SI22559A - Senzor, naprava in postopek za ugotavljanje hitrosti korozije kovinske armature v armiranobetonskihkonstrukcijah - Google Patents

Abstract

Merjenje korozijske hitrosti jeklene armature v betonu s pomočjo vgrajenih električnih uporovnih senzorjev (1) temelji na merjenju spremembe električne upornosti, kar je posledica zmanjšanje debeline vodnikov (11', 12') koroziji izpostavljenih električno prevodnih elementov (11, 12) senzorja (1), katerih material ima podobne korozijske lastnosti kot v beton (9) vgrajena jeklena armatura. Naprava po izumu obsega senzorje (1) v konfiguraciji Wheatstonovega mostička, pri čemer sta dva električno prevodnaelementa (11, 12) z upornostjo (Rx) korozijsko izpostavljena, preostala dva elementa (13, 14) pa protikorozijsko zaščitena in predstavljata referenčno upornost (R). Zahvaljujoč zasnovi senzorja (1), katerega elementi (11, 12; 13, 14) prednostno sestojijo iz tenke pločevine ali prevodne plasti v obliki tiskanega vezja, minimizira temperaturne vplive in omogoča veliko ločljivost pri merjenjuspremembe debeline. Konstrukcija senzorja (1) omogoča tudi relativno enostavno vgradnjo v beton (9)L in sicer npr.tudi v otrdeli beton (9) že obstoječih armiranobetonskih objektov, med drugim pa omogoča tudi spremljanje korozije pod pogoji katodne zaščite, pri čemer so senzorji (1) lahko polarizirani z zaščitnim potencialom. Merilna naprava po izumu omogoča enostavno merjenje vseh potrebnih parametrov, sam postopek merjenja, ki je prednostno izvedljiv s pomočjo pripadajoče programske opreme, pa omogoča izračunavanje sprememb debeline vodnikov (11', 12') elementov (11, 12) senzorja (1) in s temdoločanje korozijskehitrosti v času. Spremljanje korozijske hitrostiv času med drugim omogoča tudi oceno vrste korozije in s tem spremljanje tako enakomerne korozijekot tudi jamičaste korozije. Primerjava izračunanih korozijskih hitrosti posameznih senzorjev (1)je podlaga za oceno trenutne korozijske ogroženosti armiranobetonskega objekta in lokacijo kritičnih mest. Ob poznavanju ustreznih osnovnih podatkov objekta rezultati meritev z mrežo senzorjev (1)omogočajo tudi oceno preostale življenjske dobeobjekta.

Description

Izum se na področju fizike ukvarja s preiskovanjem in analiziranjem materialov na osnovi določanja fizikalnih ali kemičnih lastnosti, še zlasti z ugotavljanjem odpornosti materiala proti vremenskim vplivom in koroziji, povsem konkretno pa z merjenjem hitrosti korozije kovinske armature v armiranobetonskih konstrukcijah.

Pri tem je izum osnovan na problemu, kako zasnovati senzor za ugotavljanje hitrosti korozije kovinske armature v armiranobetonskih konstrukcijah, ki bo dimenzijsko neobsežen in preprost tako za množično izdelavo kot tudi za varno in zanesljivo vgradnjo po izbiri bodisi v še nestijen beton že v fazi same izvedbe armiranobetonske konstrukcije ali v otrdeli beton vsakokrat že obstoječe armiranobetonske konstrukcije, obenem pa naj bil senzor kot tak dovolj občutljiv za izvajanje enkratnih, občasnih ali permanentnih meritev s karseda visoko natančnostjo. Sočasno je namen izuma zasnovati tudi postopek merjenja hitrosti korozije kovinske armature v novo zgrajenih ali obstoječih armiranobetonskih zgradbah, s tem v zvezi pa tudi napravo, ki bo omogočala izvajanje tovrstnega postopka in s tem merjenje hitrosti korozije na večjem številu lokacij na vsakokrat izbranem armiranobetonskem objektu, in sicer ob zagotavljanju enake temperature korozijsko izpostavljenih elementov in referenčnih elementov v betonu ter ob zmožnosti razlikovanja med konvencionalno enakomerno korozijo in jamičasto korozijo.

Z namenom spremljanja stanja kovinske armature v armiranobetonskih konstrukcijah oziroma meijenja korozijske hitrosti jeklene armature so bile razvite številne metode merjenja korozije vključno z napravami za spremljanje korozije. Najbolj uveljavljene so elektrokemijske metode kot npr. merjenje mreže potencialov, elektrokemijska linearna polarizacija, metoda galvanostatskega pulza ali merjenje galvanskega toka. Z omenjenimi metodami je možno meriti elektrokemijske parametre in oceniti trenutno korozijsko hitrost. Napake pri omenjenih meritvah so relativno velike, saj na izmerjene vrednosti vplivajo številni faktorji, med drugim npr. kvaliteta električnega kontakta, električna upornost betona, temperatura in efektivna površina aktivnega korozijskega področja. Glede na to, da se vsakokrat trenutna korozijska aktivnost jekla v odvisnosti od vsebnosti vlage in kisika v betonu spreminja relativno hitro, v splošnem lahko tudi za več velikostnih razredov, elektrokemijske metode pri oceni za daljše časovno obdobje dajo lahko zelo nenatančne rezultate.

Tako je npr. v US 4,703,255 (Strommen) opisan senzor, ki sestoji iz dveh enakih kovinskih palic iz različnih materialov, ki se ju - med seboj razmaknjeni s pomočjo električno neprevodnih distančnikov - vgradi v beton že med samo izvedbo armiranobetonskega objekta. Material ene od palic ustreza oz. je podoben materialu armature. Na omenjeni palici sta priključena električna vodnika, ki vodita do merilnika električne napetosti, ki se nahaja izven armiranobetonske zgradbe. Ne glede na to, da je tovrstni senzor predviden za vgradnjo ob izvedbi objekta in je takorekoč neuporaben za kasnejšo vgradnjo v strjen beton oz. v že obstoječ objekt, je zahvaljujoč merjenju napetostnih potencialov na obeh palicah v betonu načeloma možno sklepati na hitrost korozije armature, pri čemer pa na samo natančnost merjenja pa vplivajo številni dejavniki. Zaradi dimenzijske obsežnosti senzorjev je v vsak objekt možno vgraditi kvečjemu manjše število senzorjev, ki zaznavajo stanje v zgolj nekaterih točkah objekta, v katerih so pogoji za nastanek oz. napredovanje korozije lahko zelo različni. Po drugi strani so možni vplivi materialov samih električnih vodnikov na stiku s palicama, vprašljiva izolativnost v vlažnem betonu vgrajenih vsaj teoretično električno neprevodnih distančnikov in podobno.

Nadalje je v US 5,259,944 predlagana naprava, ki obsega merilnik električne napetosti, ter na površino betona, v katerem je vgrajena armatura, namestljivo zunanjo elektrodo ter osrednje razporejeno nasprotno elektrodo vključno z dvojico referenčnih tipal. Pri tem merijo polarizacijsko upornost v opazovanem območju betona, iz česar potem sklepajo na korozijo armature. Meritve so sicer možne tudi na obstoječih objektih, vendar so odvisne od številnih pogojev in zato razmeroma netočne in nezanesljive.

Nadalje je v EP O 364 841 (STRABAG BAU-AG) predlagana naprava, ki obsega množico na različnih globinah armiranobetonske konstrukcije vgrajenih anod iz materiala, ki ustreza materialu armature, kot tudi katodo iz korozijsko obstojnejšega materiala. Omenjene anode so povezane z izven betonske konstrukcije razpoložljivim merilnikom električnega toka. Katoda je lahko povezana s pripadajočo anodo, kije od nje ločena z električnim izolatorjem. Merilnik toka meri tok, ki je v sorazmerju s korozijo armature. Tako je možno predvsem ugotoviti, če v betonu pride do karbonatizacije ali kontaminacije s kloridi, kar še zlasti vzpodbuja napredovanje korozije. V takih primerih je možno napravo uporabiti za potrebe takoimenovane polarizacije, ko z dovajanjem ustreznega električnega naboja oz. toka v armaturo skušajo izravnati razlike v električnih potencialih in s tem zaustaviti korozijo. Tudi tovrstni senzorji so predvideni za vgradnjo v fazi izvedbe armiranobetonske konstrukcije oz. objekta. Vendar pa je pojav nastajanja karbonatizacije ali kontaminacije s kloridi lahko tudi izrazito lokalne narave, zato nikakor ni nujno, da do njega pride prav v območju, kjer so vgrajeni senzorji.

