EA004161B1

EA004161B1 - Способ обработки железобетонной конструкции со стальной арматурой посредством пропитки конструкции катионами ингибитора

Info

Publication number: EA004161B1
Application number: EA200300489A
Authority: EA
Inventors: Ефим Я. Люблинский
Original assignee: Кор/Сай, Элэлси
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2004-02-26
Also published as: EP1337689B1; EA200300489A1; KR20040016446A; CA2428016A1; WO2002033147A1; CA2428016C; CN1483092A; WO2002033147A8; JO2220B1; KR100625953B1; EP1337689A4; CZ20031375A3; ATE424470T1; AU2002214600A1; MY127101A; DE60137866D1; SK5702003A3; CN1243850C; US6387244B1; IL155558A0

Abstract

Изобретение относится к способу обработки железобетонной конструкции со стальной арматурой с пропиткой ее катионами ингибитора для предотвращения коррозии стальной арматуры. Конструкция (1) со стальной арматурой, на которую подается водный раствор ингибитора (8), дополнительно защищается от повреждения пропусканием подаваемого катодного тока; в предпочтительном варианте выполнения конструкция (1) непрерывно омывается раствором (8) ингибитора; протекание первого подаваемого тока поддерживается, пока величина тока относительно неизменна на уровне, составляющем по крайней мере половину начального уровня первого подаваемого тока. Концентрация ионов определяется измерением величины тока при поддержании выбранного напряжения. Раствор (8) ингибитора может быть использован в сочетании с электроосмотическим током для переноса ионов в бетон к стали; это может быть сделано до включения катодного подаваемого тока, или одновременно с ним, посредством использования вторичных электродов (6, 7). Программируемые средства управления в источнике энергии осуществляют переключение из одного режима подачи в другой, когда потребление тока, определяемое плотностью тока, становится экономически невыгодным.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящая заявка относится к осуществляемым периодически либо непрерывно способам предотвращения коррозии стальной арматуры железобетонных конструкций, а именно, к способу обработки железобетонной конструкции со стальной арматурой посредством ее пропитки катионами ингибитора. Приспособления, необходимые для осуществления этого способа, могут быть введены в конструкцию в процессе строительства, либо при доработке существующих конструкций.

Уровень техники

Системы катодной защиты широко используются, и хорошо известно, что пропитка ингибиторами коррозии позволяет уменьшить ущерб, обусловленный коррозией под воздействием атмосферы, но хороший результат одновременного применения обеих технологий стал неожиданностью. Настоящая заявка относится к системам, в которых объединены введение ингибиторов коррозии и катодная защита упрочняющих бетон элементов, называемых арматурным прутком, в обычных железобетонных конструкциях. Такой арматурный пруток производится из мягкой стали (также называемой черной сталью), содержащей менее 1% углерода и в сумме менее 2% легирующих элементов. В частности, в изобретении описывается несколько способов обеспечения требуемой коррозионной защиты посредством катодной защиты, которой может быть сразу же подвергнут арматурный пруток, заделанный в конструкции из железобетона и/или предварительно напряженного бетона, находящиеся в процессе сооружения как, например, мосты, здания, включая электростанции, морские сооружения, например, доки, и дороги; либо система защиты может быть использована в давно построенных сооружениях из железобетона, загрязненного солями, образовавшимися в результате реакций бетона с атмосферными загрязнителями.

Имеется необходимость в обеспечении системы для управления коррозии стальной арматуры железобетона бетона, загрязненного оксидами серы, оксидами азота, сероводородом, хлоридами и карбонатами, и солями, используемыми для обработки дорожного покрытия, например, хлоридом натрия и хлоридом калия, которые впитываются в бетонную конструкцию и воздействуют на стальной арматурный пруток. В настоящем изобретении объединена пропитка (насыщение) поверхности бетонной конструкции ингибитором с использованием для этого электрической движущей силы, с последующей катодной защитой конструкции либо путем использования расходуемого анода, либо подаваемого тока. Для еще более эффективной защиты сильно загрязненные конструкции очищаются электроосмотической обработкой, посредством которой из бетона выводятся вредные анионы. Было установлено, что в результате значительного снижения агрессивности окружающей сталь среды после электроосмотической обработки, последующая пропитка ингибитором коррозии и использование, при необходимости, подаваемого катодного тока оказывается более экономически целесообразным, чем использование этих процессов по отдельности.

