10870

На втором этапе производится установка датчиковсейсмоприемников, включение, настройка, тестирование прибора.

Рис. 7 – Пример отображения результатов измерения на дисплее прибора «ИДС-1» (длина сваи 11.84 м). Маркеры 1 и 2 соответствуют времени регистрации сигналов (маркер 1 – соответствует моменту возбуждения сигнала; 2 – сигнал, отразившийся от нижней границы сваи).

На третьем этапе производится испытание сваи, снятие показаний, полученных данных с занесением во встроенную память прибора до последующей обработки в камеральных условиях.

На четвертом этапе после передачи полученных данных из встроенной памяти прибора в стационарный компьютер,

71

отфильтровывания сигнала и преобразования полученных значений по формулам, определяем искомую величину – длину сваи (см. рис. 7).

На основании проведенных исследований железобетонных забивных свай на объекте по ул. Ижорская в г. Нижний Новгород было установлено, что длина свай соответствует проектным значениям (12 м), дефектов и повреждений не обнаружено.

Литература

1.Основания и фундаменты: учебник / Р. А. Мангушев, В. Д. Карлов, И. И. Сахаров, А. И. Осокин. – М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГАСУ, 2011. –

392 c.

2.Современные свайные технологии: учеб.пособие / Р. А. Мангушев, А. В. Ершов, А. И. Осокин; 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во АСВ,

2010. – 240 c.

3.Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений: учебное пособие / В.Н. Бронин [и др.]; ред. Б.И. Долматов. М.: Интеграл,

2001. - 437с.

4.Устройство свайных фундаментов: методические указания / сост. Федоренко Р.И., Кошелева В.Н.; рец-т Хряпченкова И.Н.: ННГАСУ, 2010.

–31 с.

5.Применение измерителя длины свай при обследовании свайных фундаментов неразрушающими методами контроля: методические указания / сост. С.Е. Копосов, Д.И. Зотов. ННГАСУ, 2011. – 24 с.

6.СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений / Госстрой России, 2003. -26с.

7.СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты». Нормы проектирования.

72

Сушков А.А.1, Шенгуров В.Г.2, Денисов С.А.2, Байдусь Н.В.2, Павлов Д.А.1

(1ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского», 2Научно-исследовательский физико-технический институт ННГУ им. Н.И. Лобачевского)

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО СРЕЗА СТРУКТУРЫ

GAAS/ALAS/GAAS/ALAS/ГКНС (GE/SI/AL2O3)

Основная задача кремниевой оптоэлектроники заключается в создание оптоэлектронных устройств на базе кремния. Для этого необходимо научиться выращивать качественные без структурных дефектов слои GaAs на подложке Si. В НИФТИ ННГУ им. Н.И. Лобачевского разработан метод гетероэпитаксиального наращивания германия на кремнии – метод «горячей проволоки», с помощью которого можно создать фотодетекторы коммуникационного диапазона длин волн λ = 1.3−1.55 мкм [1], а также использовать, полученные таким образом релаксированные слои Ge как основу для эпитаксии GaAs для создания полупроводникового лазера [2]. Оптимальной температурой роста GaAs при использовании МОС ГФЭ составляет – 650 ºС. При более низких температурах слой GaAs получается дефектным. С другой стороны, для того чтобы отсутствовала эффективная диффузия атомов Ge в GaAs необходимо использовать температуры от 350 ºС до 400 ºС. В статье [3] был исследован способ подавления диффузии, который заключался в использование вставки AlAs между слоями GaAs и Ge (100) отклоненного на 6º, при этом температура роста GaAs поддерживалась на уровне 650 ºС. И был сделан вывод о том, что для предотвращения диффузии атомов Ge в слой GaAs и атомов As в слой Ge целесообразно использовать слой AlAs толщиной 10 нм. В статье [4] отмечается, что вставка AlAs (10 нм)/GaAs (50 нм)/AlAs (10 нм) между слоями GaAs и Ge на подложке Si в какой-то мере предотвращает проникновение дефектов в слой GaAs, а также уменьшает шероховатость поверхности GaAs почти в 2 раза.

