Определение удельного электрического сопротивления грунта и средней плотности катодного тока

Коррозионная агрессивность грунта по отношению к стали характеризуется значениями удельного электрического сопротивления грунта, определяемого в полевых и лабораторных условиях.

Определение удельного электрического (кажущегося) сопротивления грунта в полевых условиях [45]. Удельное электрическое сопротивление грунта измеряют непосредственно на трассе подземного трубопровода без отбора проб грунта по четырехэлектродной схеме (рис. 7.3). Применяются полевые электроразведочные приборы, например тина АЭб-72, и электроды в виде стальных стержней длиной от 250 до 350 мм и диаметром от 15 до 20 мм.

Рис. 7.3. Схема определения удельного сопротивления грунта.

Электроды размещают на поверхности земли на одной прямой линии, совпадающей с осью трассы для проектируемого сооружения, а для уложенного в землю сооружения на линии, проходящей перпендикулярно или параллельно на расстоянии от 2 до 4 м от оси сооружения. Измерения выполняют с интервалом от 100 до 200 м в период, когда на глубине заложения сооружения отсутствует промерзание грунта.

Глубина забивания электродов в грунт должна быть не более 1/20 расстояния между электродами.

Удельное электрическое сопротивление грунта р, Омм, вычисляют по формуле.

где /?,. п — электрическое сопротивление грунта, измеренное прибором. Ом; а — расстояние между электродами, равное глубине (для кабелей связи — двойной глубине) прокладки подземного сооружения, м.

Определение удельного электрического сопротивления грунта в лабораторных условиях [45]. Для определения удельного электрического сопротивления грунта отбирают пробы грунтов в шурфах, скважинах и траншеях из слоев, расположенных на глубине прокладки сооружения, с интервалами от 50 до 200 м на расстоянии от 0,5 до 0,7 м от боковой стенки трубы. Для пробы берут от 1,5 до 2 кг грунта, удаляют твердые включения размером более 3 мм. Отобранную пробу помещают в полиэтиленовый пакет и снабжают паспортом, в котором указывают номера объекта и пробы, место и глубину отбора пробы. Если уровень грунтовых вод выше глубины опробывания, отбирают грунтовый электролит объемом от 200 до 300 см³ и помещают в герметически закрывающуюся емкость, которую маркируют и снабжают паспортом.

Для испытаний применяются источники постоянного или низкочастотного переменного тока любого тина, миллиамперметр любого типа класса точности нс ниже 1,5 с диапазонами 200 или 500 мА, вольтметр любого типа с внутренним сопротивлением не менее 1 мОм, ячейка прямоугольной формы с внутренними размерами а = 100 мм; b = 45 мм; И = 45 мм (рис. 7.4, а) из диэлектрического материала (стекло, фарфор, пластмасса) или стали с внутренней изоляцией.

Рис. 7.4. Оборудование для определения коррозионной агрессивности грунта по отношению к стази: а — схема установки для определения удельного электрического сопротивления грунта в лабораторных условиях: б — схема установки для определения плотности катодного тока.

Отобранную пробу песчаных грунтов смачивают до полного влагонасыщения, а глинистых — до достижения мягкопластичного состояния. Нели уровень грунтовых вод ниже уровня отбора проб, смачивание проводят дистиллированной водой, а если выше — грунтовой водой.

Электроды зачищают шлифовальной шкуркой, обезжиривают ацетоном и промывают дистиллированной водой. Внешние электроды устанавливают вплотную к внутренним торцовым поверхностям ячейки. При сборе ячейки пластины размещают друг к другу неизолированными сторонами. Затем в ячейку помещают грунт, послойно утрамбовывая его. Высота грунта должна быть на 4 мм меньше высоты ячейки. Внутренние электроды устанавливают вертикально, опуская их до дна по центральной линии ячейки на расстоянии 50 мм друг от друга и 25 мм от торцовых стенок ячейки.

Удельное электрическое сопротивление грунта определяют по четырехэлектродной схеме на постоянном или низкочастотном переменном токе. Внешние электроды с одинаковой площадью рабочей поверхности S_p поляризуют током определенной силы 1 и измеряют падение напряжения V между двумя внутренними электродами при расстоянии 1,т между ними.

Электрическое сопротивление грунта R,. «, Ом, вычисляют по формуле.

где V — падение напряжения между двумя внутренними электродами. В; 1 — сила тока в ячейке, А.

При отсутствии тока разность потенциалов между двумя внутренними электродами Foi может отличаться от нуля в пределах от 10 до 30 мВ, тогда для расчета электрического сопротивления грунта используют формулу:

Удельное электрическое сопротивление грунта р, Ом м, вычисляют по формуле:

где /?,. п — электрическое сопротивление грунта. Ом; S_p — площадь поверхности рабочего электрода, м², 1ms — расстояние между внутренними электродами, м.