В качестве ингибитора может быть использовано одно из соединений, эффективность которых в подавлении коррозии стали в бетоне известна. Такие соединения описаны в статье Цемент, Энциклопедия химической технологии (К1тк-О1йшег; еб5, боНп ^беу&Зопк, 1пс., ΝΥ,ΝΥ, %1Ь еб., 1993) т.5, сс.564-598; Руководство по использованию цемента Американского Института Цемента, часть 1 -1995 (Ашепсап Сопсте1е 1п8Йи1е, ОеНой, ΜΙ 48219); Энциклопедия полимеров и их технологии, т. 10, сс.597615 (бойп ^йеу&8оп5, ΝΥ, ΝΥ 1969) и других источниках. Обычно используются неорганические нитриты, например, нитрит кальция, который может содержать небольшие количества нитрита натрия; формиат кальция и нитрит натрия с возможными добавками триэтаноламина или бензоната натрия; неорганический нитрит и эфир фосфорной кислоты и/или эфир борной кислоты; водо-масляная эмульсия, в которой масляная фаза содержит эфир ненасыщенных жирных кислот и этоксилированный нонилфенол и эфир алифатической карбоновой кислоты с одно-, двух- и трехосновным спиртом, а водная фаза содержит насыщенные жирные кислоты, амфотерное соединение, гликоль и мыло; амидоамины, представляющие собой олигомерные полиамиды, обладающие преимущественно функциональностью аминов и представляющие собой продукт полиалкиленполиаминов и алкандиоиевой кислоты с короткой цепью или продукты ее реакции; и пр. В предпочтительном варианте выполнения ингибитор может распадаться на ионы в водном растворе, но органические соединения, которые не ионизируются, также могут быть использованы в сочетании с электролитом, который будет переносчиком ингибитора в бетон.

В качестве общего критерия для сравнения эффекта объединения процессов в различающихся условиях выбрана эффективность процессов в борьбе с коррозией. Считается, что эффективность равна нулю, когда отсутствует какая-либо защита; эффективность определяется как количество металла, которое не было потеряно в результате защиты, отнесенное к количеству металла, который был бы потерян в отсутствие защиты, или: (скорость коррозии без защиты) - (скорость коррозии с защитой), деленная на (скорость коррозии без защиты).

В настоящем описании используются следующие термины:

Е_с обозначает коррозионный потенциал арматурного прутка. Е_с измеряется относительно электрода сравнения, соединенного с круговой поверхностью образца бетона. Он записывается с отрицательным знаком относительно стандартного водородного электрода.

Е_р обозначает потенциал, при котором должен подаваться эффективный подаваемый ток для катодной защиты.

СБ: плотность тока = ток, деленный на площадь поверхности арматурного прутка, имеющей контакт с бетоном.

СР: подаваемый для катодной защиты ток, обозначаемый по разному в разных случаях.

ЕР-1 и ЕР-2: постоянный ток, подаваемый в раздельные цепи для электроосмотической обработки; ток ЕР-1 выводит из бетона анионы-загрязнители, ток ЕР-2 доставляет катионы ингибитора к элементам арматуры;

ЕЬ относится к электролиту, в который погружены образцы.

ЕЬ-1 обозначает агрессивный соляной раствор;

ЕЬ-2 относится к раствору известного ингибитора коррозии.

Сущность изобретения

Было установлено, что конструкция со стальной арматурой защищена от повреждения, когда первый катодный подаваемый ток (СР-1) приложен между первичным анодом, прилегающим к наружной поверхности железобетона, и стальной арматурой (стальными элементами) конструкции при потенциале, численно превышающем измеренный коррозионный потенциал Е_с на величину в интервале от 50 мВ до приблизительно 350 мВ; стальная арматура выполняет роль первичного катода; конструкцию насыщают раствором ингибитора коррозии; в предпочтительном варианте выполнения конструкция непрерывно омывается раствором ингибитора; прохождение первого подаваемого тока поддерживают до достижения его относительно постоянной величины на уровне по крайней мере половины первоначальной величины подаваемого тока. Для определения коррозионного потенциала на арматурном прутке используют электрод сравнения. Концентрация ионов определяется по измеряемому току при поддержании напряжения на выбранном уровне.

Отличная защита от повреждения бетонной конструкции также обеспечивается использованием вторичного катода и вторичного анода, которые оба расположены смежно с конструкцией, но снаружи нее, позволяя прикладывать одновременно постоянный первый электроосмотический ток и подаваемый катодный ток; постоянный первый электроосмотический ток пропускают (прикладывают) между вторичными электродами при выбранном безопасном для человека напряжении на уровне, достаточном чтобы осуществлять перенос катионов или анионов ингибитора в бетон; когда величина первого электроосмотического тока уменьшится по крайней мере вдвое, пропускают постоянный подаваемый катодный ток. В случае необходимости, первый электроосмотический ток может быть при этом выключен (когда уменьшится по крайней мере вдвое) и тогда пропускают постоянный подаваемый катодный ток.

В случае сильно загрязненных конструкций, перед подачей постоянного первого электроосмотического тока, между вторичными электродами пропускают постоянный второй электроосмотический ток при выбранном третьем безопасном для человека напряжении с величиной, позволяющей осуществлять удаление загрязняющих анионов из бетона; второй электроосмотический ток поддерживают при приблизительно постоянном напряжении, пока его величина не упадет по крайней мере вдвое.

Таким образом, общей задачей настоящего изобретения является создание системы катодной защиты, которая может быть использована в комбинации с системой пропитки ингибитором коррозии, либо последовательно, либо практически одновременно; для еще более эффективной защиты от коррозии, работе упомянутых систем может предшествовать электроосмотическая обработка или, при удовлетворении экономическим критериям, выполняться практически одновременно с использованием комплекта вторичных электродов.

