CC BY
53
УДК 624.012.35:620.179.17
П. М. СТАШУК (ДерждорНД1 iM. М. П. Шульпна, Кшв)
МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ СТАД1Й ПЕРЕБ1ГУ КОРОЗ1ЙНИХ ПРОЦЕС1В В АРМАТУР1 ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦ1Й ЗА СИГНАЛАМИ АЕ
В статп описано проведет дослвдження електрох1м1чно1 корози арматури зал1зобетонних зразшв i3 ви-користанням методу акустично1 емюп. Задачею дослвджень було виявити законо]шрносп випромiнювання cигналiв акустично! емюп в залeжноcтi ввд мeханiзму корози арматури. Викладено оcновнi результати до-слвджень. В якоcтi критeрiально! оцшки для видiлeння рiзних cтадiй перебиу корозiйних процeciв в армату -рi залiзобeтонних конcтрукцiй пропонуеться використовувати форму пстограм розподiлу значень параметру Кр cигналiв акустично! eмici!.
В статье представлены результаты исследования электрохимической коррозии арматуры в лабораторных образцах с использованием метода акустической эмиссии. Задачей исследования было выявление закономерностей излучения сигналов акустической эмиссии в зависимости от механизма коррозии арматуры. Представлены основные результаты исследования. В качестве критериальной оценки для выделения различных этапов коррозионных процессов в арматуре железобетонных конструкций предлагается использовать форму гистограммы значений параметра Кр сигналов акустической эмиссии.
The article describes the research of electrochemical corrosion of reinforcement concrete samples using the method of acoustic emission. The task of research was to identify patterns of acoustic emission signals depending on the mechanism of reinforcement corrosion. The basic research results are outlined. As evaluation criteria for the selection of different stages of corrosion processes in reinforced concrete structures the usage of histograms of acoustic emission parameter Kp is proposed.
В усьому свт проблема корози затзобе-тонних конструкцш шд впливом агресивних середовищ здобувае особливу актуальшсть. У конструкщях iз недостатньою товщиною захи-сного шару бетону в результат корози виника-ють висою напруги, що призводять до появи в них трщин. Теоретично наявшсть захисного шару бетону в залiзобeтонних конструкщях забезпечуе 11 довговiчну безпечну роботу. Од-нак, наcправдi через недотримання товщини, низьку яюсть бетону, агресивне зовшшне сере-довище, появу «блукаючих» cтрумiв, корозiя однаково вiдбуваетьcя. Це все призводить до того, що внаслщок корозi1' значно тeрмiн екс-плуатацi1' конcтрукцiй.
На cьогоднi в Укра1ш знаходиться в експлу-атаци понад 26 тис. моcтiв, споруди рiзноманi-тнi не тiльки за сво1м призначенням, розмiрами, але й за конструктивними особливостями та застосованими для 1х спорудження будiвeльни-ми матeрiалами. Вони побудованi в рiзнi роки за рiзними нормативними вимогами i характе-ризуються рiзним техшчним станом. За матер> алом практично 93 % моспв залiзобeтоннi [1].
Для протшання процесу eлeктрохiмiчно1' корози необхщш наcтупнi умови:
— наявшсть активних дшянок повeрхнi металу, здатних до анодного розчинення - пе-
реходу атомiв у розчинш iони за рeакцiею: Fe ^ Fe2+ + 2e- ;
— наявшсть речовин, необхщних для про-тiкання катодно1 реакци, наприклад, з вщнов-
ленням кисню: -2Q2 + 2H2Q + 2e- ^ 2(QH) ,
або вщновлення водню: 2H+ + 2e- = 2H ^ H2;
— наявшсть електролпу, у якому може здшснюватися рух iонiв мiж анодом i катодом.
Щiльний бетон, не карбошзований дiею ки-слих газiв атмосфери, мае високу лужнicть по-рово1 рiдини (рН ~13), створену присутшстю NaQH, КОН та Са(ОН)2, що утворяться при пд-ратаци зерен клiнкeра. Порова рiдина, звичай-но, мicтить досить розчиненого кисню. У такому ceрeдовищi сталева арматура перебувае в cтанi пасивноси, i швидкicть 11 корозi1' дуже мала внаслщок захисно1 ди оксидно1 плiвки. У бeтонi загальна втрата пасивносп може вини-кати, якщо рН порово1 вологи в поверхш арматури значно знизиться проти вихiдного високо-го значення. Це може бути результатом нейтра-лiзацi1' пiд дiею кислих газiв, що поглинаються бетоном (СО й ш.) з пов^ря та дають початок загальнш корозi1' cталi. Для тдтримки пасивно-cтi cталi в лужному електролт значення рН повинно бути не нижче 11,5.