В данном направлении по наращиванию качественного слоя GaAs на подложку Si проведено много исследований, в частности те, которые приведены выше, и сделано много полезных выводов. Теперь возникает интерес в отработки технологии выращивания слоев GaAs на радиационно-стойких подложках для создания оптоэлектронных устройств, которые можно было бы впоследствии использовать в

авиакосмической и военной промышленностях. В качестве такой подложки хорошо себя зарекомендовал КНС (кремний на сапфире). Таким образом, есть смысл отработать технологию выращивания бездефектного слоя GaAs на подложке КНС.

Методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (JEM-2100F, 200 кВ) были исследованы структуры ГКНС (Ge/Si/Al2O3) и GaAs на подложке ГКНС со вставкой AlAs/GaAs/AlAs. В обеих структурах слой Ge на КНС был получен методом «горячей проволоки». На нем во втором образце методом МОС ГФЭ выращена структура на основе GaAs и AlAs. Толщины слоев структуры

GaAs/AlAs/GaAs/AlAs/ГКНС приведены в таблице 1.

Таблица 1. Толщины слоев структуры GaAs/AlAs/GaAs/AlAs/ГКНС.

Типичные результаты исследований представлены на рис. 1, 2.

Рис. 1. Изображение поперечного среза структуры ГКНС (Ge/Si/Al2O3), полученное методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения.

Толщина слоя Si составляет 580 нм, а Ge – 560 нм. На рисунке 1 видно, что большинство дефектов, образовавшихся на гетерогранице сапфир-кремний, прорастают через слои кремния и германия. Следовательно, необходимо дальше разрабатывать метод «горячей проволоки» для выращивания релаксированного слоя Ge на КНС.

74

а) б)

Рис. 2. Изображение поперечного среза структуры GaAs/AlAs/GaAs/AlAs/ГКНС (Ge/Si/Al2O3), полученное методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения.

Вставка AlAs/GaAs/AlAs в структуре с подложкой КНС (рис. 2) не дает такого положительного эффекта, как в случае с подложкой Si, то есть большая часть дефектов проходят через слои AlAs и достигают поверхности GaAs. В дальнейшем планируется проверить эффективность использования слоя AlAs толщиной 10 нм для подавления диффузии атомов Ge в слой GaAs и As в слой Ge методом энергодисперсионного анализа на просвечивающем электронном микроскопе.

Таким образом, на данный момент технология выращивания релаксированного слоя GaAs на подложке КНС находится на стадии разработки.

Литература

1.Фотодетекторы на базе гетероструктур Ge / Si ( 001 ) , выращенных методом горячей проволоки / В.Г. Шенгуров, В.Ю. Чалков, С.А. Денисов, Н.А. Алябина, Д.В. Гусейнов. – 2015. – P. 1411–1414.

2.Стимулированное излучение из InGaAs / GaAs / AlGaAs гетероструктуры, выращенной на Si подложке / В.Я. Алешкин, Н.В. Дикарева, А.А. Дубинов, С.А. Денисов, З.Ф. Красильник. – 2014. – P. 900–

903.– DOI: 10.7868/S0370274X14240084.

3.Effects of AlAs interfacial layer on material and optical properties of

GaAs∕Ge(100) epitaxy / C.K. Chia, J.R. Dong, D.Z. Chi, A. Sridhara, A.S.W.

Wong, M. Suryana, G.K. Dalapati, S.J. Chua, S.J. Lee // Appl. Phys. Lett. – 2008. – Vol. 92, N 14. – P. 141905. – DOI: 10.1063/1.2908042.

4.Monolithically integrated InGaAs/GaAs/AlGaAs quantum well laser grown by MOCVD on exact Ge/Si(001) substrate / V.Y. Aleshkin, N. V Baidus, A.A. Dubinov, A.G. Fefelov, Z.F. Krasilnik, K.E. Kudryavtsev, S.M. Nekorkin, A. V Novikov, D.A. Pavlov, I. V Samartsev, E. V Skorokhodov, M. V Shaleev, A.A. Sushkov, A.N. Yablonskiy, P.A. Yunin, D. V. Yurasov // Appl. Phys. Lett.

