Коррозия металлов и сплавов и меры защиты от нее

Коррозия - это самопроизвольное разрушение металлов и сплавов, вызванное химическим или электрохимическим взаимодействием металла с окружающей средой. Химическая коррозия протекает при воздействии на металл сухих газов и неэлектролитов. Электрохимическая коррозия происходит при действии на металл жидких электролитов - водных растворов солей, кислот, щелочей, а также влажного воздуха, то есть сред, содержащих ионы.

В основе электрохимической коррозии лежит гидратация ионов металла, то есть их взаимодействие с молекулами воды. Гидратация происходит за счет электростатического взаимодействия между заряженными ионами металла и полярными молекулами растворителя.

Переход иона металла в раствор термодинамически возможен в том случае, если энергия гидратации больше, чем энергия связи с электронами металла. Когда часть гидратированных ионов металла переходит в электролит, металл получает отрицательный заряд. За счет пришедших в раствор ионов электролит получает положительный заряд. Так возникает двойной электрический слой противоположных зарядов – электродный потенциал. Его величина зависит от вида металла и состава электролита.

Строительные металлические конструкции эксплуати­руются в самых различных условиях, поэтому в них могут встречаться различные виды коррозии металлов. Наиболее распространена электрохимическая коррозия в нейтральных и щелочных растворах, протекающая с участием кис­лорода. Если в растворе электролита есть кислород, то он в присутствии воды принимает электрон, образуя гидрооксид:

Fе+2OН=Fе (ОН)₂ ;

4Fе(ОН)₂+O₂+2Н₂O = 4Fе(ОН)₃.

При дальнейшем взаимодействии с кислородом и последующем отщеплении воды образуется FеО(ОН) – важнейшая составляющая ржавчины nFe₂О₃mН₂О.

Довольно часто строительные конструкции поражаются атмосферной коррозией. Эта разновид­ность электрохимической коррозии металлов развивается под тон­ким, часто невидимым слоем влаги, образующимся на поверхности вследствие адсорбции или конденсации, агрессивность которой повышается при последующем растворении в ней газов и солей. Атмосферная коррозия металлов может развиваться при относительной влажности воздуха 70 % и выше. Оксидные соединения серы, содержащиеся в воздухе, повышают точку росы, снижают критическую влажность, при которой возможна атмосферная коррозия.

При коррозии в среде сухих газов, обычно протекающей при высоких темпера­турах, имеет место непосредственное соединение металла с агрессивными химичес­кими агентами. К химическому виду коррозии относится окалинообразование в кислородосодержащих газах. Например, при высоких температурах железо окисляется кислородом с образованием ока­лины - прочного и плотного слоя оксидов.

По характеру распространения различают коррозию:

1) - равномерную поверхностную, которая приводит к равномерному уменьшению толщины изделия. Скорость равномерной коррозии выражают глубинным показателем - про­никновением коррозии в глубину в мм/год;

2) – точечную, или язвенную. Это неравномерная коррозия, при которой относитель­но небольшая потеря в массе может вызвать очень глубокие повреждения;

3) - межкристаллитную, при которой разрушение происходит по границам зерен металла и распространяется вглубь металла. Межкристаллитная коррозия, при воздействии на металлическую конструкцию знакопеременных нагрузок, вызывает коррозионную усталость металла;

4) - контактную, при которой происходит преимущественное разрушение одного из металлов пары.

Для предотвращения коррозии металлов применяют различные способы защиты. Широко известны защитные лакокрасочные покрытия. Образующаяся при их нанесении пленка изоли­рует металл от действия внешней среды.

К более эффективным спо­собам защиты от коррозии относят легирование, воронение, метал­лическое покрытие. Легирование состоит в сплавлении металла с легирующими веществами. Воронение способствует образованию на по­верхности изделия защитного слоя, состоящего из оксидов данного металла.

Металлические покрытия производят осаждением на поверхности изделия металла из раствора (гальванические покрытия), обрызгиванием или погружением в ванну с другим расплавленным металлом. При этом возникает плотный контакт двух металлов – основного и защитного. Из двух металлов, находящихся в контакте, коррозии будет подвергаться металл, у которого электродный потенциал в данном растворе более электроотрицателен. Этот металл в паре металлов будет являться анодом. Второй металл будет более электроположительным электродом – катодом. Электроны с анода будут перемещаться на катод по внешней цепи. Ионы водорода из электролита будут присоединять электроны, переходить в состояние молекул и выделяться из раствора электролита.

Бельгийская кампания Zinga Metall разработала покрытие, сочетающее преимущества активного и пассивного способов защиты. Это антикоррозионный состав Zinga для холодной гальванизации. Состав представляет собой однородное соединение, состоящее на 96 % из электролитического цинка с чистотой 99,995 % с размерами частиц 3…5 мкм, затворенного полимерным связующим. Покрытие толщиной 40 мкм гарантирует защиту стальных конструкций на 10 лет, а при толщине 120 мкм соответственно более чем на 25 лет. Защита оказалась лучше, чем горячая оцинковка. Возможно проведение противокоррозионных работ при высокой влажности в широком диапазоне температур. Холодная гальванизация - одно из лучших защитных покрытий в мире.

К числу основных мероприятий по предупреждению коррозии арматуры в железобетонных конструк­циях относят понижение проницаемости бетона интенсивным уплотнением при укладке, введением уплотняющих добавок и увеличением толщины защитного слоя.

При влажности среды более 70 % регламентируется предельное значение водоцементного отношения. Устраивается наружная защита бетона покраской поверхности, покрытием цементосодержащими составами проникающего действия, повышающими водонепроницаемость, или устройством оклеечной изоляции с применением стеклоткани на эпоксидной смоле. Вводят в бетон ингибиторы коррозии, например, нитрид натрия в количестве до 2 % от массы цемента.

9. ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Горные породы – это огромные скопления минеральных масс, представляющие собой продукты природных физико-химических процессов или жизнедеятельности растительных или животных организмов. Горные породы состоят из одного или нескольких минералов - природных веществ, отличающихся более или менее однородным химическим составом и постоянными физическими свойствами. Все горные породы, применяемые в строительстве, принято называть природными каменными материалами. Природные каменные материалы отличаются высокой прочностью, долговечностью, исключительной архитектурной выразительностью. Большая группа горных пород используется в производстве строительных материалов как сырье.