При использовании подаваемого тока, если плотность тока превышает величину, считающуюся экономически выгодной (порог рентабельности), система управления соединяет вторичные электроды. Когда датчики определяют, что концентрация ингибитора, соответствующая измеренной плотности тока, достаточна низка, дополнительный анод отключается. Если для катодной защиты используется расходуемый анод, восстанавливается гальваническая связь с арматурным прутком. При желании, может поддерживаться гальваническое соединение с арматурным прутком и анодом, как расходуемым, так и инертным, пока бетон пропитывается ингибитором.

В случае, если бетонная конструкция сильно загрязнена, перед пропитыванием ингибитором производят электроосмотическую обработку. Цепь электроосмотического тока выключается, когда измеренная концентрация солей падает до уровня, достаточно низкого для того, чтобы можно было включить подаваемый катодный ток и поддерживать его при определенном уровне потенциала, обычно ниже коррозионного потенциала арматурного прутка на величину от приблизительно 150 мВ до менее 300 мВ, пока плотность тока не превысит 100 мА/м² После этого подаваемый ток может быть выключен. Управление системой осуществляется программируемыми средствами управления, связанными с источником энергии.

Указанные выше, а также другие задачи и преимущества изобретения будут лучше понятны на примере приведенного ниже подробного описания, сопровождаемого схематическими иллюстрациями предпочтительных вариантов выполнения изобретения, где одни и те же элементы имеют одинаковые цифровые обозначения.

Перечень фигур чертежей

Фиг. 1 схематически изображает систему пропитки ингибитором в комбинации с системой катодной защиты, использующей подаваемый ток, с инертным анодом, зарытым в землю в непосредственной близости к бетонной конструкции, но снаружи от нее.

Фиг. 2 схематически изображает систему пропитки ингибитором в комбинации с системой катодной защиты, использующей расходуемый анод, причем расходуемый анод зарыт в землю в непосредственной близости к бетонной конструкции, но снаружи от нее.

Фиг. 3 схематически изображает устройство, в котором проводились испытания образцов бетона.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

При осуществлении заявляемого способа обработки железобетонной конструкции со стальной арматурой с пропиткой ее катионами ингибитора, стержни из алюминия или сплава с высоким содержанием алюминия, или из магния или сплава с высоким содержанием магния, цинка или сплава с высоким содержанием цинка использовались в качестве расходуемых анодов, расположенных вблизи конструкции или заделанных внутрь нее, и гальванически соединенных со стальным арматурным прутком; либо использовался оцинкованный арматурный пруток; в любом случае, анод должен иметь массу, равную количеству металла, которое уходит в раствор с течением времени, причем это количество металла пропорционально количеству электричества, прошедшему через гальваническую цепь, и времени, за которое произошло растворение металла (закон Фарадея). Поскольку защита должна осуществляться продолжительное время, и скорость поглощения анода обычно достаточно высока при начавшейся коррозии, требующаяся масса расходуемого анода для продолжительного времени, например 100 лет, также велика. Более того, периодическая замена анодов для обеспечения непрерывной защиты, в лучшем случае, неудобна, а зачастую и невозможна. Поэтому использование подобных расходуемых анодов становится достаточно редким, а вместо этого применяются внешние источники энергии, создающие подаваемый катодный ток через подверженный коррозии металл. Управляя подаваемым током, можно добиться того, чтобы срок службы конструкции не ограничивался коррозией ее стальной арматуры.

В катодной защите подаваемый ток пропускается через анод в электролите и, далее, через арматурный пруток в конструкции. Подобная защита, в которой стальной арматурный пруток обычно выполняет функцию катода, является дорогостоящей, требующей значительно более высоких плотностей тока для достижения удовлетворительно низкого уровня коррозии, чем необходимо для достижения той же коррозионной защиты при нахождении арматурного прутка в среде, освобожденной от агрессивных ионов, но не настолько более высоких, чтобы ток, требующийся для катодной защиты подаваемым током, стал чрезмерно большим, например, требуя плотностей тока, превышающих 100 мА/м².

На фиг. 1 схематически представлена колонна из железобетона 1, армированная решеткой арматурного прутка 2. Колонна окружена резервуаром (контейнером) с раствором ингибитора 8 так, что раствор просачивается в колонну и насыщает ее. В другом варианте, колонна может быть покрыта оболочкой, как описано в патенте США № 5,141,607, выданном Святу. Вторичный анод 7 размещен в растворе ингибитора 8, а вторичный катод 6 установлен смежно с колонной, которая помещена между вторичными электродами для обеспечения протекания электроосмотического тока сквозь колонну 1. Обычно используемая цепь подаваемого тока образуется первичным инертным анодом 10 и первичным катодом 2 (арматурный пруток), которые подсоединены к источнику 5 энергии, обычно представляющему собой выпрямитель, для подачи постоянного тока. Если используются вторичные электроды, то они также подключаются к источнику 5 энергии. Посредством электрода 4 сравнения производится измерение коррозионного потенциала арматурного прутка. Связанные с источником энергии программируемые средства управления следят за изменениями в использовании тока, измеряемого в виде плотности тока по измеренной величине тока, и отрабатывают эти изменения. Измерениями получают данные, касающиеся коррозионного потенциала Е_с на арматурном прутке, показателя рН бетона и концентрации солей в различных местах внутри колонны.

