Патент на изобретение №2156452

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗА СКОРОСТЬЮ РАЗРУШЕНИЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СООРУЖЕНИЙ ОТ КОРРОЗИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области мониторинга скорости коррозии бетонных и железобетонных сооружений, испытывающих в процессе эксплуатации воздействие окружающей агрессивной среды. Способ контроля за скоростью разрушения бетонных и железобетонных сооружений от коррозии заключается в том, что в сооружениях размещают бетонные образцы, выполненные в форме куба. Внутри образцов располагают сигнализаторы, выдерживают их в протекающем по ним потоке агрессивной среды. Внутри куба размещают крестообразные диэлектрические элементы, на которых, в ортогональных треугольниках, образованных линиями, соединяющими основания куба с его геометрическим центром, параллельно основаниям треугольников устанавливают сигнализаторы, выполненные в виде токопроводящих полос. По сигналам, поступающим с сигнализаторов на контрольно-измерительную аппаратуру, определяют скорость коррозионного разрушения сооружения. Изобретение решает задачу повышения точности измерения скорости коррозии бетонных и железобетонных сооружений при дистанционном измерении показателей скорости коррозии. 6 ил.

Изобретение относится к области мониторинга скорости коррозии бетонных и железобетонных сооружений, испытывающих в процессе эксплуатации воздействие окружающей агрессивной среды, и может быть использовано для непрерывного контроля скорости внутренней коррозии, например, подземных канализационных коллекторов, очистных сооружений, градирен ТЭЦ.

Известен способ контроля за скоростью разрушения бетонных и железобетонных сооружений от коррозии, заключающийся в том, что в сооружении размещают образцы-сигнализаторы, выдерживают их в протекающем по ним потоке агрессивной среды и оценивают коррозионные потери образцов-сигнализаторов, по которым судят о внутренней газовой коррозии сооружения (а.с. Р N 1006981, кл. G 01 N 17/00 от 10.07.81).

Недостатком данного способа является то, что для контроля скорости коррозионного разрушения образцы-сигнализаторы необходимо извлекать из сооружения и по изменению их толщины оценивать их коррозионные потери. Такой способ не позволяет получать информацию о коррозионных процессах, происходящих в теле железобетонной конструкции в течение многих лет эксплуатации сооружения.

Известен также, принятый за прототип, способ контроля за скоростью разрушения бетонных и железобетонных сооружений от коррозии, заключающийся в том, что внутри сооружений размещают бетонные образцы, выполненные в форме куба, внутри которых располагают сигнализаторы, выдерживают их в протекающем по ним потоке агрессивной среды, по сигналам, поступающим с них на контрольно-измерительную аппаратуру, определяют скорость коррозионного разрушения сооружения (патент РФ N 2065147, кл. G 01 N 17/00 от 17.08.93 г.).

Недостатками данного способа являются то, что:
– расположенные по периметру внутри кубического бетонного образца токопроводящие, легко разрушаемые от коррозии измерительные слои-сигнализаторы не учитывают турбулентность движения агрессивной газовой среды, результаты измерения представляют из себя среднеинтегрированные значения коррозии по всему участку сооружения, где размещен образец с сигнализатором. На практике, разрушение бетонных и железобетонных сооружений от газовой коррозии происходит не по всему контуру сооружения, а по определенным направлениям, как следствие турбулентности перемещаемых агрессивных воздушных потоков, и в зависимости от интенсивности их воздействия;
– поскольку предметом измерения является один из основных электрических параметров, т. е. сопротивление, то в результате воздействия агрессивной среды на отдельные детали и электрические контакты (несмотря на наличие антикоррозийной защиты) коммутационных блоков и узлов, расположенных также в агрессивной среде, может происходить искажение результатов измерений, и проверить, чем оно вызвано, коррозией токопроводящих слоев или контактов коммутационных блоков и узлов, не представляется возможным.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения скорости коррозии бетонных и железобетонных сооружений путем дистанционного измерения показателей скорости коррозии по всем ортогональным направлениям осей симметрии кубического образца.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе контроля за скоростью разрушения бетонных и железобетонных сооружений от коррозии, заключающемся в том, что внутри сооружений размещают бетонные образцы, выполненные в форме куба, внутри которых располагают сигнализаторы, выдерживают их в протекающем по ним потоке агрессивной среды, по сигналам, поступающим с них на контрольно-измерительную аппаратуру, определяют скорость коррозионного разрушения сооружения, внутри куба размещают крестообразные диэлектрические элементы, на которых, в ортогональных треугольниках, образованных линиями, соединяющими основания куба с его геометрическим центром, параллельно основаниям треугольников устанавливают сигнализаторы, выполненные в виде токопроводящих полос, с шагом, равным

