Существует ряд основных методов оценки коррозионного состояния: визуальный, индуктивный, ультразвуковой, механический и электрохимический метод, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. В данной статье будет рассмотрена оценка скорости коррозии методом гальваностатического импульса, относящегося к электрохимическому способу оценки электрокоррозии, широко распространенному за рубежом.

Метод гальваностатического импульса  является неразрушающим способом оценки коррозионного состояния арматуры железобетонных сооружений.

Определение состояния арматуры происходит с помощью измерения потенциала стальной арматуры и потенциала электрода сравнения (Рис.1), размещенного на бетонной поверхности.

Рисунок 1 – Диагностическое оборудование

Оборудование для диагностики (Рис.2) включает в себя портативный компьютер со востренным монитором и генератором частот, а также два электрода. Первый электрод имеет электрический контакт непосредственно с металлической арматурой, второй соединяется с поверхностью бетонной конструкции.

Для обеспечения лучшего контакта электрода с пористым бетоном используют губку, смоченную токопроводящим раствором. Измерение проводят по сетке, то есть опора разбивается на малые области для последующей диагностики. Чтобы обеспечить прямое электрическое соединение электрода с арматурой, применяют обжим или сваривание металлического стержня для последующего подключения диагностического оборудования. В случае невозможности прямого доступа к арматуре допускается бурение бетона.

Рисунок 2 – Подключение диагностического оборудования

Принцип работы: прибор индуцирует в арматуру короткие импульсы анодного тока, который протекает между электродами, время подачи импульсов составляет до 10 секунд, а ток от 5 до 400мкА. После считывания текущих показаний (омическое сопротивление, сопротивление после поляризации постоянным током, величина тока), производится оценка коррозионного состояния с помощью уравнения (1) Stern Geary. При этом необходимо знать диаметр и длину арматуры железобетона. Используя расчетные данные, по таблице 1 проводится определение скорости коррозии арматуры.

Скорость коррозии Vk оценивается следующим уравнением

 (1)

где I ‒ ток коррозии, мкА;

     A ‒ измеряемая площадь, см².

Таблица 1 – Скорость коррозии

По вычисленным данным производится построение карты токов, которые можно наблюдать в реальном времени на мониторе диагностического оборудования. Чем больше плотность  тока,  тем выше скорость возникновения коррозии. Высокая плотность обозначена красным цветом, низкая плотность тока, соответственно, зеленым цветом. На диаграммах ниже (Рис. 3) изображены результаты диагностики железобетонной арматуры за 6 лет.

Рисунок 3 –Диаграмма скорости электрокоррозии

Для более детального исследования результатов измерений имеется возможность экспортировать данные на персональный компьютер с последующим построением 2D и 3D диаграмм потенциалов, сопротивлений и скорости коррозии.

Проанализировав данный метод оценки коррозионного состояния железобетонных конструкций, можно выделить его преимущества и недостатки.

К основным преимуществам можно отнести то, что данный метод использует неразрушающий способ оценки состояний арматуры, возможность диагностики при разной пористости поверхности бетона, точное определение участка, имеющего высокую скорость коррозии. Также стоит отметить малые габариты и простоту в использование диагностического оборудования.

К недостаткам этого метода относится малая площадь диагностируемого пятна ввиду конструктивных особенностей оборудования, что не позволяет мгновенно оценить состояние конструкции. Невозможность или затрудненность оценки труднодоступных мест железобетонных конструкций состоит, в том, что для диагностики нижней части опоры необходима будет ее откопка, что приводит к дополнительным трудозатратам.

В процессе эксплуатации систем теплоснабжения при нагреве воды увеличивается концентрирование солей за счет испарения. При высокой коррозионной агрессивности воды накопление соединений железа в воде определяет образование на теплообменных поверхностях железоокисных отложений. Наличие накипи и отложений приводит к ухудшению теплообмена и эффективности работы оборудования, в частности, к пережогу труб котлов, к экономическим потерям [1].

Скорость коррозии можно определить несколькими способами: с помощью коррозиметра «Эксперт-004» и весовым методом (с применением стальных пластинок). Наиболее достоверным и оптимальным является метод определения скорости коррозии при помощи коррозиметра «Эксперт-004» по двухэлектродной схеме [2].

