Способ контроля коррозионного состояния металлической арматуры железобетонных опор контактной сети

Способ может быть использован для контроля коррозионного состояния металлической арматуры железобетонной опоры контактной сети электрифицированной железной дороги. Степень коррозионного разрушения металлической арматуры в подземной части опоры контактной сети определяют по результатам измерения поляризуемости контакта «электролит-металл арматуры». В контролируемую цепь между рельсом и арматурой опоры подключают конденсатор известной электрической емкости, заряжают его внутренним источником напряжения до заданной величины, затем конденсатор коммутируют на исследуемую цепь и измеряют динамику снижения напряжения на конденсаторе вследствие его разряда на сопротивление контролируемой цепи. Программными средствами из измеренной динамики снижения напряжения на конденсаторе вследствие его разряда на сопротивление цепи «рельс-арматура опоры» выделяют составляющие ее экспоненты, по отношению которых вычисляют коэффициент поляризуемости К_П контакта «металл арматуры - электролит» при воздействии на него импульса напряжения. По значению коэффициента К_П и известным, ранее установленным критериям косвенно оценивают коррозионное состояние арматуры в подземной части железобетонной опоры контактной сети. Изобретение обеспечивает повышение диагностической надежности контроля коррозионного состояния арматуры в подземной части железобетонных опор контактной сети путем повышения точности измерения электрофизических характеристик контакта «металл-электролит», находящихся в корреляционной взаимосвязи со степенью коррозионного разрушения металла арматуры в подземной части железобетонной опоры контактной сети. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к контролю коррозионного состояния металлической арматуры железобетонных опор контактной сети и может быть использовано для контроля коррозионного состояния металлической арматуры в других железобетонных изделиях.

Нормированным критерием перевода железобетонной опоры контактной сети в дефектную, подлежащую выводу из эксплуатации, служит появление продуктов коррозии металла арматуры на поверхности бетона в подземной части опоры («Об изменении порядка оценки электрокоррозионной опасности железобетонных опор контактной сети постоянного тока». Технические указания № К-02/06. ЦЭт - 2/18 от 15.05.06. ОАО «Российские железные дороги». Департамент электрификации и электроснабжения).

Способы контроля коррозионного состояния арматуры в подземной части железобетонных опор основаны на измерении электрохимических и электрофизических характеристик контакта «металл арматуры - электролит» (далее по тексту «металл-электролит»), в частности его поляризуемости при принудительной поляризации от внешнего источника.

Известен способ контроля коррозионного состояния арматуры по величине поляризационного потенциала контакта «металл-электролит» («Прибор диагностирования коррозионного разрушения железобетонных опор контактной сети - ДИАКОР». Руководство по эксплуатации), включающий измерение величины поляризационного потенциала U_пол контакта «металл-электролит» после принудительной его поляризации, в котором между рельсом и арматурой опоры подключают источник напряжения постоянного тока, а между арматурой опоры и электродом сравнения включают вольтметр. По показаниям амперметра устанавливают величину постоянного тока поляризации I_пол=4,5÷6,0 мА, принудительно поляризуют контакт «металл- электролит» в течение нормированного промежутка времени (пять минут), отключают источник поляризации от арматуры и рельса, измеряют вольтметром непосредственно после отключения источника поляризации поляризационный потенциал U_пол контакта «металл-электролит» относительно электрода сравнения, формируют заключение либо о наличии (U_пол<0,6В), либо об отсутствии (U_пол≥0,6B) коррозионного разрушения арматуры в подземной части опоры.

Недостатком способа являются высокие требования к значению предполяризационного потенциала контакта «металл-электролит», измеренная величина которого перед испытанием должна находиться в диапазоне от минус 0,04В до минус 0,55В. Для реализации этого условия оператору необходимо затратить от десятков минут до нескольких часов, что ограничивает практическое применение способа.

