Строительство. Стройматериалы

Строительные материалы и изделия

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Коррозия представляет собой разрушение металлов вследствие взаимодействия их с внешней (коррозионной) средой. Этот термин происходит от латинского слова corrosio ~~ разъедание. Коррозия - страшный бич промышленности, строительства, транспорта. Ежегодно из-за коррозии безвозвратно теряется 10... 12 % черных металлов.

Коррозия металла начинает развиваться с его поверхности. Если коррозия идет по всей поверхности металла, то называется сплошной ( 64а), если поражает отдельные участки - местной ( 646). Коррозию, протекающую по границам зерен металла, называют межкристаллитной ( 64в). Начало коррозии сопровождается потерей поверхностью металла блеска. По мере протекания коррозии уменьшается сечение детали или конструктивного элемента.

По характеру взаимодействия со средой коррозия бывает химической и электрохимической.

Химическая коррозия протекает в средах, не проводящих электрический ток, например в сухих газах, жидкостях органического происхождения - нефти, бензине, спирте и др. Наиболее интенсивно такая коррозия проявляется при повышенной температуре. В результате на поверхности металла образуется оксидная пленка.

Окислительные пленки имеются на поверхности всех металлов. На одних металлах они не обнаруживают себя, а на других - выражены ярко и изменяют его внешний вид.

Возможность пассивации металла окисной пленкой зависит от ее кристаллохимического строения. При соответствии кристаллохимической структуры металла структуре пленки последняя плотно удерживается на поверхности металла и создает его защиту от агрессивного воздействия. Если кристаллохимическое строение пленки не соответствует строению металла, (например, пленка окисла на стали в виде a-Fe203), то она не защищает металл от коррозии.

Электрохимическая коррозия является наиболее распространенным типом коррозии металлов. Она происходит во влажном воздухе и в различных водных растворах, проводящих электрический ток.

Строительные металлические конструкции, большей частью работающие во влажном воздухе, подвержены, в основном, электрохимической коррозии, которая усиливается с ростом концентрации в воздухе углекислого и сернистого газов. Интенсивно корродируют конструкции, находящиеся в грунте, например трубопроводы.

При электрохимической коррозии часть атомов из кристаллической решетки металла или сплава переходит в раствор электролита в виде ионов. В металле остается эквивалентное количество электронов. В результате металл заряжается отрицательно, а окружающий его раствор электролита - положительно. Возникает гальваническая пара, в которой частицы разрушающегося металла постепенно переходят в раствор:

Fe + лН20 -> Fe+2 - лН20 + 2е.

При появлении разности потенциалов между отдельными участками поверхности металла электроны начинают перемещаться по металлу к поверхности катода, а ионы железа группируются у анода, т. е. происходит снижение разности потенциалов. При отсутствии посторонних факторов деструкция металла на этом могла бы закончиться. Однако к поверхности катода может поступать кислород, который связывает свободные электроны:

02 + 2Н20 + 4е = 40Н_.

В результате этого процесса на катоде накапливается гидроксил

Накопление гидроксила вызывает появление разности потенциалов, и снова электроны с анода устремляются к катоду. Одновременно гидроксилионы перемещаются в электролите к аноду, где связываются с ионами железа, образуя гидрат закиси и гидрат окиси железа, так называемые продукты коррозии:

2 0HT + Fe2+-*Fe(OH)2;

4Fe(OH)2 + 02 + 2Н20 ~> 4Fe(OH)3.

Эти продукты по сравнению с железом имеют менее отрицательный нормальный электродный потенциал и образуют с металлом разность потенциалов, стимулируя процесс его коррозии.  

Таким образом, для протекания процесса электрохимической коррозии стали необходимы следующие условия: наличие активных участков поверхности металла, способных к анодному растворению; связывание на катодных участках поверхности металла избыточных электронов, например с восстановлением кислорода; наличие электролита, в котором может осуществляться движение ионов между анодом и катодом.

Процесс электрохимической коррозии зависит от вида металла. Если гальваническая пара состоит из двух металлов, то растворяется металл, стоящий правее в ряду напряжений: золото, серебро, медь, свинец, олово, никель, железо, хром, цинк, марганец, титан, алюминий, магний. Например, при контакте железа с цинком растворяется цинк, а при контакте железа с медью - железо. В паре металл - неметалл в электролите растворяется металл.

