Спосіб діагностики і прогнозування довговічності бетонних каналізаційних трубопроводів

Спосіб діагностики і прогнозування довговічності бетонних каналізаційних трубопроводів, що включає вимірювання величини рН плівкової конденсатної вологи на поверхні склепіння бетонного каналізаційного трубопроводу за допомогою твердофазного електрода і наступне визначення швидкості корозії бетону, який відрізняється тим, що після вимірювання величини рН плівкової конденсатної вологи додатково визначають швидкість зменшення товщини бетонного каналізаційного трубопроводу за формулою: 104 ln( pH) 2,28 Vвип. , Vз.т. K ca , Sc Корисна модель відноситься до галузі комунальної та промислової каналізаційних систем і може бути використана для діагностики надійності бетонних каналізаційних трубопроводів. З метою запобігання значних аварій на бетонних каналізаційних трубопроводах розробляють і використовують різні способи діагностики і прогнозування надійності цих трубопроводів. Поміж факторів, які впливають на зниження надійності та довговічності бетонних каналізаційних трубопроводів, мікробіологічна корозія бетону займає головне місто. Мікробіологічна корозія бетонних каналізаційних трубопроводів обумовлена біогенною сірчано-кислотною агресією. Як показує досвід експлуатації, більшість аварій бетонних каналізаційних трубопроводів відбувається внаслідок руйнування їх склепіння, яке контактує з газовим середовищем, що містить в собі сірководень. Корозія бетону обумовлена життєдіяльністю тіонових бактерій, які окислюють сірководень, розчинений в конденсатній волозі на склепінні каналізаційного трубопроводу, до сірчаної кислоти і спричиняють корозію бетону другого виду за класифікацією Москвіна. Відомий спосіб діагностики надійності бетонних каналізаційних трубопроводів, що включає обстеження їх внутрішньої поверхні за допомогою мобільного пересувного теле- та відеообладнання і послідуючий аналіз одержаних даних [Д.Ф. Гончаренко, И.В. Коринько «Ремонт и восстановление канализационных сетей и сооружений» г. Харьков «Рубикон», 1999 р., стор. 55-58]. Такий спосіб дозволяє запобігати деяких аварійних ситуацій на мережах каналізації. До недоліків даного способу слід віднести цілий ряд високих вимог, які ставлять до телевізійного обладнання: захист від вибуху, достатнє освітлення, нечуттєвість до температури та ударів. Крім того, даний спосіб являється візуальним і не дає кількісної оцінки стану ураження бетону каналізаційних трубопроводів біогенною сірчанокислотною агресією. Відомий також спосіб діагностики і прогнозування надійності бетонних каналізаційних трубопроводів по оцінюванню ступеня агресивності середовища на склепінні трубопроводу, зокрема, на основі визначення концентрації мікробних клітин тіонових бактерій, що знаходяться на одиницю поверхні трубопроводу [Klosse N. Biogene Sohwefelsawe Korrosion. Abevasser technik, 1985. 36, №1, s. 13-21]. Проте даний спосіб достатньо складний, оскільки вимагає наявності спеціальної мікробіологічної лабораторії із дотриманням усіх правил стерильності. Крім того, даний спосіб потребує не менш ніж 10 днів для виконання. Найбільш близьким аналогом, схожим з рішенням, що заявляється, є спосіб визначення ступеню агресивності експлуатаційного середовища по відношенню до споруд із бетону, які зазнають сірчано-кислотної корозії [Деклараційний патент України на винахід №50558, опублікований 15.10.2002 р., бюл. №10]. Даний спосіб включає визначення швидкості корозії бетону за рахунок вимірювання величини рН плівкової конденсатної вологи на поверхні споруди із бетону за допомогою твердофазного електроду. На підставі одержаних значень рН плівкової конденсатної вологи за допомогою математичного апарату розраховують швидкість корозії бетону. До недоліків даного способу слід віднести те, що він дає змогу визначати тільки один показник надійності бетонних каналізаційних