8. Причины, механизм и последствия коррозии металлоконструкций.

Различают два основных вида коррозии металлических строительных конструкций: химическую и электрохимическую (рис. 8.1).

Электрохимическая коррозия наиболее распространена и приводит к наибольшим разрушениям, так как протекает в атмосферной и грунтовой влаге, в морской, речной и водопроводной воде, в производственных процессах и в быту.

 Электрохимическую коррозию составляют три взаимосвязанных процесса: анодный, катодный и электролитический, в котором перемещаются анионы и катионы.

Анодный процесс — это переход в раствор ионов металла, их гидратация с отрицательно заряженными ионами электролита и образование нейтральных молекул.

Катодный процесс заключается в том, что положительно заряженные ионы (атомы), содержащиеся в электролите и способные восстанавливаться, получают от катода необходимые электроны (Н₂ или О₂) и разряжаются на нем, образуя нейтральные молекулы. Если катодный процесс протекает беспрепятственно, то и разрушение на аноде не затухает. Затухание катодного процесса называется поляризацией и полезно для защиты металла от коррозии; она заключается в обрастании катода пузырьками водорода и пленками продуктов коррозии.

 

Рис. 8.1. Виды коррозии металлических конструкций

 Разрушению под действием электрохимической коррозии подвергаются только неоднородные, т. е. химически нечистые металлы с разными электродными потенциалами. Для основных металлов их величны следующие:

 

Металлы слева от водорода имеют отрицательный нормальный электродный потенциал и легко окисляются, а справа — положительный и менее подвержены окислению (благородные металлы). При погружении электродов любой пары металлов в электролит металл, стоящий левее в приведенном выше ряду, приобретает отрицательный потенциал и становится анодом, а металл, стоящий правее, —положительный и становится катодом.

Электродвижущая сила гальванического элемента, состоящего из двух электродов, равна разности двух нормальных потенциалов.

 Для защиты металла от коррозии необходимо прекратить (подавить) действие гальванических элементов, что достигается наложенным током, и такой потенциал называется защитным.

Разновидностью электрохимической коррозии является почвенная коррозия, т. е. разрушение подземных металлоконструкций почвенной средой. Основной вид такой коррозии — разрушение металла в почвенной среде — электролите.  

Согласно электрохимической теории коррозии металлические сооружения рассматриваются как многоэлектродные гальванические элементы.

Методы защиты металлоконструкций от коррозии.

Можно придать металлу повышенную коррозионную стойкость при изготовлении, например легированием, но такой металл получается очень дорогим, ибо легирующие присадки дефицитны и дороги.

Различают методы защиты от коррозии конструкций, работающих в атмосферных условиях, и конструкций, находящихся в почвенной среде, т. е. в заглубленных сооружениях.

Методы защиты конструкций от коррозии в атмосферных условиях. Защиту конструкций осуществляют либо снижением агрессивного действия среды, либо изоляцией металла от нее.

Первый метод — снижение агрессивного действия среды — эффективен при условии, что среда замкнута и изолирована. Примером может служить удаление агрессивных компонентов из воздуха помещений путем вентиляции.

 Второй метод — изоляция металла от среды — весьма распространен и не только в атмосферных условиях, но и в заглубленных сооружениях. В зависимости от средств изоляции он охватывает ряд способов, но отличается тем, что для его осуществления слой изоляции должен быть толстым и прочным, кислотощелочестойким, а выполнение такой изоляции дорого и сложно.

В последнее время все больше используются полимерные и неорганические (силикатные) покрытия. Самые распространенные из них во всех видах техники, в том числе и строительной, — лакокрасочные. Более 80% металлоконструкций защищаются именно такими покрытиями.

Лаки, краски широко применяются потому, что их просто наносить и они придают конструкциям красивый внешний вид.

Широкое распространение получили также грунтовки на основе фенольных смол, фосфатирующие и эпоксидные грунтовки. Противокоррозионные свойства грунтовок усиливаются введением в них таких пассивирующих пигментов, как свинцовый сурик, цинковая пыль и др.

Для нанесения любого защитного покрытия металл зачищается до блеска и не позже чем в течение четырех часов на него наносятся грунтовка, потом шпаклевка, далее краска, эмаль и сверху лак с перерывами для высыхания каждого слоя. Для верхних слоев применяют ПХВ эмали на основе сополимера хлорвинила с виниладенхлоридом, эпоксидные эмали. Конструкции, работающие в условиях высокой влажности, защищаются эмалями на основе акриловой смолы.

 Ингибиторы (соли легких металлов), добавленные в окрасочный состав или использованные для пропитки оберточной бумаги, в восемь-десять раз продлевают срок службы металла, а потому их считают химической броней металлов.

Способ защиты металлоконструкций без удаления продуктов коррозии. Этот способ основан на растворении продуктов коррозии, например по рецепту Н. А. Назаровой, ортофосфорной кислотой, кровяной солью, толуолом и скреплении их эпоксидной смолой.

Методы защиты конструкций от почвенной коррозии. Для защиты металлоконструкций от почвенной коррозии чаще всего служат покрытия на основе битумов и электрохимический метод.

 Но ее недостаточно. С течением времени защитное покрытие нарушается, открывается доступ электролита к конструкции и начинается электрохимическая коррозия.

Дальнейшее развитие коррозии предотвращается электрохимической защитой, которая строится на основе теории многоэлектродных систем. Сущность такой защиты состоит в том, что защищаемая конструкция подвергается или катодной поляризации от специально установленных анодов из более активного металла, или поляризации наложенным постоянным током от внешнего источника. 

Электрохимическая защита металлоконструкций от почвенной коррозии производится с учетом характеристики грунтов, срока службы сооружения и других факторов, в том числе наличия в зоне защищаемого сооружения блуждающих токов.

Протекторная защита подземных конструкций от коррозии осуществляется электродами-протекторами, обладающими более отрицательными потенциалами и выполняющими в паре с защищаемым сооружением роль анода.

Катодная (активная) защита осуществляется посредством постоянного тока, подаваемого через погруженный в грунт электрод (анодное заземление). При этом отрицательный электрод постоянного тока присоединяется к защищаемому сооружению — катоду, а положительный — к аноду.