по настоящему изобретению предпочтительно, если изменение спектра поглощения индикатора обусловлено координационным связыванием индикатора с катионом железа (то есть образованием комплекса катиона железа и индикатора). Индикатор средства для защиты от коррозии по настоящему изобретению в следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения может образовывать с катионом железа цветной комплекс.
Индикаторы на ионы металлов или индикаторы на катионы железа уже давно известны на предшествующем уровне техники. Предпочтительно индикатор средства для защиты от коррозии по настоящему изобретению выбран из группы фталоцианинов, в особенности - 29Н,31Н-тетрабензо [b,g,l,q][5,10,15,20] тетраазапорфина и 1,10-фенантролина, октилгаллата, пропилгаллата, салициловой кислоты, 2,2'-бипиридина и 5-метилрезорцина и их смесей. Фталоцианины, в особенности - 29H,31Н-тетрабензо [b,g,l,q][5,10,15,20] тетраазапорфин, являются особо предпочтительными в качестве индикаторов в рамках настоящего изобретения.
Индикатор средства для защиты от коррозии по настоящему изобретению предпочтительно является химическим веществом, которое реагирует на коррозию металлической поверхности, в частности - посредством образования комплексного соединения с изменением его спектра поглощения в области ультрафиолетового, видимого или инфракрасного света, предпочтительно - с изменением цвета. Индикатор предпочтительно является комплексообразующим соединением.
Средство для защиты от коррозии по настоящему изобретению предпочтительно закачивают или инжектируют (в частности - в пространство между арматурным элементом и оболочкой арматурного элемента, окруженного оболочкой, например - арматурной пряди). Для этого средство для защиты от коррозии по настоящему изобретению предпочтительно является тиксотропным в диапазоне температур от -25°С до 80°С, предпочтительно - от -10°С до 50°С, в особенности - от -5°С до 30°С. Это облегчает закачивание или инжекцию при стандартных температурах окружающей среды.
Техническое решение для придания тиксотропности средству для защиты от коррозии по настоящему изобретению состоит в следующем: в особо предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения средство для защиты от коррозии содержит термопластичный эластомер в качестве тиксотропирующего средства. Предпочтительно термопластичный эластомер является светопроницаемым, предпочтительно - линейным, диблоксополимером на основе стирола и этилена/пропилена (S-E/P; от англ.: styrene-ethylene/propylene). Другие светопроницаемые термопластичные эластомеры известны специалистам в данной области техники.
В рамках настоящего изобретения также выявлено, что масло лучше подходит для использования в качестве органического компонента в предварительно напряженной системе, нежели жир или воск. Поэтому органическим компонентом в средстве для защиты от коррозии по настоящему изобретению предпочтительно является масло, предпочтительно - силиконовое масло или минеральное масло, в особенности - минеральное масло.
В следующем предпочтительном варианте осуществления средства для защиты от коррозии по настоящему изобретению указанным органическим компонентом является базовое масло, относящееся к группам с I по V, предпочтительно - к группам с II по V, предпочтительно - к группам с II по III, в особенности - к группе II, согласно классификации Американского института нефти (American Petroleum Institute, API). Указанное базовое масло группы II обладает особым преимуществом, так как оно является более прозрачным (то есть более светопроницаемым), чем масло группы I, и его применение является более экономичным, чем применение масла группы III.
Кроме того, из соображений целесообразности средство для защиты от коррозии по настоящему изобретению содержит ингибитор коррозии и/или антиоксидант. Это служит для того, чтобы еще больше замедлить или предотвратить коррозию металлической поверхности, в дополнение к тому, что средство для защиты от коррозии по настоящему изобретению предпочтительно образует барьер для влаги, что следует из наличия органического компонента, выбранного, в частности, из масла, жира или воска. Ингибитор коррозии выбран, например, из нонилфеноксиуксусной кислоты (например, IRGACOR NPA, производства компании BASF SE), N-ацилсаркозина (например, SARKOSYL О, производства компании BASF SE), аминофосфатов (например, IRGALUBE 349, производства компании BASF SE) и их смесей. Антиоксидант выбран, например, из 2,2'-тиоэтилен-бис(3,5-ди-трет-бутил-гидроксигидроциннамата) (например, BRAD-СНЕМ 395, производства компании Brad-Chem Ltd.), пентаэритритолтетракис(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксигидроциннамата) (BRAD-CHEM 391, производства компании Brad-Chem Ltd.), октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата (BRAD-CHEM 397, производства компании Brad-Chem Ltd.) и их смесей. Из предшествующего уровня техники известны другие ингибиторы коррозии или антиоксиданты. Специалист в данной области техники без проблем сможет выбрать подходящие ингибиторы коррозии или антиоксиданты в подходящей концентрации, чтобы светопроницаемость средства для защиты от коррозии по настоящему изобретению осталась по существу неизменной.