Zaradi vrste prednosti so se v industrijskih metodah in napravah za spremljanje korozije v pretežni meri uveljavili električni uporovni senzorji vključno z modificiranimi izvedbami z izboljšano temperaturno kompenzacijo in ločljivostjo.

Tako je v US 4,703,253 (Strommen) predlagano, da se v beton že v fazi izvedbe objekta vgradi v zanko povezana med seboj enaka kraka iz materiala, iz kakršnega je izvedena armatura. Eden od krakov je za razliko od preostalega kraka protikorozijsko zaščiten. Ker nazadnje omenjeni krak v betonu sčasoma korodira - domnevno s približno enako hitrostjo kot sama armatura - se mu zahvaljujoč zmanjšanju preseka poveča električna upornost, ki jo je možno primerjati zahvaljujoč merjenju upornosti referenčnega, protikorozijsko zaščitenega kraka. Tudi ta senzor je dimenzijsko razmeroma obsežen, ker je prednostno izveden iz armaturnega jekla premera 6 12 mm v obliki podolgovate zanke dolžine od 90 cm do 6 m in je zato primeren kvečjemu za vgradnjo izključno v sami v fazi izvedbe armiranobetonske konstrukcije oz. objekta. Še celo v takih primerih so pri nekaterih objektih, kakršni so npr. mostovi, predori, jedrske elektrarne ali odlagališča radioaktivnih odpadkov, zaradi gostote armature, kjer raster pogosto ne presega 100 x 100 mm, možnosti vgradnje tovrstnih senzorjev zelo omejene. Temu ustrezno je treba tudi v tem primeru računati z možnostjo vgradnje zgolj razmeroma majhnega števila senzorjev v objekt, kar spet omogoča kvečjemu dokaj nenatančno spremljanje korozije preko večje površine in zgolj v nekaterih lokacijah na objektu, medtem ko se dejanske razmere in pogoji za nastanek in napredovanje korozije v različnih območjih armiranobetonske zgradbe lahko zelo razlikujejo.

4.

Kot je že bilo omenjeno, je senzor te vrste glede na velikost primeren izključno za vgradnjo v beton med izvedbo novih objektov z že prej definiranim načinom za spremljanje korozije armature v betonu. Glede na dimenzije senzorja pa je med uporabo težko zagotoviti enako temperaturo korozijsko izpostavljenih elementov in referenčnih, protikorozijsko zaščitenih elementov v betonu. Upori dolgih senzorjev so v betonu lahko neenakomerno izpostavljeni koroziji, zato izmerjene vrednosti podajo zgolj grobo povprečje korozijskih aktivnosti. Zaradi relativno velikih dimenzij je tudi občutljivost teh senzorjev na izrazito lokalne oblike korozije (jamičasta korozija) dokaj omejena.

Pri zahtevnejših armiranobetonskih objektov (viadukti, mostovi, predori, nosilne konstrukcije v industriji, jedrske elektrarne, odlagališča radioaktivnih odpadkov) je raster nosilne jeklene armature relativno gost (v vsakem primeru manj kot 100 x 200 mm), premer armaturnih palic pa razmeroma velik (običajno znaša od 25 do 40 mm), zato je vgradnja večjih senzorjev praktično nemogoča. Prav tako ni možno senzorjev tako velikih dimenzij vgraditi v strjen beton starih, že obstoječih objektov.

Nadalje je v US 6,282,671 predlagan senzor, ki sestoji iz votlega stebla, na katerem sta na voljo dve npr. s pomočjo navoja druga proti drugi premakljivi prirobnici, med katerima je vstavljen niz izmenično razporejenih električno prevodnih prstanov in električnih izolatorjev, pri čemer je vsak od omenjenih prstanov preko ustreznega električnega vodnika povezan z izven objekta razporejenim merilnim instrumentom. Pred vgradnjo senzorja v beton izvedejo izvrtino, v katero vstavijo steblo z omenjenimi prstani in izolatorji. Po pritezanju matice ali navojne puše se prstani razprejo in s tem dospejo v stik s steno vrtine v betonu. Senzor je brez dvoma vgradljiv tudi v strjen beton že obstoječih armiranobetonskih konstrukcij. Obenem je izjemno zapleten za izdelavo, obenem pa je uporaba povezana z razmeroma veliko verjetnostjo okvar ali drugih zapletov. Množica električnih vodnikov v notranjosti stebla je po eni strani vezana na prostorske omejitve, ki izvirajo iz premera stebla oz. premera same vrtine, po drugi strani pa je pri vsakem prstanu treba računati s parom žic. Za merjenje hitrosti korozije na večjih globinah je dolžina stebla razmeroma velika, temu ustrezno pa je potem tudi število prstanov in žic. Tveganje, da se katera od žic poškoduje že med vstavljanjem senzorja v vrtino ali kasneje v procesu merjenja nastale korozije, je torej izjemno veliko. Ena od nadaljnjih pomanjkljivosti tovrstnih senzorjev je tudi ta, da so primerni za vgradnjo v ustrezne vrtine v strjenem betonu že obstoječih objektov, ne pa tudi za vgradnjo v še nestrjen beton v fazi same izvedbe objekta.

Za vgradnjo v sveži beton pri gostem rastru vgrajene armature morajo biti dimenzije senzorjev relativno majhne. Še bolj je to pomembno za gradnjo v otrdeli beton, saj je ustrezna geometrija nujna za dober fizični in elektrokemijski stik z otrdelim betonom. Geometrija sezorja mora omogočati tudi za vgradnjo na poljubno globino. Korozijske lastnosti materiala senzorja morajo biti identične ali vsaj zelo podobne korozijskim lastnostim armaturnega jekla, ostali vgrajeni materiali pa morajo biti obstojni v betonu. Dimenzije električnih vodnikov morajo zagotavljati ustrezno ločljivost merjenja sprememb debeline, istočasno pa tudi zadostno življensko dobo senzorja. Senzor mora biti občutljiv na lokalne oblike korozije (jamičasta korozija), sama merilna procedura pa mora omogočati ločevanje med enakomerno in jamičasto korozijo. Merilna procedura mora zagotavljati tudi ustrezni izračun spremembe debeline senzorja, korozijske hitrosti in eliminacijo temperaturnega vpliva.

Prej opisane zahteve so bile izpolnjene z novo konstrukcijo ploščatega senzorja, kjer so kovinski elementi senzorja izdelani s fotokemičnim postopkom. Glede na to, da kovinska plast ni izdelana z naparevanjem, temveč iz pločevine, je zaradi nespremenjene kristalne strukture korozijska občutljivost zelo podobna kot pri armaturi. Geometrija električnega vodnika v posameznem elementu (razmerje med širino in višino) zagotavlja ustrezen odziv na enakomerno in jamičasto korozijo. Konstrukcija senzorja omogoča zagotavljanje temperaturnega ravnotežja, oziroma kompenzacijo temperaturnih sprememb. Prav tako je minimalen vpliv parazitskih upornosti (kontakti, električni vodniki). Konstrukcija omogoča tudi enostavno vgradnjo senzorja v sveži ali otrdeli beton na izbrano lokacijo in globino. Zadostna dolžina električnega vodnika, oziroma njegova električna upornost, omogočata veliko merilno ločljivost. Pripadajoči merilni sistem (bipolarni tokovni generator) zagotavlja, da se elementi senzoija med postopkom meritve ne polarizirajo v tej meri, da bi to vplivalo na korozijski proces. Ustrezna programska oprema omogoča enostavni izračun spremembe debeline električnih vodnikov, dodatna analiza pa izračun korozijske hitrosti in oceno vrste korozije.

