Công nghệ phát hiện rỉ sét kết cấu thép tháp
Nghiên cứu hệ số tải trọng gió của tháp truyền tải thép góc dầm chéo dưới góc gió lệch: Phân tích kỹ thuật
tháng Giêng 11, 2026
Công nghệ phát hiện rỉ sét kết cấu thép tháp: Một phân tích toàn diện
1. Giới thiệu
1.1 Bối cảnh nghiên cứu và ý nghĩa
Trong cơ sở hạ tầng hiện đại, Kết cấu thép tháp đóng vai trò quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như truyền tải điện, giao tiếp, và vận chuyển. Chẳng hạn, trong ngành điện, cao – điện áp tháp truyền kết cấu thép chịu trách nhiệm cung cấp điện an toàn và ổn định trên khoảng cách xa. Trong lĩnh vực truyền thông, tháp truyền thông kết cấu thép đỡ ăng-ten, đảm bảo hoạt động bình thường của mạng truyền thông không dây.
Tuy nhiên, những kết cấu thép tháp này thường xuyên tiếp xúc với môi trường tự nhiên khắc nghiệt, bao gồm cả độ ẩm, ôxy, và các chất hóa học khác nhau trong không khí và đất. Kết quả là, ăn mòn là một vấn đề phổ biến và nghiêm trọng. Rỉ sét không chỉ ảnh hưởng đến hình thức bên ngoài của kết cấu thép mà còn đe dọa đáng kể đến độ an toàn và tuổi thọ sử dụng của kết cấu thép.. Một khi sự ăn mòn xảy ra, tính chất cơ học của thép, chẳng hạn như sức mạnh và độ dẻo, sẽ giảm dần. Nếu để lâu ngày không được phát hiện và điều trị, nó có thể dẫn đến sự phá hủy cấu trúc của tòa tháp, có thể gây ra sự cố mất điện, gián đoạn liên lạc, và thậm chí gây ra mối đe dọa nghiêm trọng cho an toàn công cộng.
vì thế, nghiên cứu về công nghệ phát hiện rỉ sét cho kết cấu thép tháp có ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Việc phát hiện rỉ sét chính xác và kịp thời có thể cho phép nhân viên bảo trì thực hiện trước các biện pháp tương ứng, chẳng hạn như chống – xử lý ăn mòn, thay thế một phần, vv, để đảm bảo vận hành an toàn các kết cấu thép tháp và kéo dài tuổi thọ của chúng, do đó giảm chi phí bảo trì và các mối nguy hiểm an toàn tiềm ẩn.
1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu của bài viết này là tiến hành phân tích toàn diện các công nghệ phát hiện rỉ sét hiện có cho kết cấu thép tháp. Nó nhằm mục đích xem xét một cách có hệ thống các nguyên tắc, thuận lợi, và hạn chế của các phương pháp phát hiện thông thường, tìm hiểu ứng dụng công nghệ mới trong lĩnh vực này, và dự đoán xu hướng phát triển trong tương lai của công nghệ phát hiện rỉ sét.
Phạm vi nghiên cứu bao gồm nhưng không giới hạn ở các khía cạnh sau. Đầu tiên, truyền thống không – phương pháp thử nghiệm phá hủy để phát hiện rỉ sét, chẳng hạn như kiểm tra trực quan, phát hiện rò rỉ từ thông, và kiểm tra siêu âm, sẽ được phân tích chi tiết. Thứ hai, các công nghệ mới nổi như quang phổ trở kháng điện hóa, nhiệt kế hồng ngoại, và cảm biến thông minh – phương pháp phát hiện dựa trên sẽ được khám phá. Cuối cùng, xu hướng phát triển trong tương lai của công nghệ phát hiện rỉ sét, bao gồm việc tích hợp nhiều công nghệ, ứng dụng trí tuệ nhân tạo và dữ liệu lớn trong phát hiện, cũng sẽ được bảo hiểm.
1.3 Cấu trúc của luận án
Luận án này được tổ chức như sau. chương 2 sẽ giới thiệu những kiến thức cơ bản về kết cấu thép tháp, bao gồm cả các dạng cấu trúc của chúng, nguyên vật liệu, và cơ chế hình thành rỉ sét. Phần này sẽ đặt nền tảng lý thuyết cho việc nghiên cứu tiếp theo về công nghệ phát hiện rỉ sét.
chương 3 sẽ tập trung vào các phương pháp phát hiện rỉ sét phổ biến cho kết cấu thép tháp. Nó sẽ giải thích các nguyên tắc làm việc, quy trình hoạt động, và kịch bản ứng dụng của từng phương pháp, và so sánh ưu nhược điểm của chúng thông qua các trường hợp thực tế.
chương 4 sẽ khám phá các công nghệ mới được áp dụng trong việc phát hiện rỉ sét. Nó sẽ giới thiệu các nguyên tắc và đặc điểm của các công nghệ mới nổi, và thảo luận về triển vọng và thách thức ứng dụng tiềm năng của chúng trong lĩnh vực phát hiện rỉ sét kết cấu thép dạng tháp.
chương 5 sẽ phân tích xu hướng phát triển trong tương lai của công nghệ phát hiện rỉ sét, xem xét các yếu tố như đổi mới công nghệ, sự phát triển của khoa học vật liệu, và yêu cầu của ngành.
Cuối cùng, chương 6 sẽ tóm tắt nội dung nghiên cứu của toàn bộ luận án, rút ra kết luận, và đưa ra một số gợi ý cho các nghiên cứu và ứng dụng thực tế trong tương lai. Thông qua cấu trúc logic này, độc giả có thể hiểu rõ ràng về quá trình phát triển và định hướng tương lai của công nghệ phát hiện rỉ sét kết cấu thép tháp.
2. Cơ Sở Lý Thuyết Kết Cấu Thép Tháp Rust
2.1 Cơ chế rỉ sét kết cấu thép
2.1.1 Phản ứng hóa học trong sự hình thành rỉ sét
Thép có thành phần chủ yếu là sắt (Fe), và khi kết cấu thép của tháp tiếp xúc với khí quyển, một loạt các phản ứng điện hóa phức tạp xảy ra. Quá trình gỉ sắt chủ yếu là phản ứng ăn mòn điện hóa. Với sự có mặt của nước và oxy, sắt đóng vai trò là cực dương và bị oxi hóa. Phương trình hóa học của quá trình oxy hóa sắt ở cực dương là:
$$Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-}$$
. Đây, Nguyên tử sắt mất electron và bị oxy hóa thành ion sắt ($$Fe^{2+}$$
).Ở cực âm, oxy và nước nhận electron. Phương trình phản ứng là:
$$O_{2}+2H_{2}O + 4e^{-}\rightarrow4OH^{-}$$
. Các ion sắt ($$Fe^{2+}$$
) được tạo ra ở cực dương phản ứng với các ion hydroxit ($$OH^{-}$$
) sinh ra ở catot. Sản phẩm thu được là sắt hydroxit ($$Fe(OH)_{2}$$
), chất này tiếp tục bị oxy hóa bởi oxy trong không khí để tạo thành hydroxit sắt ($$Fe(OH)_{3}$$
). Phương trình hóa học của quá trình oxy hóa này là: $$4Fe(OH)_{2}+O_{2}+2H_{2}O\rightarrow4Fe(OH)_{3}$$
. Hydroxit sắt không ổn định và sẽ bị phân hủy tạo thành rỉ sét, trong đó chủ yếu bao gồm sắt(Iii) oxit ($$Fe_{2}O_{3}$$
) và các dạng ngậm nước của nó như $$Fe_{2}O_{3}·nH_{2}O$$
. Chuỗi phản ứng hóa học này dần dần dẫn đến sự hình thành màu đỏ – Lớp gỉ màu nâu thường thấy trên bề mặt kết cấu thép.2.1.2 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường
Độ ẩm: Độ ẩm đóng vai trò quan trọng trong quá trình rỉ sét. Nước là môi trường thiết yếu cho các phản ứng điện hóa hình thành rỉ sét. Khi độ ẩm tương đối trong môi trường cao, màng nước mỏng dễ dàng hình thành trên bề mặt kết cấu thép. Màng nước này cung cấp môi trường điện giải cho quá trình vận chuyển các ion, tăng tốc phản ứng ăn mòn điện hóa. Ví dụ, ở những vùng ven biển nơi độ ẩm không khí thường cao hơn 80%, kết cấu thép tháp dễ bị rỉ sét hơn so với khu vực nội địa khô cằn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi độ ẩm tương đối vượt quá 60%, tốc độ rỉ sét của thép bắt đầu tăng đáng kể.