В следующем аспекте настоящего изобретения обеспечен способ обеспечения металлической структуры, окруженной оболочкой, средством для защиты от коррозии. Этот способ отличается тем, что средство для защиты от коррозии по настоящему изобретению закачивают между металлической структурой и оболочкой. Для этого особенно выгодным является то, что средство для защиты от коррозии по настоящему изобретению является тиксотропным, так что после закачивания оно снова может отверждаться. Металлической структурой предпочтительно является предварительно напряженная стальная арматура (в частности - арматурная прядь), которая дополнительно может быть покрыта покрытием (например, слоем цинка). Оболочка предпочтительно состоит из полимерного материала, более предпочтительно - из термопластичного полимерного материала, например - из полиэтилена, в частности - из полиэтилена высокой плотности (HDPE; от англ.: high density polyethylene).
В следующем аспекте настоящего изобретения обеспечена металлическая структура. Она отличается тем, что покрыта средством для защиты от коррозии по настоящему изобретению. Металлическая структура предпочтительно является предварительно напряженной стальной арматурой (в частности - арматурной прядью), и она может дополнительно быть покрыта покрытием (например, слоем цинка). Металлическая структура также может быть проволочным канатом, в частности - стальным канатом. В частности, металлическая структура окружена оболочкой, и средство для защиты от коррозии находится между оболочкой и металлической структурой. Оболочка предпочтительно состоит из полимерного материала, более предпочтительно - из термопластичного полимерного материала, например - из полиэтилена, в частности - из полиэтилена высокой плотности (HDPE).
Обнаружение индикатора, который вследствие коррозии, например, принимает определенный цвет, можно, например, осуществить посредством инспекции невооруженным глазом. Для этого предпочтительно должна быть предусмотрена светопроницаемая оболочка металлической структуры.
Так как покрытая средством для защиты от коррозии металлическая структура после монтажа больше недоступна для инспекции невооруженным глазом, например, если она является предварительно напряженной стальной арматурой, находящейся внутри бетонной конструкции, можно также предусмотреть фотометрические измерительные блоки в средстве для защиты от коррозии, например - через равные промежутки по всей длине. Однако особенно подходящим для обнаружения индикатора, который вследствие коррозии претерпевает изменение своего спектра поглощения (например, приобретает определенный цвет), является устройство, раскрытое ниже.
В следующем аспекте настоящего изобретения обеспечено устройство, расположенное на металлической структуре. Устройство включает светопроницаемый элемент, который предпочтительно является светопроницаемым волокном, и средство для защиты от коррозии, которое находится на поверхности металлической структуры. Устройство отличается тем, что средство для защиты от коррозии выполнено как средство для защиты от коррозии по настоящему изобретению, при этом светопроницаемый элемент выполнен как световод с разделительной поверхностью, расположенной между элементом и средством для защиты от коррозии. Металлическая структура предпочтительно является предварительно напряженной стальной арматурой (в частности - арматурной прядью), и она может быть дополнительно покрыта покрытием (например, слоем цинка). Металлическая структура также может быть проволочным канатом, в частности - стальным канатом. Предпочтительно металлическая структура является частью строительного объекта, в частности - частью бетонной конструкции.
Устройство по настоящему изобретению обеспечивает обнаружение индикатора, который прореагировал на коррозию металлической поверхности изменением спектра поглощения (например, образованием цветного индикатора или комплексного соединения ионов и индикатора), в средстве для защиты от коррозии за счет взаимодействия индикатора с затухающим полем, которое генерируется лучом света в выполненном в форме световода светопроницаемом элементе. Поэтому устройство по настоящему изобретению особенно хорошо подходит для того, чтобы облегчить проверку металлической структуры на наличие коррозии, так как при помощи устройства возможна проверка металлической структуры in situ, то есть, например, без необходимости извлечения металлической структуры (если она является, например, предварительно напряженной стальной арматурой) из бетонной конструкции. Одна из возможностей проведения проверки проиллюстрирована ниже.