Когда через вторичные электроды 6 и 7 протекает ток, катионы или анионы ингибитора коррозии побуждаются к движению внутрь бетона. Обычно вторичный катод 6 соприкасается с колонной и смочен раствором, катионы из раствора мигрируют сквозь колонну в сторону вторичного катода 6. Когда концентрация ингибитора достигнет заданного уровня, дополнительный анод отключается. Такая концентрация ингибитора достаточна для того, чтобы сделать весьма эффективными относительно низкие плотности подаваемого тока. Поэтому подаваемый ток включается при обычном катодном

Ί присоединении арматурного прутка и поддерживается до тех пор, пока плотность тока не превысит заранее установленный уровень, обычно 200 мА/м², а в предпочтительном варианте выполнения - 100 мА/м².

В другом варианте выполнения, пропитка ингибитором коррозии производится по существу одновременно с пропусканием подаваемого катодного тока.

Вторичные электроды выполняют двойную функцию - они могут быть использованы для выведения из толщи железобетона агрессивных частиц, например, С1^-, СО3^2-, 8О4^2- и сульфита посредством приложенного внешнего тока между внешним катодом и внешним анодом для создания электроосмотической поляризации; либо они могут быть использованы для пропитки бетона ионами ингибитора. Ингибитор может вводиться в бетон и только за счет диффузии.

В изображенной на фиг. 1 системе катодной защиты используется расходуемый анод 3 и, как и прежде, бетонная колонна 1, упрочненная решеткой арматурного прутка 2 и снабженная контейнером с раствором ингибитора 8 для железобетона; как и прежде, вторичные электроды 6 и 7 электрически соединены с системой 9 управления, а электрод 4 сравнения обеспечивает измерения Е_с. Система управления отрабатывает изменения в величине плотности тока.

Ниже будет приведено описание проведенных экспериментов по осуществлении способа согласно изобретению.

Пронумерованные образцы железобетонных цилиндров, имеющие диаметр 10 см и высоту 15 см, изготовлены с использованием 300 кг Портланд-цемента на кубометр бетона. В центре каждого цилиндра вдоль оси заделан чистый, без ржавчины, стержень из углеродистой стали диаметром 1,0 см и длиной 15 см. Вес каждого стержня перед его заделкой в образец был зафиксирован. После испытательного цикла каждый образец разбивался и арматурный пруток извлекался, очищался и снова взвешивался. Кроме того, в каждый образец, рядом с центральным стержнем был заделан рН электрод для измерения величины показателя рН в функции времени. После каждого испытательного цикла верхняя часть каждого арматурного прутка, используемого для электрического соединения в качестве второго катода, отрезается заподлицо с верхней поверхностью бетона для уменьшения ошибки, обусловленной коррозией верхней части, подверженной непосредственному воздействию агрессивных элементов в испытательной камере, но не пользовавшейся защитным действием бетона.

Для ускорения атмосферного повреждения, которое в нормальных условиях происходило бы в течение десятилетий, все образцы подвергаются предварительной обработке в течение 30 дней в испытательной камере, содержащей искусственную агрессивную атмосферу. Все испытанные образцы прошли предварительную обработку в испытательной камере. Атмосфера в испытательной камере имеет следующий состав:

Хлорид, С1^- 1,5 г/м² х ч (измеряется на поверхности цилиндра)

Диоксид серы 8О₂ 30 мг/м³

Относительная влажность, ЯН 100%

Температура в камере 55°С

Эффект старения в испытательной камере оценивается по результатам измерения в каждом образце показателя рН в зависимости от времени. Установлено, что рН изменяется от образца к образцу для каждого промежутка времени в указанных пределах в соответствии с данными табл. 1.

Таблица 1

День, #	1	10	20	30
РН	12,0-13,4	7,6-9,1	7,4-8,3	6,8-8,0

Затем в специальных защитных условиях проводилось испытание образцов для определения разъедающего воздействия высокоагрессивного, но имеющего приблизительно нейтральный показатель рН соляного раствора ЕЬ1, посредством погружения их в раствор. Раствор ЕЬ-1 готовился растворением в дистиллированной воде указанных ниже солей; их концентрации в растворе ЕЬ-1, измеряемые в г/л, составляли: 25 для №1С1; 2,5 для МдС1₂; 1,5 для СаС1₂; 3,4 для Ыа₂8О₄ и 0,1 для СаСО₃.

На фиг. 3 показан непроводящий электричество пластиковый контейнер 10, наполненный раствором ЕЬ-1, по центру которого помещен образец 12 из железобетона, подвергаемый обработке, с торчащей из верхней поверхности образца верхней части арматурного прутка 11. Арматурный пруток 11 выполняет роль катода (здесь называется вторым катодом) и соединен с отрицательным полюсом N источника 13 энергии. Анод 14 подвешен в стороне от бетонного образца и соединен с положительным полюсом Р источника 13 энергии для замыкания цепи с прутком 11. Несмотря на то, что показан один анод, может быть использовано несколько анодов. Анод 14' в растворе ЕЬ-1 соединен с отдельным положительным полюсом Р' источника 13 энергии. Другой катод 15 (называемый первый) подвешен в электролите, на расстоянии от поверхности образца, и соединен с отрицательным полюсом Ν' источника 13 энергии.