Ker dolgega ploščatega vodnika tehnološko ni mogoče oblikovati v ustrezno obliko na majhni površini, je možno za material vodnika izbrali ustrezno tanko pločevino, oziroma folijo (debeline od 150 do 270 pm) s podobnimi korozijskimi lastnostmi, kot jih ima material, katerega korozijsko hitrost želimo izmeriti (jeklena armatura). S kaširanjem pločevine na podlago (s steklenimi vlakni armiran epoksidni laminat) je možno izdelati togo nosilno konstrukcijo podlago bodočih vodnikov korozijsko izpostavljenih in referenčnih uporov ER senzoija. Upori ER senzoija so oblikovani tako, da jih je mogoče izdelati natančno s postopkom jedkanja, podobno kot tiskana vezja v elektroniki. Oblika vodnikov uporov prednostne izvedbe senzorja zagotavlja dovolj veliko korozijsko izpostavljeno površino, majhne zunanje izmere pa omogočajo vgradnjo ER senzoijev v izvrtino premera 75 mm v betonu starih objektov na poljubno oddaljenost od površine v prekrivni plasti betona in med jekleno armaturo. Oblika senzoija v skladu z nadaljnjo izvedbo omogoča vgradnjo med armaturo z rastrom 100 x 100 mm.

Za ugotavljanje korozijskih hitrosti jekla in detekcijo fronte karbonatizacije/prodora kloridov, senzorje vgradimo na različnih globinah (s prekrivno plastjo betona od 5 do 50 mm, oziroma do globine lege jeklene armature). Če želimo detektirati začetke kontaminacije in degradacije betona, ter s tem iniciacijo korozijskih procesov, senzorje vgradimo bližje površini.

V okviru povedanega se izum prvenstveno nanaša na senzor za ugotavljanje hitrosti korozije kovinske armature v armiranobetonskih konstrukcijah na osnovi ugotavljanja upornosti vsaj enega v betonu vgrajenega in koroziji izpostavljenega električno prevodnega elementa glede na referenčno upornost vsaj enega prav tako v betonu vgrajenega, vendar proti koroziji zaščitenega električno prevodnega elementa.

Senzor po izumu obsega vsaj eno električno neprevodno nosilno ploščo, na kateri je nameščen vsaj en izrazito sploščen, koroziji izpostavljen električno prevoden element s cikcakasto po površini plošče potekajočim vodnikom izrazito majhnega prečnega prereza in glede na vsakokrat razpoložljivo površino izrazito velike dolžine temu ustrezno visoke upornosti, kot tudi vsaj en prav tako izrazito sploščen, proti koroziji zaščiten električno prevoden referenčni element s cikcakasto po površini plošče potekajočim vodnikom izrazito majhnega prečnega prereza in glede na vsakokrat razpoložljivo površino izrazito velike dolžine temu ustrezno visoke referenčne upornosti, pri čemer je material omenjenih električno prevodnih elementov identičen ali vsaj približno ustreza materialu v betonu vgrajene armature in pri čemer so vsakokrat razpoložljivi elementi povezljivi v električni tokokrog.

Nosilna plošča je prednostno razmeroma toga plošča razmeroma majhnih dimenzij, ki je opremljena z odprtinami za prejem električno prevodnega lota in po potrebi vodnika priključnega kabla senzorja in smotrno lahko sestoji iz laminiranega steklo-epoksidnega gradiva. Vodnik vsakokratnega na električno neprevodni plošči nameščenega električno prevodnega elementa je prednostno, še zlasti zahvaljujoč najbolj preprostemu načinu izdelave, zasnovan s profilom oz. prečnim prerezom v obliki trapeza, ki je zožen v smeri vstran od omenjene plošče. Pri tem omenjeni vodnik vsakokratnega na električno neprevodni plošči nameščenega električno prevodnega elementa senzorja prednostno sestoji iz hladno preoblikovanega kovinskega gradiva, ki je identično ali njegova sestava vsaj približno ustreza materialu vsakokrat v betonu razpoložljive armature. Tako omenjeni vodnik vsakokratnega na električno neprevodni plošči nameščenega električno prevodnega elementa najbolj smotrno sestoji iz fotokemično obdelane kovinske pločevine ali iz drugega kovinskega gradiva, ki je galvansko, z naparevanjem ali drugače nanešeno neposredno na površino nosilne plošče in ki je identično oz. njegova sestava vsaj približno ustreza materialu vsakokrat v betonu razpoložljive armature.

V skladu s prednostno izvedbo senzorja po izumu tovrsten senzor obsega dvojico proti koroziji nezaščitenih električno prevodnih elementov z v odvisnosti od korozije spremenljivo upornostjo, kot tudi z njima električno povezano dvojico protikorozijsko zaščitenih referenčnih elementov z referenčno upornostjo. Pri tem sta omenjeni dvojici drug ob drugem razporejenih in medsebojno povezanih elementov med seboj lahko električno povezani preko Wheatstonovega mostička in v takšni vezavi preko priključnih kablov priključljivi na vsakokrat razpoložljiv zunanji električni tokokrog. Pri tem je vsak od omenjenih elementov z vsakokrat pripadajočim elementom lahko električno povezan v območju z električno prevodnega lota, ki je na voljo v vsakokrat pripadajoči odprtini v električno neprevodni nosilni plošči, s čimer so dobljeni v splošnem nerazstavljivi električni stiki. Dva od omenjenih stikov elementov sta predvidena za povezavo z vodnikom električnega kabla za priključitev senzorja na vsakokrat razpoložljiv električni tokokrog, pri čemer je eden od njiju predviden v območju koroziji izpostavljenih elementov, preostali stik pa v območju proti koroziji zaščitenih elementov.

Pri eni od možnih izvedb senzorja po izumu so vsi električno prevodni elementi razporejeni na isti strani električno neprevodne nosilne plošče. Pri nadaljnji različici senzorja po izumu je predvideno, da so vsakokrat razpoložljivi električno prevodni elementi s spremenljivo upornostjo, ki so izpostavljeni koroziji, razporejeni na eni strani električno neprevodne nosilne plošče, vsakokrat razpoložljivi električno prevodni referenčni elementi z referenčno upornostjo, ki koroziji niso izpostavljeni, pa so razporejeni na nasprotni strani taiste nosilne plošče.

Nadalje so pri senzorju po izumu vsakokrat razpoložljivi električno prevodni referenčni elementi in drugi električno prevodni deli vključno z v območju nosilne plošče razpoložljivimi vodniki električnih kablov, vsekakor pa z izjemo korozijsko izpostavljenih elementov z upornostjo, ki se sčasoma spreminja v odvisnosti od korozije, prevlečeni z električno neprevodno zaščitno plastjo.

Vsakokrat razpoložljiva izolacijska zaščitna plast je na voljo kot trdna ali plastična plast iz električno neprevodnega ali slabo prevodnega gradiva. Nadalje so pri senzorju po izumu vsakokrat razpoložljivi koroziji izpostavljeni elementi v položaju vgradnje v beton obrnjeni proti zunanji površini armiranobetonskega elementa. Pri nadaljnji različici senzorja po izumu so vsakokrat razpoložljivi koroziji izpostavljeni elementi s spremenljivo upornostjo katodno zaščiteni, pri čemer je na vsakokrat razpoložljive priključne konektorje senzorjev, preko katerih se v želj enih časovnih intervalih izvajajo meritve korozijske hitrosti, priključen konektor, s pomočjo katerega so kontakti elementov spremenljive in referenčne upornosti na senzorjih kratkostično sklenjeni, električni kontakti tega konektorja pa povezani z vsakokrat razpoložljivim vodnikom, ki je v električnem kontaktu z jekleno armaturo t.j. katodo, ki je vgrajena v betonu, pri čemer je med merjenjem korozijskih hitrosti omenjeni konektor odklopljen, sicer pa vklopljen.

Po izumu je predvidena tudi naprava za ugotavljanje hitrosti korozije kovinske armature v armiranobetonskih konstrukcijah na osnovi ugotavljanja upornosti vsaj enega v betonu vgrajenega in koroziji izpostavljenega električno prevodnega elementa glede na referenčno upornost vsaj enega prav tako v betonu vgrajenega, vendar proti koroziji zaščitenega električno prevodnega elementa. Tovrstna naprava po izumu obsega vsaj merilnik električne upornosti, ki je preko električnih kablov električno povezljiv z vsakokrat izbranim številom senzorjev v skladu s predhodno opisanimi značilnostmi. Naprava obsega končno in vnaprej določeno število senzorjev, ki so vgrajeni na različnih lokacijah in različnih globinah bodisi v ustreznih vrtinah v strjenem betonu vsakokrat razpoložljivega že obstoječega armiranobetonskega objekta ali v še nestrjenem betonu tačas izdelovanega armiranobetonskega objekta, pri čemer so vsakokrat koroziji izpostavljeni električno prevodni elementi z upornostjo razporejeni na tisti strani nosilne plošče senzorja, ki je obrnjena proti zunanji površini armiranobetonskega objekta. Omenjeni senzorji naprave po izumu so v betonu tako razporejeni, da potekajo vsaj v bistvu vzporedno z armaturo, vgrajeno v betonu.

