способ определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 t ₅ 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 U ₀(t) опоры № 1 и опоры № 2 относительно медно-сульфатных электродов сравнения 5 и 5' соответственно, находят математическое ожидание M(U ₀) (среднее значение) в этом интервале по формуле:

Принимают U₀ равным M(U ₀).

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 t ₀ 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;

U ₁ - 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:

Сопротивление границы раздела определяется по формуле:

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 из следующего соотношения:

=t₃-t₁

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

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

Емкость границы раздела С_гр определяется по формуле:

где

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 t ₄ 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 U ₀. 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.