2
1
1
1
1
2+
Средство для защиты от коррозии имеет показатель преломления n. Между средством для защиты от коррозии устройства и светопроницаемым элементом устройства образуется поверхность раздела, например, светопроницаемое волокно проводят вдоль продольной оси металлической структуры через средство для защиты от коррозии. Светопроницаемый элемент (например, стекловолокно) выполнен в отношении его показателя преломления n (например, за счет использования определенного типа стекловолокна) и диаметра так, что, если луч света вводится в светопроницаемый элемент, на границе раздела происходит полное внутреннее отражение луча света, то есть светопроницаемый элемент становится световодом. Если луч света полностью отражается внутрь световода на поверхности раздела, происходит затухание. Поэтому луч света может также вступать во взаимодействие с молекулами средства для защиты от коррозии с другой стороны от поверхности раздела и при определенных условиях поглощаться ими. Если вследствие коррозии происходит изменение спектра поглощения на длине волны λ, (например, изменение цвета) индикатора, содержащегося в средстве для защиты от коррозии, вблизи поверхности раздела (на молекулярном уровне вблизи поверхности раздела находятся, например, комплексные соединения Fe и индикатора, которые поглощают свет с длиной волны λ то есть являются, например, цветными), то соответственно снижается интенсивность луча света с длиной волны λ после полного отражения на поверхности раздела.
1
Например, во время первой проверки (например, сразу же после изготовления строительной конструкции, в которой расположено устройство на металлической структуре) можно зарегистрировать эталонный спектр поданного луча света. Проверку повторяют через регулярные промежутки времени, при этом, например, снижение интенсивности на длине волны λ в полученном спектре луча света по сравнению с эталонным спектром является признаком наличия коррозии металлической структуры.
Хотя на предшествующем уровне техники известны световоды, используемые в связи с проверкой на наличие коррозии, но не совместно с индикатором, который реагирует на коррозию металлической поверхности изменением своего спектра поглощения в области ультрафиолетового, видимого или инфракрасного света. Поэтому указанный ниже предшествующий уровень техники не предвосхищает настоящее изобретение и не наводит на мысль о нем.
Публикация WO 2004/031738 А1 относится к световоду, используемому в качестве датчика коррозии. Световод может быть проведен, например, аксиально вдоль поверхности структуры, подлежащей контролю, или обернут вокруг поверхности металлической структуры, подлежащей контролю. Однако световод предназначен исключительно для измерения температуры или для определения наличия жидкости. Измерение обусловленного коррозией изменения спектра поглощения индикатора в данном документе не раскрыто.
Публикация CN 203259173 U относится к датчику для контроля коррозии на основе световода, который предназначен для применения в мостах. Согласно данному документу контроль не основан на выявлении изменения спектра поглощения индикатора.
Кроме того, публикации WO 98/40728 А1 и DE 10 2012207179 А1 раскрывают другие устройства или способы для контроля коррозии в строительных конструкциях, которые не основаны на световодах. Предмет первой публикации основан на измерении импеданса на поверхности сталебетона. Предметом второй публикации является металлическая труба, которая содержит по меньшей мере двухслойную противокоррозионную оболочку с верхним и нижним слоями, отличающаяся тем, что при повреждении расположенного на ней слоя или слоев можно обнаружить оптический или электрический сигнал.
1
2
2
1
Полное внутреннее отражение происходит на поверхности раздела оптически более плотной среды с показателем преломления n и оптически менее плотной среды с показателем преломления n, если угол падения света из оптически более плотной среды на поверхность раздела превышает определенное значение, так называемый предельный угол полного внутреннего отражения. Представление о полном, то есть абсолютном, отражении волны является идеализацией, поскольку даже «полностью» отраженное излучение на практике частично теряется из-за поглощения. Поэтому в контексте настоящего изобретения термин «полное внутреннее отражение» следует понимать в практическом толковании, понятном специалисту в данной области техники. Предельный угол  полного внутреннего отражения (который обычно отсчитывают от нормали, то есть перпендикуляра, к поверхности раздела) можно рассчитать, исходя из показателей преломления сред n и n, следующим образом:
Из этого также следует, что диаметр светопроницаемого элемента (например, стекловолокна) не должен превышать определенного максимального диаметра, чтобы соответствовать минимальному значению для предельного угла  в любом данном событии отражения при распространении определенного луча света пучка в элементе.
