Способ определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор

Способ определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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'.

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 t₀ до момента времени t₅ будет зеркальна к осциллограмме для опоры №1 относительно оси времени).

В течение интервала времени от 0 до t₀ производят N равномерно распределенных во времени измерений стационарного потенциала арматуры U₀(t) опоры №1 и опоры №2 относительно медно-сульфатных электродов сравнения 5 и 5' соответственно, находят математическое ожидание M(U₀) (среднее значение) в этом интервале по формуле:

M ( U 0 ) = ∑ i = 1 N U N .

Принимают U₀ равным M(U₀).

Затем в момент времени t₀ 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 t₀ до t₁ 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=t₄ с помощью электронного ключа 2 происходит смена полярности приложенного напряжения, при t=t₅ происходит отключение источника постоянного напряжения (аккумуляторной батареи) 1.

По полученной осциллограмме (фиг.2) определяют:

t₁ - момент времени, в который поляризующий ток достигает максимума, с;

I₁ - максимальное значение поляризующего тока (момент времени t₁), А;

U₁ - значение напряжения «арматура-электрод сравнения» в момент t₁ 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:

R б = | U 1 − U 0 I 1 | ,

Сопротивление границы раздела определяется по формуле:

R г р = | U 2 − U 0 I 2 | − R б ,

где U₂ - значение напряжения в момент времени t₂, В;

I₂ - значение поляризующего тока в момент времени t₂, А;

t₂ - момент времени, предшествующий переключению поляризующего тока, с;

Далее определяется постоянная времени τ из следующего соотношения:

τ=t₃-t₁

где t₃ - момент времени, определяемый для значения тока t₃, которое равно:

I 3 = i ( t 3 ) = I 2 + I 1 − I 2 e ,

где е - основание натурального логарифма, е≈2,718.

Емкость границы раздела С_гр определяется по формуле:

С г р = τ R э ,

где R э = R г р ⋅ ( R б + R ш + R о п ) R г р + R б + R ш + R о п ,

R_оп - сопротивление растеканию опоры (если С_гр определяется для опоры №1, то берется сопротивление растеканию опоры №2, а если С_гр определяется для опоры №2, то берется сопротивление растеканию опоры №1, поскольку в данном случае соседняя опора используется в качестве токового электрода), Ом;

R_ш - сопротивление безреактивного шунта, Ом.

Смена полярности поляризующего тока производится в момент времени t₄ и выполняются измерения, вычисляются параметры:

t_1o - момент времени, в который поляризующий ток обратной полярности достигает максимума, с;

I_1o - максимальное значение поляризующего тока обратной полярности (момент времени t_K)), А;

U_1o - значение напряжения «арматура-электрод сравнения» при поляризующем токе обратной полярности в момент t_lo, В;

t_2o - момент времени, предшествующий выключению поляризующего тока обратной полярности, с;

U_2o - значение напряжения при поляризующем токе обратной полярности в момент времени t_2o, В;

I_2о - значение поляризующего тока обратной полярности в момент времени t_2o, А.

В момент времени t₅ 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».

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_гр, С_гр и U₀. Сопротивление границы раздела R_гр характеризует интенсивность окислительного процесса. Емкость границы раздела С_гр создается на границе раздела «металл-электролит», при этом одной обкладкой является металл арматуры, другой - жидкий приэлектродный слой из диссоциированных полярных молекул. Стационарный потенциал U₀ представляет собой собственный потенциал арматуры относительно медно-сульфатного электрода сравнения. Сопротивление бетона R_б - 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.

Способ определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор, содержащий измерение стационарного потенциала арматуры относительно электрода сравнения, подключение между арматурой опоры и токовым электродом через электронный ключ источника постоянного напряжения, измерение тока, проходящего через арматуру опоры, и потенциала арматуры опоры относительно электрода сравнения в переходном режиме, 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», отличающийся тем, что в качестве токового электрода используют соседнюю опору, измерения выполняют синхронно на обеих опорах.