Другие причины коррозии металла

Разрушение металлов в результате электрохимического (растворение во влагосодержащей воздушной или водной среде — электролите) или химического (образование соединений металлов с химическими агентами высокой агрессии) взаимодействия с внешней средой. Коррозийный процесс в металлах может развиться лишь в некоторых участках поверхности (местная коррозия), охватить всю поверхность (равномерная коррозия), или же разрушать металл по границам зерен (межкристаллитная коррозия).

Металл под воздействием кислорода и воды становится рыхлым светло-коричневым порошком, больше известным как ржавчина (Fе2O3·H2О).

Развитию коррозийных процессов способствуют радиация, продукты жизнедеятельности микроорганизмов и бактерий. Коррозия, вызываемая морскими микроорганизмами, наносит ущерб днищам морских судов, а коррозийные процессы, вызванные бактериями, даже имеют собственное название — биокоррозия.

Совокупность воздействия механических напряжений и внешней среды многократно ускоряет коррозию металлов — снижается их термоустойчивость, повреждаются поверхностные оксидные пленки, а в тех местах, где появляются неоднородности и трещины, активируется электрохимическая коррозия.

Неизбежными последствиями технического прогресса является загрязнение нашей среды обитания — процесс, ускоряющий коррозию металлов, поскольку внешняя окружающая среда проявляет к ним все большую агрессию. Каких-либо способов полностью исключить коррозийное разрушение металлов не существует, все, что можно сделать, это максимально замедлить этот процесс.

Для минимизации разрушения металлов можно сделать следующее: снизить агрессию среды, окружающей металлическое изделие; повысить устойчивость металла к коррозии; исключить взаимодействие между металлом и веществами из внешней среды, проявляющими агрессию.

Человечеством за тысячи лет испробованы многие способы защиты металлических изделий от химической коррозии, некоторые из них применяются по сей день: покрытие жиром или маслом, другими металлами, коррозирующими в меньшей степени (самый древний метод, которому уже более 2 тыс. лет — лужение (покрытие оловом)).

Неметаллические покрытия — краски (алкидные, масляные и эмали), лаки (синтетические, битумные и дегтевые) и полимеры образуют защитную пленку на поверхности металлов, исключающую (при своей целостности) контакт с внешней средой и влагой.

Применение красок и лаков выгодно тем, что наносить эти защитные покрытия можно непосредственно на монтажной и строительной площадке. Методы нанесения лакокрасочных материалов просты и поддаются механизации, восстановить поврежденные покрытия можно «на месте» — во время эксплуатации, эти материалы имеют сравнительно низкую стоимость и их расход на единицу площади невелик.

Однако их эффективность зависит от соблюдения нескольких условий: соответствие климатическим условиям, в которых будет эксплуатироваться металлическая конструкция; необходимость применения исключительно качественных лакокрасочных материалов; неукоснительное следование технологии нанесения на металлические поверхности.

В роли защитных покрытий от коррозии могут выступать полимеры — эпоксидные смолы и полистирол, поливинилхлорид и полиэтилен. В строительных работах закладные детали из железобетона покрываются обмазками из смеси цемента и перхлорвинила, цемента и полистирола.

Существует два типа металлических покрытий-ингибиторов — протекторные (покрытия цинком, алюминием и кадмием) и коррозионностойкие (покрытия серебром, медью, никелем, хромом и свинцом). Ингибиторы наносятся химическим способом: первая группа металлов имеет большую электроотрицательность по отношению к железу, вторая — большую электроположительность.

Часто цинкованию подвергаются чугунная и стальная арматура, а также водопроводные трубы — эта операция существенно повышает их стойкость к коррозии, но только в холодной воде (при проводе горячей воды оцинкованные трубы изнашиваются быстрее неоцинкованных). Несмотря на эффективность цинкования, оно не дает идеальной защиты — цинковое покрытие часто содержит трещины, для устранения которых требуется предварительное никелерование металлических поверхностей (покрытие никелем). Цинковые покрытия не позволяют наносить на них лакокрасочные материалы — нет устойчивого покрытия.

