Методы снятия поляризационных кривых

Этот метод получил наиболее широкое распространение в лабораторных исследованиях. Предназначен для быстрого определения пассивирующего действия бетона по отношению к стальной арматуре и применяется в основном для оценки эффективности добавок. При снятии поляризационных кривых испытуемый электрод, погруженный в электролит или бетон, включают в электрическую цепь и изменяя величину потенциала (φ), наблюдают за изменением тока (J) в цепи (потенциостатический метод) или наоборот, изменяя ток наблюдают за изменением потенциала (гальваностатический метод). По двум параметрам строят поляризационную кривую. При наличии сильной поляризации электрода, т.е. когда большому изменению потенциала соответствует небольшое изменение тока, сталь находится в пассивном состоянии, в противном случае сталь в активном состоянии. Оценку состояния арматуры в бетоне ведут по показателю плотности тока при потенциале + 300 мВ, а также по значению установившегося потенциала, потенциала пассивации и потенциала пробоя пассивной пленки.

Таблица 18 - Критерии оценки анодных поляризационных кривых

Критерий	Величина критерия
Устойчивое пассивное состояние	Неустойчивое пассивное состояние (возможна слабая коррозия)	Сталь в активном состоянии (возможна интенсивная коррозия)
Стационарный потенциал, мВ	> –350	< –350	< –350
Потенциал пассивный, мВ	> –350	> –350	–
Потенциал пробоя, мВ	> 450	> 300	< 300
Плотность потока при Е=300мВ, мкА/см^2	≤ 10	10–25	> 25

 

Хроноамперометрический метод.

Предназначен для быстрого определения нужного содержания ингибитора или границ содержания агрессивного компонента. Практически не отличается от потенциостатического метода. Стальной электрод погружают в раствор ингибитора определенной концентрации и с помощью потенциостата накладывают потенциал + 300 мВ по хлорсеребряному электроду и измеряют плотность тока. Последовательно добавляя агрессивные агенты, устанавливают момент, когда плотность тока резко увеличивается, т.е. развивается коррозионный процесс.

Хронопотенциостатический метод.

Аналогичен предыдущему но накладывают ток плотностью 10 мкА/см² и рассматривают изменение потенциала. При потенциале уходящем резко в положительную область оценивают как положительное действие ингибитора.

Метод измерения скорости спада потенциала.

Пригоден в лабораторных и полевых условиях. Источник тока – выпрямитель или батарея напряжением 12 В, вольтметр с входным сопротивлением не менее 10⁸ Ом. Электрод сравнения устанавливают вблизи каркаса. Метод применим, если электрическое сопротивление в цепи состоящей из арматуры – бетона -медносульфатного электрода не превышает 100 кОм. Включают ток и в течение 1 мин поляризуют арматуру анодным током. Через 0,5; 1; 2 и 3 мин после отключения тока измеряют величину потенциала. Если потенциал за 1 мин понизился более, чем до нуля, то сталь находится в пассивном состоянии. При более интенсивном спаде потенциала возможна коррозия (плохо формируется защитная пленка). Так оценивают в нескольких точках.

Прямые испытания.

Образцы или вырезанные из конструкции куски арматурной стали испытывают на растяжение (предел прочности и остаточное удлинение при разрыве) сопоставляя полученные значения с образцами непрокорродировавшей стали.

Измерение и оценка блуждающих токов на эксплуатируемых ж\б конструкциях.

Опасными с точки зрения коррозии арматуры являются анодные участки. Для обнаружения блуждающих токов производят замеры потенциалов «арматура-почва», «арматура-бетон» и градиентов потенциалов по поверхности бетона.

При обнаружении потенциала «арматура-почва» на каком-нибудь участке конструкции (более 1 В) можно произвести измерение тока утечки с конструкции в землю.

В естественном состоянии (без наличия блуждающих токов):

1. Потенциал «арматура-почва» составляет 0…0,5 В (по медносульфатному электроду);

2. Потенциал «арматура-бетон» 0…0,3 В;

3. Градиент потенциалов по поверхности бетона от 0 до 0,1 В/м.

Если измеряемые величины выходят за указанные диапазоны то существует опасность электрокоррозии.

Оценка склонности высокопрочной арматуры к коррозионному расстрескиванию.

Готовится раствор для испытаний, который состоит из нитрата кальция Са(NО₃)₂ – 60 %; нитрата аммония NН₄NО₃ – 5 % и воды Н₂О – 35 %. В раствор помещают образцы, в которых с помощью специальных приспособлений создают напряжения изгиба или растяжения. Раствор кипятят. Критерием стойкости арматуры служит время (в часах) до разрушения образца.