© Сташук П. М., 2010
Пасивнють стально1 арматури може бути порушена хлорид-юнами. Вони можуть потра-пляти в бетон рiзними шляхами, i якщо 1хнш вмiст перевищуе певний рiвень, то вони викли-кають пiттiнгову корозiю сталi. Корозiйний стан характеризусться утворенням гальвашч-них пар з пасивною поверхнею сталi, що дie як катод, i малими анодними виразками, усерединi яких тдтримуеться висока концентрацiя хлориду й знижене значення рН.
На даний час для визначення корозiйного пошкодження арматури переважно користу-ються приладами, принцип ди яких базусться на визначеннi рiзницi електродних потенцiалiв двох середовищ «арматура-бетон» та «електро-дом порiвняння». Як правило, в якост «елект-роду порiвняння» використовують мщносуль-фатнi насиченi електроди. В результат викори-стання цих приладiв можливо визначити дшян-ки, де ймовiрно проходить корозiя. Iншi дослщники обмежуються лише вiзуальним до-слщженням арматурних стержнiв у вирубках. Тому створення надшного методу дiагносту-вання корозiйного пошкодження арматури в залiзобетонних конструкцiях е актуальною задачею.
Аналiз методiв дослiджень процесу корози, виконаний авторами праць [2-6] показуе, що багато дослiдникiв надають перевагу акустико-емiсiйному методу дослiдження, що дозволяе встановити накопичення пошкоджень. Акусти-чна емiсiя (АЕ) - це явище, що полягае у ви-промiнюваннi пружних хвиль у твердих тiлах при !х деформаци [7-9]. Основними джерелами АЕ вважають процеси ковзання, руйнування в кристалах та !х скупченнях, тертя поверхонь розриву одна до одно!, рух дислокацш i зламiв, релаксаци пружно! матрицi при рус дислока-цiй, розвиток трщин.
В роботi [2] вiдмiчено, що метод АЕ дозволяе надшно дiагностувати електрохiмiчну коро-зiю, визначати И швидюсть та залежностi вщ зовнiшнiх факторiв, рiвня прикладеного наван-таження. Також показано можливостi визначення мехашзму, стади та кшетику руйнування матерiалiв в результатi корози. В дослщженнях АЕ корозiйних процесiв автори робiт [2, 3] вка-зують, що в результатi високо1 чутливостi методу до змши структурних i механiчних характеристик руйнування, кожному мехашзму корози вщповщае свое джерело сигналiв АЕ iз специфiчними властивостями.
Для вивчення можливостей методу АЕ [10] в сферi дiагностування корози арматури залiзо-бетонних конструкцiй було проведено компле-
кснi випробування залiзобетонних зразкiв. Про-грама випробувань передбачала проведення експериментальних дослiджень залiзобетонних зразкiв двох серш: залiзобетонних балочок 40x40x160 мм iз добавкою до бетону 3 % шп-бiтору корози Беп^аМ 901 фiрми 81ка, та зраз-кiв аналогiчного розмiру без добавки до бетону шпбггору.
Зразки являли собою бетонш «балочки» роз-мiром 40x40x160 мм виготовленi iз бетону В30. Для прискорення твердшня в бетонну сумiш добавляли пластифшатор 81кашей РС-143 в кiлькостi 2 % вщ маси цементу. Зразок по центру армувався одним стержнем 0 5 мм кла-су В1. Один кшець арматури, що виступав на поверхню зразка приеднувався до додатно1 клеми джерела живлення i виконував роль анода. Пюля цього торцевi площини зразюв покри-вались шаром епоксидно1 смоли. Алюмшева фольга, що виконувала роль катоду притискалась до бокових площин зразюв. Зразки випро-бовували у вщ 200 дiб. 1х розташовували у ко-нтейнерi зi зволоженою дерев'яною тирсою та подавали постшну електричну напругу и = = 50 В.
Сигнали акустично1 емюи, якi виникали в дослiджуваних зразках при електрохiмiчнiй корози, реестрували за допомогою програмно-технiчного комплексу «АКЕМ». Датчик (п' езоперетворювач) через шар акустично-про-зорого мастила притискався до боковое' поверх-нi зразка (рис. 1).
Рис. 1. Датчик акустично1 емюи, встановлений на дослщжуваному зразку
Сигнали з датчика пiдсилювались i надхо-дили на ЕОМ для обробки i подальшого аналiзу з використанням пакету програм програмно-техшчного комплексу «АКЕМ». Програмно-технiчний комплекс «АКЕМ» побудований на
базi персонального комп'ютера з використан-ням технологи «Р^аЬСаМ». Пiдсилення сигналу АЕ здшснювалось попереднiм шдсилюва-чем з чутливютю на входi 10 мкВ, частотним дiапазоном 100... 2000 кГц, коефщентом тд-силення 70.. .90 дБ та з динамiчним дiапазоном
40...65 дБ. Смуга зрiзу фронту низьких частот 9 кГц.