Naprava v skladu s prednostno izvedbo izuma je baterijsko napajana in vsebuje tokovni generator ter ustrezno kombinacijo napetostnih predojačevalnikov, pri čemer je tokovni generator prirejen za zagotavljanje konstantnega vira vsakokrat izbranega bipolarnega električnega toka v dveh smereh, medtem ko so napetostni predojačevalci predvideni za ojačitev padca napetosti na senzorju in razlike napetosti na nivo, ki ga je možno odčitati z ročnim voltmetrom.

Nadalje je predvidena tudi različica naprave, ki je priključljiva na električni tokokrog že obstoječe katodne zaščite armature v betonu že obstoječega armiranobetonskega objekta in prirejena za merjenje spremembe upornosti koroziji izpostavljenih elementov po predhodni izključitvi za katodno zaščito predvidenega električnega tokokroga.

Predmet izuma je tudi ostopek ugotavljanja hitrosti korozije kovinske armature v armiranobetonskih konstrukcijah na osnovi ugotavljanja upornosti vsaj enega v betonu vgrajenega in koroziji izpostavljenega električno prevodnega elementa glede na referenčno upornost vsaj enega prav tako v betonu vgrajenega, vendar proti koroziji zaščitenega električno prevodnega elementa. Pri tem se v merilno napravo v skladu s prej opisanimi značilnostmi povezane senzorje prav tako v skladu s prej opisanimi značilnostmi vgradi bodisi v nestrjen beton ali v ustrezne vrtine v otrdeli beton že obstoječega armiranobetonskega objekta, tako da so koroziji izpostavljeni električno prevodni elementi obrnjeni proti zunanji površini betona in potekajo vsaj približno vzporedno z armaturo. Zatem se v primeru vgradnje v otrdeli beton omenjene vrtine zapolni z betonom, katerega struktura ustreza na istem mestu pred izvedbo vrtin razpoložljivemu betonu, izven betona razpoložljive priključne kable pa se električno poveže v okviru omenjene merilne naprave. Postopek po izumu obsega korake

i) ugotavljanja napetostne razlike med posameznima vejama, namreč prvo vejo, kjer se meri padec po obeh vejah, in drugo, kjer se meri razliko padca med korozijsko spremenljivim uporom in referenčnim uporom, pri čemer se skozi vezje pošlje konstanten tok določene vrednosti, kije skozi obe veji enak, kar se vrši po formulah u = («,+*) j

Δ1/ = (ί,-/ί)ί

Δί/ _ AT?

U ~ 2R + LR tsR

2u

-m

AU

U _R^^_R

S-AS l-u

S ii) ugotavljanja spremembe površine prereza vodnika upora po formulah

	c	Λ		(
( R Ί		1	R		, R
Δ5 - S 1	= S		= S	i--=—
t R + &R)			R+ 2 R
	k	l-u J		< 1-M 7

iii) določitve faktorja zmanjšanja debeline vodnika koroziji izpostavljenih električno prevodnih elementov po formuli

Akj er pomeni d, - razlika v višini - debelini (d, = c_nekor - ) d₂ - razlika v širini d>

d' z merjenjem geometrije korodiranih in nekorodiranih vzorcev senzorjev za vsako serijo senzorjev posebej s pomočjo pregleda prečnega prereza vodnikov koroziji izpostavljenih elementov na metalografskem mikroskopu in pregleda površine na vrstičnem elektronskem mikroskopu, s čimer se upošteva način izdelave pločevine zlasti npr. v primeru hladnega valjanja in temu ustrezne hladno deformirane mikrostrukture, kije podobna tisti pri armaturnem jeklu, pri čemer so kristalna zrn sploščena in zato koroziji izpostavljeni vodniki senzorja korodirajo hitreje po širini kot po višini oz. debelini;

iv) določitve površine trapeznega profila vodnikov koroziji izpostavljenih električno prevodnih elementov senzorjev po formulah e (a + b\ ^S°~T~ sin/? = — x sin β

AS = S_o - S,

C sin β - — d

AS ₌ (a + b)c |(α+ά-4χ) __d _(a + b)c l sin/? J

2 ^{k x} · Δ5 = (a + b~)c -(a + b- 4x)(c - J,) =4^(c-d,)+<i,(e+i.) sin p

4d

2·Δ5 = J,(a + b) +--(c-d^ sin/?

kjer ob upoštevanju faktoija zmanjšanja debeline velja:

d₂ =A-dj 4d

2-AS =--(c-dj) + dda + b) sin p ₌ )!</,(a+b) sin p sin/? < sin/?

in kjer pomeni a krajša stranica trapeznega profila vodnikov elementov na korozijsko izpostavljeni strani, b daljša stranica trapeznega profila vodnikov elementov na korozijsko neizpostavljeni strani, c višina trapeznega profila d poševna stranica trapeznega profila di razlika v višini - debelini d₂ razlika v širini β kot med stranicama d in b, obenem pa

% predstavlja razmerje d₂ x = sin β

v) ugotavljanja razlike v višini oz. debelini vodnikov koroziji izpostavljenih električno prevodnih elementov senzoija po formulah d, =

sin/?

32-Δ5-Λ sin/?

kjer ob upoštevanju, daje velja:

Δ5 = 5

2u i?«

4Ac sin/?

+ a + b±'

4Ac sin/?

x2 32-S

2u sin/?

8A sin/?

na osnovi ugotovljene napetostne razlike, kije podana s formulo

AU in vi) izhajajoč iz spremembe debeline posameznih senzoijev (1) v okviru omenjene naprave tudi korak ugotavljanja vrste korozije.

Izum bo v nadaljevanju podrobneje obrazložen na osnovi primerov izvedbe in v povezavi s priloženo skico, kjer kaže

Sl. 1 primer izvedbe v perspektivi ponazorjenega senzoija po izumu,

Sl. 2 električno prevodna dela, ki pripadata spodnji površini senzoija po sl. 1;

Sl. 3 senzor po sl. 1 v vgrajenem stanju in v vzdolžnem prerezu v ravnini III - III po Sl. 1;

Sl. 4 shematično ponazorjeno zasnovo senzoija kot dela naprave po izumu;

Sl. 5 nadaljnjo različivo senzoija po sl. 4, kakršen pripada napravi po izumu;

Sl. 6 shematični prikaz geometrijskih izhodišč za določanje hitrosti korozije; in Sl. 7 grafično ponazoritev zmanjšanja debeline električno prevodnega dela senzorja.

Na sl. 1 je ponazoijen senzor 1 po izumu, ki v osnovi sestoji iz električno neprevodne nosilne plošče 90 ter iz štirih električno prevodnih elementov 11, 12, 13, 14, ki so med seboj električno povezani na način, ki bo podrobneje obrazložen v nadaljevanju.

Nosilna plošča 10 je prednostno izvedena iz električno izolativnega epoksidnega laminata. Vsak od omenjenih električno prevodnih elementov 11, 12, 13, 14 prednostno sestoji iz gradiva, ki ustreza gradivu, iz katerega je izvedena armatura armiranobetonske zgradbe, kije predvidena za merjenje hitrosti korozije. Vsak od omenjenih elementov 11, 12, 13, 14 izkazuje določeno električno upornost, pri čemer sta dva elementa 11, 12 z upornostjo R_x izpostavljena koroziji, preostala dva elementa 13, 14 z upornostjo R pa sta proti koroziji zaščitena. Za senzor po izumu je značilno, daje vsak od omenjenih električno prevodnih elementov 11, 12, 13, 14 zasnovan kot ploščat element glede na širino izrazito majhne debeline in obenem upoštevajoč vsakokrat dane možnosti karseda velike dolžine. Zahvaljujoč tovrstni zasnovi elementov 11, 12, 13, 14 je električna upornost R oz. R_x lahko razmeroma visoka, obenem pa zmanjšanje debeline kot posledica korozije v znatni meri vpliva na spremembo upornosti, ki je na taki osnovi potem vsekakor lažje merljiva z visoko natančnostjo.