Лучшее решение для антикоррозийной защиты — алюминиевое покрытие. Этот металл имеет меньший удельный вес, а значит — меньше расходуется, алюминированные поверхности можно окрашивать и слой лакокрасочного покрытия будет устойчив. Кроме того, алюминиевое покрытие по сравнению с оцинкованным покрытием обладает большей стойкостью в агрессивных средах.

Алюминирование слабо распространено из-за сложности нанесения этого покрытия на металлический лист — алюминий в расплавленном состоянии проявляет высокую агрессию к другим металлам (по этой причине расплав алюминия нельзя содержать в стальной ванне). Возможно, эта проблема будет полностью решена в самое ближайшее время — оригинальный способ выполнения алюминирования найден российскими учеными. Суть разработки заключается в том, чтобы не погружать стальной лист в расплав алюминия, а поднять жидкий алюминий к стальному листу.

Предлагаем ознакомиться:  Защита от перенапряжения в частном доме

Виды коррозии бетона, способы предотвращения его разрушения

Для ее снижения необходимо понизить коррозийную активность среды посредством введения неметаллических ингибиторов и уменьшить количество компонентов, способных начать электрохимическую реакцию. Таким способом будет понижение кислотности почв и водных растворов, контактирующих с металлами. Для снижения коррозии железа (его сплавов), а также латуни, меди, свинца и цинка из водных растворов необходимо удалить диоксид углерода и кислород.

Объединяет все процессы, при воздействии которых, цементный камень образует различные соединения

Данный вид коррозии бетона начинается из за процесса вымывания (растворения) компонентов цементного камня. Под воздействием воды на бетон, первым делом начинает растворяться гидроксид кальция, при гидролизе образуется C3S и C2S и его количество постепенно увеличивается и примерно к 3 месяцам становится порядка 10-15%, а растворимость 1.3 г/л.

После того как процесс вымывания из цементного камня свободного гидроксида кальция. Когда содержание уменьшится до 1.1 г/л., начнется процесс распада гидросиликатов, далее происходит разложение гидроалюминатов и гидроферритов кальция, все это приводит к увеличению пористости, что означает уменьшение прочности. Данный процесс коррозии бетона значительно ускоряется, когда на него воздействует вода или вода под давлением.

Для того что бы уменьшить процессы коррозии возникающие из за выщелачивания (вымывания), используют цемент с умеренным количеством C3S, и изделия из бетона специально выдерживают достаточно долго на воздухе, для того что бы на поверхности бетона, начал процесс карбонизации, который обеспечивает образование слаборастворимого защитного слоя из CaCO3.

Но самым популярным способом при необходимости побороть выщелачивание гидроксида кальция, является использование плотных бетонов, и добавление в его состав, специальных добавок, обеспечивающих связь Ca (OH) в слаборастворимое соединение — гидросиликат кальция.

Связанные статьи: Плотность керамзита

Данный вид коррозии возникает при воздействии на цементный камень различных агрессивных веществ, соприкасаясь с которыми образуются 2 типа соединений:

  1. Соли
  2. Аморфные массы

Образующиеся соли являются легкорастворимыми и растворяются (вымываются) водой. Аморфные массы, практически не обладают ни какими связующими свойствами (кислотная коррозия).

Са(ОН)2 2НС1 = СаС12 2Н2О Са(ОН)2 H2SO4 = CaSO4.2H2O

При воздействии таких кислот, начинают разрушаться: гидроалюминаты, гидросиликаты и гидроферриты, создают легкорастворимые соли и другие дополнительные аморфные массы.

Защита от слабых кислотных сред pH =4-6, осуществляется с помощью специального кислотостойкого материала (покрывают пленкой, окрашивают итд). Если кислотные коррозии являются сильными, ph{amp}lt;4, то применяют специальный бетон, который производят на кислотоупорном цементе и таких же кислотоупорных заполнителях, при необходимости используют бетон с полимерными компонентами связующего материала.