Наиболее близким заявляемому способу по технической сущности является электрохимический способ контроля состояния арматуры опоры («Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети» (К-146-2002) / МПС РФ - М.: Трансиздат, 2003, с.12. ЦЭ № 197-5/1-2. Технологические карты на работы по содержанию и ремонту устройств контактной сети электрифицированных железных дорог. Книга II «Техническое обслуживание и текущий ремонт», глава 1.2. «Диагностические испытания и измерения». - М.: МПС, Департамент электрификации и электрификации, - 1999. - 427 с), включающий измерения поляризационного потенциала U_пол контакта «металл-электролит», согласно которому между рельсом и арматурой опоры подключают источник напряжения постоянного тока, а между арматурой опоры и электродом сравнения подключают вольтметр. Нормированным по величине током (до 1,5 А) от источника в течение нормированного по длительности промежутка времени (не менее 1 минуты) производят принудительную поляризацию контакта «металл-электролит». По окончании поляризации источник отключают от контролируемой цепи, а через заданный промежуток времени после окончания поляризации по показаниям вольтметра измеряют потенциал арматура-электрод сравнения (пропорциональный потенциалу контакта «металл-электролит»), по величине которого, используя ранее установленные критерии, выполняют косвенную оценку коррозионного состояния арматуры в подземной части опоры.

Недостатком способа является его низкая помехозащищенность, позволяющая проводить измерения только при длительном отсутствии тягового тока в рельсе, что на электрифицированной железной дороге с интенсивным движением реализуется крайне редко.

Задачей данного изобретения является повышение диагностической надежности контроля коррозионного состояния арматуры в подземной части железобетонных опор контактной сети путем повышения точности измерения электрофизических характеристик контакта «металл-электролит», находящихся в корреляционной взаимосвязи со степенью коррозионного разрушения металла арматуры в подземной части железобетонной опоры контактной сети.

Поставленная задача реализована в способе контроля коррозионного состояния металлической арматуры в подземной части железобетонных опор контактной сети электрифицированных железных дорог, осуществляемого путем измерения величины потенциала контакта «металл-электролит» после его принудительной поляризации внешним источником напряжения, который подключают между рельсом и арматурой опоры, благодаря тому, что согласно изобретению в качестве источника поляризации используют конденсатор известной электрической емкости, который заряжают до заданного уровня напряжения и подключают в цепь «рельс-арматура опоры», измеряют напряжение на конденсаторе при его разряде на сопротивление контролируемой цепи с частотой дискретизации 100 МГц, динамику снижения напряжения заносят в оперативную память процессора, обрабатывают программными средствами процессора измеренные величины и определяют коэффициент поляризуемости Кп, находящийся в корреляционной зависимости со степенью коррозионного разрушения металла арматуры, сравнивают значение Кп с ранее установленными критериями и по результатам сравнения определяют состояние металлической арматуры опоры

Коммутация на контролируемую цепь «рельс-арматура опоры» предварительно заряженного внутренним источником напряжения постоянного тока конденсатора известной электрической емкости, использование режима измерения динамики снижения на конденсаторе приложенного к контролируемой цепи напряжения с частотой дискретизации не менее 100 МГц обеспечивает повышение диагностической надежности способа.

На фиг.1 представлена схема измерений, поясняющая техническую сущность предложенного способа.

На фиг.2 схематично представлена динамика изменения напряжения на конденсаторе эталонной емкости при его разряде через цепь рельс-арматура (кривая 1) и выделенные программными средствами ее составляющие: кривые 2, 3, 4 - экспоненты разложения кривой 1.

Способ контроля коррозионного состояния арматуры железобетонной опоры контактной сети реализуется следующим образом.

К рельсовому пути 2 и клеммам S₂ переключателя 6 присоединен конденсатор 4 известной электрической емкости С_ЭТ, который через клеммы S₁ переключателя 6 заряжается внутренним источником напряжения постоянного тока 5 до установленного процессором 9 и измеряемого вольтметром 3 уровня напряжения. Затем конденсатор 4 переключателем 6 через клеммы S₂ коммутируется на рельс 2 и арматуру 7 опоры 11, что инициирует разряд конденсатора 4 на сопротивление 1 контролируемой цепи. Динамика снижения напряжения на конденсаторе 4 при его разряде на сопротивление 1 «рельс-арматура опоры» измеряется с частотой дискретизации не менее 100 МГц и за время снижения напряжения на конденсаторе от исходного до нулевого значения в оперативную память 10 процессора 9 заносится не менее 8000 измеренных значений напряжения. Измеренная динамика снижения напряжения на конденсаторе 4 программным обеспечением процессора 9 разлагается на составляющие ее экспоненты, вычисляется коэффициент поляризации К_П, равный отношению постоянных времени двух максимальных по амплитуде экспонент разложения. Вычисленное значение коэффициента К_П сравнивается с ранее установленными критериями, выполняется косвенная оценка состояния арматуры в подземной части железобетонной опоры, выводится на индикатор 8 результат оценки коррозионного состояния арматуры в подземной части обследованной опоры.