трубопроводів: швидкість корозії бетону. Але для повної діагностики та прогнозування надійності та довговічності бетонних каналізаційних трубопроводів, одного показника буває недостатньо. В основу корисної моделі поставлено технічну задачу створити такий спосіб діагностики і прогнозування надійності та довговічності бетонних каналізаційних трубопроводів, у якому за рахунок використання нових операцій вдалось би забезпечити повний аналіз їх стану. Технічний результат, який досягається під час використання даної корисної моделі, полягає в забезпеченні повного аналізу стану надійності та довговічності бетонних каналізаційних трубопроводів. Даний технічний результат досягається тим, щоу способі діагностики і прогнозування надійності та довговічності бетонних каналізаційних трубопроводів, що включає вимірювання величини рН плівкової конденсатної вологи на поверхні склепіння бетонного каналізаційного трубопроводу за допомогою твердофазного електроду і послідуюче визначення швидкості корозії бетону, згідно корисної моделі, після вимірювання величини рН плівкової конденсатної вологи додатково визначають швидкість зменшення товщини бетонного каналізаційного трубопроводу за формулою: 104 ln( pH) 2,28 Vвип. , Vз.т. K ca , Sc де Vз.т. - швидкість зменшення товщини бетонного каналізаційного трубопроводу, мм/рік; Vвип. - об'єм води, випарованої на даній ділянці із лоткової частини бетонного каналізаційного трубопроводу, м3/рік; S c - площа склепіння бетонного каналізаційного трубопроводу на даній ділянці, м2; K ca - коефіцієнт перерахунку, кг м3/проц. 0,04; - коефіцієнт пропорціональності, м3/кг, -1 20,49 10 . pН - рН плівкової конденсатної вологи; а також строк до наставання граничного стану бетонного каналізаційного трубопроводу за формулою: Tг.с. 25 LT Kг.к. 2 100 LT K1.к. 21 г К 4 10 pH , 5 18464 де Tг.с. - строк до наставання граничного стану бетонного каналізаційного трубопроводу, рік; - коефіцієнт, ч/мм2, 9,87 10-2; L T - стандартна товщина бетонного каналізаційного трубопроводу, мм; K г.к. - величина граничної корозії, встановлена для бетонних каналізаційних трубопроводів ТН60ІІ та ТН60-III, рівна 0,75 та 0,7 відповідно рН - рН плівкової конденсатної вологи К 4 - коефіцієнт перерахунку, ч/рік, 8760, а також відстань від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону за формулою: LH LpH11 LpHx , де LH - відстань від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону; LpH11 - відстань від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу, рН плівкової конденсатної вологи на поверхні якого дорівнює 0,5, до неушкодженого бетону, рівна 92,1мм; LpHx - величина, яка дорівнює значенню ординати точки схрещення х-координати рН плівкової конденсатної вологи на поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу з кривою залежності відстані від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону од величини плівкової конденсатної вологи на цій поверхні, при цьому швидкість корозії бетону визначають за формулою: hк ta Vкор 1,1 P 10 4 10 pH ta 0,04 0,2 ta к1 к 2 , де Vкор - швидкість корозії, мм/рік; hк - глибина корозії, см; t a - тривалість кислотної агресії, ч; ta te 4380 , де t e - тривалість експлуатації бетонного каналізаційного трубопроводу, ч; p - коефіцієнт, який характеризує водопроникливість бетону, 30-40; к 1 - коефіцієнт перерахунку, ч/рік, 8760; к 2 - коефіцієнт перерахунку, мм/см, 10; рН - рН плівкової конденсатної вологи. Порівнювальний аналіз з найближчим аналогом свідчить, що запалювальний спосіб діагностики і прогнозування надійності та довговічності бетонних каналізаційних трубопроводів відрізняється тим, що після вимірювання величини рН плівкової конденсатної вологи додатково визначають швидкість зменшення товщини бетонного каналізаційного трубопроводу за формулою: 104 ln( pH) 2,28 Vвип. , Vз.т. K ca , Sc де Vз.