Как правило, светопроницаемая среда будет действовать как оптический волновод, если она окружена материалом, имеющим более низкую оптическую плотность, и если свет, распространяющийся в среде, не может покинуть среду из-за полного отражения на граничной поверхности, и вместо этого отражается под новым углом, равным углу падения, что приводит к повторяющемуся полному отражению на граничной поверхности при распространении света в среде.
Физический феномен затухания волн используют в многочисленных известных способах измерения. Примером этого является инфракрасная спектроскопия нарушенного полного внутреннего отражения (ATR; от англ.: attenuated total reflection) для исследования поверхностей непрозрачных веществ, например - лаковых покрытий.
p
1
2
Центральным параметром является глубина проникновения d затухающей волны. Ее определяют как такое расстояние от поверхности раздела сред, на котором амплитуда электрического поля составляет 1/е часть (примерно 37%) амплитуды поля на поверхности раздела. Для света с длиной волны λ и углом падения  при переходе из оптически более плотной среды (например, из светопроницаемого элемента с показателем преломления n) в оптически менее плотную среду (например, в средство для защиты от коррозии с показателем преломления n) получаем:
1
2
Для типичного угла падения , равного примерно 45°, и типичного соотношения показателей преломления можно приблизительно подсчитать, что глубина проникновения лежит в диапазоне от примерно 1/5 до примерно  длины волны падающего света, при этом глубина проникновения уменьшается с увеличением отношения показателей преломления n/n.
Так как глубина проникновения в случае длин волн, лежащих в диапазоне от 380 нм до 760 нм (то есть в видимой области света), в характерном случае лежит в субмикрометровой области, целесообразно увеличить поверхность раздела для повышения чувствительности измерения. Поэтому в предпочтительном варианте осуществления устройства светопроницаемый элемент располагают вдоль продольной оси металлической структуры в средстве для защиты от коррозии, причем длина светопроницаемого элемента, расположенного в средстве для защиты от коррозии, предпочтительно составляет по меньшей мере 50% от длины металлической структуры, предпочтительно - по меньшей мере 60%, более предпочтительно - по меньшей мере 70%, еще более предпочтительно - по меньшей мере 80%, в особенности - по меньшей мере 90% от длины металлической структуры. В особо предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения светопроницаемый элемент, расположенный в средстве для защиты от коррозии, обернут вокруг металлической структуры.
Кроме того, светопроницаемый элемент при необходимости может состоять из нескольких материалов с различной оптической плотностью. Например, светопроницаемый элемент местами может состоять из стекловолокна в качестве сердцевины, окруженного оболочкой из оптически менее плотного стекла.
В следующем аспекте настоящего изобретения обеспечен способ проверки металлической структуры, предпочтительно - предварительно напряженной стальной арматуры, в частности - в форме арматурной пряди, на наличие коррозии. Этот способ отличается тем, что металлическая структура снабжена устройством по настоящему изобретению, и включает:
- подачу луча света в светопроницаемый элемент устройства;
- по меньшей мере частичное отражение луча света на поверхности раздела между элементом и средством для защиты от коррозии в устройстве,
- вывод луча света из элемента; и
- детектирование выведенного луча света.
Луч света, подлежащий подаче, должен в любом случае содержать по меньшей мере одну длину волны, на которой происходит изменение спектра поглощения индикатора в случае коррозии. Детектирование также должно проводиться по меньшей мере на этой длине волны. С позиции целесообразности это такая длина волны, которую средство для защиты от коррозии поглощает в пренебрежимо малой степени при отсутствии коррозии.