где K – шаг между сигнализаторами;
H – толщина защитного слоя бетона сооружения до рабочей арматуры;
K_ср – среднегодовая коррозия бетона (принимается по аналогам);
m – ширина сигнализатора;
n – количество сигнализаторов в одном из ортогональных направлений.

При исследовании технического уровня предлагаемого решения не было обнаружено аналога, обладающего сходными признаками с предлагаемым решением, на основании чего можно считать, что предлагаемое решение соответствует критерию “Технический уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ контроля за скоростью разрушения бетонных и железобетонных сооружений от коррозии. На фиг. 2 – общий вид кубического образца с крестообразными диэлектрическими элементами, снабженными сигнализаторами, помещенного в металлическую форму до бетонирования. На фиг. 3 – диэлектрический крестообразный элемент с сигнализаторами. На фиг. 4 – разрез по I-I. На фиг. 5 – электрическая схема подключения сигнализаторов. На фиг. 6 – схема для вывода формулы расчета шага между сигнализаторами.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно изготовляют бетонные образцы, выполненные в форме куба 1. Образцы снабжают крестообразными диэлектрическими элементами 2, на которых в ортогональных треугольниках 3, образованных линиями, соединяющими основания 4 куба с его геометрическим центром 5, параллельно основаниям треугольников 3 устанавливают сигнализаторы 6, выполненные в виде чувствительных легко коррозируемых токопроводящих полос A₁…A₄; B₁…B₄; C₁…C₄; и D₁…D₄ с шагом 7, равным:

где K – шаг между сигнализаторами;
H – толщина защитного слоя бетона сооружения до рабочей арматуры;
K_ср – среднегодовая коррозия бетона (принимается по аналогам);
m – ширина сигнализатора;
n – количество сигнализаторов в одном из ортогональных направлений.

Электрические сопротивления сигнализаторов A₁…A₄; B₁…B₄; C₁…C₄; и D₁…D₄ определяют по формуле:

где R_t – электрическое сопротивление сигнализатора;
– удельное сопротивление;
A_t – длина сигнализатора в одном из ортогональных направлений;
S – сечение сигнализатора;
t – порядковый номер сигнализатора.

Длины и сопротивления сигнализаторов с одинаковыми индексами соответственно равны между собой.

Многожильный сигнальный кабель 8 подключают к токопроводящим сигнализаторам A₁…A₄, B₁…B₄, C₁…C₄, D₁…D₄ проводами A’₁ A”₁…A’₄, A”₄; B’₁, B”₁, …B’₄, B”₄; C’₁, C”₁…C’₄, C”₄ и D’₁, D”₁…D’₄, D”₄, а другой конец сигнального кабеля 8 подключают проводами A’₁…A’₄, B’₁…B’₄, C’₁… C’₄, D’₁…D’₄ и A”₁…A”₄, B”₁, …B”₄, C”₁…C”₄, D”₁…D”₄, соответственно к разъемам 9, 10. Затем в металлических формах 1 размещают кронштейны 11 из диэлектрического материала, после чего металлические формы заполняют бетонным раствором такого же состава, что и бетон конструкции сооружения. После предварительного твердения из форм 1 извлекают бетонные кубики с кабелями и по завершении процесса твердения подвешивают их на кронштейнах 11 в агрессивной среде в районе охраняемой конструкции сооружения, конец кабеля 8 от каждого образца с разъемами 9, 10 подключают к коммутационному блоку 12, установленному в измерительном шкафу в доступном для человека месте.

Затем образцы с сигнализаторами выдерживают в агрессивной среде и оценивают их коррозионные потери по сигналам, поступающим с образцов по мере разрушения слоев по четырем ортогональным плоскостям кубического бетонного образца.

Вывод формул для расчета шага между сигнализаторами, их длины и электрического сопротивления.

