ИСТИНА

Химическая коррозия бетона на протяжении десятилетий остается одной из главных проблем строительной отрасли и транспортной инфраструктуры. Развитие коррозии может быть предотвращено при своевременной диагностике и определении типа химической коррозии. В последние годы активно ведутся разработки методологии элементного анализа строительных конструкций с помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии (ЛИЭС). Принципиальная возможность характеризации изменений структуры строительных материалов из-за коррозии, вызванной атмосферными воздействиями, с помощью ЛИЭС была продемонстрирована в ряде работ, в том числе и с участием авторов настоящего проекта. Однако, само по себе наличие коррозионно-активных компонентов, ответственных за деградацию бетона (хлора, серы и углерода) оказалось недостаточным для характеризации степени коррозии бетона. Помимо элементного состава, при деградации бетона происходит изменения плотности материала. В настоящем проекте впервые предложено использовать одновременное эмиссионное определение коррозионно-активных компонентов с оптоакустическим откликом при абляции материала с помощью лазера с высокой изменяемой частотой следования импульсов (твердотельный лазер с диодной накачкой). Эта комплексная информация позволит улучшить правильность характеризации степени деградации и риска разрушения железобетонных конструкций. Оригинальностью решений предлагаемого проекта по сравнению с результатами достигнутыми в мире является сочетание улучшенных аналитических характеристик количественного определения примесей методом ЛИЭС и обнаружение развивающихся областей деградации железобетонных конструкций с помощью оптоакустического исследования для экспрессной оценки прочностных характеристик бетона с применением корреляционного анализа. Это сделает возможным создание методик экспресс обнаружения коррозии и повреждений железобетонных конструкций.

Chemical corrosion of concrete for decades remains one of the main problems of the construction industry and transport infrastructure. The development of corrosion can be prevented with the timely diagnosis and determination of the type of chemical corrosion. In recent years, the development of a methodology for elemental analysis of building structures using laser-spark emission spectroscopy (LIES) is being actively pursued. The fundamental possibility of characterizing the changes in the structure of building materials due to corrosion caused by atmospheric influences, with the help of LIES was demonstrated in a number of works, including with the participation of the authors of this project. However, the presence of corrosion-active components responsible for the degradation of concrete (chlorine, sulfur and carbon) was in itself insufficient to characterize the degree of corrosion of concrete. In addition to the elemental composition, when the concrete degrades, the density of the material changes. In this project, it has been proposed to use for the first time the simultaneous emission determination of corrosion-active components with an optoacoustic response when the material is ablated with a laser with a high variable pulse repetition frequency (solid-state diode-pumped laser). This comprehensive information, perhaps, will more fully characterize the degree of degradation and the risk of destruction of reinforced concrete structures. The originality of the solutions of the proposed project in comparison with the results achieved in the world is the combination of improved analytical characteristics of the quantitative determination of impurities by the LIES method and the detection of developing areas of degradation of reinforced concrete structures by means of an optoacoustic study for the rapid evaluation of the strength characteristics of concrete using correlation analysis. This will make it possible to create methods for rapid detection of corrosion and damage to reinforced concrete structures.

В результате выполнения проекта будет разработан экспрессный метод выявления деградации железобетонных изделий, основанного на спектральном определении компонентов, связанных с коррозией цементного камня и арматуры, и позволяющего регистрировать изменение плотности среды в результате деградации. Для этого впервые будет использовано сочетание двух типов сигналов - атомной эмиссии и оптоакустического отклика для определения факторов деградации бетона (содержание хлоридов, следов коррозии арматуры, изменения плотности среды). Будут получены данные о взаимосвязи степени деградации ЖБК с элементным составом материалов определенным методом ЛИЭС и оптоакустическим откликом на примере специально подготовленных образцов-имитаторов опор контактной сети, цементного камня с различным содержанием элементов, ответственных за коррозию. Для миниатюризации измерительной ЛИЭС-системы впервые будет использован высокочастотный лазер с диодной накачкой. Это позволит создать методики экспресс обнаружения опасной степени деградации железобетонных изделий с использованием дискриминационного анализа для объединенного набора данных по эмиссионным и акустическим исследованиям.

Разработаны основы оценки прочностных свойств алюминиевых сплавов и других материалов с помощью ЛИЭС. В ходе выполнения гранта РФФИ № 07-03-00947-а впервые обнаружена связь между параметрами лазерной плазмы (температурой и массой испаренного вещества) и механическими свойствами анализируемых объектов, в частности с микротвердостью [3]. Так, с ростом твердости увеличивается температура плазмы, в то время как испаренная масса и акустический сигнал уменьшаются. Такая взаимосвязь была продемонстрирована для проб различной природы: для сплавов и для керамик. Более того, впервые обнаружено аномальное увеличение температуры лазерного факела при испарении отожженных ферритов. Существование прямой корреляции между твердостью и температурой плазмы предложено использовать для экспрессного ЛИЭС определения типа пробы. Эта работа была удостоена премией за лучший стендовый доклад на 5-ой Международной Конференции по лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии LIBS-2008, проходившей в сентябре 2008 г в Берлине.