Giá trị pH: Độ axit hoặc kiềm của môi trường cũng ảnh hưởng đến tốc độ rỉ sét. Trong môi trường axit, ion hydro (
$$H^{+}$$
) có thể tham gia phản ứng điện hóa. Phương trình phản ứng là $$Fe + 2H^{+} \rightarrow Fe^{2+} + H_{2}\uparrow$$
. Các chất có tính axit như sulfur dioxide ($$SO_{2}$$
) và oxit nitơ ($$NO_{x}$$
) trong khí quyển có thể tan trong nước tạo thành dung dịch axit, làm tăng tốc độ ăn mòn của thép. Ngược lại, trong môi trường có tính kiềm cao, mặc dù tốc độ ăn mòn của thép tương đối chậm trong điều kiện bình thường, nếu có một số anion mạnh hiện diện, nó cũng có thể gây ăn mòn. Chẳng hạn, ở các khu công nghiệp có nồng độ chất ô nhiễm axit cao, sự ăn mòn của kết cấu thép tháp nghiêm trọng hơn nhiều.Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học. Nói chung là, trong một phạm vi nhiệt độ nhất định, sự gia tăng nhiệt độ có thể đẩy nhanh quá trình rỉ sét. Nhiệt độ cao hơn làm tăng động năng của các phân tử và ion, thúc đẩy sự khuếch tán của chất phản ứng và sản phẩm trong hệ thống phản ứng điện hóa. Tuy nhiên, khi nhiệt độ quá cao, nó cũng có thể gây ra sự bay hơi của màng nước trên bề mặt thép, ức chế phản ứng rỉ sét ở một mức độ nào đó. Ví dụ, ở vùng nhiệt đới có nhiệt độ cao và độ ẩm cao, tốc độ rỉ sét của kết cấu thép tháp nhanh hơn nhiều so với vùng ôn đới.
2.2 Nguy cơ rỉ sét trên kết cấu thép tháp
2.2.1 Giảm sức mạnh kết cấu
Theo quan điểm cơ học, rỉ sét là một chất xốp và giòn. Khi rỉ sét hình thành trên bề mặt kết cấu thép, nó chiếm không gian và giảm dần đường chéo – diện tích tiết diện của cấu kiện thép. Theo công thức tính khả năng chịu lực dọc trục
$$N = fA$$
(đâu $$N$$
là khả năng chịu lực, $$f$$
là ứng suất cho phép của vật liệu, và $$A$$
là cây thánh giá – diện tích mặt cắt), như cây thánh giá – diện tích mặt cắt $$A$$
giảm do rỉ sét, khả năng chịu lực của cấu kiện thép cũng sẽ giảm.hơn thế nữa, sự hiện diện của rỉ sét có thể gây ra sự tập trung ứng suất tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp rỉ sét và nền thép. Sự tập trung ứng suất có thể dẫn đến sự hình thành và lan truyền các vết nứt trong thép. Khi vết nứt xuất hiện và mở rộng, chúng sẽ làm giảm thêm độ bền và độ dẻo của thép, đe dọa nghiêm trọng đến tính toàn vẹn cấu trúc của kết cấu thép tháp. Ví dụ, trong tháp truyền tải điện, nếu các bộ phận hỗ trợ chính bị ăn mòn và chữ thập của chúng – diện tích mặt cắt giảm đi bởi 10%, khả năng chịu lực của toàn bộ tòa tháp có thể giảm hơn 20%, điều này làm tăng đáng kể nguy cơ hư hỏng cấu trúc.
2.2.2 Tác động đến tuổi thọ sử dụng
Sự ăn mòn của kết cấu thép tháp đẩy nhanh quá trình lão hóa của kết cấu. Trường hợp điển hình là tháp truyền thông được xây dựng trong khu công nghiệp vào những năm 1990. Do độ cao – môi trường ô nhiễm tại khu vực, kết cấu thép tháp bị ăn mòn nghiêm trọng. Chỉ trong hơn một thập kỷ, mức độ ăn mòn của tháp cao hơn nhiều so với các tháp tương tự với thời gian ít hơn – khu vực bị ô nhiễm. Tuổi thọ sử dụng được thiết kế ban đầu của tòa tháp là 25 năm, nhưng do rỉ sét nghiêm trọng, nó phải được thay thế chỉ sau 15 năm sử dụng.
Rỉ sét không chỉ làm hư hỏng tính chất vật liệu của thép mà còn làm suy yếu sự liên kết giữa các bộ phận. Các kết nối lỏng lẻo có thể làm tăng độ rung của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài như gió và động đất., đẩy nhanh hơn nữa sự xuống cấp của cấu trúc. Kết quả là, tuổi thọ bình thường của kết cấu thép tháp được rút ngắn, và cần phải bảo trì và thay thế thường xuyên hơn, tăng chi phí bảo trì và giảm lợi ích kinh tế tổng thể của dự án.
3. Các phương pháp phát hiện rỉ sét phổ biến cho kết cấu thép tháp
3.1 Phương pháp kiểm tra trực quan
3.1.1 Quy trình và tính năng kiểm tra
Phương pháp kiểm tra trực quan là phương pháp cơ bản và đơn giản nhất để phát hiện rỉ sét trên kết cấu thép tháp. Trong quá trình kiểm tra, Kiểm định viên quan sát trực tiếp bề mặt kết cấu thép bằng mắt thường hoặc bằng một số dụng cụ đơn giản như kính lúp. Họ tìm kiếm dấu hiệu rỉ sét, chẳng hạn như sự hiện diện của màu đỏ – đốm rỉ sét màu nâu, thay đổi màu sắc bề mặt của thép từ ánh kim loại ban đầu sang vẻ ngoài xỉn màu hơn, và sự hình thành các lớp gỉ có độ dày khác nhau. Trong một số trường hợp, họ cũng có thể dùng dụng cụ cạo để nhẹ nhàng loại bỏ lớp rỉ sét bên ngoài nhằm đánh giá rõ hơn mức độ ăn mòn bên dưới..
Phương pháp này có một số đặc điểm khác biệt. Trước hết, nó cực kỳ đơn giản và không yêu cầu bất kỳ thiết bị phức tạp hay đắt tiền nào. Người kiểm tra có thể nhanh chóng xác định các vấn đề rỉ sét rõ ràng trên bề mặt kết cấu thép. Thứ hai, nó mang lại kết quả ngay lập tức. Miễn là việc kiểm tra được thực hiện, Sự hiện diện và vị trí gần đúng của rỉ sét bề mặt có thể được xác định trên – các – điểm. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm đáng kể. Nó mang tính chủ quan cao, vì những người kiểm tra khác nhau có thể có những đánh giá khác nhau về mức độ rỉ sét. hơn thế nữa, nó chỉ có thể phát hiện bề mặt – mức độ rỉ sét và không thể cung cấp thông tin về tình trạng ăn mòn bên trong của kết cấu thép, có thể dẫn tới việc đánh giá thấp thiệt hại do ăn mòn thực tế.
3.1.2 Kịch bản ứng dụng và hạn chế
Kiểm tra trực quan phù hợp nhất cho việc kiểm tra sơ bộ kết cấu thép tháp. Ví dụ, trong quá trình kiểm tra bảo trì định kỳ các tháp truyền thông, trước tiên, công nhân có thể sử dụng phương pháp kiểm tra trực quan để quét nhanh toàn bộ cấu trúc nhằm xác định bất kỳ khu vực rỉ sét rõ ràng nào. Nó cũng có hiệu quả khi bề mặt rỉ sét rất rõ ràng, như trường hợp kết cấu thép bị ăn mòn nghiêm trọng ở vùng ven biển có độ ẩm và muối cao – không khí nặng nề, nơi rỉ sét có thể dễ dàng được phát hiện.