Naprava za merjenje hitrosti korozije po izumu sestoji iz vsakokrat ustreznega števila osnovnih merilnih senzorjev 1, pri čemer vsakokratni senzor 1 sestoji iz štirih izrazito tenkih in ploščatih električno prevodnih elementov 11, 12, 13, 14, ki so električno povezani v Wheatstonov mostiček in katerih sta dva električno prevodna elementa 11, 12 izpostavljena koroziji in predstavljata spremenljivo upornost R, preostala dva elementa 13, 14, ki predstavljata referenčno upornost R, pa sta proti koroziji zaščitena.

Senzor 1 s tako zasnovanimi prevodnimi elementi 11, 12, 13, 14, ki tvorijo električne upore R, R_x, je načeloma izvedljiv na vsaj dva načina, in sicer bodisi s pomočjo zgolj ene električno neprevodne plošče 10 (Sl. 1), na kateri so deli 11, 12, 13, 14 nameščeni dvostransko, ali s pomočjo omenjene neprevodne plošče 10 in še ene dodatne električno neprevodne plošče 10' (Sl. 5), tako da sta proti koroziji izolirana dela 13,14 vstavljena med omenjenima ploščama 10,10’.

Tako sta npr. pri senzorju 1 po Sl. 1 koroziji izpostavljena dela 11, 12, ki predstavljata upora R_x, razporejena na zgornji strani električno neprevodne, zlasti laminatne nosilne plošče 10, medtem ko se preostala prevodna dela 13,14, ki predstavljata referenčna upora R in sta posebej prikazana na Sl. 2, nahajata na spodnji strani nosilne plošče 10. Omenjeni deli 11, 12, 13, 14, ki tvorijo električna upora R in R_x, so povezani v Wheatstonov mostiček z ustreznimi loti 3 skozi pripadajoče izvrtine 2 tako, da so na Sl. 1 z označbami A, B, C, D, E in F označeni kontakti na uporih R_x povezani s kontakti, ki so na Sl. 2 označeni z A', B', C', D', E' in F' ter pripadajo uporom R.

Senzor 1 je v vgrajem stanju, namreč bodisi v že fazi izvedbe objekta ali naknadno vgrajen v beton 9, prikazan na Sl. 3. Na zgornji strani v danem primeru dvoslojne izolativne plošče 10 sta v na voljo iz prevodnih elementov 11,12 formirana upora R_x. V plošči 10 so predvidene odprtine 2 za lotanje, ki so med sestavljanjem senzorja 1 zapolnjene z električno prevodnim lotom 3. Na spodnji strani električno neprevodne plošče 10 se nahajata električno prevodna elementa 13, 14, ki tvorita referenčna upora R. V odprtini 2 se kot rečeno nahaja lot 3, v katerem je vgrajen tudi vodnik 4 priključnega kabla 5. Na zgornji strani plošče 10 so vse za lotanje predvidene površine vključno z loti 3 prevlečene s protikorozijsko zaščitno plastjo 6 iz epoksidne smole. Prav tako je na spodnji strani plošče 10 celotna površina elementov 13,14 in s tem uporov R vključno z loti 3 in neizoliranimi deli vodnikov 4 zaščitena z ustrezno debelo zaščitno plastjo 6 iz epoksidne smole.

Pri tako izvedenem senzorju 1 je možno računati z zunanjimi dimenzijami, ki ne upoštevaje priključni kabel 5 znašajo približno 50 x 30 x 3 mm, pri čemer skupna koroziji izpostavljena površina obeh uporov R_x meri približno 7,5 cm².

Nadaljnja različica senzorja je prikazana na Sl. 5. Ploščati električno prevodni elementi 11, 12, 13, 14, ki tvorijo upora R_x in R senzorja 1, so izdelani na izolativni plošči 10 iz steklenoepoksidnega laminata enostransko. Zgolj dela 13, 14, ki predstavljata referenčna upora R, sta tudi na zgornji strani strani protikorozijsko zaščitena z dodatno plastjo 7, ki v tem primeru sestoji iz stekleno epoksidnega laminata. Kontakti A, B, C, D, E in F za lotanje priključnega kabla 5 in pripadajoč del priključnega kabla 5 so prevlečeni zaščitno plastjo 6, ki v tem primeru sestoji iz trajno elastične tesnilne mase. Zunanje dimenzije senzorja 1 brez priključnega kabla 5 v tem primeru znašajo npr. 87 x 53 x 3,5 mm. Ta različica senzorja 1 v primerjavi s predhodno predstavlja poenostavitev predvsem v pogledu še preprostejše izdelave ob malenkostnem povečanju zunanjih dimenzij pri enakih uporih R_x in R.

V nadaljevanju bo podrobneje opisana sama uporaba oz. vgradnja senzorjev 1.

Pri vgradnji senzorjev 1 v svež beton med izvedbo vsakokratne armiranobetonske konstrukcije oz. gradnjo novega objekta senzorje še pred betoniranjem pritrdimo na željeno mesto. Za potrebe ugotavljanja korozijskih hitrosti jekla in detekcijo fronte karbonatizacije/prodora kloridov, senzorje vgradimo na različnih globinah (s prekrivno plastjo betona od 5 do 50 mm, oziroma do globine lege jeklene armature). Pritrdimo (prilepimo) jih lahko na površino armaturnih palic ali na posebne nosilce, ki zagotavljajo primemo oddaljenost od zunanje površine betona. Pri tem morata biti vsakokrat aktivna upora R_x obrnjena proti zunanji površini betona 9. Kable 5 senzorjev 1 s pomočjo ustreznih konektorjev speljemo v kovinsko hermetično škatlo na mestu, kjer bomo kasneje imeli dostop do konektoija za meritve, nakar izvedemo betoniranje.

Pri vgradnji senzorjev 1 v otrdeli beton obstoječe armiranobetonske konstrukcije že zgrajenega objekta se uvodoma izvrši nedestruktivno detekcijo lege in globine jeklene armature (npr. po metodi z vrtinčastimi tokovi), nakar na izbranih mestih izvrtamo vrtine z diamantno krono premera 75 mm do želj ene globine. Pri tem lahko izvrtane valje betona pregledamo in analiziramo vsebnost korozivnih ionov (kloridov, sulfatov) po globini ter izmerimo pH betona v globini, kjer želimo namestiti senzorje 1. Nov prekrivni beton prednostno izdelamo z enakimi vsebnostmi korozivnih dodatkov, kot smo jih na izvrtanih valjih analizirali na globini, kjer bodo senzorji postavljeni. Dno vrtin poravnamo, senzorje 1 pa s hrbtno stranjo nalepimo na dno vsakokrat razpoložljive vrtine. Priključne kable 5 senzorjev 1 s primernimi konektorji speljemo v kovinsko hermetično škatlo na dostopnem mestu. Vsakokratno vrtino nad senzorji 1 zapolnimo z novim betonom, katerega struktura in lastnosti naj bi bile čim bolj podobne staremu betonu.

Kadar je jeklenobetonski objekt katodno ščiten, je potrebno upore R, R_x senzorjev 1 električno povezati s katodno zaščiteno jekleno armaturo. V tem primeru so aktivni upori R_x senzorjev 1 tudi katodno zaščiteni. Na priključne konektoije senzorjev 1, na katerih v želj enih časovnih intervalih izvajamo meritve korozijske hitrosti, priključimo konektor, s katerim priključke (na Sl. 1 označene z A, B, C, D, E, F), ki povezujejo upore R_x in R na senzorjih 1 kratkostično sklene, električne kontakte tega konektorja pa povežemo z vsakokrat razpoložljivim vodnikom, ki je v električnem kontaktu z jekleno armaturo (katodo). V času izvedbe meritev korozijskih hitrosti na senzorjih 1 omenjeni konektor odklopimo, po meritvah pa ga ponovno vklopimo.