Перед проведением эксперимента цилиндрические стальные электроды для коррозионных испытаний предварительно зачистили с применением наждачной бумаги, далее обезжирили этиловым спиртом и поместили в эксикатор. Электроды имеют следующие внешние характеристики: длина 40 мм, диаметр 6 мм, резьба М3, глубина 12 мм. Площадь электрода при таких его габаритах составляет 7,8 см². Для начала проведения исследования электроды закрепляются на измерительном приборе с помощью винтовых соединений, обеспечивающих легкость эксплуатации. Для закручивания и раскручивания электродов на резьбовые шпильки измерительного датчика использовали мягкую пластиковую трубку, чтобы предохранить поверхность от механических повреждений. Во избежание протекания щелевой коррозии электроды в процессе испытания плотно прилегают к тефлоновой поверхности измерительных датчиков и полностью погружены в жидкость (ниже ватерлинии) [2].

В первые минуты наблюдений значение показателя скорости коррозии имеют скачкообразные постоянно меняющиеся значения, но после определённого времени стабилизируются.

Таким образом, после 8 часов непрерывной работы показатель стабилизировался на значении 0,2379 мм/год и не изменялся еще 24 часа. Текущие значения поляризации электродов и тока измеряемых параметров при этом составили соответственно 18,6 мВ и 55,9 мкА.

Агрессивность теплоносителя зависит от средней скорости коррозии индикаторов и оценивается в соответствии с приведенной ниже табл. 1.

Таблица 1. Оценка коррозионной агрессивности сетевой воды

При высокой или аварийной агрессивности сетевой воды необходимо принимать следующие меры для ее уменьшения: снижать содержание кислорода в сетевой воде; повышать значения водородный показатель; вводить ингибитор коррозии [3].

В нашем случае наблюдается аварийная агрессивность сетевой воды, поскольку показатель скорости коррозии теплоносителя составил 0,2379 мм/год. Для снижения агрессивности и коррозионной активности воды дозировался ингибитор NALCO CL-50. Этот реагент значительно уменьшает скорость коррозии сталей и цветных металлов.

В товарном продукте NALCO CL-50 содержится натрий триполифосфат в концентрации 6,3% и натрий полифосфат в концентрации 32,5%, первое активное вещество выполняет функцию ингибитора отложений, а второе – ингибитора коррозии [4].

В качестве эксперимента реагент дозировался в ту же пробу с последующим перемешиванием со всем объемом испытуемой воды. Результаты измерений приведены в табл. 2.

Таблица 2. Изменение скорости коррозии

При дозировке 0,6 мг/л ингибитора NALCO CL-50 скорость коррозии была значительно снижена, при повторном дозировании – в два раза. При увеличении дозировки до 1,8 мг/л скорость коррозии снижается еще в два раза и составляет 0,06 мкм/год, что является допустимой агрессивностью воды по оценке приведенной в табл. 1.

Дозировка должна быть скорректирована по результатам измерения скорости коррозии для конкретного объекта теплоснабжения. При выборе дозировки должны учитываться показатели гигиенической характеристики, поскольку при увеличении объема реагента соответственно будут увеличиваться и компоненты, содержащиеся в составе ингибитора. Гигиенические характеристики ингибитора коррозии NALCO CL-50 в соответствии с “Едиными санитарно-эпидемиологическими и гигиеническими требованиями к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)” приводятся в табл. 3 [5].

Таблица 3. Гигиеническая характеристика

Выбор дозировки будет регламентирован как остаточными содержанием реагента в воде, так и экономической эффективностью. Примерная стоимость реагента составляет 1,2 млн рублей за 12 тонн, следовательно, его избыточное дозирование может привести не только к ухудшению качества воды в результате превышения допустимых показателей теплоносителя в системе отопления, так еще и к значительным материальным потерям.

Выводы: применение ингибитора коррозии позволит предотвратить накопление соединений железа в воде и образование железноокисных отложений, уменьшить повреждаемость оборудования и трубопроводов от внутренней коррозии, тем самым снизить материальные затраты на дорогостоящий ремонт. При помощи коррозиметра «Эксперт-004» определялась скорость коррозии в теплоносителе, в который экспериментально дозировали по 0,6 мг/л реагента NALCO-CL50 до допустимой агрессивности теплоносителя.