Tuy nhiên, những hạn chế của nó cũng được thể hiện rõ. Vì nó chỉ có thể phát hiện rỉ sét bề mặt, đối với kết cấu thép có hiện tượng ăn mòn bên trong chưa thấy rõ trên bề mặt, phương pháp này không hiệu quả. Ngoài ra, cho các kết cấu thép tháp có hình dạng phức tạp hoặc những kết cấu khó tiếp cận, kiểm tra trực quan có thể không đủ toàn diện. Chẳng hạn, ở mức cao nào đó – tháp truyền tải điện áp có khoảng cách hẹp giữa các bộ phận hoặc ở dạng cứng – đến – tiếp cận khu vực, thật khó để tiến hành kiểm tra trực quan kỹ lưỡng, và các vấn đề rỉ sét tiềm ẩn có thể bị bỏ qua.
3.2 Phương pháp phát hiện điện hóa
3.2.1 Nguyên tắc cơ bản (chẳng hạn như Phương pháp kháng phân cực tuyến tính)
Phương pháp điện trở phân cực tuyến tính là nguyên lý phát hiện điện hóa phổ biến để phát hiện rỉ sét trong kết cấu thép tháp. Trong hệ thống điện hóa, khi đặt một điện thế phân cực nhỏ vào kết cấu thép (điện cực làm việc) trong môi trường điện tích (chẳng hạn như màng nước mỏng trên bề mặt kết cấu thép chứa oxy hòa tan và các chất khác), một dòng điện phân cực tương ứng sẽ chạy. Theo định luật Faraday và nguyên lý động học điện hóa, có mối liên hệ giữa tốc độ ăn mòn (
$$v$$
) của thép và khả năng chống phân cực ($$R_{p}$$
). Tốc độ ăn mòn có thể được biểu thị bằng $$v = \frac{B}{R_{p}}$$
, đâu $$B$$
là hằng số liên quan đến cơ chế phản ứng điện hóa của thép trong môi trường cụ thể. Bằng cách đo điện trở phân cực $$R_{p}$$
, có thể tính được tốc độ ăn mòn của thép, và do đó mức độ rỉ sét có thể được xác định. Khi kết cấu thép ở trạng thái bị ăn mòn nặng hơn, tốc độ ăn mòn cao hơn, và điện trở phân cực thấp hơn.3.2.2 Các bước thiết bị và vận hành
Các dụng cụ phát hiện điện hóa thường được sử dụng bao gồm máy đo điện thế ăn mòn. Các bước thao tác như sau: Đầu tiên, chuẩn bị điện cực làm việc, điện cực tham chiếu, và truy cập – điện cực. Điện cực làm việc thường là kết cấu thép hoặc một mảnh nhỏ tương tự – loại thép gắn vào kết cấu. Điện cực tham chiếu cung cấp điện thế tham chiếu ổn định, và quầy – Điện cực được dùng để hoàn thành mạch điện hóa. Sau đó, kết nối các điện cực này với máy đo khả năng ăn mòn. Kế tiếp, đặt các điện cực vào môi trường điện phân thích hợp trên bề mặt kết cấu thép. Sau đó, khởi động thiết bị để tạo một điện thế phân cực nhỏ và đo dòng điện phân cực thu được. Cuối cùng, theo số liệu đo, tính toán điện trở phân cực rồi xác định tốc độ ăn mòn và mức độ rỉ sét thông qua các công thức liên quan.
Trong quá trình hoạt động, cần phải thực hiện một số biện pháp phòng ngừa. Các điện cực phải được lắp đặt đúng cách để đảm bảo tiếp xúc điện tốt với kết cấu thép và chất điện phân. Việc lựa chọn điện cực tham chiếu phải phù hợp với môi trường cụ thể của kết cấu thép. Cũng thế, Việc đo cần được thực hiện trong môi trường tương đối ổn định để tránh sự can thiệp từ các yếu tố bên ngoài như thay đổi đột ngột về nhiệt độ, độ ẩm..
3.2.3 Ưu điểm và nhược điểm
Một trong những ưu điểm đáng kể của phương pháp phát hiện điện hóa là tốc độ phát hiện nhanh.. Sau khi thiết bị được thiết lập và quá trình đo bắt đầu, kết quả có thể đạt được tương đối nhanh chóng, rất phù hợp cho – kiểm tra địa điểm nơi thời gian bị hạn chế. Nó cũng có độ nhạy cao và có thể phát hiện những thay đổi ăn mòn nhỏ trong kết cấu thép. Tuy nhiên, phương pháp này rất dễ bị ảnh hưởng bởi sự can thiệp của môi trường. Ví dụ, sự thay đổi thành phần của chất điện phân (chẳng hạn như nồng độ oxy hòa tan và sự hiện diện của các tạp chất khác trong màng nước trên bề mặt thép), biến động nhiệt độ, và sự hiện diện của trường điện từ đều có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo. Ngoài ra, phương pháp phát hiện điện hóa đòi hỏi trình độ kiến thức và kỹ năng chuyên môn nhất định để vận hành và phân tích dữ liệu, điều này có thể hạn chế việc ứng dụng rộng rãi của nó trong số những người không – nhân sự chuyên nghiệp.
3.3 Phương pháp kiểm tra không phá hủy
3.3.1 Kiểm tra siêu âm
Nguyên lý kiểm tra siêu âm để phát hiện rỉ sét trong kết cấu thép tháp dựa trên hoạt động của sóng siêu âm khi chúng gặp các môi trường khác nhau. Khi sóng siêu âm truyền vào kết cấu thép, họ di chuyển với một tốc độ nhất định. Nếu có lớp rỉ sét hoặc ăn mòn – các khuyết tật liên quan bên trong kết cấu thép, Sóng siêu âm sẽ bị phản xạ và khúc xạ tại mặt phân cách giữa âm thanh – dẫn ma trận thép và không – âm thanh – dẫn lớp rỉ sét. Đầu dò có thể thu được sóng siêu âm phản xạ. Bằng cách phân tích độ trễ thời gian, biên độ, và pha của tín hiệu siêu âm thu được, thông tin về vị trí, kích thước, và hình dạng của rỉ sét – khiếm khuyết liên quan có thể thu được. Ví dụ, một vết gỉ lớn – khoang chứa đầy bên trong kết cấu thép sẽ gây ra sự phản xạ mạnh của sóng siêu âm, dẫn đến kết quả cao – tín hiệu tiếng vang biên độ nhận được bởi đầu dò.
3.3.2 Kiểm tra rò rỉ từ thông
Thép có tính thấm từ nhất định. Trong thử nghiệm rò rỉ từ thông, một từ trường được áp dụng cho kết cấu thép của tháp. Khi kết cấu thép ở trạng thái bình thường, các đường sức từ được phân bố đều trong thép. Tuy nhiên, khi có rỉ sét hoặc ăn mòn trong kết cấu thép, tính thấm từ của rỉ sét – thay đổi khu vực bị ảnh hưởng. Rust có độ thấm từ thấp hơn nhiều so với ma trận thép. Kết quả là, các đường sức từ sẽ thoát ra khỏi rỉ sét – khu vực bị ảnh hưởng, hình thành trường rò rỉ từ thông. Cảm biến từ tính đặc biệt có thể được sử dụng để phát hiện trường rò rỉ từ thông này. Cường độ và sự phân bố của tín hiệu rò rỉ từ thông được phát hiện có liên quan đến kích thước và vị trí của khuyết tật rỉ sét. Chẳng hạn, diện tích rỉ sét lớn hơn sẽ tạo ra tín hiệu rò rỉ từ thông mạnh hơn, cho phép thanh tra xác định mức độ nghiêm trọng của vấn đề rỉ sét.