– 2016. – Vol. 109, N 6. – P. 61111. – DOI: 10.1063/1.4961059

75

Татаринов М.П.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ АРМАТУРЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Внаше время железобетонные конструкции, получившие столь широкое распространение благодаря целому ряду положительных свойств, являются основным видом несущих конструкций.

Основной причиной ухудшения технического состояния ЖБК являются интенсивные процессы коррозии арматуры, которые, в первую очередь, связаны с коррозией самого бетона (выщелачиванием из бетона легко растворимых составляющих и карбонизацией).

Врезультате этих процессов, с течением времени арматура железобетонного изделия лишается защитного пассивирующего слоя. Это приводит к возникновению коррозионного тока. При протекании сопряженно анодного и катодного процессов без внешней поляризации на арматуре образуется потенциал. Измеряя потенциал арматуры, можно неразрушающим методом определить участки возникновения коррозии.

Коррозионные повреждения железобетонных конструкций традиционно оцениваются следующими методами:

• визуальный осмотр с целью выявления внешних признаков, свидетельствующих о развитии коррозии (бурые пятна и полосы на бетоне, трещины вдоль арматуры, отслоение защитного слоя бетона и оголение арматуры, вызванные накоплением ржавчины на арматуре);

• контрольные вскрытия защитного слоя для оценки состояния арматуры (измерение остаточного диаметра арматуры) и бетона (измерение толщины защитного слоя, определение глубины карбонизации).

Данные методы применяются, как правило, на тех стадиях, когда коррозионные повреждения уже очевидны и необходим капитальный ремонт строительных конструкций.

Поэтому, всё большую актуальность в области обследования железобетонных конструкций завоевывают методы неразрушающего контроля (НК) коррозионного состояния арматуры железобетонных элементов, способных выявить коррозию на начальных этапах и снизить издержки и трудозатраты при техническом обслуживании конструкций.

76

Область применения и рекомендации по использованию данных методов изложены в отечественном ОДМ 218.3.001-2010 [1] и в американском стандарте ASTM C876 [2].

Существует два метода НК оценки коррозионного состояния арматуры железобетонных элементов, одним из них является метод потенциалов полуэлемента.

Данный метод основан на корреляции измеренного электрохимического потенциала и наблюдаемой скоростью коррозии металла в железобетоне. Его сущность состоит в измерении электрического потенциала, возникающего между арматурной сталью и стандартным электродом сравнения, который устанавливается на интересующие участки поверхности железобетонной конструкции.

Метод позволяет выявлять в железобетонных конструкциях места скрытого процесса коррозии предварительно напряженной, обычной рабочей и конструкционной арматуры.

Измерение потенциала может производится 3 способами:

•измерение потенциала с использованием одного электрода

сравнения;

•измерение потенциала с использованием двух электродов

сравнения;

•измерение потенциала с предварительной поляризацией. Выбор метода измерения зависит от ряда факторов (возможности

подключения одного из полюсов прибора к арматуре, наличия перевязки арматурных каркасов, температурно-влажностных свойств окружающей среды и т.д.)

Полученные данные статистически обрабатывают и представляют результаты исследований в виде эквипотенциальных карт, кумулятивных частотных диаграмм.

Эквипотенциальные карты строят с учетом температурной корректировки и поправок на тип электрода, при наличии такой необходимости.

Метод потенциалов полуэлемента не дает оценку фактического состояния арматуры, а лишь показывает вероятность наличия или отсутствия коррозионных процессов в арматуре на данном участке.

Измерения по данному методу реализованы в приборах компании

«PROCEQ», таких как: ProfometerCorrosion, CANIN, Profometer PM-630 A,

а также АРМКОР-1, который производит отечественная компания «ИНТЕРПРИБОР».

Вторым методом оценки коррозионного состояния арматуры в железобетонных элементах является измерение удельного электрического сопротивления.

Данный метод основан на зависимости удельного электрического сопротивления пористого материала от объемной доли водонасыщения.

77

Чем она выше, тем будет ниже удельное электрическое сопротивление. Эта зависимость говорит о связанности пор и, следовательно, на сопротивление бетона к проникновению жидких или газообразных веществ. В свою очередь низкое электрическое сопротивление повышает вероятность коррозии, скорость развития которой, с течением времени, возрастает.