Подаваемый луч света может быть широкополосным (например, белый свет) или монохроматическим, например - с одной длиной волны, соответствующей максимуму поглощения индикатора в том случае, когда он из-за коррозии приобрел определенный цвет. В случае подаваемого луча света речь может идти о свете в видимом для человека диапазоне (с длинами волн от 380 нм до 780 нм) и/или в ультрафиолетовом диапазоне (с длинами волн от 10 нм до 380 нм, предпочтительно - от 100 нм до 380 нм, более предпочтительно - от 170 нм до 380 нм, еще более предпочтительно - от 190 нм до 380 нм, в особенности - от 250 нм до 380 нм) или в ближнем инфракрасном диапазоне (с длинами волн от 780 нм до 10000 нм, предпочтительно - от 780 нм до 3500 нм, более предпочтительно - от 780 нм до 2600 нм, еще более предпочтительно - от 780 нм до 1400 нм, в особенности - от 780 нм до 1100 нм).
Подходящие источники света для получения подаваемого луча света (например, лампа накаливания с вольфрамовой нитью, ксеноновая лампа-вспышка, галогеновая лампа или лазер) и подходящие детекторы для детектирования отводимого луча света (например, фотоэлемент или фотодиод) известны специалистам в данной области техники. Также специалист в данной области техники без проблем сможет при необходимости предусмотреть другие оптические элементы, например - цветные светофильтры, монохроматоры, направляющие зеркала или линзы перед подачей или выведением луча света.
Другие определения:
В контексте настоящего изобретения при использовании термина «ультрафиолетовый свет» речь идет об электромагнитном излучении в диапазоне длин волн от 10 нм до 380 нм, предпочтительно - от 100 нм до 380 нм, более предпочтительно - от 170 нм до 380 нм, еще более предпочтительно - от 190 нм до 380 нм, в особенности - от 250 нм до 380 нм.
В контексте настоящего изобретения при использовании термина «видимый свет» речь идет об электромагнитном излучении в диапазоне длин волн от 380 нм до 780 нм.
В контексте настоящего изобретения при использовании термина «инфракрасный свет» речь идет об электромагнитном излучении в ближнем инфракрасном диапазоне в диапазоне длин волн от 780 нм до 10000 нм, предпочтительно - от 780 нм до 3500 нм, более предпочтительно - от 780 нм до 2600 нм, еще более предпочтительно - от 780 нм до 1400 нм, в особенности - от 780 нм до 1100 нм.
Под «изменением цвета» следует прежде всего понимать переход от одного цвета к другому. Однако в отсутствие коррозии индикатор также может быть бесцветным и приобретать цвет только при коррозии (например, за счет координационного связывания катиона железа), в контексте настоящего изобретения это также называют изменением цвета. Возможен и противоположный ход событий, то есть переход индикатора из цветной формы в бесцветную вследствие коррозии; это также называют изменением цвета в контексте настоящего изобретения.
Свойство по настоящему изобретению, состоящее в светопроницаемости средства для защиты от коррозии, можно наблюдать в зависимости от выбранного индикатора: светопроницаемость должна быть обеспечена по меньшей мере для света с выбранной длиной волны, при которой может изменяться спектр поглощения индикатора вследствие коррозии.
0
0
0
K
K
В предпочтительном по настоящему изобретению определении термин «светопроницаемый» следует понимать следующим образом: оптическая плотность на определенной длине волны - это десятичный логарифм отношения интенсивности излучения, падающего на среду (I), к интенсивности излучения, вышедшего из среды (то есть детектируемого) (I), на определенной длине волны. Оптическая плотность дистиллированной воды для толщины слоя d при 25°С и нормальном давлении по определению равна 0 (то есть по определению: I=I). При неизменной интенсивности падающего излучения I (то есть при использовании одного и того же источника излучения) и тех же условиях окружающей среды для той же толщины слоя d определяют относительную оптическую плотность средства для защиты от коррозии, при этом измеряют интенсивность I; относительную оптическую плотность определяют как десятичный логарифм отношения I к I. Средство для защиты от коррозии считается светопроницаемым, если при выбранной длине электромагнитной волны (или при выбранном диапазоне длин волн, например - с шириной, равной 10 нм или 100 нм), лежащей в диапазоне от 10 нм до 10000 нм, предпочтительно - от 170 нм до 3500 нм, более предпочтительно - от 190 нм до 2600 нм, еще более предпочтительно - от 320 нм до 1400 нм, в особенности - от 380 нм до 780 нм, эта относительная оптическая плотность составляет менее 4, предпочтительно - менее 1, более предпочтительно - менее 0,5, еще более предпочтительно - менее 0,25, в особенности - менее 0,125 или даже менее 0,0625. (Относительная оптическая плотность также может быть отрицательной; это значит, что средство для защиты от коррозии при соответствующей длине волны является более светопроницаемым, чем вода). Стандартная (и поэтому предпочтительная) толщина слоя d при определении оптической плотности равна 1 см, это соответствует стандартной кювете в лаборатории. Определение относительной оптической плотности можно провести, например, в диапазоне длин волн от 190 нм до 1100 нм на стандартном лабораторном спектрофотомере с кюветным отсеком, причем указанная выше проба воды служит в качестве так называемого «холостого раствора»; также специалист в данной области техники легко сможет выполнить соответствующие серийные разведения в случае сильно поглощающих свет средств для защиты от коррозии, чтобы получить возможность работать в пределах фотометрического линейного диапазона спектрофотометра.