3.3.3 So sánh các phương pháp kiểm tra không phá hủy
Về độ sâu phát hiện, kiểm tra siêu âm có thể thâm nhập tương đối sâu vào kết cấu thép, thường có thể phát hiện các khuyết tật rỉ sét bên trong ở độ sâu nhất định, tùy thuộc vào tần số của sóng siêu âm được sử dụng và loại thép. Kiểm tra rò rỉ từ thông phù hợp hơn để phát hiện bề mặt – gần và nông – khuyết tật sâu rỉ sét. Để phát hiện độ chính xác, Kiểm tra siêu âm có thể cung cấp thông tin tương đối chính xác về vị trí và kích thước của các khuyết tật rỉ sét bên trong với sự trợ giúp của tín hiệu tiên tiến – kỹ thuật xử lý. Kiểm tra rò rỉ từ thông cũng có thể xác định chính xác bề mặt – gần khu vực rỉ sét nhưng có thể có một số hạn chế trong việc đo chính xác kích thước của sâu – khuyết tật ngồi.
Về phạm vi áp dụng, kiểm tra siêu âm phù hợp với nhiều loại kết cấu thép, bất kể tính chất từ tính của chúng. Kiểm tra rò rỉ từ thông chủ yếu áp dụng cho kết cấu thép sắt từ, như không – vật liệu sắt từ không phản ứng tốt với từ trường trong phương pháp thử nghiệm này. Tóm tắt, mỗi phương pháp thử nghiệm không phá hủy có những đặc điểm riêng, và trong ứng dụng thực tế, sự kết hợp của nhiều phương pháp có thể được sử dụng để đạt được kết quả phát hiện rỉ sét toàn diện và chính xác hơn cho kết cấu thép dạng tháp.
4. Nghiên cứu điển hình về phát hiện rỉ sét trong kết cấu thép tháp
4.1 Trường hợp một: Ứng dụng kiểm tra trực quan trong tháp truyền tải
4.1.1 Bối cảnh dự án
Tháp truyền tải được đề cập được xây dựng vào năm 1995 và nằm ở khu vực ngoại ô gần khu công nghiệp ở phía nam của một thành phố nào đó. Khu vực có độ ẩm cao quanh năm, với độ ẩm tương đối trung bình khoảng 70%, và cũng bị ảnh hưởng bởi các chất ô nhiễm công nghiệp như sulfur dioxide thải ra từ các nhà máy gần đó. Tháp là thành phần quan trọng của lưới điện địa phương, chịu trách nhiệm truyền cao – điện áp từ nhà máy điện tới khu đô thị, với chiều cao 80 mét và một mạng lưới – kết cấu kiểu làm bằng thép Q345.
4.1.2 Kết quả và phân tích kiểm tra trực quan
Trong đợt kiểm tra trực quan định kỳ do đội bảo trì lưới điện thực hiện ở 2020, một số lĩnh vực quan tâm đã được xác định. Trước hết, ở phần dưới của tháp, gần mặt đất, rõ ràng là màu đỏ – các đốm rỉ sét màu nâu được quan sát thấy trên nhiều bộ phận hỗ trợ chính. Lớp rỉ sét tương đối dày ở một số khu vực, với độ dày ước tính khoảng 2 – 3 mm bằng cách cạo bằng một công cụ đơn giản. Ngoài ra, các bộ phận kết nối giữa các thành viên chính và chéo – niềng răng cũng có dấu hiệu rỉ sét, và một số bu lông dường như bị ăn mòn, với bề mặt của chúng mất đi độ bóng ban đầu.
Những lý do có thể gây ra rỉ sét như sau. Độ ẩm cao tại khu vực tạo môi trường thuận lợi cho các phản ứng ăn mòn điện hóa hình thành rỉ sét. Màng nước trên bề mặt kết cấu thép đóng vai trò là chất điện phân, tạo điều kiện cho sự chuyển giao của các ion trong quá trình ăn mòn. Các chất ô nhiễm công nghiệp, đặc biệt là sulfur dioxide, tan trong màng nước tạo thành chất có tính axit. Các chất có tính axit này phản ứng với thép, đẩy nhanh tốc độ ăn mòn. Ví dụ, lưu huỳnh đioxit có thể phản ứng với nước tạo thành axit sunfurơ (
$$H_{2}SO_{3}$$
), tiếp tục oxy hóa thành axit sulfuric ($$H_{2}SO_{4}$$
) với sự có mặt của oxy. Axit sulfuric sau đó phản ứng với sắt trong thép, dẫn đến sự hình thành sắt sunfat và khí hydro, từ đó thúc đẩy quá trình rỉ sét.4.2 Trường hợp thứ hai: Phát hiện điện hóa trong tháp truyền thông
4.2.1 Yêu cầu về thông tin và phát hiện tháp
Tháp truyền thông tọa lạc tại một thành phố ven biển và được xây dựng vào năm 2008. Đó là một 50 – mét – cái tôi cao – đứng ba – tháp ống làm bằng thép không gỉ – hợp kim thép, chủ yếu được sử dụng để hỗ trợ ăng-ten liên lạc cho các nhà khai thác mạng di động. Do nằm gần biển, tòa tháp liên tục tiếp xúc với nhiệt độ cao – muối và cao – môi trường độ ẩm. Người vận hành yêu cầu phát hiện thường xuyên và chính xác tình trạng ăn mòn của tháp để đảm bảo mạng truyền thông hoạt động ổn định. Họ đặc biệt quan tâm đến giai đoạn đầu của quá trình ăn mòn, vì ngay cả sự ăn mòn nhẹ ở các bộ phận chính cũng có thể ảnh hưởng đến độ ổn định cấu trúc của tháp và chất lượng tín hiệu liên lạc.
4.2.2 Quy trình phát hiện điện hóa và phân tích dữ liệu
Việc phát hiện điện hóa được thực hiện bằng hệ thống giám sát ăn mòn chuyên nghiệp dựa trên phương pháp điện trở phân cực tuyến tính. Trước khi kiểm tra, điện cực làm việc được gắn cẩn thận vào bề mặt ống chính của tháp, điện cực tham chiếu được đặt ở vị trí ổn định gần với điện cực làm việc, và quầy – điện cực được thiết lập để hoàn thành mạch điện hóa. Thiết bị đã được hiệu chuẩn để đảm bảo phép đo chính xác.
Trong quá trình phát hiện, một thế năng phân cực nhỏ đã được áp dụng, và dòng phân cực thu được được đo đều đặn. Dữ liệu được thu thập trong khoảng thời gian một giờ cho thấy giá trị điện trở phân cực ở một số khu vực của tháp tương đối thấp. Ví dụ, ở một vị trí về 10 mét trên mặt đất trên một trong những ống chính, điện trở phân cực được đo là 1000 ồ·cm², cho thấy tốc độ ăn mòn tương đối cao ở khu vực này. Theo công thức
$$v = \frac{B}{R_{p}}$$
(đâu $$B$$
đã được xác định là 26 mV dựa trên đặc tính của thép không gỉ – hợp kim thép và môi trường địa phương), tốc độ ăn mòn ở khu vực này được tính toán là 0.026 mm/năm.Bằng cách phân tích dữ liệu từ các vị trí khác nhau của tòa tháp, người ta phát hiện ra rằng các khu vực gần mặt đất hơn và những khu vực hướng ra biển có giá trị điện trở phân cực thấp hơn, cho thấy sự ăn mòn nghiêm trọng hơn. Điều này phù hợp với thực tế là những khu vực này tiếp xúc nhiều hơn với nhiệt độ cao. – muối và cao – độ ẩm biển – môi trường gió. Ngoài ra, bằng cách so sánh dữ liệu được thu thập qua nhiều giai đoạn phát hiện liên tiếp, người ta quan sát thấy tốc độ ăn mòn ở một số khu vực đang tăng dần, cho thấy nguy cơ ăn mòn tăng tốc nếu không thực hiện biện pháp phòng ngừa.