Углекислотная коррозия — это тип общекислотной коррозии, возникает под воздействием воды на бетон, которая содержит свободные диоксиды углерода, в качестве слабой угольной кислоты, выше нормы. Такое повышенное содержание агрессивной углекислоты, разрушает ранее образованную карбонатную пленку, из за того что образуется отлично растворимый бикарбонат кальция.

Коррозия бетона при воздействии различных органических и неорганических кислот. Так же очень плохо действует на бетон различные масла, которые в своем составе содержат жирные кислоты (льняное масло, рыбий жир и.т.д). А в свою очередь нефть и все его продукты производства, такие как бензин, масло, керосин и.т.

Связанные статьи: Вес керамзита

Когда бетон взаимодействует с различными агрессивными средами, в результате образуются соединения большого размера, чем изначальные соединения бетона, что приводит к образованию внутреннего напряжения в бетоне, с последующим растрескиванием. Этот вид коррозии характерен для сульфатной коррозии. Сульфаты достаточно часто содержатся в воде, и при реакции с гидроксидом кальция образуют гипс. Бетон разрушается из за давления кристаллов гипса (гипсовая коррозия). Такая коррозия происходит из за высокого содержания сульфатов в воде.

Связанные статьи: Бетонные работы в зимнее время

Химические добавки

Химические добавки в бетон позволяют сделать бетон с гораздо более хорошими эксплуатационными характеристиками. Это обеспечивается за счет увеличения плотности бетона, что позволяет уменьшить проникновение различных агрессоров внутрь бетона, даже арматура, которая находится в таком бетоне, значительно меньше подвергается коррозии.

Химические добавки позволяют закрывать поры бетона, что приводит к значительному повышению морозостойкости бетона.

Самые популярные химические добавки в бетон, которые повышают его прочность, устойчивость к разрушению и другие характеристики являются:

  • Пластификаторы
  • Противоморозные добавки в бетон
  • Добавки повышающие водонепроницаемость бетона
  • Воздухозахватывающие добавки
  • Замедлители схватывания бетона
  • Антикоррозийные добавки для арматуры

Достаточно часто используют добавки которые оказывают комплексное действие на бетон, они изменяют сразу несколько характеристик бетона. Иногда улучшая одни характеристики, приходится жертвовать другими.

Этот процесс происходит в средах, не являющихся проводниками электрического тока (сухие газы, органические жидкости — нефтепродукты, спирты и др.), причем интенсивность коррозии возрастает с повышением температуры — в результате на поверхности металлов образуется оксидная пленка.

Предлагаем ознакомиться:  Затирочная машина по бетону (для затирки бетонного пола)

Коррозия бетона виды причины возникновения и методы защиты

Химической коррозии подвержены абсолютно все металлы — и черные, и цветные. Активные цветные металлы (например — алюминий) под воздействием коррозии покрываются оксидной пленкой, препятствующей глубокому окислению и защищающей металл. А такой мало активный металл, как медь, под воздействием влаги воздуха приобретает зеленоватый налет — патину.

Сплавы подвержены другому типу коррозии: некоторые элементы сплавов не окисляются, а восстанавливаются (например, в сочетании высокой температуры и давления в сталях происходит восстановление водородом карбидов), при этом сплавы полностью утрачивают необходимые характеристики.

Процесс электрохимической коррозии не нуждается в обязательном погружении металла в электролит — достаточно тонкой электролитической пленки на его поверхности (часто электролитические растворы пропитывают среду, окружающую металл (бетон, почву и т.д.)). Наиболее распространенной причиной электрохимической коррозии является повсеместное применение бытовой и технической солей (хлориды натрия и калия) для устранения льда и снега на дорогах в зимний период — особенно страдают автомашины и подземные коммуникации (по статистике, ежегодные потери в США от использования солей в зимний период составляют 2,5 млрд. долларов).