Električno prevodni elementi 11, 12, 13, 14 in s tem upori R, R_x senzorja 1 prednostno sestojijo iz pločevine, katere sestava je identična ali vsaj približno ustreza sestavi armature, in so nadalje prednostno izdelani s fotokemičnim postopkom, zato preseki vodnikov elementov 11, 12, 13, 14 niso pravokotne, marveč so trapezne oblike. Glede na izbrano debelino pločevine (od 150 do 270 μπι) in obliko prereza vodnika uporov R, R_x moramo upoštevati tudi faktor zmanjšanja debeline, kije odvisen od stopnje deformacije kristalnih zrn materiala uporov. Ker imajo senzoiji 1 zaradi svoje oblike specifične korozijske lastnosti, je bil po izumu zasnovan tudi postopek ugotavljanja oz. določanja korozijske hitrosti, ki temelji na zasnovi prej opisanih senzorjev 1 in tudi adekvatne naprave, pri kateri so ti senzorji 1 uporabljeni.

Naprava po izumu sestoji iz množice senzorjev 1, ki so preko priključnih kablov 5 s pripadajočimi konektorji električno povezani z ustreznim instrumentom za merjenje spremembe električne upornosti. Naprava je npr. baterijsko napajana, vsebuje tokovni generator in kombinacijo napetostnih predojačevalcev. Tokovni generator zagotavlja konstanten vir toka, ki ga izberemo (100 μΑ ali 50 mA) in vključimo, v dveh smereh (bipolarno). Napetostni predojačevalci ojačijo padec napetosti na senzorju in razliko napetosti na nivo, ki ga je možno odčitati z ročnim voltmetrom.

Pri alternativni izvedbi naprave, ki omogoča merjenje hitrosti korozije pri katodno ščitenih objektih, so aktivni upori R_x senzorjev 1 tudi katodno zaščiteni. Na priključne konektorje senzorjev 1, na katerih v željenih časovnih intervalih izvajamo meritve korozijske hitrosti, je priključen konektor, s pomočjo katerega so priključki A, B, C, D, E, F, ki povezujejo upore R_x in R na senzorjih 1, kratkostično sklenjeni, električni kontakti tega konektorja pa povezani z vsakokrat razpoložljivim vodnikom, ki je v električnem kontaktu z jekleno armaturo t.j. katodo.

V času izvedbe meritev korozijskih hitrosti na senzorjih 1 omenjeni konektor odklopimo, po meritvah pa ga ponovno vklopimo.

V sistemu merimo napetostno razliko med posameznima vejama, prvo (ki meri padec po obeh vejah) označimo z U, drugo (ki meri razliko padca med R_x in R) pa z AU. Skozi vezje pošljemo konstanten tok vrednosti od 10 do 50 mA (Sl. 4). Upoštevamo, daje tok skozi obe veji enak, zato velja naslednje:

l/=(*,+*)£ (1) fu = (r_x-r)-.

(2)

Upor R_x predstavlja vsoto prvotnega upora in spremembe FR, torej R_x = R + FR, in delimo obe enačbi med seboj:

Sprememba upornosti ustreza pri čemer je

Sledi:

kjer je

FU _ FR U ~2R + FR

FR

2u

-m

AU

U

FS

S-FS

2u l-u _ξ*1

S (3) (4) (5) (6) (7)

Spremembo površine prereza vodnika upora lahko zapišemo kot:

z		Z λ
f R Ί			R		< R
FS - S 1	= S	1		=s	1--~—
R + FR)			R+ 2“ R		i(i + .2“)
		k	l-u )		< l-u 7

(8)

FS = S\ ter dobimo

2u ' + u j (9).

Pločevina ima zaradi načina izdelave, zlasti npr. hladnega valjanja, hladno deformirano mikrostrukturo, podobno kot armaturno jeklo. Kristalna zrna so sploščena, kar je razlog, da vodniki 1Γ, 12' upora R_x uporovnega senzoija 1 korodirajo hitreje po širini (d₂) kot po višini debelini (dQ vodnika upora R_x senzoija 1. Da bi lahko čim natančneje ocenili dejansko spremembo debeline (di) je možno vpeljati faktor zmanjšanja debeline A. Faktor zmanjšanja debeline vodnika 1Γ, 12' upora se določi kot

(10) d, - razlika v višini - debelini (c?, = c_nefa)r - c_kor) d ₂ - razlika v širini

Faktor A zmanjšanja debeline se določi z medenjem geometrije korodiranih in nekorodiranih vzorcev senzoijev 1 in ga je potrebno določiti za vsako serijo senzorjev 1 posebej s pomočjo pregleda prečnega prereza vodnikov 1Γ, 12' koroziji izpostavljenih elementov 11, 12 upornosti R_x na metalografskem mikroskopu in pregleda površine na vrstičnem elektronskem mikroskopu.

Prečni prerez vodnika 11' enega od koroziji izpostavljenih elementov 11, 12 senzoija 1 z upornostjo R_x, ki je zasnovan v obliki trapeza, je prikazan na Sl. 6. V nadaljevanju je podan o zaporedje določanja hitrosti korozije, ki se prednostno vrši s pomočjo ustrezne programske opreme. Pri tem so uporabljene označbe, ki pomenijo sledeče:

a - krajša stranica trapeza na korozijsko izpostavljeni strani b - daljša stranica trapeza na korozijsko neizpostavljeni strani c - višina trapeza d - poševna stranica trapeza

6?i - razlika v višini - debelini d2 - razlika v širini β - kot med stranicama d in b x - razmeije sin Z?

OD

Površina trapeza se izračuna kot sledi:

_s ^ (a + b]c

Sprememba površine:

sin β = — x sin β a + b-4x 2 (c-d,) (12) (13)

Δ5 = S_o - S, sin Z? = — d (14) (15) >x =

Δ5 = · (a + b)c i(a + b — 4x) (a + b)c |_{O +} 6-^4rf· sin/?

· AS = (a + b)c -(a + b- 4x)(c - d_l) 4d = —^(c-d>) + d,(a + b) sin/?

Rešujemo enačbo:

4d

2- LS = d^a + b) +-— (c -d_t) sin β (16) (Π)

Z upoštevanjem faktorja zmanjšanja debeline lahko zapišemo d₂ = A · d, (18)

4d

2LS = -^-(c-d_x) + d_x(a + b) sin/?

4JJ, sin/?

(19) (c - J,) + J, (a + b)

4A ,₂ (4Ac

-d* - -+ a + b sin >3 ^sin/?

I

4Ac </,+2-AS = 0 (20) d, = sin/?

+ a + b±JI +a + b

32-Δ5-Λ sin/? J sin/?

8J sin/?

(21)

Ob upoštevanju, daje:

AS = S

2u ϊ+ΰ dobimo:

(22) d,=

4Ac sin β + a + b±'

4Ac

--Ha + b sinfi j

32-S

2« ,ΐ+κ sin/?

pri čemer je

8A sin/?

(23)

AU

U (24).

Primer 1 (preizkus delovanja senzorjev, analiza rezultatov)

Senzorje 1 in jekleno armaturo smo vgradili v betonske vzorce 9. Betonske vzorce 9 smo izpostavili karbonatizaciji in ciklični korozijski izpostavi (močenje s prisotnostjo kloridov/sušenje). Graf zmanjšanja debeline elementov 11, 12 senzorjev 1 je prikazan v diagramu na Sl. 7, ki očitno potrjuje veliko merilno ločljivost senzorjev 1 po izumu. Rezultate smo primerjali tudi z rezultati izračuna korozijske hitrosti jeklene armature po gravimetrični metodi.

Po prekorodiranju vodnika enega upora R_x nadaljnje merjenje korozijske hitrosti ni več možno, nenadno občutno zmanjšanje debeline senzorja 1 pa pomeni detekcijo jamičaste korozije.

Z obliko ploščatih električno prevodnih elementov 11, 12, 13, 14za formiranje vodnikov uporov R_x, R je dosežena večja električna upornost, zahvaljujoč sami razporeditvi korozijsko izpostavljenih in referenčnih uporov R_x, R v neposredni bližini drug drugega pa je dosežena temperaturna kompenzacija Wheatstonovega mostička. Posledica teh ukrepov je velika merilna ločljivost v primerjavi z dosedaj znanimi senzorji in dobra primerjava izmerjenih korozijskih hitrosti s korozijskimi hitrostmi jeklene armature v betonu.