4.3 Trường hợp thứ ba: Ứng dụng toàn diện của thử nghiệm không phá hủy ở quy mô lớn – Tháp quy mô
4.3.1 Cấu trúc và độ phức tạp của tháp
Cái lớn – tháp quy mô là một 200 – mét – lưới cao – loại tháp nằm ở khu vực miền núi và được xây dựng ở 2010. Nó được sử dụng cho cả mục đích truyền tải điện và truyền thông, với cấu trúc phức tạp bao gồm nhiều cấp độ nền tảng, nhiều chéo – niềng răng, và khác nhau – thành viên thép có kích thước. Tháp được làm bằng cao – sức mạnh thép, nhưng hình học phức tạp của nó và môi trường miền núi khắc nghiệt, trong đó có gió mạnh, biến đổi nhiệt độ, và thỉnh thoảng có mưa axit do các chất ô nhiễm không khí do gió mang theo từ các khu công nghiệp gần đó, đặt ra những thách thức lớn cho công việc phát hiện rỉ sét. Sự hiện diện của nhiều thành phần khác nhau và khó khăn trong việc tiếp cận một số bộ phận của tháp khiến việc hiểu biết toàn diện về tình trạng rỉ sét của tháp trở nên khó khăn thông qua một phương pháp phát hiện duy nhất.
4.3.2 Lựa chọn và áp dụng các phương pháp kiểm tra không phá hủy
Để giải quyết những thách thức, sự kết hợp giữa kiểm tra siêu âm và kiểm tra rò rỉ từ thông đã được chọn. Kiểm tra siêu âm được chọn vì nó có thể phát hiện hiệu quả các khuyết tật rỉ sét bên trong lớp dày – thành viên thép có tường bao quanh của tháp, bất kể tính chất từ tính của chúng. Kiểm tra rò rỉ từ thông đã được thêm vào bề mặt mục tiêu cụ thể – gần và nông – khuyết tật sâu gỉ trong các thành phần thép sắt từ, có nhiều khả năng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường.
Trong quá trình kiểm tra siêu âm, đầu dò siêu âm với tần số khác nhau được sử dụng để đảm bảo phát hiện các khuyết tật rỉ sét ở các độ sâu khác nhau. Cao – đầu dò tần số đã được sử dụng để phát hiện nông – khuyết tật sâu, trong khi thấp – đầu dò tần số đã được áp dụng cho sâu hơn – khuyết tật ngồi. Các đầu dò được di chuyển cẩn thận dọc theo bề mặt của các cấu kiện thép, và các tín hiệu siêu âm thu được được theo dõi và ghi lại liên tục.
Để kiểm tra rò rỉ từ thông, một máy dò rò rỉ từ thông di động đã được sử dụng. Máy dò được di chuyển chậm trên bề mặt của các thành phần thép sắt từ, và các tín hiệu rò rỉ từ thông được phát hiện và phân tích trong thực tế – thời gian. Đặc biệt chú ý tới những khu vực có khả năng xảy ra sự tập trung ứng suất, chẳng hạn như điểm kết nối của các thành viên.
4.3.3 Phân tích tích hợp kết quả phát hiện
Sau khi hoàn thành cả kiểm tra siêu âm và kiểm tra rò rỉ từ thông, dữ liệu từ hai phương pháp đã được phân tích toàn diện. Kết quả kiểm tra siêu âm cho thấy có một số vết rỉ sét bên trong – các lỗ rỗng được lấp đầy ở một số bộ phận hỗ trợ chính ở độ sâu 5 – 10 mm từ bề mặt. Kích thước của các khoang này dao động từ 10 – 30 đường kính mm. Kết quả kiểm tra rò rỉ từ thông chỉ ra rằng có rất nhiều bề mặt – gần khuyết tật rỉ sét, đặc biệt là các khu vực xung quanh điểm kết nối của các thành viên. Những bề mặt này – Các khuyết tật gần rỉ sét chủ yếu ở dạng rỗ và rãnh nhỏ, với độ sâu tối đa khoảng 2 mm.
Bằng cách tích hợp hai bộ dữ liệu, có thể có được bức tranh đầy đủ hơn về tình trạng rỉ sét của tòa tháp. Các khuyết tật rỉ sét bên trong được phát hiện bằng kiểm tra siêu âm, mặc dù không nhìn thấy được từ bề mặt, đặt ra một mối đe dọa đáng kể cho sức mạnh cấu trúc của các thành viên chính. Bề mặt – các khuyết tật gần rỉ sét được phát hiện bằng thử nghiệm rò rỉ từ thông, nếu không được điều trị, có khả năng phát triển thành ăn mòn bên trong nghiêm trọng hơn theo thời gian. Dựa trên đánh giá toàn diện này, một kế hoạch bảo trì chi tiết đã được xây dựng, trong đó bao gồm mục tiêu chống – xử lý ăn mòn cho cả bên trong và bề mặt – gần khu vực rỉ sét để đảm bảo lâu dài – an toàn và ổn định lâu dài của lớn – tháp quy mô.
5. Những phát triển và xu hướng mới trong công nghệ phát hiện rỉ sét kết cấu thép tháp
5.1 Giới thiệu công nghệ phát hiện mới
5.1.1 Chất xơ – Công nghệ cảm biến quang học
Chất xơ – Công nghệ cảm biến quang học đã nổi lên như một phương pháp đầy hứa hẹn để phát hiện rỉ sét trong kết cấu thép tháp. Nguyên lý cơ bản của chất xơ – Cảm biến quang nằm ở khả năng tận dụng những thay đổi của tín hiệu quang để phát hiện các thông số vật lý liên quan đến kết cấu thép. Trong bối cảnh phát hiện rỉ sét, Sợi – cảm biến quang học thường được sử dụng để theo dõi sự biến dạng và ăn mòn – gây ra những thay đổi trong thép.
Hầu hết chất xơ – Cảm biến quang hoạt động dựa trên nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang. Khi một sợi – cảm biến quang được gắn vào kết cấu thép của tháp, bất kỳ biến dạng hoặc căng thẳng nào trong thép do rỉ sét – suy thoái gây ra sẽ gây ra những thay đổi về tính chất vật lý của sợi quang. Ví dụ, sự ăn mòn của thép có thể dẫn đến sự tập trung ứng suất cục bộ, từ đó làm cho sợi quang gặp phải hiện tượng vi mô – uốn cong hoặc thay đổi chiết suất của nó. Những thay đổi này ảnh hưởng đến việc truyền ánh sáng trong sợi, chẳng hạn như cường độ, giai đoạn, hoặc bước sóng của tín hiệu ánh sáng. Bằng cách đo chính xác những thay đổi này trong tín hiệu ánh sáng, trạng thái biến dạng và ăn mòn của kết cấu thép có thể được suy ra.
Một trong những ưu điểm nổi bật của chất xơ – Công nghệ cảm biến quang học có độ nhạy cao. Nó có thể phát hiện những thay đổi rất nhỏ về độ căng và sự ăn mòn, có thể không được phát hiện bằng các phương pháp truyền thống. Chẳng hạn, Sợi – cảm biến quang học có thể phát hiện sự thay đổi biến dạng theo thứ tự vi mô – chủng, cho phép phát hiện sớm các giai đoạn đầu của bệnh gỉ sắt – gây ra thiệt hại trong kết cấu thép tháp. hơn thế nữa, Sợi – cảm biến quang miễn nhiễm với nhiễu điện từ, điều này đặc biệt có lợi trong môi trường mà kết cấu thép tháp thường tiếp xúc với trường điện từ mạnh, chẳng hạn như gần đường dây truyền tải điện. Khả năng miễn dịch này đảm bảo độ tin cậy và độ chính xác của kết quả phát hiện. Ngoài ra, Sợi – cảm biến quang học có thể dễ dàng tích hợp vào cấu trúc trong giai đoạn xây dựng, cung cấp lâu dài – thuật ngữ, thực tế – khả năng giám sát thời gian. Chúng có thể được phân bố dọc theo chiều dài của các cấu kiện thép, cho phép giám sát toàn diện toàn bộ cấu trúc.