В частности, термин «светопроницаемый» в контексте настоящего изобретения означает «прозрачный», то есть видимый для людей свет по меньшей мере в выбранной области цветности, видимой для людей, по существу не поглощается, в особенности - по существу не поглощается в любой видимой для людей области цветности (например, как в случае воды или силиконового масла или как в случае масел, которые обозначают как «прозрачные, как вода»).
Настоящее изобретение далее будет проиллюстрировано с использованием приведенных ниже примеров, которыми оно, само собой разумеется, не ограничено.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
Приготовление средства для защиты от коррозии
Композиция:
Вначале приготовили насыщенный раствор индикатора в небольшой части базового масла. Затем предварительно суспендировали термопластичный эластомер в следующей небольшой части базового масла. Для получения средства для защиты от коррозии поступили следующим образом:
Взяли оставшуюся большую часть базового масла и смешали с ингибитором коррозии, антиоксидантом и раствором индикатора согласно указанной выше рецептуре. Затем добавили суспендированный эластомер согласно указанной выше рецептуре (в пересчете на массу несуспендированного эластомера). Для смешивания использовали медленно движущуюся мешалку со скребками для очистки стенок. Процесс ускорили посредством нагрева базового масла до 40°С.
За счет добавления эластомера повышается вязкость смеси. Поэтому выгрузку средства для защиты от коррозии произвели посредством принудительного перемещения.
Пример 2
Испытание с индикатором коррозии
Для испытания средства для защиты от коррозии из Примера 1 на его способность к индикации коррозии слегка влажную стальную губку с участками ржавчины поместили в прозрачный стеклянный резервуар. Затем этот стеклянный резервуар заполнили средством для защиты от коррозии и инкубировали при комнатной температуре. Вследствие продолжавшейся коррозии металлической губки в течение двух дней произошло окрашивание средства для защиты от коррозии в интенсивный красный цвет, начиная с областей средства для защиты от коррозии, расположенных вблизи ржавых участков стальной губки. С течением времени окрашивание распространялось от этих областей вглубь средства для защиты от коррозии.
Пример 3
Применения
A) Для изготовления арматурной пряди средство для защиты от коррозии, приготовленное согласно Примеру 1, нанесли на предварительно напряженную стальную арматурную прядь, состоявшую из семи холоднотянутых проволок марки ST 1570/1770, в количестве, равном 60 граммам на метр арматурной пряди, под давлением. Обертывание арматурной пряди осуществили с использованием полиэтилена.
B) Для покрытия арматурной пряди с оболочкой средством для защиты от коррозии, приготовленное согласно Примеру 1 средство для защиты от коррозии закачали между оболочкой и арматурной прядью с помощью шестеренного насоса с приводом от сжатого воздуха с пластинчатым вытеснителем (UNIPUMP 5:1, шестеренный насос с приводом от сжатого воздуха, производства компании WERBA-CHEM GMBH) при избыточном давлении, равном 0,5 бар.
C) Для покрытия анкерной головки арматурной пряди средством для защиты от коррозии приготовленное согласно Примеру 1 средство для защиты от коррозии закачали в анкерную головку арматурной пряди с помощью шестеренного насоса с приводом от сжатого воздуха с пластинчатым вытеснителем (UNIPUMP 5:1, шестеренный насос с приводом от сжатого воздуха, производства компании WERBA-CHEM GMBH) при избыточном давлении, равном 0,5 бар.