Сцепление арматуры с бетоном.

При проникновении агрессивной среды к поверхности арматуры вначале происходит увеличение прочности сцепления за счет накопления продуктов коррозии в слое «арматура-бетон», а затем резкое падение при образовании трещины.

 

 

2.14.2 Оценка коррозионного состояния бетона

Прямые испытания.

Проводят испытания бетонных образцов на прочность при сжатии, изгибе, раскалывании и т.д. и определяют снижение или изменение указанных показателей. Размеры образцов принимают применительно к эксперименту.

Метод сорбции красителей из жидких сред.

Этот метод основан на предположении, что опасной для материала является лишь та пористость, в которую проникает агрессивная среда. Сорбция красителя (например, метиленового синего из ацетоновых растворов) позволяет определить удельную поверхность материала. Для проведения исследований отбирают гранулы материала 5-8 мм, которые помещают в раствор красителя, определенной концентрации, где выдерживают в течение 1 суток. Затем на фотоколориметре определяют количество красителя, адсорбировавшегося на материале. Периодически проводя исследования можно определить кинетику изменения удельной поверхности S_уд, т.е. проследить процесс разрушения материала.

Вакуумный метод.

При коррозионном воздействии изменяется структура материала. Вакуумный метод позволяет путем изменения объема воды поглощаемой материалом под вакуумом, судить о кинетике изменения структуры материала т.е. о его разрушении.

Метод определения изменения массы образцов.

Метод основан на изучении изменения массы образцов при воздействии агрессивной среды. Например, происходит увеличение массы образцов при поглощении соли (соленакопление) или снижение массы при их разрушении (шелушение поверхности, удаление продуктов коррозии и т.д.).

Метод определения коррозионной стойкости по изменению блеска поверхности образцов.

Данный метод пригоден, если разрушение начинается с поверхности. Одной из граней образца придается зеркальный блеск (например, формование на стекле). С помощью блескомера в процессе испытаний контролируют изменение блеска, что косвенно позволяет судить о коррозионном воздействии среды. Для измерений образцы должны быть сухими и чистыми.

Метод, основанный на определении микротвердости.

Определяют микротвердость поверхности образца до и после воздействия коррозионной среды. Для определения микротвердости применяют различные методы, например, диаметр отпечатка при вдавливании штампа при определенной нагрузке.

Методы, основанные на определении кинетики нейтрализации бетона

Нейтрализация бетона – это изменение его водородного показателя.

Первый метод основан на послойном определении водородного показателя бетона после воздействия коррозионной среды.

Образцы выдерживают в коррозионной среде (обычно газовой), затем послойно снимаются слои определенной толщины (на токарном станке снимают, выкалывают). Полученные пробы измельчают и просеивают через сито 900 отв/см². из них готовят водные вытяжки: в соотношении Ц:В=1:5 готовят раствор, который взбалтывают на встряхивающем столике 3 часа. Эти пробы фильтруют и в вытяжках на рН-метре определяют рН.

Второй метод является более простым. На свежий скол бетона в нескольких точках (3-5 на одну конструкцию) наносят 0,1 % раствор фенолфталеина в этиловом спирте. И с помощью линейки измеряют толщину окрашенного в ярко-красный цвет слоя бетона. Изменение окраски происходит при рН=10.

Методы, основанные на определении диффузной проницаемости бетона

Метод для определения скорости диффузии агрессивных ионов через тело бетона. Изготавливают образец в виде стакана (1) с толщиной стенок 20 мм. Нижнюю часть стакана изолируют. В образец заливают раствор соли. Подготовленный образец помещают в емкость с водой, так чтобы уровни раствора и воды совпадали. Периодически производят отбор проб воды из емкости для определения содержания продиффунирующего агрессивного иона.

Метод для определения послойного содержания агрессивного иона. После выдержки образца в агрессивном растворе проводят послойный химический анализ на интересующий ион.

Еще один метод основан на изучении диффузной проницаемости с помощью люминесцирующих индикаторов. Образцы пропитывают святящимися составами, а затем в ультрафиолетовом свете определяют глубину пропитки.

Изучение кинетики диффузии также можно производить при помощи пропитки материала радиоактивными изотопами. Глубину проникновения определяют по интенсивности бета-излучения в слое.

Методы, основанные на определении скорости или времени прохождения УЗИ.