5.1.2 Công nghệ đo nhiệt độ hồng ngoại
Công nghệ đo nhiệt độ hồng ngoại là một phương pháp cải tiến khác để phát hiện rỉ sét trong kết cấu thép dạng tháp. Công nghệ này dựa trên nguyên tắc khi kết cấu thép ở trạng thái bình thường, Sự phân bố nhiệt độ bề mặt của nó tương đối đồng đều trong cùng điều kiện môi trường. Tuy nhiên, khi rỉ sét xảy ra, Tính chất nhiệt của bề mặt thép thay đổi. Rust là chất dẫn nhiệt kém so với ma trận thép. Kết quả là, khi có nguồn nhiệt bên ngoài (chẳng hạn như ánh sáng mặt trời hoặc nguồn sưởi ấm nhân tạo) tác dụng lên kết cấu thép, tốc độ tản nhiệt trong rỉ sét – khu vực bị ảnh hưởng khác với khu vực bình thường.
Trong hệ thống đo nhiệt độ hồng ngoại, Một camera hồng ngoại được sử dụng để ghi lại bức xạ hồng ngoại phát ra từ bề mặt kết cấu thép của tòa tháp. Bức xạ hồng ngoại có liên quan trực tiếp đến nhiệt độ bề mặt của vật thể. Camera chuyển đổi bức xạ hồng ngoại thành tín hiệu điện, sau đó được xử lý và hiển thị dưới dạng ảnh nhiệt. Trong ảnh nhiệt này, các khu vực có nhiệt độ khác nhau được thể hiện bằng các màu sắc hoặc giá trị thang độ xám khác nhau. Đối với kết cấu thép tháp bị rỉ sét, các gỉ – các khu vực bị ảnh hưởng sẽ xuất hiện dưới dạng các khu vực có sự phân bổ nhiệt độ bất thường trong ảnh nhiệt. Ví dụ, nếu một phần của kết cấu thép bị ăn mòn, Lớp rỉ sét trên bề mặt sẽ khiến khu vực đó nóng lên chậm hơn hoặc nguội đi nhanh hơn so với các khu vực bình thường xung quanh khi tiếp xúc với cùng một nguồn nhiệt. Sự chênh lệch nhiệt độ này có thể thấy rõ trong ảnh nhiệt hồng ngoại, cho phép người kiểm tra xác định chính xác vị trí và mức độ rỉ sét.
Công nghệ đo nhiệt độ hồng ngoại mang lại một số lợi ích. Nó là một không – phương pháp phát hiện liên hệ, điều đó có nghĩa là nó có thể được sử dụng để kiểm tra kết cấu thép tháp ở trạng thái cứng – đến – tiếp cận hoặc các khu vực nguy hiểm mà không cần tiếp xúc vật lý trực tiếp. Điều này đặc biệt hữu ích cho các tòa tháp cao hoặc các công trình ở điều kiện khó khăn. – đến – truy cập địa hình. Ngoài ra, nó có thể nhanh chóng quét một khu vực rộng lớn của kết cấu thép, cung cấp cái nhìn tổng quan toàn diện về tình trạng bề mặt trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, nó cũng có một số hạn chế. Độ chính xác của nhiệt kế hồng ngoại bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như độ phát xạ bề mặt của thép, nhiệt độ môi trường, và sự hiện diện của nhiệt khác – nguồn phát điện ở vùng lân cận. vì thế, hiệu chuẩn thích hợp và kiểm soát môi trường là cần thiết để có được kết quả phát hiện đáng tin cậy.
5.2 Tích hợp nhiều công nghệ phát hiện
5.2.1 Ưu điểm bổ sung của tích hợp công nghệ
Việc tích hợp nhiều công nghệ phát hiện đã trở thành một xu hướng quan trọng trong việc phát hiện rỉ sét kết cấu thép dạng tháp. Mỗi công nghệ phát hiện đều có những ưu điểm và hạn chế riêng. Bằng cách kết hợp các công nghệ khác nhau, có thể bù đắp cho những thiếu sót của các phương pháp riêng lẻ và đạt được kết quả phát hiện chính xác và đáng tin cậy hơn.
Ví dụ, kiểm tra trực quan có thể dễ dàng xác định rỉ sét bề mặt rõ ràng, nhưng nó bị giới hạn ở bề mặt – quan sát mức độ và không thể phát hiện sự ăn mòn bên trong. Phương pháp phát hiện điện hóa rất nhạy cảm với giai đoạn đầu của quá trình ăn mòn nhưng dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. Các phương pháp kiểm tra không phá hủy như kiểm tra siêu âm có thể phát hiện các khuyết tật bên trong nhưng có thể có những hạn chế trong việc xác định chính xác bản chất của khuyết tật trong một số trường hợp. Khi những công nghệ này được tích hợp, Kiểm tra trực quan có thể được sử dụng như một phương pháp sàng lọc sơ bộ để nhanh chóng xác định các khu vực có mối lo ngại tiềm ẩn trên bề mặt kết cấu thép của tòa tháp. Sau đó, phát hiện điện hóa có thể được áp dụng ở những khu vực được xác định này để đo chính xác tốc độ ăn mòn và mức độ rỉ sét. Kiểm tra siêu âm có thể được sử dụng để điều tra sâu hơn về tình trạng bên trong của kết cấu thép ở những khu vực nghi ngờ bị ăn mòn bên trong, cung cấp thông tin chi tiết về vị trí và kích thước của rỉ sét bên trong – khiếm khuyết liên quan.
Sự tích hợp của chất xơ – Công nghệ cảm biến quang học và công nghệ đo nhiệt độ hồng ngoại cũng có những ưu điểm bổ sung cho nhau. Chất xơ – cảm biến quang học có thể cung cấp thực tế – thời gian, giám sát liên tục sự biến dạng và ăn mòn – gây ra những thay đổi trong kết cấu thép tại các điểm cụ thể hoặc dọc theo một chiều dài nhất định. Nhiệt kế hồng ngoại, mặt khác, có thể cung cấp một lượng lớn – tỉ lệ, không – cái nhìn tiếp xúc về sự phân bố nhiệt độ bề mặt của toàn bộ cấu trúc, giúp xác định các khu vực có kiểu tản nhiệt bất thường có thể liên quan đến rỉ sét. Bằng cách kết hợp hai công nghệ này, có thể hiểu biết toàn diện hơn về tình trạng rỉ sét trong kết cấu thép tháp, cả về những thay đổi cấu trúc bên trong và bề mặt – biểu hiện cấp độ.
5.2.2 Ví dụ về Hệ thống phát hiện tích hợp
Trong những năm gần đây, một số hệ thống phát hiện tích hợp đã được phát triển và ứng dụng trong kỹ thuật thực tế. Một ví dụ như vậy là hệ thống kết hợp kiểm tra siêu âm, kiểm tra rò rỉ từ thông, và phát hiện điện hóa để kiểm tra lớn – kết cấu thép tháp truyền tải điện quy mô.
Hệ thống bao gồm nhiều hệ thống con. Hệ thống con kiểm tra siêu âm bao gồm cao – đầu dò siêu âm chính xác, bộ khuếch đại tín hiệu, và các đơn vị thu thập dữ liệu. Hệ thống con kiểm tra rò rỉ từ thông bao gồm các máy tạo từ trường mạnh, cảm biến từ nhạy cảm, và module xử lý dữ liệu. Hệ thống con phát hiện điện hóa được trang bị máy đo khả năng ăn mòn, điện cực, và phần mềm phân tích điện hóa.