Каждая пара полюсов обеспечивает ток для цепей, выполняющих различные функции, одна - функцию катодной защиты с использованием подаваемого тока СР, вторая - электроосмотической обработки с совмещением функций (ί) удаления агрессивных анионов из бетона посредством первого постоянного тока ЕР-1, и (ίί) втягивания катионов ингибитора в бетон посредством второго постоянного тока ЕР-2.

Электрод 16 сравнения устанавливается таким образом, что имеет контакт с круговой поверхностью образца для измерения Е_с. По прошествии только трех дней Е_с трудно измерить достоверно, но после приблизительно 10 дней он составляет около 360 мВ и остается приблизительно постоянным, независимо от того, в какой образец вделан арматурный пруток.

В первой серии экспериментов измерение коррозионного воздействия раствора ЕЬ-1 в контейнере 10 с использованием статистически значимого количества образцов проводилось по истечении 180 дней. Мер защиты от коррозии в соляном растворе ЕЬ-1, в который был погружен каждый образец, не предпринималось; измерение Е_с выполнялось ежедневно. Для измерения коррозионного эффекта образец извлекался в конце установленного 180-дневного промежутка, разрушался до такой степени, чтобы можно было извлечь арматурный пруток, затем проводилась очистка прутка от прилипшего бетона и ржавчины. Очищенный арматурный пруток затем взвешивался и определялась потеря веса. При известной площади круговой поверхности чистого арматурного прутка, с добавлением площади его круглых верхней и нижней поверхностей, каждая из которых имеет диаметр 1,5 см, вычислялась потеря веса на см². Затем, для плотности стали, равной 7,9 г/см³, и с учетом промежутка времени, в течение которого происходила коррозия, вычисляется скорость коррозии, как толщина разрушенного слоя металла, мкм/год. Результаты представлены ниже в табл. 2.

Таблица 2. Скорость коррозии в отсутствие защиты

День, #	-Е_с, мВ	Скорость коррозии, мкм/год	Эффективность
180	360	190	0

Как можно было предположить, скорость коррозии достигла, по-видимому, приблизительно постоянной величины 190 мкм/год.

Во второй серии экспериментов проводилась оценка эффективности трех, взятых в качестве примера, ингибиторов коррозии, каждый из которых использовался сам по себе, без прилагаемого тока. Образцы предварительно выдерживались в растворе ингибитора в течение 180 дней, поэтому бетон был насыщен раствором ингибитора. Измерение Е_с проводилось ежедневно. Поступление ингибитора происходило только за счет диффузии, ток ЕР-1 не прикладывался. Результаты представлены ниже в табл. 3.

Таблица 3. Скорость коррозии с ингибитором, без тока ЕР-1, без катодной защиты

Индекс образца	Концентрация, мг/л	Скорость коррозии, мкм/год	Эффективность, %
А¹	10	142	22
А¹	100	85	55
В²	15	154	19
В²	130	66	66
С³	15	131	26
С³	130	57	70

А¹ представляет собой равномолярную смесь Ζη8Ο₄ и

ΝαΗ2Ρθ4;

В² представляет собой органический нитрит;

С₃ представляет собой органический аминофосфит.

В третьей серии экспериментов скорость коррозии измерялась на образцах, имеющих обычную катодную защиту и прошедших предварительную обработку (загрязненных), после насыщения в течение 180 дней в растворе ЕЬ-1. Образцы не обрабатывались каким-либо ингибитором и не имели иной защиты, кроме той, что обеспечивалась первым подаваемым током СР-1 при нескольких различных плотностях тока. Результаты представлены ниже в табл. 4.

Таблица 4. Скорость коррозии без ингибитора, только с током СР-1

День, #	СП. мА/м²	Скорость коррозии, мкм/год	Эффективность, %
180	15	138	25
180	120	48	75
180	195	10	95

Как можно было предположить, лучшая защита обеспечивается при более высокой плотности тока, но даже при плотности тока, составляющей 120 мА/м², эффективность равна только 75%.

В четвертой серии экспериментов, скорость коррозии измерялась в конце 180дневного интервала, а также в нескольких точках внутри интервала, на нескольких прошедших предварительную обработку образцах, погруженных в соляной раствор ЕЬ-1, с целью определения степени защиты от коррозии, обеспечиваемой только электроосмотической обработкой постоянным током ЕР-1 при напряжении 36 В, используемой для удаления ионов-загрязнителей. Результаты приведены ниже в табл. 5.

