Механізм впливу змінного струму витоку й високовольтної напруги на обводнені бетонні, залізобетонні та кам'яні споруди

Abstract

UA: Дисертація присвячена експериментально-теоретичним дослідженням впливу змінного струму витоку й високовольтної напруги на електрокорозію бетону й розчину бетонних, залізобетонних і кам'яних конструкцій поблизу електрифікованих змінним струмом ділянок залізниць, високовольтних ліній електропередач. Встановлено, що зношування будівель і споруд на ділянках залізниць, електрифікованих змінним струмом, більше ніж на не електрифікованих. Виконано дослідження в експлуатаційних умовах. Виміряно потенціали на рейках, конструкціях будівель і споруд при проходженні поїзда з електричною тягою, а також при їхній відсутності. За допомогою оригінальної методики та установки, що автоматично підтримує режим вмикання й вимикання джерела змінної напруги, близький до режиму руху поїздів, виконано тривалі експериментальні дослідження впливу змінного струму при різній напрузі на бетон. Показано, що навіть невисокі напруги, зокрема 5 В, викликають значну електрокорозію бетону. Виконано фізико-механічні й фізико-хімічні дослідження бетонів, підданих впливу змінного струму (рентгенофазовий аналіз, світлова мікроскопія), які підтвердили коректність теоретичних уявлень про механізм електрокорозії бетону. Розроблено комплексні способи захисту від електрокорозії бетонних, залізобетонних і кам'яних конструкцій, у т. ч. за допомогою металоін’єкційної сорочки; залізобетонної сорочки з бетону оптимального складу. RU: Диссертация посвящена экспериментально-теоретическим исследованиям влияния переменного тока утечки и высоковольтного напряжения на электрокоррозию бетона и раствора бетонных, железобетонных и каменных конструкций вблизи электрифицированных переменным током участков железных дорог, высоковольтных линий электропередач. Установлено, что износ зданий и сооружений на участках железных дорог, электрифицированных переменным током, больше чем на не электрифицированных. Выполнены исследования в эксплуатационных условиях. Измерены потенциалы на рельсах, конструкциях зданий и сооружений при прохождении поездов с электрической тягой, а также при их отсутствии. Установлено, что они возникают синхронно с прохождением поездов с электрической тягой, величина напряжения и, следовательно, степень повреждения конструкций зданий и сооружений зависят от их расстояния до ближайшего электрифицированного пути и высоковольтных ЛЭП, состояния подрельсового основания, состояния покрытия и грунта между ними, наличия подвалов и заземлений. С помощью оригинальной методики и установки, автоматически поддерживающей режим включения и выключения источника переменного напряжения, близкий к режиму движения поездов, выполнены длительные экспериментальные исследования влияния переменного тока при различном напряжении на бетоны. Показано, что даже невысокие напряжения, в частности 5 В, вызывают значительную электрокоррозию бетона. Электророкоррозионное разрушение раствора и бетона переменным током утечки обусловлено односторонней проводимостью в электрическом поле гидросиликатного геля, имеющего огромную удельную поверхность. Процесс выщелачивания бетона осуществляется путем электромиграционного и диффузионного переноса ионов. Выявлен и представлен количественно механизм влияния электрического поля отрицательно заряженной поверхности частиц гидросиликатного геля на коэффициент диффузии катионов Са2+ в граничном слое воды. Преобладающий перенос катионов в гидросиликатном геле оказывает сильное влияние на коэффициент диффузии ионов в бетоне. Природа такого влияния рассмотрена на основе уравнения Эйнштейна для коэффициента диффузии D коллоидных частиц, а также первого закона Фика для диффузионного переноса вещества. Процесс электрокоррозии арматуры осуществляется путем безвозвратного выноса из неё за пределы защитного слоя бетона катионов железа Fe2+ , который сопровождается выносом из арматуры освобождающихся электронов. Выполнены физико-механические и физико-химические исследования бетонов, подвергнутых воздействию переменного тока (рентгенофазовый анализ, световая микроскопия), которые подтвердили корректность теоретических представлений о механизме электрокоррозии бетона. Разработаны комплексные способы защиты от электрокоррозии бетонных, железобетонных и каменных конструкций, в т.ч. с помощью металлоинъекционной рубашки; железобетонной рубашки из бетона оптимального состава. EN: The thesis is devoted to experimentally theoretical research of influence of alternating leakage current and high-voltage on an electro-corrosion of concrete and mortar of the concrete, reinforced-concrete and stone constructions nearby the electrified by an alternating current railway sections and high-voltage line. It is established that the wear of buildings and constructions on railway sections, electrified by an alternating current, is higher than that on the non-electrified. The research is completed under working conditions. With the help of an original method and equipment, which automatically maintains the mode of switching on and off of the source of the alternating voltage close to the mode of passing trains, the long-term experimental researches of influence of the alternating current on concrete by different voltage were done. It is shown that even low voltage, particularly 5 V, causes electro-corrosion of concrete. These damages are caused by one-side conductivity in electric field of hydrosilicate helium, which has a huge specific surface. The process of leaching of concrete is carried out through electromigration and diffusive transmission of ions. Physic-mechanical and physic-chemical researches of concrete, exposed by alternating current, confirmed the correctness of the theoretical notions of a mechanism of electro-corrosion of concrete. Complex methods of protection of concrete, reinforced-concrete and stone constructions from an electro-corrosion are developed and applied.