Trong quá trình vận hành hệ thống phát hiện tích hợp này, Đầu tiên, việc kiểm tra rò rỉ từ thông được thực hiện để quét nhanh bề mặt – gần các khu vực của kết cấu thép xem có dấu hiệu rỉ sét không – dị thường từ tính gây ra. Các tín hiệu rò rỉ từ thông được phát hiện sẽ được phân tích ngay lập tức để xác định khả năng rỉ sét – khu vực bị ảnh hưởng. Sau đó, ở những khu vực được xác định này, phát hiện điện hóa được thực hiện để đo tốc độ ăn mòn và mức độ rỉ sét chính xác hơn. Cuối cùng, Thử nghiệm siêu âm được áp dụng để điều tra sâu hơn tình trạng bên trong của kết cấu thép ở những khu vực nghi ngờ bị ăn mòn bên trong dựa trên hai thử nghiệm trước đó. Dữ liệu từ cả ba hệ thống con được tích hợp và phân tích bằng bộ xử lý dữ liệu trung tâm. Đơn vị này sử dụng các thuật toán tiên tiến để vượt qua – tham chiếu dữ liệu từ các hệ thống con khác nhau, loại bỏ các kết quả dương tính giả và đưa ra đánh giá chính xác hơn về tình trạng rỉ sét.
Trong ứng dụng thực tế ở quy mô lớn – lưới điện quy mô, hệ thống phát hiện tích hợp này được sử dụng để kiểm tra một nhóm tháp truyền tải điện đã cũ. Kết quả cho thấy nó có thể phát hiện phạm vi rỉ sét rộng hơn – các vấn đề liên quan so với việc sử dụng một phương pháp phát hiện duy nhất. Nó có thể xác định chính xác không chỉ bề mặt – gần các khuyết tật rỉ sét mà còn cả các lỗ ăn mòn bên trong mà trước đây các phương pháp truyền thống không phát hiện được. Kết quả là, nhân viên bảo trì có thể phát triển các kế hoạch bảo trì có mục tiêu và hiệu quả hơn, cải thiện đáng kể sự an toàn và độ tin cậy của tháp truyền tải điện.
5.3 Ứng dụng thuật toán thông minh trong phát hiện rỉ sét
5.3.1 Nguyên lý thuật toán Machine Learning trong phân tích dữ liệu
Thuật toán học máy, đặc biệt là mạng lưới thần kinh, đã tìm thấy các ứng dụng ngày càng tăng trong việc phân tích dữ liệu phát hiện rỉ sét cho kết cấu thép dạng tháp. Mạng lưới thần kinh bao gồm nhiều lớp nút được kết nối với nhau (tế bào thần kinh). Trong bối cảnh phát hiện rỉ sét, mạng lưới thần kinh được huấn luyện lần đầu tiên bằng cách sử dụng một lượng lớn dữ liệu được dán nhãn. Dữ liệu được dán nhãn này bao gồm thông tin về các đặc điểm của kết cấu thép tháp (chẳng hạn như tính chất vật liệu của nó, kích thước hình học), điều kiện môi trường (độ ẩm, nhiệt độ, giá trị pH), và kết quả phát hiện rỉ sét tương ứng thu được từ các phương pháp phát hiện khác nhau (dữ liệu kiểm tra trực quan, dữ liệu phát hiện điện hóa, dữ liệu kiểm tra siêu âm, vv).
Trong quá trình đào tạo, mạng lưới thần kinh điều chỉnh trọng số của các kết nối giữa các nơ-ron để giảm thiểu sự khác biệt giữa kết quả dự đoán và dữ liệu được dán nhãn thực tế. Ví dụ, trong một nguồn cấp dữ liệu – mạng nơ-ron chuyển tiếp được sử dụng để phát hiện rỉ sét, lớp đầu vào nhận được các tính năng dữ liệu khác nhau liên quan đến kết cấu thép và kết quả phát hiện. Những dữ liệu này sau đó được xử lý thông qua các lớp ẩn, nơi phức tạp không – các phép biến đổi tuyến tính được áp dụng để trích xuất các mẫu có ý nghĩa. Cuối cùng, lớp đầu ra cung cấp trạng thái rỉ sét dự đoán của kết cấu thép, chẳng hạn như mức độ rỉ sét, vị trí của khuyết tật rỉ sét, và xác suất ăn mòn trong tương lai.
Mạng lưới thần kinh học sâu, có nhiều lớp ẩn, có thể tự động tìm hiểu các tính năng phân cấp từ dữ liệu thô. Chẳng hạn, trong việc phân tích tín hiệu kiểm tra siêu âm để phát hiện rỉ sét, một sâu – mạng lưới thần kinh học tập có thể học cách phân biệt giữa tín hiệu siêu âm thông thường và tín hiệu tương ứng với các loại và mức độ rỉ sét khác nhau – khiếm khuyết liên quan. Nó cũng có thể tính đến các mối quan hệ phức tạp giữa các yếu tố khác nhau, chẳng hạn như độ ẩm và nhiệt độ môi trường tương tác với quá trình ăn mòn như thế nào và các yếu tố này ảnh hưởng đến tín hiệu phát hiện như thế nào.
5.3.2 Ưu điểm của phát hiện thông minh
Việc áp dụng các thuật toán thông minh trong phát hiện rỉ sét mang lại một số lợi ích đáng kể. Trước hết, nó cho phép tự động xác định và đánh giá tình trạng rỉ sét trong kết cấu thép tháp. Thay vì dựa vào việc giải thích thủ công dữ liệu phát hiện, đó là thời gian – tiêu thụ và dễ bị lỗi của con người, các thuật toán thông minh có thể phân tích nhanh chóng và chính xác khối lượng lớn dữ liệu. Ví dụ, trong một khu vực rộng lớn – dự án kiểm tra tháp quy mô nơi hàng ngàn điểm dữ liệu được thu thập từ nhiều phương pháp phát hiện, một thuật toán thông minh có thể xử lý tất cả dữ liệu trong thời gian ngắn và đưa ra đánh giá toàn diện về tình trạng rỉ sét của toàn bộ tòa tháp.
Thứ hai, phát hiện thông minh có thể cải thiện độ chính xác của việc phát hiện rỉ sét. Bằng cách học hỏi từ một lượng lớn dữ liệu lịch sử và mối quan hệ phức tạp giữa các yếu tố khác nhau, máy móc – thuật toán học tập có thể đưa ra dự đoán chính xác hơn về tình trạng rỉ sét. Họ có thể xác định các mẫu tinh tế trong dữ liệu mà con người có thể bỏ qua, giúp xác định vị trí chính xác hơn, phạm vi, và mức độ nghiêm trọng của rỉ sét.
hơn thế nữa, các thuật toán thông minh có thể thích ứng với các kết cấu thép tháp và điều kiện môi trường khác nhau. Họ có thể liên tục cập nhật mô hình của mình dựa trên dữ liệu mới, làm cho chúng phù hợp với nhiều ứng dụng. Ví dụ, nếu một loại kết cấu thép tháp mới được giới thiệu hoặc điều kiện môi trường ở một khu vực nhất định thay đổi đáng kể, thuật toán thông minh có thể được đào tạo lại bằng cách sử dụng dữ liệu mới để đảm bảo hiệu quả của nó trong việc phát hiện rỉ sét. Nhìn chung, việc áp dụng các thuật toán thông minh trong phát hiện rỉ sét là một bước tiến lớn trong việc nâng cao hiệu quả và độ chính xác của việc quản lý và bảo trì kết cấu thép tháp.
6. Kết luận và triển vọng
6.1 Tóm tắt kết quả nghiên cứu
Trong suốt nghiên cứu này, một cuộc thăm dò toàn diện về công nghệ phát hiện rỉ sét cho kết cấu thép dạng tháp đã được tiến hành. Phương pháp phát hiện truyền thống, chẳng hạn như kiểm tra trực quan, rất đơn giản và trực quan, cho phép xác định nhanh chóng bề mặt – mức độ rỉ sét. Tuy nhiên, chúng rất chủ quan và bị giới hạn trong việc quan sát bề mặt, không phát hiện được sự ăn mòn bên trong. Phương pháp phát hiện điện hóa, giống như phương pháp điện trở phân cực tuyến tính, cung cấp độ nhạy cao và kết quả nhanh chóng, nhưng độ chính xác của chúng dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. Phương pháp kiểm tra không phá hủy, bao gồm kiểm tra siêu âm và kiểm tra rò rỉ từ thông, có thể phát hiện bên trong và bề mặt – gần khuyết tật rỉ sét tương ứng, với thử nghiệm siêu âm thích hợp cho độ sâu – phát hiện khuyết tật cố định trong các kết cấu thép khác nhau và kiểm tra rò rỉ từ thông chủ yếu áp dụng cho kết cấu thép sắt từ.