Таблица 5. Скорость коррозии при воздействии только током ЕР-1, без ингибитора, без катодной защиты

День, #	ЕР-1, мкА	Скорость коррозии, мкм/год	Эффективность, %
1	700-800	165	25
5	300-400	105	52
10	100-200	70	68
180	50-100	45	79

Очевидно, что по мере того, как анионызагрязнители уходят из бетона и его сопротивление возрастает, сила тока ЕР-1 снижается при одновременном сокращении скорости коррозии и повышении эффективности. Отметим, что после 10 дней обработки током ЕР-1 скорость кор11 розии составляет 70 мкм/год, а эффективность 68%.

В пятой серии экспериментов скорость коррозии измерялась в конце 180-дневного интервала на образцах, погруженных в раствор ЕЬ-1, которые предварительно подверглись электроосмотической обработке током ЕР-1 для удаления анионов; раствор ЕЬ-1 заменялся раствором ингибитора ЕЬ-2, имеющего определенную концентрацию. Катионы ингибитора вводились в бетон током ЕР-2 при напряжении 36 В. Ток ЕР измерялся в единицах мА/Мсм³ (миллиампер/1000см³ бетона).

Пример 1. В первом варианте выполнения изобретения эффект объединения пропитки ингибитором только за счет естественной диффузии, с подаваемым током СР-2, но в отсутствие электроосмотического тока ЕР-2, оценивался на прошедших предварительную обработку образцах, извлеченных из камеры и подвергнутых следующим воздействиям:

1. Образцы погружались в ингибитор ЕЬ-2, имеющий установленную концентрацию.

2. Е_с измерялся каждый день и постоянный ток СР-2 был включен после того, как появилась возможность определить величину Е_с.

3. После того, как ток СР-2 уменьшился в 8 раз, он остался относительно неизменным.

4. Дополнительный раствор ингибитора ЕЬ-2 был введен в контейнер, когда произошло удвоение тока СР-2. Частота, с которой пополнялся раствор ЕЬ-2, зависит от того, сколько времени необходимо для удвоения тока СР-2.

5. Потенциал Е_р тока СР-2 измерялся каждый день, так же, как и величина проходящего тока. Результаты измерений для всех образцов приведены для 180-дневного интервала. Результаты представлены ниже в табл. 6.

Таблица 6. Скорости коррозии с ингибитором, током СР-2 и без тока ЕР-2

Индекс образца	Концентра- ция, мкА	сц мА/м²	Скорость коррозии, мкм/год	Эффективность, %
А¹	10	45	36	81
А¹	10	60	7	96
А¹	20	31	40	79
А¹	20	38	8	96

Здесь А¹ представляет собой равномолярную смесь Ζη8Θ₄ и ΝαΗ₂ΡΟ₄

1. Образцы погружались в раствор ЕЬ-2 ионов ингибитора, имеющий установленную концентрацию.

2. Е_с измерялся каждый день и постоянный ток ЕР-2 был включен после того, как могла быть определена величина Е_с.

3. После уменьшения тока ЕР-2 в пять раз, он оставался относительно неизменным; затем включался ток СР-2 и оставался включенным, пока не снижался в 10 раз; после этого Ес оставался относительно постоянным. После удвоения величины тока СР-2, в контейнер вводился дополнительный раствор ЕЬ-2 ингибитора. Частота, с которой пополнялся раствор ЕЬ-2, зависит от того, сколько требуется времени для удвоения тока СР-2. Ток ЕР-2 отключен. Потенциал Е_р СР-2 измерялся каждый день, так же как и величина протекающего тока. Результаты измерений для всех образцов приведены для 180дневного интервала. Результаты представлены ниже в табл. 7.

Таблица 7. Скорости коррозии с ингибитором, током ЕР-2 и током СР-2

Индекс образца	Концентрация, мкА	ЕР-2, мкА	сц мА/м²	Скорость коррозии, мкм/год	Эффективность, %
А¹	10	50-100	40	37	79
А	10	50-100	52	8	69
А	20	50-100	25	43	77
А	20	50-100	36	9	95

Здесь А¹ представляет собой равномолярную смесь Ζη8Ο₄ и ΝαΗ2Ρθ4.

Пример 3. В третьем варианте выполнения изобретения для определения эффекта использования тока СР-2 для защиты бетона, пропитанного ингибитором ЕЬ-2, с дальнейшим воздействием на обработанные образцы загрязняющего солевого раствора ЕЬ-1, в сочетании с подаваемым током СР-3, образцы подвергались следующим воздействиям.

1. Образцы погружаются в раствор ЕЬ-2 ионов ингибитора, имеющий установленную концентрацию.

2. Е_с измеряется каждый день и подаваемый ток СР-2 (подаваемый ток в раствор ЕЬ-2) включается, когда могла быть определена величина Ес.

3. После того, как СР-2 снизится в 8 раз, он остается приблизительно неизменным; после этого он отключается.

4. Затем раствор ЕЬ-2 ингибитора заменяется соляным раствором ЕЬ-1, в который погружается каждый образец.

5. Сразу же после этого включается третий подаваемый ток СР-3 (определяемый отдельно, поскольку он проходит в раствор ЕЬ-1).

6. Частота переключения электролитов и использования тока СР-3 зависит от промежутка времени, необходимого для удвоения значения тока СР-2.