Данные методы позволяют непрерывно отслеживать изменение характеристик материала при воздействии коррозионной среды.

Резонансные методы (продольные, изгибные и крутильные колебания)

Резонанс – возникает при совпадении с собственной частотой колебаний образца. Методом оценивают динамический модуль упругости. Как и представленный выше данный метод позволяет отслеживать изменение динамического модуля упругости при воздействии коррозионной среды.

 

Дилатометрический метод.

Изменение деформаций образцов при воздействии агрессивной среды и измерении температуры.

Оптические методы.

Позволяют непосредственно наблюдать коррозионное разрушение материала, оценивать пористость материала и дифференцировать виды пор (оптический микроскоп).

Метод электропроводности

По изменению электропроводности оценивают разрушение структуры материала. Например, рост электропроводности при воздействии растворов неорганических солей свидетельствует о их накоплении в теле бетона.

 

2.15.3 Оценка свойств защитных покрытий на поверхности бетона.

Метод определения сплошности полимерного покрытия по степени выщелачивания СаО.

Изготавливают образцы из цементно-песчаного раствора. Образцы пропаривают и высушивают до постоянной массы. Затем на образцы наносят слой исследуемого полимерного покрытия. В возрасте 10 сут образцы помещают в ванночку с 1 % раствором соляной кислоты НСI (по одному в ванночку). Периодически отбирают пробы из ванночек и по количеству соляной кислоты находят количество извести, которое продиффунировало через покрытие.

Метод определения сплошности полимерного покрытия по его газопроницаемости.

Изготавливают образцы цилиндрической формы из цементно-песчаного раствора при Ц:П=1:3,5 приВ\Ц=0,5. На одну из граней наносят полимерное покрытие. Образец помещают в резиновую обойму и устанавливают в прибор. Испытания обычно проводят при давлении газа Р₂= 1 атм, если покрытие не проницаемо, то давление увеличивают. Измеряют объем газа (задают Р₁=4,6,8 и 11 ат) прошедшего через образец и определяют коэффициент газопроницаемости по формуле:

К =

– объем газа за 60 с;

– высота бетона, см;

– вязкость азота, спз;

F – площадь сечения, см²;

t – время, с.

Метод определения водонепроницаемости и паропроницаемости покрытия

Водонепроницаемость оценивают по водопоглощению образцов с покрытием полностью погруженных в воду или по приросту массы образцов, которые выдерживаются в эксикаторе над поверхностью воды. Высушенные до постоянного веса образцы со всех сторон покрывают полимерным покрытием. Помещают в воду 1, 3, 6, 24 и 72 часа или устанавливают образцы в эксикатор над водой на 1, 3, 5, 10 суток. По приросту массы определяют водонепроницаемость или паропроницаемость покрытия.

Метод определения проницаемости покрытия для жидких агрессивных сред.

Изготавливают бетонный образец в виде усеченного конуса, который со стороны большего диаметра покрывают исследуемым покрытием. Образец помещают в специальную установку. Камеру установки заполняют агрессивной жидкостью. Давление создают механически при помощи штока, пружины и затяжной гайки. Давление измеряют с помощью манометра. Проницаемость покрытия определяют по величине падения давления в единицу времени, а также по появлению капель жидкости с обратной стороны образца.

Метод определения диффузной проницаемости покрытия по изменению электропроводности подложки.

Данный метод предназначен для изучения диффузной проницаемости покрытий в зависимости от вида и количества пленкообразующего материала, пигмента и наполнителя, толщины и количества слоев, технологии нанесения, степени и вида агрессивного воздействия. Изготавливают образец из цементно-песчанного (Ц:П=1:2 при В/Ц=0,5) раствора центрально армированный металлическим стержнем. После набора прочности грани образца закругляют, образец сушат и покрывают изучаемым составом. Степень диффузной проницаемости характеризуют величиной изменения силы тока во времени.

Метод определения диффузной проницаемости по изменению электропроводности бетона.

Метод основан на определении изменения электрического сопротивления и веса образцов с покрытием в результате насыщения их агрессивным раствором, который диффунирует через покрытие. Образцы из цементно-песчанного раствора с покрытием устанавливают в установку, где определяют изменение их сопротивления во времени.

Метод определения диффузной проницаемости по изменению массы.

Образец цилиндрической формы (ø =75мм, h= 12мм) с покрытием и без покрытия приклеивают к стакану с поглотителем. Выдерживая образцы в эксикаторе при определенной влажности (φ= 75%) их периодически взвешивают, сравнивая с изменением массы образцов без покрытия.