Công nghệ phát hiện mới, chẳng hạn như chất xơ – công nghệ cảm biến quang học, cung cấp cao – sự nhạy cảm, thực tế – giám sát thời gian với khả năng chống nhiễu điện từ. Công nghệ đo nhiệt độ hồng ngoại, mặt khác, cho phép không – liên hệ, lớn – quét khu vực để xác định rỉ sét – phân phối nhiệt độ bất thường liên quan, mặc dù nó bị ảnh hưởng bởi độ phát xạ bề mặt và các yếu tố môi trường.
Việc tích hợp nhiều công nghệ phát hiện đã được chứng minh là mang lại lợi ích cao. Bằng cách kết hợp các phương pháp khác nhau, những lợi thế bổ sung có thể được sử dụng để khắc phục những hạn chế của từng kỹ thuật. Ví dụ, kiểm tra trực quan để sàng lọc bề mặt, phát hiện điện hóa để đo tốc độ ăn mòn chính xác, và kiểm tra siêu âm để điều tra khuyết tật bên trong có thể đưa ra đánh giá toàn diện và chính xác hơn về tình trạng rỉ sét.
6.2 Những thách thức và cơ hội trong nghiên cứu trong tương lai
Bất chấp sự tiến bộ trong công nghệ phát hiện rỉ sét, vẫn còn nhiều thách thức. Về độ chính xác, các phương pháp hiện tại vẫn gặp khó khăn trong việc đo chính xác mức độ ăn mòn trong các kết cấu thép phức tạp, đặc biệt là khi xử lý nhiều loại chất ăn mòn – hiện có hoặc trong tình trạng khó khăn – đến – khu vực truy cập. Khả năng thích ứng với môi trường phức tạp là một thách thức đáng kể khác. Kết cấu thép tháp thường được đặt ở những môi trường đa dạng, chẳng hạn như cao – độ cao, cao – độ ẩm, hoặc về mặt hóa học – khu vực bị ô nhiễm. Các công nghệ phát hiện hiện tại có thể không hoạt động tối ưu trong những điều kiện này. Chẳng hạn, phương pháp phát hiện điện hóa bị ảnh hưởng nặng nề bởi sự thay đổi thành phần chất điện phân trong môi trường ô nhiễm, và nhiệt kế hồng ngoại có thể bị biến dạng do sự thay đổi nhiệt độ cực cao.
Tuy nhiên, công nghệ mới nổi cũng mang lại nhiều cơ hội. Sự phát triển của công nghệ nano có thể dẫn đến việc tạo ra các cảm biến nhạy hơn với hiệu suất được nâng cao. Ví dụ, cảm biến nano có khả năng phát hiện lượng vết ăn mòn – các chất liên quan trong môi trường xung quanh kết cấu thép tháp, cho phép phát hiện rỉ sét sớm hơn. Sự tiến bộ không ngừng của trí tuệ nhân tạo và thuật toán học máy mang đến cơ hội phát triển trí thông minh và bản thân hơn – điều chỉnh hệ thống phát hiện. Các thuật toán này có thể phân tích khối lượng lớn dữ liệu từ nhiều cảm biến và thông số môi trường, cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của việc phát hiện rỉ sét.
6.3 Triển vọng phát triển công nghệ phát hiện rỉ sét kết cấu thép tháp
Nhìn về phía trước, Công nghệ phát hiện rỉ sét cho kết cấu thép tháp dự kiến sẽ phát triển theo hướng thông minh hơn. Hệ thống phát hiện thông minh sẽ có thể tự động phân tích và chẩn đoán tình trạng rỉ sét, cung cấp thực tế – cảnh báo thời gian và khuyến nghị bảo trì. Ví dụ, một cách đầy đủ – Hệ thống thông minh tích hợp có thể liên tục theo dõi tình trạng của tòa tháp bằng cách sử dụng kết hợp cảm biến và máy – thuật toán học tập, và khi nó phát hiện xu hướng ăn mòn bất thường, nó có thể thông báo ngay cho nhân viên bảo trì và đề xuất các biện pháp phòng ngừa thích hợp.
Đa chức năng là một hướng phát triển quan trọng khác. Các công nghệ phát hiện trong tương lai sẽ không chỉ có khả năng phát hiện rỉ sét mà còn đánh giá các yếu tố khác liên quan đến tính toàn vẹn cấu trúc của tòa tháp, chẳng hạn như thiệt hại mệt mỏi, sự tập trung căng thẳng, và suy thoái vật chất. Đánh giá toàn diện này sẽ giúp đưa ra quyết định sáng suốt hơn về việc bảo trì và cải tạo kết cấu thép tháp. Ngoài ra, với nhu cầu ngày càng tăng về phát triển bền vững, Các công nghệ phát hiện thân thiện với môi trường cũng sẽ là trọng tâm của nghiên cứu trong tương lai. Những công nghệ này sẽ giảm thiểu tác động đến môi trường trong quá trình phát hiện đồng thời đảm bảo hiệu suất cao – kết quả phát hiện chất lượng, góp phần lâu dài – về an toàn và ổn định của kết cấu thép tháp theo cách có trách nhiệm với môi trường.
Người giới thiệu
[1] Trương, G., Trương, G., Lưu, X., & Trương, với. (2010). Phát hiện ăn mòn thép. Vật liệu xây dựng Tứ Xuyên, 36(5), 56-57. [2] Tân, J., Dài, Z., Chen, J., Hoàng, L., & Lin, C. (2014). Phân tích hiện tượng ăn mòn tháp truyền tải và các yếu tố liên quan vùng ven biển Quảng Đông. Tạp chí Đại học Công nghệ Quảng Đông, 31(11), 116-119. [3] Chen, Y., Yao, N., Xu, L., Kong, X., & Vương, B. (2015). Thảo luận về phân loại cấp độ rỉ của tháp thép đường dây truyền tải. Điện lực Bắc Trung Quốc, (4), 30-34. [4] Bellis, D., & chấp sự, J. (2005). Kiểm soát ăn mòn kết cấu thép. Bắc Kinh: Báo chí công nghiệp hóa chất. [5] Chen, Y., Thiên, L., Ngô, Y., bài hát, T., Yến, X., & Cái mà, S. (2006). Công thức dung dịch photphat cho tiền – xử lý rỉ sét tháp truyền tải trước khi sơn. Ăn mòn & Sự bảo vệ, 27(6), 294-296. [6] Quách, J., Lữ, L., bài hát, Z., & Trương, J. (2007). Chống hóa chất đầy đủ – xử lý ăn mòn cao – tháp đường dây truyền tải điện áp. Điện lực Bắc Trung Quốc, (A01), 153-156. [7] trong, W., Tả, Y., Xiong, J., & Cao, J. (2008). Đặc điểm EIS của quá trình hư hỏng của hệ thống phủ composite trong các điều kiện xử lý bề mặt khác nhau. Tạp chí Công nghiệp Hóa chất và Kỹ thuật (Trung Quốc), 59(2), 420-425. [8] Trương, Z., Xiong, J., Cao, J., & Tả, Y. (2008). Nghiên cứu EIS về đặc tính hư hỏng của lớp phủ hữu cơ dưới các cấp độ xử lý bề mặt khác nhau. Công nghệ mới & Quy trình mới, (10), 90-93. [9] Xu, Y., Yến, C., Gao, Y., Trương, S., & Cao, C. (2003). Ảnh hưởng của trạng thái bề mặt và cách xử lý đến sự ăn mòn của thép A3 và sự hư hỏng của lớp phủ bên dưới lớp phủ. Khoa học ăn mòn và công nghệ bảo vệ, 15(4), 208-211.