т. - швидкість зменшення товщини бетонного каналізаційного трубопроводу, мм/рік; Vвип. - об'єм води, випарованої на даній діля 6 нці із лоткової частини бетонного каналізаційного трубопроводу, м3/рік; S c - площа склепіння бетонного каналізаційного трубопроводу на даній ділянці, м2; K ca - коефіцієнт перерахунку, кг м3/проц. 0,04; - коефіцієнт пропорціональності, м3/кг, -1 20,49 10 . РН - рН плівкової конденсатної вологи; а також строк до наставання граничного стану бетонного каналізаційного трубопроводу за формулою: Tг.с. 25 LT Kг.к. 2 100 LT K1.к. 21 г К 4 10 pH де Tг.с. - строк до наставання граничного стану бетонного каналізаційного трубопроводу, рік; - коефіцієнт, ч/мм2, 9,87 10-2; L T - стандартна товщина бетонного каналізаційного трубопроводу, мм; K г.к. - величина граничної корозії, встановлена для бетонних каналізаційних трубопроводів ТН60ІІ та ТН60-III, рівна 0,75 та 0,7 відповідно рН - рН плівкової конденсатної вологи К 4 - коефіцієнт перерахунку, ч/рік, 8760, а також відстань від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону визначають за формулою: LH LpH11 LpHx , де LH - відстань від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону; LpH11 - відстань від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу, рН плівкової конденсатної вологи на поверхні якого дорівнює 0,5, до неушкодженого бетону, рівна 92,1мм; LpHx - величина, яка дорівнює значенню ординати точки схрещення х-координати рН плівкової конденсатної вологи на поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу з кривою залежності відстані від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону од величини плівкової конденсатної вологи на цій поверхні, при цьому швидкість корозії бетону визначають за формулою: Vкор hк ta 1,1 P 10 4 10 pH ta 0,04 0,2 ta к1 к 2 , де Vкор - швидкість корозії, мм/рік; hк - глибина корозії, см; t a - тривалість кислотної агресії, ч; t a t e 4380 , де t e - тривалість експлуатації бетонного каналізаційного трубопроводу, ч; p - коефіцієнт, який характеризує водопроникливість бетону, 30-40см2/ч; к 1 - коефіцієнт перерахунку, ч/рік, 8760; к 2 - коефіцієнт перерахунку, мм/см, 10; 7 18464 рН - рН плівкової конденсатної вологи. Суть корисної моделі пояснюється графічними матеріалами, де на Фіг. зображена крива залежності відстані від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону від величини рН плівкової конденсатної вологи на цій поверхні. Спосіб реалізують наступним чином. Твердофазний електрод калібрують при визначеному значенню рН у буферних розчинах. Відкалібрований твердофазний електрод установлюють на 1-2 сек на поверхні склепіння бетонного каналізаційного трубопроводу і вимірюють у цьому місті величину рН плівкової конденсатної вологи. Потім визначають швидкість зменшення товщини бетонного каналізаційного трубопроводу за формулою: 104 ln( pH) 2,28 Vвип. , Vз.т. K ca , Sc де Vз.т. - швидкість зменшення товщини бетонного каналізаційного трубопроводу, мм/рік; Vвип. - об'єм води, випарованої на даній ділянці із лоткової частини бетонного каналізаційного трубопроводу, м3/рік; S c - площа склепіння бетонного каналізаційного трубопроводу на даній ділянці, м2; K ca - коефіцієнт перерахунку, кг м3/проц. 0,04; - коефіцієнт пропорціональності, м3/кг, 20,49-10-1. pН - рН плівкової конденсатної вологи; а також строк до наставання граничного стану бетонного каналізаційного трубопроводу за формулою: Tг.с. 25 LT Kг.к. 2 100 LT K1.к. 21 г К 4 10 pH , де Tг.с. - строк до наставання граничного стану бетонного каналізаційного трубопроводу, рік; - коефіцієнт, ч/мм2, 9,87 10-2; L T - стандартна товщина бетонного каналізаційного трубопроводу, мм; K г.