Sledování stavu ocelové výztuže pomocí metody měření elektrického odporu

• Foto

METODA MĚŘENÍ ELEKTRICKÉHO ODPORU
Pomocí této metody lze účinně hodnotit stav ocelové výztuže zabudované v betonu a poskytnout tak přehledné informace o konstrukci nebo její části. Další možností využití této metody jsou především laboratorní zkoušky pro ověření funkčnosti různých impregnačních a nátěrových systémů. Metoda měření elektrického odporu je nedestruktivní metoda, která je založena na skutečnosti, že korodující výztuž vlivem probíhajících chemických procesů zmenšuje svůj průřez, jehož hodnota má zásadní vliv na hodnotu elektrického odporu dle vzorce (1). Metoda měření elektrického odporu je vhodná zejména pro rovnoměrnou korozi, při které dochází také k rovnoměrnému zmenšování průřezu vzorku po celé jeho délce.

Pro elektrický odpor R vodiče proudu platí daný vztah:

kde:

ρ - je měrný odpor elektrického vodiče (Ω mm².m^–1),
l - délka elektrického vodiče (m),
S - průřez elektrického vodiče (mm²).

Laboratorní měření
Při laboratorním měření je nutné zajistit vyrovnání teploty okolního prostředí a zkušebních vzorků, aby nedocházelo ke kolísání teplot, neboť tento fakt ovlivňuje přesnost měření. Z uvedeného důvodu se doporučuje umístit zkušební vzorky do prostředí, ve kterém bude měření probíhat, aby došlo k ustálení teplot. Vliv okolní teploty je zohledněn ve vzorci [2]. Naměřené hodnoty odporu je nutné přepočíst na jednotnou teplotu např. 20 °C. Teplotní součinitel odporu pro železo je 0,0062 (1/°C).

kde:

t_x - je teplota ocelové výztuže (°C),
R_x - naměřený odpor (Ω).

Laboratorní měření je možné provádět dvěma základními způsoby v závislosti na použitém vybavení. V případě nepřímé metody se využívá výpočet odporu dle Ohmova zákona a měření se provádí diskrétními měřícími přístroji, jako je digitální voltmetr, ampérmetr a napájení je zajištěno stabilizovaným stejnosměrným proudem. Přímá metoda měření odporu se provádí digitálním Ohmetrem typu RESISTOMAT. Tento přístroj vychází svým principem z Tomsonova můstku a pracuje ve čtyřvodičovém zapojení (dva vodiče v proudovém okruhu, dva v napěťovém okruhu). Proudový okruh je napájen stabilizovaným proudem a napětí je snímáno z napěťových svorek digitálním voltmetrem s vysokým vstupním odporem. Při tomto způsobu měření se eliminuje vliv odporu vodičů [3].

Zkušební vzorky
Pro laboratorní měření byla zhotovena speciální zkušební tělesa tak, aby vyhovovala všem požadavkům měření nepřímou metodou. Tělesa o rozměrech 40 × 40 × 160 mm jsou vyrobena z betonu a uprostřed jsou opatřena po celé délce hladkou betonářskou ocelí o průměru 5 mm. Styk oceli s měřící soustavou je umožněn přes čelo výztuže vystupující z obou konců zkušebního vzorku. Ocelová výztuž v místě styku s měřící soustavou musí být řádně očištěna a zbavena nečistot, neboť veškeré poruchy v místě styku, jako například zbytky rzi nebo betonu mají přímý vliv na vypovídající schopnost měření.

Měřicí přístroje
Použitá měřící soustava se skládá z několika zařízení sestavených do uzavřeného okruhu. Proud vnáší do sestavy stejnosměrný zdroj BK 127 s potřebným rozsahem měření 0 – 1 A. Dále proud prochází přes digitální ampérmetr METEX M-3850, na kterém je znázorněna hodnota proudu s přesností na setiny ampéru. Přes tento ampérmetr proud dále prochází vysoce výkonným multimetrem Agillent 34410A, který byl vyvinut pro rychlá měření a trigerování. Na tomto přístroji je s vysokou přesností a rozlišením zaznamenávána hodnota elektrického odporu ocelové výztuže.

Součástí měřící soustavy je také digitální teploměr pro zaznamenání aktuální teploty měřených vzorků.

ZÁVĚR
Metoda měření elektrického odporu je účinnou metodou pro stanovení stupně probíhající koroze zabudované ocelové výztuže. Jedná se o nedestruktivní metodu, která je schopná poskytnout přehledné informace o celkovém stavu výztuže v železobetonových konstrukcích, ne však o druhu koroze. V případě laboratorních měření prováděných na Stavební fakultě v Brně ústavu technologie stavebních hmot a dílců bylo zjištěno, že laboratorně naměřené hodnoty se od skutečnosti liší přibližně o 15 %. Zkušební tělesa byla vystavena cyklickému působení korozního prostředí a v pravidelných intervalech byla prováděna kontrolní měření. Ze získaných údajů byl stanoven stupeň koroze ocelové výztuže. Tato skutečnost byla následně ověřena destruktivní zkouškou, kdy zkušební tělesa byla rozdrcena a výztuž vyjmuta. Po důkladném očištění výztuže byla hodnota hmotnosti výztuže po ukončení cyklického zatěžování porovnána s hodnotou vstupní a ze získaných informací byl stanoven reálný stupeň koroze ocelové výztuže. Tyto skutečnosti ovšem budou předmětem dalšího výzkumu, který za pomoci nového moderního vybavení bude probíhat v následujících letech. Cílem je zpřesnit tuto metodu a vytvořit metodiku měření tak, aby se laboratorně získané výsledky nelišily od hodnot reálných.

Článek byl vytvořen za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu, projektu FR-TI3/290 „Ucelený systém materiálů nové generace pro sanace železobetonových konstrukcí s využitím technologie inhibitorů koroze".

Materiál byl prezentován ve sborníku Juniorstav 2012.

Článek recenzoval doc. Ing. Bohumil Novotný, CSc.

LITERATURA:
[1] Technický průvodce svazek dvacátý LIST V. Elektrické teplo, 3. doplněné a přepracované vydání Praha, SNTL 1958, 808 s., ISBN neuvedeno
[2] L. JENÍČEK, P. RYŠ, M. CENEK.: Nauka o materiálu I, Nauka o kovech I, Obecná nauka o kovech, Vydání 2, ACADEMIA Praha 1966, ISBN neuvedeno
[3] ŠVEHLA, Vladimír: Zjišťování koroze oceli v železobetonových konstrukcích měřením elektrického odporu, In 5. Odborná konference doktorského studia VUT v Brně, Fakulta stavební 12. – 13. 2. 2003, ISBN 80-7204-265-3, p. 67–70

Monitoring of condition steel reinforcement with the method of measuring electrical resistance
Attack the steel reinforcement embedded in the concrete matrix with corrosive agents is one of the most common causes of defects of reinforced concrete structures. The method of measuring electrical resistance is a non-destructive method for detecting the condition of steel reinforcement, which helps as a preventive measure.

Autoři

• Ing. Taranza Luboš
• Prof. Ing. Drochytka Rostislav CSc.
• Ing. arch. Havlík Filip