RU2631536C2

RU2631536C2 - Device for corrosion rate monitoring

Info

Publication number: RU2631536C2
Application number: RU2015152731A
Authority: RU
Inventors: Илья Давыдович Зарцын; Алексей Александрович Истомин; Дмитрий Сергеевич Шевцов
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2017-09-25
Also published as: RU2015152731A

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: device for measuring corrosion currents consists of a batch bimetallic sensor and a logger, while a package of separated anode plates of low carbon steel and cathode plates of copper is placed in an insulating mandrel made of epoxy resin to control the working surface area and the ability to compare data from different sensors by value of specific current density.

EFFECT: determination of corrosion current and evaluation of corrosion rate of steel reinforcement in reinforced concrete structures.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к транспортной, энергетической, строительной и другим отраслям промышленности и может быть использовано для непрерывного (on-line) мониторинга скорости коррозии на таких объектах, как мосты, путепроводы, эстакады, градирни, дымовые трубы, резервуары и др.The invention relates to transport, energy, construction and other industries and can be used for continuous (on-line) monitoring of the corrosion rate at such facilities as bridges, overpasses, overpasses, cooling towers, chimneys, tanks, etc.

Известен датчик скорости коррозии, содержащий металлический образец (пластина, стержень и др.), помещенный в агрессивную среду. Скорость коррозии определяется по потере массы образца после его извлечения из агрессивной среды [1]. Данный датчик дает наиболее достоверные результаты, однако не позволяет вести непрерывный или автоматический контроль скорости процесса, поскольку перед взвешиванием требуется очистка образца от продуктов коррозии.A known corrosion rate sensor containing a metal sample (plate, rod, etc.) placed in an aggressive environment. The corrosion rate is determined by the loss of mass of the sample after it is removed from the aggressive environment [1]. This sensor gives the most reliable results, but does not allow continuous or automatic control of the process speed, since before weighing it is necessary to clean the sample from corrosion products.

Известен датчик скорости атмосферной коррозии, выбранный в качестве прототипа, изготавливаемый в виде пакета изолированных гальванических пар из разнородных металлов (стали и меди) и регистратора силы тока [2]. Данная система применялась для непрерывного определения скорости атмосферной коррозии по величине электрического тока, генерируемого коррозионным элементом.A known atmospheric corrosion rate sensor, selected as a prototype, made in the form of a package of isolated galvanic pairs of dissimilar metals (steel and copper) and a current recorder [2]. This system was used to continuously determine the rate of atmospheric corrosion by the magnitude of the electric current generated by the corrosion element.

Недостатком данного датчика является нечеткое ограничение рабочей поверхности, контактирующей с агрессивной средой, и применение микроамперметра в качестве регистратора. Отсутствие четкой ограниченности рабочей поверхности не дает возможности сопоставлять данные, получаемые с разных датчиков, т.к. невозможно рассчитать плотность генерируемого тока, отнесенную к единице площади. Использование обычного микроамперметра вносит систематическую ошибку в измерения из-за внутреннего омического падения напряжения в приборе, которое в свою очередь зависит от величины протекающего в системе тока и не является постоянной величиной.The disadvantage of this sensor is the fuzzy limitation of the working surface in contact with the aggressive environment, and the use of a microammeter as a recorder. The lack of a clear limitation of the working surface makes it impossible to compare the data received from different sensors, because it is impossible to calculate the density of the generated current per unit area. Using a conventional microammeter introduces a systematic error in the measurements due to the internal ohmic voltage drop in the device, which in turn depends on the magnitude of the current flowing in the system and is not a constant value.

Для повышения достоверности результатов непрерывного мониторинга скорости коррозии в заявляемом изобретении пакет гальванических элементов помещен в изолирующую оправку из эпоксидной смолы таким образом, чтобы рабочая поверхность была строго определена по площади (фиг. 1). В качестве регистратора используется амперметр «нулевого» сопротивления с пределом чувствительности 1⋅10^-7 А, который позволяет получать более точные значения в отличие от обычных амперметров.To improve the reliability of the results of continuous monitoring of the corrosion rate in the claimed invention, the package of galvanic cells is placed in an insulating mandrel of epoxy resin so that the working surface is strictly determined by area (Fig. 1). An ammeter of “zero” resistance with a sensitivity limit of 1⋅10 ^-7 A is used as a recorder, which allows one to obtain more accurate values in contrast to conventional ammeters.

Техническая задача - создание устройства для мониторинга процесса коррозии стальной арматуры в железобетоне с простым приборно-аппаратным оформлением, предоставляющего корректные данные о количественных характеристиках процесса коррозии (плотность тока коррозии).The technical task is to create a device for monitoring the corrosion process of steel reinforcement in reinforced concrete with a simple instrument-and-hardware design, providing the correct data on the quantitative characteristics of the corrosion process (corrosion current density).

Техническим результатом изобретения является определение коррозионного тока и оценка скорости коррозии стальной арматуры в железобетонных конструкцияхThe technical result of the invention is the determination of the corrosion current and the assessment of the corrosion rate of steel reinforcement in reinforced concrete structures

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что использование в предлагаемом решении всех заявленных отличий позволяет повысить достоверность результатов измерений.Comparative analysis with the prototype showed that the use in the proposed solution of all the declared differences can improve the reliability of the measurement results.