Для предотвращения распространения коррозии на арматуру сооружения диапазон измерения коррозии бетона в кубическом бетонном образце в ортогональных направлениях принимается на величину среднегодовой коррозии бетона меньше защитного слоя бетона железобетонного сооружения, т.е.

Д_изм = H + K_з.п – K_ср,
где Д_изм – диапазон измерения коррозии бетона;
H – толщина защитного слоя бетона сооружения до рабочей арматуры;
K_з.п – толщина антикоррозионного защитного покрытия бетона сооружения;
K_ср – среднегодовая коррозия бетона, принимается по аналогам.

Определим проекцию диапазона измерения коррозии бетона на крестообразный диэлектрический элемент на одном из ортогональных направлений с размещенными сигнализаторами A₁, A₂, A₃, A₄.

Поскольку диэлектрический каркас с поверхностью куба составляет 45^o то

или


где K – шаг между сигнализаторами;
H – толщина защитного слоя бетона сооружения до рабочей арматуры;
K_ср – среднегодовая коррозия бетона (принимается по аналогам);
m – ширина сигнализатора;
n – количество сигнализаторов в одном из ортогональных направлений.

Количество сигнализаторов, n4 (условие для построения графиков по результатам замеров сигнализаторов – чувствительных элементов). Поскольку сигнализаторы A₁, B₁, C₁ и D₁ размещены на концах крестообразного диэлектрического каркаса и имеют контакты с четырьмя стенками металлической кубической формы 1, то все они имеют длину, равную стороне куба A₁ = B₁ = C₁ = D₁ = a.

Рассмотрим равнобедренные треугольники с основаниями A₁, A₂, A₃ и A₄ с общей вершиной в точке 5 в одном из ортогональных направлений (фиг. 6), очевидно, что их соответствующие стороны пропорциональны, т.е.

или

где t – порядковый номер сигнализатора в одном из ортогональных направлений. Электрические сопротивления сигнализаторов определяются по формуле:

где R_t – сопротивление сигнализаторов в омах;
– удельное сопротивление;
A_t = B_t = C_t = D_t – длина сигнализаторов;
S – сечение сигнализатора;
t – порядковый номер сигнализатора.

Пример выполнения способа контроля за скоростью разрушения бетонных и железобетонных сооружений от коррозии.

Осуществляется контроль скорости коррозионного разрушения железобетонного канализационного коллектора. Толщина защитного слоя бетона обделки до рабочей арматуры H = 50 мм. Толщина антикоррозионного защитного покрытия бетона обделки K_з.п = 2 мм.

Среднегодовая коррозия бетона по аналогам принимается K_ср = 10 мм.

В стандартных металлических кубических формах 1 с размерами 100х100х100 мм устанавливаются диэлектрические элементы, например из оргстекла, с размерами 2х10х141,4 мм с размещенными на них в ортогональных направлениях сигнализаторами A₁ = B₁ = C₁ = D₁; A₂ = B₂ = C₂ = D₂; A₃ = B₃ = C₃ = D₃; A₄ = B₄ = C₄ = D₄. Количество сигнализаторов в одном ортогональном направлении принимается n = 4, ширина m = 3 мм, удельное электрическое сопротивление материала сигнализаторов = 10^-1 Oм/мм, сечение сигнализатора S = 6 мм². Сигнализаторы в кубической форме 1 в ортогональных направлениях образуют равнобедренные треугольники с линиями, соединяющими вершины кубической формы с ее геометрическим центром 5. Сигнализаторы A₁ = B₁ = C₁ = D₁ = a = 100 мм устанавливаются на концах крестообразных диэлектрических элементов в контакте с четырьмя стенками металлической кубической формы.

Шаг между сигнализаторами в ортогональных направлениях вычисляется по формуле:

где K – шаг между сигнализаторами;
H – толщина защитного слоя бетона сооружения до рабочей арматуры, H = 50 мм;
K_ср – среднегодовая коррозия бетона (принимается по аналогам), K_ср = 10 мм;
m – ширина сигнализатора, m = 3 мм;
n – количество сигнализаторов в одном из ортогональных направлений, n = 4.

