Smarta sensorer för att övervaka armeringens korrosion vid byggarbetet vid kanalen
Inom ramen för projektet att lägga järnvägsspåren under jord längs tillfartskanalen till Valencia har Rover Infraestructuras deltagit i ett banbrytande och innovativt initiativ för strukturell övervakning med hjälp av smarta korrosionssensorer. Detta byggprojekt utgör en lämplig plats eftersom dess konstruktionsdelar utsätts för fuktiga miljöer eller mer aggressiva förhållanden och var under uppförande, vilket gjorde det möjligt att genomföra installationen.
Detta samarbete har genomförts inom ramen för det statliga FoU- och innovationsprogrammet inriktat på samhällsutmaningar, i projektet ”Intelligent övervakning för att minska osäkerheten kring livslängden: potentiosstatiska korrosionssensorer, PID2020-119744RB-C21 och C22”, som finansierats av den statliga forskningsmyndigheten och där Universitat Politècnica de València (UPV), närmare bestämt SMART-gruppen (IDM-Institutionen för arkitektonisk konstruktion), har deltagit tillsammans med Instituto Eduardo Torroja de Ciencias de la Construcción (IETcc-CSIC).
Projektets huvudsyfte har varit att införa avancerad teknik som gör det möjligt att i realtid utvärdera tillståndet hos armerade betongkonstruktioner. På så sätt kan man förutse försämringsprocesser och förbättra underhållshanteringen under infrastrukturens hela livscykel.
Teknik som främjar infrastrukturens hållbarhet
De sensorer som utvecklats av SMART-gruppen vid UPV gör det möjligt att övervaka viktiga parametrar som rör korrosion av armeringen i betongkonstruktioner. Dessa sensorer kan delas in i två huvudgrupper:
- Sensorer för utlösande faktorer: detekterar förekomsten av klorider, pH-förändringar, syretillgång, temperatur och betongens resistivitet.
- Sensorer för korrosionshastighet: mäter förlusten av stålets tvärsnitt och ger kvantitativ information om hur korrosionsprocessen utvecklas.
Alla sensorer är konstruerade för att fungera kontinuerligt och fjärrstyrt, och skickar data till en webbserver som är tillgänglig från vilken dator som helst. Deras robusta konstruktion garanterar lång livslängd, även under krävande miljöförhållanden.
Installation på byggarbetsplatsen: integrering utan störningar
Placeringen av de olika kontrollpunkterna fastställdes i samråd med Rover Infraestructuras och Dragados för att undvika störningar i arbetet. Man tog även hänsyn till de olika konstruktionselementen, deras miljöutsättning samt placeringen av konstruktionsfogar eller kallfogar, eftersom dessa utgör ”kritiska” punkter i denna typ av infrastruktur. Sensorerna har installerats vid fyra kontrollpunkter (KP) som strategiskt valts ut i den underjordiska konstruktionens struktur:
- PC1: Plattans undersida, nedgrävd del med hög fuktighet.
- PC2: Kylfog mellan stödmur och platta, kritisk punkt på grund av eventuella läckage.
- PC3: Sidoytan på krönbalken, i kontakt med jordfyllningen.
- PC4: Plattans ovansida, under bebyggningsbar yta.
Installationen genomfördes i två etapper, med hjälp av 3D-printade hjälpdelar för att säkerställa korrekt placering av sensorerna under betonggjutningen. Därefter anslöts de till en centralenhet utrustad med en minidator och ett RS485-kommunikationssystem, som drivs med solenergi och möjliggör autonom övervakning i realtid av armeringens korrosion vid flera kontrollpunkter (CP). Mätdata lagras och bearbetas på servern och kan nås på distans via ett webbgränssnitt.
Vilka parametrar övervakar dessa sensorer i infrastrukturen?
Sensorerna gör det möjligt att registrera ett brett spektrum av parametrar, bland annat:
- Korrosionsrisk (Ecorr): anger risken för korrosion av armeringen.
- Korrosionshastighet och korrosionsintensitet (icorr, vcorr): bedömer spridningsfasen.