Происходит следующее: металлы (сплавы) утрачивают часть атомов (они переходят в электролитический раствор в виде ионов), электроны, замещающие утраченные атомы, заряжают металл отрицательным зарядом, в то время как электролит имеет положительный заряд. Образуется гальваническая пара: металл разрушается, постепенно все его частицы становятся частью раствора.

Электрохимическую коррозию могут вызывать блуждающие токи, возникающие при утечке из электрической цепи части тока в водные растворы или в почву и оттуда — в конструкции из металла. В тех местах, где блуждающие токи выходят из металлоконструкций обратно в воду или в почву, происходит разрушение металлов.

Введение в стальной сплав хрома, титана, марганца, никеля и меди позволяет получить легированную сталь с высокими антикоррозийными свойствами. Особенную стойкость стальному сплаву придает большая доля хрома, благодаря которому на поверхности конструкций образуется оксидная пленка большой плотности. Введение в состав низколегированных и углеродистых сталей меди (от 0,2% до 0,5%) позволяет повысить их коррозийную устойчивость в 1,5-2 раза.

Первичная защита бетона от коррозии

Под первичной защитой от коррозии бетона подразумевается использование различных минеральных специальных добавок для бетона, которые повышают плотность бетона, по этому данный метод является очень эффективным, но следует понимать что необходимо соблюдать осторожность и не добавлять добавок больше чем необходимо иначе можно получить совершенно противоположный результат.

Как правило используются добавки для бетона повышающие различные свойства бетона. Влагоудерживающие, стабилизирующие, пластифицирующие и другие.

Исходя из требуемых условий эксплуатации бетона, выбирают наилучший набор добавок. Если к примеру бетон будет эксплуатироваться в воде с высоким содержанием сульфатов, то требуется уменьшение содержания C3S.

И так в каждом случае исходя из потребностей.

Вторичная защита бетона от коррозии

Вторичная защита цементного камня от коррозии подразумевает использование специальных дополнительных покрытий для бетона, предотвращающих попадание на поверхность бетона различных агрессивных веществ.

Чаще всего используют разные краски и лаки, специальные защитные смеси, а так же дополнительная гидроизоляция бетона, выдержка на воздухе до карбонизации, так же относят ко вторичным методом защиты бетона от коррозии.

Защита бетона специальными красками, лаками и акриловыми покрытиями используется для предотвращение попадания на бетон различных газообразных и твердых компонентов, которые могут нанести вред. Такие покрытия обеспечивают надежную защиту бетона как и от влаги, так и предотвращает воздействие микроорганизмов на бетон.

Так же применяется метод защиты бетона с помощью различных мастик, они создают защитный барьер от попадания на поверхность бетона влаги и воздействия других твердых сред. В качестве самых популярных мастик, чаще всего используются изготовленные на основе смол.

Как может производится защита от коррозии бетона и железобетона?

Железобетон наиболее сильно подвержен коррозии, так как содержит в себе металлический каркас.

Предлагаем ознакомиться:  Инструкция как сделать газовую печь своими руками – фото, видео

Разрушение железобетонной конструкции.

Хотя процессы, протекающие в этих материалах, очень схожи, разрушение железобетона является значительно более сложным процессом. Заключается сложность в содержании металлического каркаса, для которого электрохимическая коррозия является врагом. Считается, что железобетон очень прочен и долговечен. Это связано с образованием обладающего защитными свойствами пассивного слоя при взаимодействии поверхности арматуры и щелочной природы бетона.

Чтобы коррозия этого вида была приостановлена, требуется введение в бетон специальных ингибиторов, действующих именно на коррозию металла. Такие вещества могут создать пленку на поверхности арматуры внутри бетона, что повышает общую прочность. Эта пленка не позволяет взаимодействовать металлу и бетону, таким образом, реакция электрохимической коррозии не происходит.