Электрохимическая коррозия стали в щелочной среде значительно замедляется. Это обстоятельство используют при изготовлении железобетона. В процессе твердения большинства цементов возникает щелочная среда, которая способствует образованию на поверхности стальной арматуры защитной пленки из нерастворимых соединений железа типа Fe(OH)3. Происходит так называемое пассивирование железа. Пленка предохраняет металл от коррозии. Это характерно для бетона при рН среды более 11,5. Поэтому в железобетонных конструкциях, находящихся в воздушной или водной среде при отсутствии агрессивного воздействия, коррозии арматуры не происходит. Обязательным требованием при этом является наличие у арматуры защитного слоя из бетона толщиной 15...30 мм.

Защита от коррозии представляет собой конструктивные и профилактические меры, повышение коррозионной стойкости металлов, изоляцию их поверхности от воздействия среды, протекторную защиту.

Конструктивные и профилактические меры заключаются в повышении качества обработки поверхности металлических изделий, а также в защите конструкций от атмосферных осадков. Благодаря этому сокращается реальная площадь поверхности металла, контактирующего со средой. Для профилактики коррозии консервируют дорогостоящие машины и механизмы защитными смазочными материалами.

Повышение коррозионной стойкости достигается введением в состав стали легирующих добавок - хрома, никеля, марганца, титана, меди. Весьма стойки к атмосферной коррозии нержавеющие легированные стали, содержащие в большом количестве хром, который создает на поверхности изделий плотную оксидную пленку. Используемые в строительстве углеродистые и низколегированные стали иногда изготовляют с добавкой 0,2.,.0,5 % меди, что повышает коррозионную стойкость в 1,5...3 раза.

Изоляция поверхности металла от воздействия среды - наиболее распространенный способ защиты строительных конструкций путем использования покрытий либо получения на поверхности металла защитной пленки.

Неметаллические покрытия образуют на поверхности изделий защитную пленку, препятствующую проникновению влаги. Тем самым предотвращается возможность развития коррозии.

В число неметаллических покрытий входят в основном лаки и краски. Используют битумные, дегтевые, синтетические лаки, а также масляные краски, алкидные и другие эмали. Санитарно-технические изделия - ванны, раковины, мойки - защищают неорганическими эмалями. Нередко защитные покрытия выполняют из полимеров - полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола, эпоксидных смол. Поверхности закладных деталей сборных железобетонных конструкций защищают с помощью цементно-полистирольных или цементно-перхлорвиниловых обмазок.

Металлические покрытия получают нанесением на поверхность изделия тонкой пленки из другого металла {металлизация и горячие покрытия). Различают покрытия анодные и катодные. Анодные покрытия выполняют из металла, стоящего в ряду напряжений правее защищаемого металла. Для стальных изделий анодной защитой служит пленка из цинка, алюминия. Если покрытие окажется нарушенным, то разрушается покрывающий, а не основной металл. Цинковые и алюминиевые покрытия часто применяют для защиты поверхности закладных деталей в сборных железобетонных конструкциях.

Катодные покрытия предохраняют металл от прямого контакта с коррозионной средой. Катодную защиту выполняют из олова, свинца, никеля. Такая защита работоспособна до тех пор, пока не нарушена целостность покрытия. При местном нарушении защитной пленки начнется коррозия стали.

Защитные пленки формируют путем целенаправленной обработки деталей специальными химическими реагентами. После такой обработки на поверхности металла образуются сосдинения с большой коррозионной стойкостью. Защитные пленки создают, например, путем оксидирования.

Протекторная защита заключается в соединении металла защищаемой конструкции с металлом, который находится правее в ряду напряжений. В образованной таким путем гальванической паре металл протектора служит анодом. Он и будет постепенно разрушаться, а основной металл останется целым. Данный способ применяют для защиты конструкций в морской воде, влажных грунтах. Стальные конструкции опор ЛЭП, электроконтактной сети, трубопроводов снабжают протекторами в виде пластин из цинка, алюминиево-цинковых или магниевых сплавов.