- Korrosionsgenomträngning (Px): mäter förlusten av stålets tjocklek.
- Betongens resistivitet (ρ): som har att göra med hållbarhet och förekomsten av fukt.
- Temperatur: påverkar direkt korrosionskinetiken.
- Kloridaktivitet och pH-variationer: viktiga utlösande faktorer.
- Tillgång till syre: påverkar korrosionshastigheten.
Los positivos resultados obtenidos tras 10 meses de seguimiento
Durante un periodo de 300 días, se ha realizado un seguimiento continuo de los sensores instalados. Los resultados han sido muy positivos:
- Disminución progresiva de icorr: los valores iniciales superiores a 1 µA/cm² descendieron hasta niveles inferiores a 0.1 µA/cm², indicando una pasivación efectiva de las armaduras.
- Estabilidad en el potencial de corrosión: evolución hacia valores más electropositivos, coherente con el bajo riesgo de corrosión.
- Resistividad creciente: asociada a la reducción de humedad interna y a la evolución del hormigón.
- Penetración de corrosión acumulada muy baja: en la mayoría de los sensores, inferior a 1 µm.
Variabeln korrosionsdensitet (icorr), uttryckt i μA/cm², används vanligtvis som en kvantitativ indikator på armeringens korrosionsnivå. Diagrammet i figur 4 visar utvecklingen av korrosionsströmmen (icorr) som registrerats vid olika kontrollpunkter (PC) i konstruktionen under övervakningsperioden. Inledningsvis registreras värden på icorr över 1 μA/cm² (vilket tolkas som hög korrosion), vilket stämmer överens med övergångsperioden då betongen ännu inte fullt ut har utvecklat de alkaliska förhållanden som krävs för armeringens passivering.
Allteftersom dagarna går och cementens hydratiseringsprocess fortskrider observeras en minskning av icorr-värdena, vilket visar på att armeringen har passiverats där värdena tenderar att stabiliseras på låga eller till och med försumbara nivåer med tiden. Endast vid kontrollpunkten PC2, som motsvarar den kalla fogen mellan skärmväggen och betongplattan, observerades något högre värden. Även om dessa värden fortfarande var låga, bekräftar detta systemets användbarhet för att identifiera kritiska områden.
I figur 5 visas utvecklingen av korrosionspotentialen (V vs SCE), vilket gör det möjligt att fastställa korrosionsrisken i enlighet med standarden UNE 112083. Man kan observera en stigande trend, det vill säga en utveckling mot mer elektropositiva potentialvärden eller låg korrosionsrisk, vilket stämmer överens med de erhållna värdena för korrosionsdensitet (icorr). Detta visar därför tydligt att armeringen har passiverats.
Avancerad analys med multivariata metoder
Utöver de klassiska parametrarna har voltammetriska sensorer av typen ”elektronisk tunga” använts för att utvärdera korrosionens inledningsfas. Dessa sensorer gör det möjligt att analysera syretillgången och förekomsten av aggressiva joner med hjälp av cyklisk voltammetri och multivariat analys.
Detta tillvägagångssätt gör det möjligt att i ett tidigt skede upptäcka eventuella karbonatiseringsprocesser eller inträngning av klorider, redan innan synliga skador uppstår i konstruktionen.
Rover satsar på innovation för att införa avancerade lösningar inom byggbranschen
De erhållna resultaten bekräftar att det installerade övervakningssystemet fungerar korrekt, och vi kan dessutom intyga att det inte påverkas av omgivningsförhållandena. Den insamlade informationen gör det därför möjligt att förutse försämringsprocesser, optimera underhållet och förbättra förvaltningen av infrastrukturen.
Vi på Rover Infraestructuras bekräftar vårt engagemang för tillämpad forskning, teknisk innovation och hållbarhet i alla våra projekt. Detta projekt är ett tydligt exempel på hur tekniken kan förändra det sätt på vilket vi utformar, bygger och underhåller vår infrastruktur, vilket skapar mervärde och garanterar dess funktionalitet på lång sikt.