Механизм воздействия переменного тока утечки и высоковольтного напряжения на обводнённые бетонные, железобетонные и каменные сооружения

Abstract

RU: Дудин Алексей Аркадьевич. Механизм воздействия переменного тока утечки и высоковольтного напряжения на обводнённые бетонные, железобетонные и каменные сооружения. Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. Украинская государственная академия железнодорожного транспорта, Харьков, 2012. Диссертация посвящена экспериментально-теоретическим исследованиям влияния переменного тока утечки и высоковольтного напряжения на электро-коррозию 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 дифдиффузии 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: Dudin Aleksey A. The mechanism of influence of alternating leakage current and high-voltage on the flooded concrete, reinforced-concrete and stone constructions. Manuscript. The thesis for the candidate of technical sciences degree by specialty 05.23.05 - building materials and products. The Ukrainian State Academy of Railway Transport, Kharkov, 2012. The thesis is devoted to experimentally theoretical research of influence of alter-nating leakage current and high-voltage on an electro-corrosion of concrete and mor-tar 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 main-tains 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 dam-ages 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 alter-nating 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 con-structions from an electro-corrosion are developed and applied.