Zaradi oblike in konstrukcije so zunanje dimenzije senzorjev 1 po izumu razmeroma zelo majhe, po drugi strani pa je sočasno dobljena korozijsko izpostavljena površina razmeroma velika.

Zahvaljujoč majhnim dimenzijam je mogoče senzorje 1 po izumu vgraditi v beton novih in starih objektov tudi med armaturo z razmeroma majhnim dimenzijskim rastrom ali tudi npr. v majhne laboratorijske vzorce. Majhne dimenzije posameznega senzorja 1 omogočajo vgradnjo več senzorjev 1 na manjših površinah, s tem pa tudi učinkovitejšo detekcijo lokacij korozijskih žarišč, oziroma mest, kjer so korozijske hitrosti velike. Ob nenadnem prekorodiranju posameznega korozijsko izpostavljenega upora posameznega senzorja detektiramo tudi jamičasto korozijo.

Meritve je možno izvajati zvezno ali v časovnih intervalih. Na natančnost meritev majhne trenutne intenzivnosti elektrokemijskih procesov nimajo neposrednega vpliva, kar se npr. dogaja pri elektrokemijskih metodah meritev korozijskih hitrosti.

Senzorje 1 po izumu je možno vgraditi tudi v objekte, ki so katodno ščiteni z aktivno katodno zaščito z električnim tokom in v časovnih intervalih izvajamo meritve korozijskih hitrosti.

Claims (23)

1-M (8) (9)· iii) določitve faktorja (A) zmanjšanja debeline vodnika (1Γ, 12') elementov (11, 12) upora (R_x) po formuli

1-M (6)

R = (Ό ii) ugotavljanja spremembe površine prereza vodnika upora po formulah

AS = S 1-R + AR

R ₊ ^-R

1-M (4)

AU

U (5)

AS

S-AS

2m

1. Senzor za ugotavljanje hitrosti korozije kovinske armature v armiranobetonskih konstrukcijah na osnovi ugotavljanja upornosti (R_x) vsaj enega v betonu (9) vgrajenega in koroziji izpostavljenega električno prevodnega elementa (11, 12) glede na referenčno upornost (R) vsaj enega prav tako v betonu (9) vgrajenega, vendar proti koroziji zaščitenega električno prevodnega elementa (13,14), označen s tem, da obsega vsaj eno električno neprevodno nosilno ploščo (10), na kateri je nameščen vsaj en izrazito sploščen, koroziji izpostavljen električno prevoden element (11, 12) s cikcakasto po površini plošče (10) potekajočim vodnikom (IT, 12') izrazito majhnega prečnega prereza in glede na vsakokrat razpoložljivo površino izrazito velike dolžine temu ustrezno visoke upornosti (R_x), kot tudi vsaj en prav tako izrazito sploščen, proti koroziji zaščiten električno prevoden referenčni element (13, 14) s cikcakasto po površini plošče (10) potekajočim vodnikom (13', 14') izrazito majhnega prečnega prereza in glede na vsakokrat razpoložljivo površino izrazito velike dolžine temu ustrezno visoke referenčne upornosti (R), pri čemer je material omenjenih električno prevodnih elementov (11, 12, 13, 14) identičen ali vsaj približno ustreza materialu v betonu vgrajene armature in pri čemer so vsakokrat razpoložljivi elementi (11, 12, 13,14) povezljivi v električni tokokrog.

2 · AS = , ² (c - e/,) + J, (a + b) (19) sin β

Δ.ΛΗ (20) in kjer pomeni a krajša stranica trapeznega profila vodnikov (1Γ, 12') elementov (11, 12) na korozijsko izpostavljeni strani, b daljša stranica trapeznega profila vodnikov (13', 14') elementov (13, 14) na korozijsko neizpostavljeni strani, c višina trapeznega profila d poševna stranica trapeznega profila d\ razlika v višini - debelini di razlika v širini β kot med stranicama d in b, obenem pa x predstavlja razmerje

v) ugotavljanja razlike v višini oz. debelini vodnikov (1Γ, 12') električno prevodnih elementov (11,12) senzorja (1) po formulah (21) sin β

32-AS-A sin β kjer ob upoštevanju, daje

A5 = S

2m

Ϊ7μ (22) velja:

d, =

4Ac sin/?

+ a + b±'

4Ac sin/?

8Λ sin/?

sin/?

</₂ = A · d, (18)

4J

2 · AS = J, (a + b} + (17) kjer ob upoštevanju faktorja zmanjšanja debeline velja:

2 · AS = (a + b)c -(a + b- 4x)(c - d_x) 4J = -τ^^-ά_λ) + ά_λ{α + υ} srn/>

2. Senzor po zahtevku 1, označen s tem, daje nosilna plošča (10) razmeroma toga plošča razmeroma majhnih dimenzij, kije opremljena z odprtinami (2) za prejem električno prevodnega lota (3) in po potrebi vodnika (4) priključnega kabla (5) senzoija (1).

3. Senzor po zahtevku 2, označen s tem, da nosilna plošča (10) sestoji iz laminiranega steklo-epoksidnega gradiva.

4 = ^· (10) «1 kjer pomeni

J, - razlika v višini - debelini ( d_x = c_nekor - c_kor) d₂ - razlika v širini z merjenjem geometrije korodiranih in nekorodiranih vzorcev senzorjev (1) za vsako serijo senzorjev (1) posebej s pomočjo pregleda prečnega prereza vodnikov (11', 12') koroziji izpostavljenih elementov (11, 12) upornosti R_x na metalografskem mikroskopu in pregleda površine na vrstičnem elektronskem mikroskopu, s čimer se upošteva način izdelave pločevine zlasti npr. v primeru hladnega valjanja in temu ustrezne hladno deformirane mikrostrukture, ki je podobna tisti pri armaturnem jeklu, pri čemer so kristalna zrn sploščena in zato vodniki (1Γ, 12') upora (R_x) senzoija (1) korodirajo hitreje po širini (d₂) kot po višini oz. debelini (di) upora (R_x) senzoija (1);

iv) določitve površine trapeznega profila vodnikov (11', 12') električno prevodnih elementov (11, 12) senzorjev (1) po formulah sin β = — x * x = sin β

{a + b)c , 4d₂ a+ b--sin/J

^S°- 2 (12) a + b — 4x , ----(e-d,) (13) AS = S₀-S, (14) sin β = — (15)

(c-d_x)

4. Senzor po enem od predhodnih zahtevkov, označen s tem, daje vodnik (IT, 12', 13', 14') vsakokratnega na električno neprevodni plošči (10) nameščenega električno prevodnega elementa (11,12,13,14) zasnovan s profilom oz. prečnim prerezom v obliki trapeza, kije zožen v smeri vstran od omenjene plošče (10).

5. Senzor po zahtevku 4, označen s tem, da vodnik (IT, 12', 13', 14') vsakokratnega na električno neprevodni plošči (10) nameščenega električno prevodnega elementa (11, 12, 13, 14) sestoji iz hladno preoblikovanega kovinskega gradiva, ki je identično ali njegova sestava vsaj približno ustreza materialu vsakokrat v betonu (9) razpoložljive armature.

6. Senzor po zahtevku 4, označen s tem, da vodnik (1Γ, 12', 13', 14') vsakokratnega na električno neprevodni plošči (10) nameščenega električno prevodnega elementa (11, 12, 13, 14) sestoji iz fotokemično obdelane kovinske pločevine ali iz drugega kovinskega gradiva, ki je galvansko, z naparevanjem ali drugače nanešeno neposredno na površino nosilne plošče (10) in ki je identično oz. njegova sestava vsaj približno ustreza materialu vsakokrat v betonu (9) razpoložljive armature.

7. Senzor po enem od predhodnih zahtevkov, označen s tem, da obsega dvojico proti koroziji nezaščitenih električno prevodnih elementov (11, 12) z upornostjo (R_x) in z njima električno povezano dvojico protikorozijsko zaščitenih referenčnih elementov (13, 14) z referenčno upornostjo (R).

8. Senzor po zahtevku 7, označen s tem, da sta dvojici drug ob drugem razporejenih in medsebojno povezanih elementov (11, 12) in (13, 14) med seboj električno povezani preko Wheatstonovega mostička in v takšni vezavi preko priključnih kablov (5) priključljivi na vsakokrat razpoložljiv zunanji električni tokokrog.