Биметаллический пакетный датчик (фиг. 1) состоит из катодных пластин меди 1 толщиной 0,1-1,5 мм, объединенных в общую цепь 4, анодных пластин из низкоуглеродистой стали 2 толщиной 0,1-1,5 мм, также объединенных в общую цепь. Пластины разнородных металлов разделены между собой изолятором, в частности слюдой 3. Превышение толщины пластин более 1,5 мм снижает чувствительность датчика, использование более тонких значительно усложняет сборку и не повышает чувствительности датчика, которая в данном случае ограничена толщиной пластин изолятора. Пакет пластин помещен в изолирующую оправку 5, в частности из эпоксидной смолы, которая позволяет контролировать площадь рабочей поверхности датчика с торцов пластин.The bimetallic packet sensor (Fig. 1) consists of copper cathode plates 1 with a thickness of 0.1-1.5 mm, combined into a common circuit 4, anode plates of low carbon steel 2 with a thickness of 0.1-1.5 mm, also combined into a common chain. The plates of dissimilar metals are separated by an insulator, in particular mica 3. Exceeding the plate thickness of more than 1.5 mm reduces the sensitivity of the sensor, using thinner plates significantly complicates the assembly and does not increase the sensitivity of the sensor, which in this case is limited by the thickness of the insulator plates. The package of plates is placed in an insulating mandrel 5, in particular of epoxy resin, which allows you to control the surface area of the sensor from the ends of the plates.

Амперметр «нулевого» сопротивления состоит из операционного усилителя 6, резистора 7, конденсаторов 8 и 9 разной емкости для подавления шумов и двухполюсного источника постоянного напряжения 10. В конструкции регистратора использованы прецизионные элементы для дополнительного повышения достоверности результатов.The “zero” resistance ammeter consists of an operational amplifier 6, a resistor 7, capacitors 8 and 9 of different capacities for noise suppression and a bipolar DC voltage source 10. Precision elements are used in the recorder design to further increase the reliability of the results.

Принцип работы устройстваThe principle of operation of the device

Датчик помещают в среду бетона в момент изготовления конструкции или при производстве ремонтных работ на глубину залегания арматурных стержней. Бетон, представляя собой капиллярно-пористое тело, содержит в себе электролит, который осуществляет электролитический контакт между катодными и анодными пластинами. При этом возникает разность потенциалов, результатом которой является генерирование тока коррозионным элементом. Величина тока определяется степенью агрессивности электролита, которая зависит от содержания ионов-активаторов процесса коррозии, например хлоридов, которые нарушают пассивное состояние низкоуглеродистой стали и приводят к развитию локальной (питтинговой) коррозии.The sensor is placed in the concrete medium at the time of construction or during repair work to the depth of the reinforcing bars. Concrete, representing a capillary-porous body, contains an electrolyte that carries out electrolytic contact between the cathode and anode plates. In this case, a potential difference arises, the result of which is the generation of current by a corrosion element. The magnitude of the current is determined by the degree of aggressiveness of the electrolyte, which depends on the content of ion activators of the corrosion process, for example chlorides, which violate the passive state of low carbon steel and lead to the development of local (pitting) corrosion.

Регистратор передает сигнал в форме напряжения U на записывающее устройство, например компьютер. Зная величину сопротивления R резистора 7, находят величину тока I, сгенерированного в процессе работы коррозионного элемента в соответствии с выражениемThe recorder transmits a signal in the form of voltage U to a recording device, such as a computer. Knowing the value of the resistance R of the resistor 7, find the value of the current I generated during the operation of the corrosion element in accordance with the expression

Лабораторные эксперименты, проведенные с использованием устройства, позволяют определить скорость коррозии стальной арматуры (фиг. 2) в зависимости от агрессивности среды. В качестве активаторов процесса коррозии использовались хлориды. Содержание хлорид-ионов определено в массовых процентах относительно массы цемента.Laboratory experiments carried out using the device make it possible to determine the corrosion rate of steel reinforcement (Fig. 2) depending on the aggressiveness of the medium. Chlorides were used as activators of the corrosion process. The content of chloride ions is determined in mass percent relative to the mass of cement.

Предлагаемое изобретение найдет широкое применение во всех областях народного хозяйства, использующих железобетонные изделия, при определении необходимости затрат и сроков проведения планово-предупредительных работ и капитальных ремонтов.The present invention will find wide application in all areas of the economy using reinforced concrete products, in determining the need for costs and timing of scheduled maintenance and overhauls.

Список использованной литературыList of references

1. Eagles K. Corrosion monitoring technology / K. Eagles // Anti-Corrosion Metals and Materials. - 1987. - №3. - pp. 16-18.1. Eagles K. Corrosion monitoring technology / K. Eagles // Anti-Corrosion Metals and Materials. - 1987. - No. 3. - pp. 16-18.

2. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов, М.: Издательство АН СССР, 1959 с. 333.2. Tomashov N.D. Theory of Corrosion and Metal Protection, Moscow: Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1959 p. 333.

Claims

1. A device for measuring corrosion currents, consisting of a bimetallic batch sensor and a registrar, characterized in that the package of separated anode plates of low carbon steel and cathode plates of copper is placed in an insulating mandrel made of epoxy resin to control the area of the working surface and the possibility of comparing data from various sensors in terms of specific current density.

2. The device according to p. 1, characterized in that the ammeter of "zero" resistance is used as a recorder.