к. - величина граничної корозії, встановлена для бетонних каналізаційних трубопроводів ТН60ІІ та ТН60-III, рівна 0,75 та 0,7 відповідно рН - рН плівкової конденсатної вологи К 4 - коефіцієнт перерахунку, ч/рік, 8760, а також відстань від поверхні бетонного кана 8 лізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону визначають за формулою: LH LpH11 LpHx , де LH - відстань від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону; LpH11 - відстань від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу, рН плівкової конденсатної вологи на поверхні якого дорівнює 0,5, до неушкодженого бетону, рівна 92,1мм; LpHx - величина, яка дорівнює значенню ординати точки схрещення х-координати рН плівкової конденсатної вологи на поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу з кривою залежності відстані від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону од величини плівкової конденсатної вологи на цій поверхні, а також швидкість корозії бетону визначають за формулою: Vкор hк ta 1,1 P 10 4 10 pH ta 0,04 0,2 ta к1 к 2 , де Vкор - швидкість корозії, мм/рік; hк - глибина корозії, см; t a - тривалість кислотної агресії, ч; t a t e 4380 , де t e - тривалість експлуатації бетонного каналізаційного трубопроводу, ч; p - коефіцієнт, який характеризує водопроникливість бетону, 30-40см2/ч; к 1 - коефіцієнт перерахунку, ч/рік, 8760; к 2 - коефіцієнт перерахунку, мм/см, 10; рН - рН плівкової конденсатної вологи. Приклад виконання способу. За допомогою твердофазного електроду провели обстеження склепіння бетонного каналізаційного трубопроводу у шахті по вулиці Волочаївській м. Харкова. Визначали значення рН плівкової конденсатної вологи у декількох точках і встановлювали середнє значення. Вихідні дані для послідуючих розрахунків показників надійності та довговічності бетонного каналізаційного трубопроводу. Таблиця Назва показника Діаметр бетонного каналізаційного трубопроводу Марка бетону Стандартна товщина бетонного каналізаційного трубопроводу Тривалість експлуатації бетонного каналізаційного трубопроводу Площа склепіння бетонного каналізаційного трубопроводу на даній ділянці Коефіцієнт, який характеризує водопроникливість бетону Позначення D W4 LТ te Величина 1м Sс 1,57м2 Р 33,6см2/ч 80мм 10 років 9 18464 10 Продовження таблиці Назва показника Об'єм води, випарованої на даній ділянці із лоткової частини бетонного каналізаційного трубопроводу рН плівкової конденсатної вологи Величина граничної корозії для бетонних каналізаційних трубопроводів ТН60-ІІІ Згідно вихідних даних основних показників було одержано: 104 ln(157) 2,28 8,76 , , Vз.т. 157 , строк до наставання граничного стану бетонного каналізаційного трубопроводу: Т г.с. 9,87 10 2 25(80 0,7 8760 10 100 80 0,7 21 1,57 35 років для визначення відстані від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону будували криву залежності відстані від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону од величини рН плівкової конденсатної вологи. Як видно із графіку, для поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу з рН плівкової конденсатної вологи рівній 0,5, відстань до неушкодженого бетону дорівнює 92,1мм. На графіку знаходимо значення ординати точки Vкор 11 33,6 10 , Комп’ютерна верстка А. Крулевський 4 10 1,57 Позначення Величина Vвил 8,76м3/рік pН 1,57 Кг.к. 0,7 швидкість зменшення товщини бетонного каналізаційного трубопроводу: 0,02 20,49 10 1 0,4мм / рік схрещення х-координати рН плівкової конденсатної вологи = 1,57 з кривою залежності відстані від поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу до неушкодженого бетону од величини рН плівкової конденсатної вологи (LpHx) Як видно із графіку, LpHx=59,1мм. Звідси відстань от поверхні бетонного каналізаційного трубопроводу з рН плівкової конденсатної вологи = 1,57 до неушкодженого бетону складає: Lн LpH11 LpHx 92,1 59,1 33мм Згідно вихідних даних основних показників визначали швидкість корозії на даній ділянці бетонного каналізаційного трубопроводу: 8760 10 4380 0,04 0,2 8760 10 4380 Підписне 8760 10 3,1мм / рік Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601