Запис АЕ вщбувався через кожш 2.3 годи-ни вiд початку прикладання електричного на-вантаження на зразок.
Рис. 2. Пстограми розподшу значень параметру Кр сигнал1в АЕ на р1зних стад1ях перебиу корозшних процес1в в арматур1 об'екту: а, б - короз1я вщсутня; в, г - руйнування пасивацшних пл1вок на поверхш арматури; д, е - анодне розчинення металу арматури
В якост шформативного параметру вид> лення рiзних стадiй перебiгу корозiйних проце-сiв в арматурi об'екту за сигналами АЕ було використано критерiальну оцшку «Кр». Згiдно теоретичних положень «Кр» характеризуе сте-пiнь змши густини енергп в зареестрованому сигнат АЕ. Для його визначення використову-ють формулу:
КР] = 18(%) + В + С , (1)
Т]
де Кр] - значення параметру Кр для ]-го зареест-рованого сигналу АЕ; Ее] - енергiя вiд ]-го заре-естрованого сигналу АЕ; Т] - тривалють зареес-трованого сигналу АЕ; В - поправочний коеф> щент по чутливостi апаратури; С - поправочний коефщент по порогу ампл^удно! дискри-мшацп.
Коефiцiенти В та С визначаються згiдно ю-нуючих методик.
Розглядаючи залежностi накопичення кшь-костi та енергп реестрованих сигналiв акустич-но! емюи дослщжуваних зразкiв пiд впливом електрохiмiчноl корози, варто вiдмiтити схо-ж1сть цих кривих при випробуваннi дослщжу-ваних серiй зразкiв з iнгiбiтором та без нього. Можна видшити декшька етапiв перебiгу акус-тичного процесу. Критерiальною оцiнкою вид> лення рiзних стадiй перебiгу корозiйних проце-ав в арматурi об'екту е форма пстограм розпо-дiлу значень параметру Кр сигналiв АЕ. Псто-грами розподшу значень параметру Кр сигналiв АЕ на рiзних стадiях переб^у корозiйних про-цесiв в арматурi об'екту представлено на рис. 2.
Висновки
Проведет дослщження показали, що метод АЕ дае змогу зафшсувати процеси електрохiмi-чного корозiйного руйнування арматури в зал> зобетонних конструкщях. В якостi критерiаль-но! оцшки для видiлення рiзних стадiй переб^у корозiйних процесiв в арматурi залiзобетонних
конструкцiй можливо використовувати форму пстограм розподшу значень параметру Кр сиг-налiв АЕ. Подальшi дослiдження дадуть змогу створити надiйну та сучасну методику оцiнки розвитку корозiйних пошкоджень арматури залiзобетонних конструкцiй iз використанням методу АЕ.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Климпуш, М. Д. Проблеми ремонту i реконст-рукци мостiв на дорогах загального користу-вання Укра!ни [Текст] / М. Д. Климпуш // Будь вельнi конструкций - 2001 . - № 54. - С. 39-47.
2. Разработка акустико-эмиссионного метода идентификации коррозии [Текст] / Г. Б. Муравин и др. // Дефектоскопия. - 1991. - № 1. - С. 58-65.
3. Задачи акустико-эмиссионной диагностики процесса коррозии [Текст] / Г. Б. Муравин и др. // Дефектоскопия. - 1990. - № 2. - С. 18-28.
4. Бакулин, А. В. Акустическая эмиссия при анодном оксидировании алюминия и титана [Текст] / А. В. Бакулин, В. И. Попов // Защита металлов. - 1985. - № 6. - С. 824-827.
5. Retting, T. W. Emission Monitoring of Corrosion Reactions [Текст] / T. W. Retting, M. J. Felsen // Corrosion. - 1976. - No. 32. - P. 121.
6. Mansfeld, F. Emission from corroding electrodes [Текст] / F. Mansfeld, P. J. Stocker // Corrosion. -1976. - No. 35. - P. 541.
7. Розрахунки на мщшсть та випробування техш-чних виробiв. Акустична емiсiя. Термши та визначення ДСТУ 2374-94 [Текст].
8. Филоненко, С. Ф. Акустическая эмиссия. Измерение, контроль, дiагностика [Текст] / С. Ф. Филоненко. - Мин. образования Украины. КМУЦА. - 1999. - 304 с.
9. Standard Definitions of Terms Relating to Acoustic Emission ASTM E 1316-94 [Текст].
10. Дослщження акустично! емюи залiзобетону пвд час електрохiмiчноi корози [Текст] / П. М. Коваль та ш. // Будiвництво Укра!ни. - 2005. -№ 8. - С. 8-11.
Надшшла до редколеги 16.03.2010. Прийнята до друку 26.03.2010.