Для оценки коррозионной агрессивности грунта по отношению к углеродистой и низколегированной стали допускается использовать специальные анализаторы коррозионной активности грунта АКАГ (рис. 7.5), АКГК, ИКАГ [141]. Анализатор коррозионной активности предназначен для качественной и количественной оценки коррозионной агрессивности грунта, но отношению к стали в местах укладки подземных сооружений, в частности стальных трубопроводов. Анализатор предназначен для работы в полевых и лабораторных условиях. Прибор определяет удельное сопротивление грунта и плотность тока катодной защиты углеродистой и низколегированной стали на основании анализа образцов грунта. Анализатор отображает в цифровом виде значение измеренного удельного сопротивления грунта, мгновенные значения потенциалов электродов сравнения относительно рабочих электродов, их среднее значение, мгновенные значения плотности катодного тока на каждой измерительной ячейке и их среднее значение; автоматически сохраняет результаты последних измерений в энергонезависимой памяти. По табл. 7.8 определяется коррозионная активность грунтов. Диапазон рабочих температур прибора от +5 до +45 °С.

Рис. 7.5. Анализатор коррозионной активности грунта комплексный АКАГ.

Если удельное электрическое сопротивление грунта, измеренное в лабораторных условиях, равно или более 130 Ом м, коррозионную агрессивность грунта считают низкой и по средней плотности катодного тока і_к не оценивают.

Определение средней плотности катодного тока [45]. Сущность метода заключается в определении средней плотности катодного тока, необходимого для смещения потенциала стали в грунте на 100 мВ отрицательнее потенциала коррозии. Для определения плотности тока применяются: источник постоянного тока любого типа; миллиамперметр с верхним пределом измерения 1 мА или микроамперметр с пределом измерения 200 или 500 мкА, класс точности не ниже 1,5; вольтметр любого типа с пределом измерений 1 В и внутренним сопротивлением не менее 1 МОм; прерыватель тока; ячейка прямоугольной формы размером 70×70×100 мм из диэлектрического материала (стекло, фарфор, пластмасса и т. д.) вместимостью от 0,5 до 1 дм³; электрод рабочий, представляющий прямоугольную пластину из стали толщиной от 1,5 до 2 мм. размером 50×20 мм и рабочей поверхностью 10 см" (0,001 м²); электрод вспомогательный из стали, но форме и размерам аналогичный рабочему электроду; электрод сравнения — насыщенный медносульфатный, хлорид серебряный, каломельный и т. д.; вода дистиллированная. Одну поверхность рабочего, а также вспомогательного электродов и токоотводы от них изолируют мастикой. Допускается использовать специальные приборы, которые обеспечивают автоматическое смещение потенциала от потенциала коррозии и поддерживают его на заданном уровне в течение опыта.

Отобранную пробу загружают в ячейку, сохраняя естественную влажность грунта. Если при хранении проб после их отбора возможно изменение естественной влажности грунта, определяют влажность отобранной пробы. Перед испытанием вновь определяют влажность пробы грунта и доводят ее до естественной с помощью дистиллированной воды.

Грунт насыпают на дно ячейки на высоту 20 мм и уплотняют. Рабочий и вспомогательный электроды устанавливают вертикально неизолированными поверхностями друг к другу на расстоянии 3…4 см. Затем грунт укладывают в ячейку послойно (один-три слоя) с последовательным трамбованием слоев, добиваясь максимально возможного уплотнения. Расстояние от верхней кромки рабочего электрода до поверхности грунта — 50 мм. Электрод сравнения устанавливают сверху ячейки в грунт, заглубляя его на 1,0…1,5 см.

Одним и тем же грунтом заполняют три ячейки, в каждой из которых параллельно выполняют три измерения силы катодного тока 1_К в микроамперметрах. Собирают установку, но схеме, приведенной на рис. 7.4, б, с использованием прерывателя тока и вольтметра или с использованием специального прибора, включающего в себя прерыватель тока.

Рабочий электрод выдерживают в грунте до включения поляризации от 15 до 20 мин и измеряют его потенциал коррозии относительно электрода сравнения.

Катодную поляризацию осуществляют, подключая рабочий электрод к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а вспомогательный электрод — к положительному. Потенциал электрода смещают на 100 мВ отрицательнее его стационарного потенциала, исключая омическую составляющую из измеряемого потенциала рабочего электрода Е в милливольтах, путем разрыва цепи в момент измерения.

Измеряют силу тока /_к в микроамперах. Если сила тока /_к постоянна или уменьшается во времени, то длительность поляризации составляет 15 мин, в течение которых измеряют и записывают три-четыре значения /_к и соответствующее время измерения I. Если сила тока во времени растет, то измеряют и записывают /_к пять-шесть раз в течение 40 мин или в более короткий промежуток времени. Сила тока более 200 мкА (2 ^х 10 ⁴ А) с учетом рабочей поверхности электрода 10 см" характеризует высокую коррозионную агрессивность грунта.

Последнее значение силы тока в каждой ячейке берут для вычисления среднеарифметического значения силы катодного тока /_к. ср, но результатам параллельных измерений в грех ячейках и последующего определения средней плотности катодного тока /_к.

Среднюю плотность катодного тока /_к, А, вычисляют, но формуле <_к = /_к ср / 0,001, где Ас. ср — среднеарифметическое значение силы катодного тока по результатам измерений в трех параллельных ячейках, А; 0,001 — площадь поверхности рабочего электрода, м.