9. Senzor po zahtevku 7 ali 8, označen s tem, daje vsak od elementov (11, 12; 13, 14) z vsakokrat pripadajočim elementom (11, 12; 13, 14) električno povezan v območju z električno prevodnega lota (3), ki je na voljo v vsakokrat pripadajoči odprtini (2) v električno neprevodni nosilni plošči (10), s čimer so dobljeni v splošnem nerazstavljivi električni kontakti (A, B, C, D, E, F).

10. Senzor po zahtevku 7 ali 8, označen s tem, da sta dva kontakta (C, F) elementov (11, 12; 13; 14) predvidena za povezavo z vodnikom (4) električnega kabla (5) za priključitev senzorja (1) na vsakokrat razpoložljiv električni tokokrog, pri čemer je en kontakt (C) predviden v območju koroziji izpostavljenih elementov (11, 12), preostali kontakt (F) pa v območju proti koroziji zaščitenih elementov (13, 14).

11-M J

A5 = Sl

2m

Ϊ+Μ ί(ΐ₊Λ)

11. Senzor po kateremkoli od zahtevkov 1 do 10, označen s tem, da so vsi električno prevodni elementi (11, 12; 13; 14) razporejeni na isti strani nosilne plošče (10).

12. Senzor po kateremkoli od zahtevkov 1 do 10, označen s tem, da so vsakokrat razpoložljivi električno prevodni elementi (11, 12) z upornostjo (R_x), ki so izpostavljeni koroziji, razporejeni na eni strani električno neprevodne nosilne plošče (10), vsakokrat razpoložljivi električno prevodni referenčni elementi (13, 14) z upornostjo (R), ki koroziji niso izpostavljeni, pa so razporejeni na nasprotni strani taiste nosilne plošče (10).

13. Senzor po enem od zahtevkov 1 do 12, označen s tem, da so vsakokrat razpoložljivi električno prevodni referenčni elementi (13, 14) z upornostjo (R), ki so izpostavljeni koroziji, in drugi električno prevodni deli vključno z v območju nosilne plošče (10) razpoložljivimi vodniki (4) električnih kablov (5) z izjemo korozijsko izpostavljenih elementov (11, 12) z upornostjo (R_x) prevlečeni z električno neprevodno zaščitno plastjo (6, 7).

14. Senzor po enem od zahtevkov 1 do 13, označen s tem, da je vsakokrat razpoložljiva izolacijska zaščitna plast (6, 7) na voljo kot trdna ali plastična plast iz električno neprevodnega ali slabo prevodnega gradiva.

15. Senzor po enem od zahtevkov 1 do 14, označen s tem, da so vsakokrat razpoložljivi koroziji izpostavljeni elementi (11, 12) v položaju vgradnje v beton (9) obrnjeni proti zunanji površini armiranobetonskega elementa.

(16)

16. Senzor po enem od zahtevkov 1 do 14, označen s tem, da so vsakokrat razpoložljivi koroziji izpostavljeni elementi (11, 12) z upornostjo (R_x) senzoijev (1) katodno zaščiteni, pri čemer je na vsakokrat razpoložljive priključne konektorje senzorjev (1), preko katerih se v željenih časovnih intervalih izvajajo meritve korozijske hitrosti, priključen konektor, s pomočjo katerega so priključki (A, B, C, D, E, F) elementov (11, 12; 13, 14) upornosti (R_x) in (R) na senzorjih (1) kratkostično sklenjeni, električni kontakti tega konektoija pa povezani z vsakokrat razpoložljivim vodnikom, ki je v električnem kontaktu z jekleno armaturo t.j. katodo, ki je vgrajena v betonu (9), pri čemer je med merjenjem korozijskih hitrosti omenjeni konektor odklopljen, sicer pa vklopljen.

17. Naprava za ugotavljanje hitrosti korozije kovinske armature v armiranobetonskih konstrukcijah na osnovi ugotavljanja upornosti (R_x) vsaj enega v betonu (9) vgrajenega in koroziji izpostavljenega električno prevodnega elementa (11, 12) glede na referenčno upornost (R) vsaj enega prav tako v betonu (9) vgrajenega, vendar proti koroziji zaščitenega električno prevodnega elementa (13, 14), označena s tem, da obsega vsaj merilnik električne upornosti, ki je preko električnih kablov (5) električno povezljiv z vsakokrat izbranim številom senzorjev (1) po zahtevkih 1 do 16.

18. Naprava po zahtevku 17, označena s tem, da obsega končno in vnaprej določeno število senzorjev (1), ki so vgrajeni na različnih lokacijah in različnih globinah bodisi v ustreznih vrtinah v strjenem betonu (9) vsakokrat razpoložljivega že obstoječega armiranobetonskega objekta ali v še nestrjenem betonu (9) tačas izdelovanega armiranobetonskega objekta, pri čemer so vsakokrat koroziji izpostavljeni električno prevodni elementi (11, 12) z upornostjo (R_x) razporejeni na tisti strani nosilne plošče (10) senzorja (1), ki je obrnjena proti zunanji površini armiranobetonskega objekta.

19. Naprava po zahtevku 16 ali 17, označena s tem, da so senzorji (1) v betonu (9) tako razporejeni, da potekajo vsaj v bistvu vzporedno z armaturo, vgrajeno v betonu (9).

20. Naprava po enem od zahtevkov 16 do 19, označena s tem, daje baterijsko napajana in vsebuje tokovni generator ter ustrezno kombinacijo napetostnih predojačevalnikov, pri čemer je tokovni generator prirejen za zagotavljanje konstantnega vira vsakokrat izbranega bipolarnega električnega toka v dveh smereh, medtem ko so napetostni predojačevalci predvideni za ojačitev padca napetosti na senzorju (1) in razlike napetosti na nivo, ki ga je možno odčitati z ročnim voltmetrom.

21. Naprava po enem od zahtevkov 16 do 20, označena s tem, da je priključljiva na električni tokokrog že obstoječe katodne zaščite armature v betonu (9) že obstoječega armiranobetonskega objekta in prirejena za merjenje spremembe upornosti (R_x) koroziji izpostavljenih elementov (11, 12) po predhodni izključitvi za katodno zaščito predvidenega električnega tokokroga.

22. Postopek ugotavljanja hitrosti korozije kovinske armature v armiranobetonskih konstrukcijah na osnovi ugotavljanja upornosti (R_x) vsaj enega v betonu (9) vgrajenega in koroziji izpostavljenega električno prevodnega elementa (11, 12) glede na referenčno upornost (R) vsaj enega prav tako v betonu (9) vgrajenega, vendar proti koroziji zaščitenega električno prevodnega elementa (13, 14), pri čemer se v merilno napravo po enem od zahtevkov 17 do 21 povezane senzorje (1) po enem od zahtevkov 1 do 16 vgradi bodisi v nestrjen beton ali v ustrezne vrtine v otrdeli beton že obstoječega armiranobetonskega objekta, tako da so koroziji izpostavljeni električno prevodni elementi (11, 12) z upornostjo (R_x) obrnjeni proti zunanji površini betona (9) in potekajo vsaj približno vzporedno z armaturo, nakar se v primeru vgradnje v otrdeli beton (9) vrtine zapolni z betonom, katerega struktura ustreza na istem mestu pred izvedbo vrtin razpoložljivemu betonu (9), izven betona (9) razpoložljive priključne kable (5) pa se električno poveže v okviru omenjene merilne naprave, označen s tem, da obsega korake

i) ugotavljanja napetostne razlike med posameznima vejama, namreč prvo vejo (U), kjer se meri padec po obeh vejah, in drugo (z AU), kjer se meri razliko padca med uporoma (R_x) in (R), pri čemer se skozi vezje pošlje konstanten tok določene vrednosti, ki je skozi obe veji enak, kar se vrši po formulah (7 = (Λ_Λ+ί)ί (1)

Δ1/ = (Λ,-Λ)7 (2)

At/ AR U ~2R + AR (3)

AR

2u

(23) na osnovi ugotovljene napetostne razlike, kije podana s formulo

AU (24) in vi) izhajajoč iz spremembe debeline posameznih senzorjev (1) v okviru omenjene naprave tudi korak ugotavljanja vrste korozije.