7. Потенциал Ер тока СР-2 измерялся каждый день, также как и величина протекающего тока.

При сравнении приведенных выше результатов с теми, что были получены на образцах, где ток СР-2 не отключался, (см. табл. 6), очевидно, что при сравнимых плотностях тока получается сравнимая эффективность.

Пример 2. Во втором варианте выполнения изобретения эффект использования тока для понуждения катионов к проникновению в бетон в комбинации с подаваемым током СР-2, оценивался на прошедших предварительную обработку образцах, извлеченных и камеры и подвергнутых следующим воздействиям:

Результаты измерений для всех образцов приведены для 180-дневного интервала. Результаты представлены ниже в табл. 8.

Таблица 8. Скорости коррозии с ингибитором и током СР-2, затем раствором ЕЬ-1 и током СР-3

Индекс образца	Концентрация, мкА	СЦ мА/м²	Скорость коррозии, мкм/год	Эффективность, %
А¹	10	45	34	82
А	10	55	8	96
А	20	35	38	80
А	20	40	7	96

Здесь А¹ представляет собой равномолярную смесь Ζη8Ο₄ и ΝαΗ₂ΡΟ₄.

При сравнении приведенных выше результатов с теми, что были получены на образцах, где ток СР-2 не отключался (см. табл. 9), очевидно, что получается сравнимая эффективность, плотности тока в табл. 9 несколько ниже, чем те, что требуются в приведенной выше табл. 8.

Пример 4. В четвертом варианте выполнения изобретения прошедшие предварительную обработку образцы извлекаются из камеры и подвергаются воздействиям в следующей последовательности:

2. Е_с измеряется каждый день и постоянный ток ЕР-2 включается, когда могла быть определена величина Ес.

3. После уменьшения тока ЕР-2 в пять раз, он оставался относительно неизменным; затем включался ток СР-2 и оставался включенным, пока не снижался в 10 раз; после этого Е_с оставался относительно постоянным. После удвоения величины тока СР-2, в контейнер вводился дополнительный раствор ЕЬ-2 ингибитора. Частота, с которой пополнялся раствор ЕЬ-2, зависит от того, сколько требуется времени для удвоения тока СР-2. Потенциал Е_р тока СР-2 измерялся каждый день, также как и величина протекающего тока. Ток ЕР-2 не отключался во время испытательного цикла. Результаты измерений для всех образцов приведены для 180дневного интервала. Результаты представлены ниже в табл. 9.

Таблица 9. Скорости коррозии с ингибитором, током ЕР-2 и током СР-2

Индекс образца	Концентрация, мкА	ЕР-2, мкА	СЦ мА/м²	Скорость коррозии, мкм/год	Эффективность, %
А¹	10	50-100	35	39	79
А¹	10	50-100	50	8	96
А¹	20	50-100	20	43	77
А¹	20	50-100	35	9	95

фективности, полученные с использованием обработки ингибиторами (см. выше), сравнимы с теми, что были достигнуты на образцах, получивших дополнительную предварительную электроосмотическую обработку для удаления ионов-загрязнителей.

Пример 5. В пятом варианте выполнения настоящего изобретения две цепи электроосмотической обработки токами ЕР-1 и ЕР-2 используются последовательно, с применяемой затем катодной защитой подаваемым током СР.

В начале и в процессе обработки, производилось постоянное измерение коррозионных потенциалов Е_с арматурного прутка относительно электрода сравнения. Каждый испытательный цикл включал следующие шаги:

1. Образец погружался в соляной раствор ЕЬ-1, и проводилось измерение Е_с.

2. Когда становится возможным измерение величины Е_с, включается первый ток ЕР-1 для снижения концентрации агрессивных анионов в бетоне.

3. Ток ЕР-1 выключается, когда величина тока снижается по крайней мере вдвое, а в предпочтительном варианте выполнения, в 3-5 раз.

4. Затем, а в предпочтительном варианте выполнения, немедленно после, соляной раствор ЕЬ-1 заменяется на раствор ионизируемого ингибитора ЕЬ-2.

5. Включается второй ток ЕР-2, побуждающий катионы ингибитора проникать в бетон.

6. Ток ЕР-2 выключается, когда ток снижается вдвое, а в предпочтительном варианте выполнения, от 3 до 10 раз.

7. При погруженном в раствор ЕЬ-2 образце, включается ток СР; величина тока СР поддерживается до тех пор, пока плотность его тока (СЭ) снижается по крайней мере на 50%, в предпочтительном варианте выполнения вдвое, или еще больше, например, в десять раз; когда величина СО достигает практически неизменного низкого уровня, вводится дополнительный раствор ЕЬ-2 ингибитора, количество которого в предпочтительном варианте выполнения достаточно для удвоения тока ЕР-2.

8. Периодичность добавления раствора ЕЬ2 определяется временем, необходимым для удвоения плотности СО тока СР.

Вычисляются скорость коррозии и плотность тока.

По прошествии только трех дней Ес трудно измерить достоверно, но после приблизительно 10 дней он составляет около -360 мВ и остается приблизительно постоянным, независимо от того, в какой образец вделан арматурный пруток. Величина Е_с записывается относительно стандартного водородного электрода.