На результаты измерения удельного электрического сопротивления влияют различные факторы (размер заполнителя, карбонизация бетона, температурно-влажностные условия окружающей среды и т.д.).

Существует несколько методов измерения удельного электрического сопротивления материалов:

•дисковый метод с одним внешним электродом;

•двухэлектродный метод;

•четырехэлектродный метод.

Измерения по данному методу реализованы в приборе под названием

Resipod компании «PROCEQ».

Описанные методы НК были применены группой экспертов с моим участием в феврале 2015 г., при исследовании технического состояния строительных конструкций балконов пяти стационаров «Нижегородской областной клинической больницы им. Н.А. Семашко». Общей целью работ по обследованию являлось определение технического состояния конструкций и разработка корректирующих мероприятий для обеспечения безопасных условий эксплуатации конструкций.

Конструкция балконов представляет собой консольную плиту, опертую на железобетонные балки с вылетом 3000-3200 мм. Толщина плиты изменяется от краёв к середине пролёта от 100 до 300 мм.

Армирование выполнено в соответствии с проектной документацией арматурными стержнями Ø22, Ø12 и Ø6.

В ходе выполнения визуального обследования железобетонных плит были выявлены следующие «типовые» для большинства балконов дефекты и повреждения конструкции балок и плит: разрушение защитного слоя бетона, растрескивание и деструкция бетона, коррозия арматуры.

На ряде участков поверхности плит было зафиксировано разрушение бетона. Причиной являлись процессы карбонизации, вызванные рядом негативных факторов: условиями эксплуатации, замачиванием конструкции балконов из-за отсутствия системы отвода воды с балконов и повреждением существующих карнизов и ливневой канализации и замачиванием конструкции балконов из-за таяния снеговых мешков, образующихся на каждом уровне.

При инструментальном обследовании балкона 1го этажа одного из корпусов для вероятностной оценки развития коррозии арматуры в теле бетона были применены приборы компании «PROCEQ»: Resipod иCanin.

78

Оценка удельного сопротивления бетона железобетонных элементов с помощью прибора Resipod не подтвердила вероятность развития коррозионных процессов арматуры непосредственно в теле бетона балконов (ρ=60-70>12 кОм – коррозии быть не может).

В результате испытаний прибором Canin было подтверждено развитие процессов карбонизации бетона (влажный карбонизированный бетон: от -400 до +100 мВ), вероятность развития коррозии арматуры в теле бетона составляет 10 % по [1]. Значения измерений на различных участках составили величины от -167 до -102 мВ.

Кроме этого, были отобраны небольшие фрагменты бетона, для оценки его структуры и определения химического состава с помощью рентгеноструктурного анализа взятой пробы.

По результатам проведенного анализа было подтверждено наличие карбонатов в структуре бетона исследуемых балконов.

Таким образом, было зафиксировано наличие развивающихся процессов коррозии, а именно карбонизации бетона с развитием коррозии арматуры (расположенной на открытых участках с разрушенным защитным слоем бетона и с минимальной величиной защитного слоя 10 мм и менее) из-за агрессивного воздействия внешней среды (присутствия воды и двуокиси углерода).

Установлено, что методы неразрушающего контроля коррозионного состояния арматуры в железобетонных элементах позволяют диагностировать коррозию на ранних стадиях, еще до появления визуальных признаков.

Результаты диагностики методом потенциалов полуэлемента и методом удельного электрического сопротивления, являются важной информацией, которую используют при оценке и прогнозировании технического состояния сооружений, остаточного срока службы конструкций и учитывают при разработке проектной документации по ремонту, капитальному ремонту и реконструкции.

Более полную информацию о коррозионном состоянии арматуры можно получить совместным использованием рассмотренных методов.

Данные методы могут применяться с целью подтверждения факта прекращения коррозионных процессов в арматуре и её перехода в пассивное состояние перед сдачей объекта в эксплуатацию после выполнения ремонта, капитального ремонта или реконструкции сооружений.

Литература 1. ОДМ 218.3.001-2010. Рекомендации по диагностике активной

коррозии арматуры в железобетонных конструкциях мостовых сооружений на автомобильных дорогах методом потенциалов полуэлемента: утвержден 30.11.2010 Росавтодор;

79