Длина сигнализаторов определяется по формуле:
или

где t – порядковый номер сигнализатора в одном из ортогональных направлений;
K – шаг между сигнализаторами, округленно K = 16,1. Сторона кубической формы 1, a = 100 мм;
m – ширина сигнализаторов, m = 3 мм;
A_t = B_t = C_t = D_t – длины сигнализаторов A₁ = B₁ = C₁ = D₁ = 100 мм
A₂ = B₂ = C₂ = D₂ = 72 мм
A₃ = B₃ = C₃ = D₃ = 44 мм
A₄ = B₄ = C₄ = D₄ = 16 мм
Электрические сопротивления сигнализаторов определяются по формуле:

где R_t – сопротивление сигнализаторов в омах;
– удельное сопротивление, = 10^-1 Ом/мм,
A_t = B_t = C_t = D_t – длина сигнализатора;
S – сечение сигнализаторов;
t – порядковый номер сигнализатора.

A₁ = B₁ = C₁ = D₁ = 100 мм
A₂ = B₂ = C₂ = D₂ = 72 мм
A₃ = B₃ = C₃ = D₃ = 44 мм
A₄ = B₄ = C₄ = D₄ = 16 мм




Многожильный сигнальный кабель 8 подключают к токопроводящим сигнализаторам A₁. . . A₄, B₁…B₄, C₁…C₄, и D₁…D₄ проводами A’₁, A”₁…A’₄, A”₄; B’₁, B”₁, …B’₄, B”₄; C’₁, C”₁, …C’₄, C”₄ и D’₁, D”₁…D’₄, D”₄, другой конец сигнального кабеля 8, подключают проводами A’₁…A’₄, B’₁. . . B’₄, C’₁…C’₄, D’₁…D’₄ и A”₁…A”₄, B”₁…B”₄, C”₁…C”₄ и D”₁…D”₄, соответственно к разъемам 9, 10. Затем в металлических формах 1 размещают кронштейны 11 из диэлектрического материала, после чего металлические формы заполняют бетонным раствором такого же состава, что и бетон конструкции сооружения. После предварительного твердения из форм 1 извлекают бетонные кубики с кабелями и по завершении процесса твердения подвешивают на их кронштейнах 11 в агрессивной среде в районе охраняемой конструкции сооружения, конец кабеля 8 от каждого образца с разъемами 9, 10 подключают к коммутационному блоку 12, установленному в измерительном шкафу в доступном для человека месте. Затем образцы с сигнализаторами выдерживают в агрессивной среде и оценивают их коррозионные потери по сигналам, поступающим с них по мере разрушения слоев по четырем ортогональным плоскостям кубического бетонного образца.

Для снятия показаний с установленных в канализационном коллекторе бетонных образцов используется стандартный вторичный прибор, например цифровой мультиметр, который подключается измерительными щупами к разъему коммутационного блока 12.

Показания, снятые с сигнализаторов, размещенных в бетонных образцах позволяют осуществлять контроль за скоростью разрушения бетонных и железобетонных конструкций от коррозии в ортогональных направлениях.

Электрические измерения между параллельно расположенными сигнализаторами в горизонтальных и вертикальных плоскостях позволяют удостовериться в наличии или отсутствии агрессивной влаги в этих плоскостях и исключают случайные ошибки в измерениях.

Предложенный способ позволяет повысить точность измерения скорости коррозии бетонных и железобетонных сооружений по всем ортогональным направлениям осей симметрии кубического образца в пространстве агрессивной среды.

Формула изобретения

Способ контроля за скоростью разрушения бетонных и железобетонных сооружений от коррозии, заключающийся в том, что в сооружениях размещают бетонные образцы, выполненные в форме куба, внутри которых располагают сигнализаторы, выдерживают их в протекающем по ним потоке агрессивной среды и по сигналам, поступающим с них на контрольно-измерительную аппаратуру, определяют скорость коррозионного разрушения сооружения, отличающийся тем, что внутри куба размещают крестообразные диэлектрические элементы, на которых, в ортогональных треугольниках, образованных линиями, соединяющими основания куба с его геометрическим центром, параллельно основаниям треугольников устанавливают сигнализаторы, выполненные в виде токопроводящих полос с шагом, равным

где K – шаг между сигнализаторами;
H – толщина защитного слоя бетона сооружения до рабочей арматуры;
K_з.п – толщина антикоррозионного защитного покрытия бетона сооружения;
K_ср – среднегодовая коррозия бетона (принимается по аналогам);
m – ширина сигнализатора;
n – количество сигнализаторов в одном из ортогональных направлений.

РИСУНКИ