Наконец, для сравнения, в шестой серии экспериментов образцы, которые, будучи погруженными в раствор ЕЬ-1, прошли электроПри сравнении приведенных выше результатов с теми, что были получены с образцами, предварительно подвергнутыми электроосмотической обработке для удаления анионовзагрязнителей (см. табл. 10), очевидно, что эф15 осмотическую очистку посредством тока ЕР-1, затем подвергаются комбинированному воздействию постоянного тока ЕР-2 тока при напряжении 36 В и второго подаваемого тока СР-2 (определяемого отдельно, поскольку он пропускается в комбинации с током ЕР-2). Ток СР-2 прикладывается при численно более высоком потенциале, чем измеренный коррозионный потенциал Е_с (обычно около -360 мВ) при напряжении около 50 В. Заметим, что второй ток СР-2 будет отличаться от первого тока СР-1. Результаты измерений для всех образцов приведены для 180-дневного интервала. Результаты представлены ниже в табл. 10.

Таблица 10. Скорости коррозии с ингибитором, током ЕР-2 и током СР-2

Индекс образца	Концентрация, мкА	ЕР-2, мкА	сц мА/м²	Скорость коррозии, мкм/год	Эффективность, %
А¹	10	50-100	16	31	83
А	10	50-100	25	8	98
А	20	50-100	8	26	86
А	20	50-100	11	9	95
В²	10	40-70	20	6	82
В	10	40-70	30	6	97
В	20	40-70	10	38	75
В	20	40-70	20	8	96
с³	10	30-80	25	30	80
с	10	30-80	35	6	97
с	20	30-80	20	32	83
с	20	30-80	25	6	97

А¹ представляет собой равномолярную смесь Ζηδθ4 и

ΝαΗ2Ρθ4;

В² представляет собой органический нитрит;

С³ представляет собой органический аминофосфит.

Из приведенного описания очевидно, что при использовании комбинации тока ЕР-2 и тока СР-2, эффективность применения ингибитора существенно выше, чем в защите путем удаления агрессивных анионов при использовании постоянного тока ЕР-1, с последующей катодной защитой подаваемым током СР-1; и еще выше, чем двухступенчатая электроосмотическая обработка, сначала током ЕР-1 для выведения вредных анионов; затем током ЕР-2 для внедрения ионов ингибитора в бетон.

Claims

1. Способ обработки железобетонной конструкции со стальной арматурой посредством пропитки конструкции катионами ингибитора, отличающийся тем, что сначала осуществляют измерение коррозионного потенциала стальной арматуры, затем размещают первичный анод смежно с внешней поверхностью железобетонной конструкции, затем подают на первичный анод водный раствор ингибитора для железобетона и осуществляют насыщение конструкции раствором ингибитора, после чего пропускают постоянный подаваемый катодный ток между первичным анодом и стальной арматурой конструкции при выбранном первом безопасном для человека напряжении и потенциале, чис ленно превышающем измеренный коррозионный потенциал на величину от 50 мВ до приблизительно 350 мВ, и поддерживают подаваемый ток до достижения его относительно постоянной величины на уровне по крайней мере половины первоначальной величины подаваемого тока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что к конструкции постоянно подают раствор ингибитора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смежно с конструкцией располагают вторичный катод и вторичный анод, пропускают постоянный первый электроосмотический ток между вторичным анодом и вторичным катодом при выбранном втором безопасном для человека напряжении с величиной, позволяющей осуществлять перенос катионов ингибитора в бетон, и при этом поддерживают второе напряжение первого электроосмотического тока до уменьшения величины тока по крайней мере вдвое, после чего пропускают постоянный подаваемый катодный ток между первичным анодом и стальной арматурой конструкции при выбранном первом безопасном для человека напряжении и потенциале, численно превышающем измеренный коррозионный потенциал на величину от 50 мВ до приблизительно 350 мВ.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что осуществляют отключение первого электроосмотического тока при снижении его величины по крайней мере вдвое, после чего включают постоянный подаваемый катодный ток и поддерживают ток при выбранном первом напряжении до снижения величины тока по крайней мере вдвое.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что перед включением постоянного первого электроосмотического тока осуществляют постоянную подачу на бетон водного раствора электролита с одновременным пропусканием постоянного второго электроосмотического тока между вторичным анодом и вторичным катодом при выбранном третьем безопасном для человека напряжении с величиной, позволяющей осуществлять удаление анионов-загрязнителей из бетона, и поддерживают третье напряжение второго электроосмотического тока до уменьшения величины тока по крайней мере вдвое.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после осуществления указанных операций выключают первый подаваемый катодный ток, прекращают подачу к бетону раствора ингибитора и осуществляют непрерывную подачу к бетону водного раствора электролита при одновременном пропускании постоянного второго подаваемого катодного тока между первичным анодом и стальной арматурой конструкции при выбранном первом безопасном для человека напряжении и потенциале, численно превышающем измеренный коррозионный потенциал на величину от 50 мВ до приблизительно 350 мВ.