В таблице приведены экспериментально установленные критерии оценки коррозионного состояния арматуры в подземной части железобетонных опор контактной сети по значению коэффициента поляризуемости К_П при реализации способа на участках Западно-Сибирской железной дороги с последующей откопкой подземной части испытанных опор.

Критерии оценки коррозионного состояния арматуры в подземной части железобетонных опор контактной сети

Коэффициент поляризуемости КП, относительные единицы	Характеристика коррозионного состояния арматуры в подземной части железобетонной опоры контактной сети
0,99	Коэффициент КП=0,99 измеряется на новых опорах, признаки коррозионного разрушения арматуры отсутствуют
0,98-0,2	С уменьшением значения коэффициента КП степень коррозионного разрушения арматуры увеличивается. Признаки коррозии металла арматуры регистрируются в прилегающем к арматуре бетоне, но не проявляются на наружной поверхности бетона подземной части опоры
0,199-0,167	Выступление «ржавых» пятен площадью 2-4 см2 на поверхности бетона подземной части опоры
0,166-0,143	Выступления «ржавых» пятен площадью 10-20 см2
0,142-0,125	Выступление «ржавых» пятен площадью 40-60 см2
0,124-0,111	Выступления «ржавых» пятен площадью до 100 см2
0,110-0,091	«Ржавые» пятна большой площади на поверхности бетона. Отслоение бетона от арматуры на площади от 10 до 100 см2
0,090-0,077	«Ржавые» пятна на поверхности бетона. Отслоение бетона от арматуры на площади до 100 см2

Приведенные в таблице данные демонстрируют высокие диагностические способности предложенного способа, поскольку при его использовании выявляются:

- начальные стадии коррозионного разрушения арматуры, которые не представляют опасности для дальнейшей эксплуатации железобетонной опоры;

- опасные для дальнейшей эксплуатации участки коррозионного разрушения арматуры длиной 2-3 см, что составляет всего десятые доли процента от общей длины арматуры в подземной части железобетонной опоры контактной сети.

Высокая чувствительность и достоверность предложенного способа позволяет выполнить по результатам измерений ранжированное распределение опор по степени косвенно оцениваемого коррозионного разрушения арматуры в их подземной части (от начального до критического) и своевременно осуществить необходимые технические мероприятия, направленные на повышение надежности функционирования железобетонных опор контактной сети и безопасности движения на электрифицированных железных дорогах.

Выполнение измерений за сотые доли секунды и величина испытательного напряжения, значительно превосходящая характерный для контактной сети электрифицированных железных дорог уровень электромагнитных помех, обеспечивает получение надежных результатов измерений и достоверных сведений о коррозионном состоянии арматуры в подземной части опор контактной сети.

Способ контроля коррозионного состояния металлической арматуры железобетонной опоры контактной сети электрифицированной железной дороги, осуществляемый путем измерения величины потенциала контакта «металл-электролит» после его принудительной поляризации внешним источником напряжения, в котором источник напряжения подключают в измерительную цепь между рельсом и арматурой опоры, отличающийся тем, что в качестве источника напряжения используют конденсатор известной электрической емкости, который заряжают до заданного уровня напряжения и подключают в цепь «рельс-арматура», измеряют напряжение на конденсаторе при его разряде на сопротивление контролируемой цепи с частотой дискретизации не менее 100 МГц, заносят в оперативную память динамику снижения напряжения, обрабатывают программными средствами процессора измеренные величины и определяют коэффициент поляризуемости Кп, находящийся в корреляционной зависимости со степенью коррозионного разрушения металла арматуры, сравнивают значение коэффициента Кп с ранее установленными критериями и по результатам сравнения определяют состояние арматуры опоры.