Процесс коррозионного разрушения сложен и опасен для построек из железобетона. Если отнестись к нему недостаточно серьезно и не пытаться предотвратить и остановить его действие, любое сооружение будет разрушено значительно быстрее. Используются для защиты железобетона и проекторные аноды. С их помощью создается электрический контакт между каркасом из арматуры и болванкой металла, по свойствам более активного.

Методы защиты бетона от коррозии.

Широко применяемый в строительстве бетон имеет несколько разработок, которые применяются для борьбы и уменьшения разрушительных процессов. Это как защита материала от воздействий внешней среды, так и введение разного рода добавок, имеющих разные функции. Некоторые из них препятствуют появлению в бетоне трещин, его разрушению и вымыванию. Нередко применяется для сооружений бетон с высокой плотностью, капиллярная структура внутри которого отсутствует.

Разрушение бетона может быть остановлено введением гидравлических добавок. Они, чтобы воспрепятствовать вымыванию, связывают гидроксид кальция в соединение, которое менее подвержено растворению, гидросиликат кальция. Защита бетона от коррозии может заключаться в применении белитового цемента, так как этот материал гидроксида кальция выделяет минимум, содержит меньше трехкальциевого силиката.

Если цементный камень повреждается водами, которые содержат соли сернокислые или хлористые, то это происходит вследствие образования продуктов, которые затем с легкостью вымываются из бетона. Случается, что теряются связующие свойства бетона. С этим нужно бороться аналогичным образом, понижая содержание гидроксида кальция в бетоне. К примеру, в 100 раз менее подвержен растворению в воде хлористый кальций, если сравнивать его с гидроксидом кальция.

Капитальный ремонт, гидроизоляция и защита бетонных конструкций от коррозии.

Коррозия бетона сульфатного типа характеризуется образованиями в порах бетона, которые в ходе роста разрывают его. Это называется «цементными бациллами». Поэтому цемент, содержание трехкальциевого алюмината в котором недостаточно, дополнительно должен иметь стойкость к сульфатам. Бетонные сооружения не должны покрываться грибками и бактериями, водорослями речными и морскими, лишайниками, мхами, растениями, так как все это имеет разрушительное воздействие на них.

Защита бетона от вод с различными добавками может быть произведена различными путями. Это могут быть улучшения, технологические изменения, включающие в себя этапы приготовления бетона. Цемент для приготовления должен содержать активные минеральные добавки определенного типа и соответственный минеральный состав. Могут помочь и такие решения, где для защиты бетона от коррозии применяется дренаж, водоотводы и гидроизоляция.

Защита от блуждающих токов

Снизить электрокоррозию подземных коммуникаций и заглубленных металлоконструкций возможно при соблюдении нескольких правил:

  • участок конструкции, служащий источником блуждающего тока, необходимо соединить металлическим проводником с рельсом трамвайной дороги;
  • трассы теплосетей должны размещаться на максимальном удалении от рельсовых дорог, по которым передвигается электротранспорт, свести к минимуму число их пересечений;
  • применение электроизоляционных трубных опор для повышения переходного сопротивления между грунтом и трубопроводами;
  • на вводах к объектам (потенциальным источникам блуждающих токов) необходима установка изолирующих фланцев;
  • на фланцевой арматуре и сальниковых компенсаторах устанавливать токопроводящие продольные перемычки — для наращивания продольной электропроводимости на защищаемом отрезке трубопроводов;
  • чтобы выровнять потенциалы трубопроводов, расположенных параллельно, необходимо установить поперечные электроперемычки на смежных участках.

Защита металлических объектов, снабженных изоляцией, а также стальных конструкций небольшого размера выполняется с помощью протектора, выполняющего функцию анода. Материалом для протектора служит один из активных металлов (цинк, магний, алюминий и их сплавы) — он принимает на себя большую часть электрохимической коррозии, разрушаясь и сохраняя главную конструкцию. Один анод из магния, к примеру, обеспечивает защиту 8 км трубопровода.