Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Коррозия и защита строительных материалов. Часть 1. Коррозия и защита металлических, каменных и бетонных материалов и конструкций. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

1 / 111 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный

архитектурно-строительный университет

Л. Ю. МАТВЕЕВА

КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Часть 1

Коррозия и защита металлических, каменных

и бетонных материалов и конструкций

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2017

УДК 620.19(075)

Рецензенты: д-р техн. наук, профессор А. М. Харитонов (СПбГАСУ);

д-р хим. наук А. П. Возняковский (ФГУП «НИИСК»)

Матвеева, Л. Ю.

Коррозия и защита строительных материалов : учеб. пособие : в 2 ч. Ч. 1. Коррозия и защита металлических, каменных и бетонных материалов и конструкций / Л. Ю. Матвеева; СПбГАСУ. – СПб.,

2017. – 99 с.

ISBN 978-5-9227-0811-1

ISBN 978-5-9227-0812-8

Приведены сведения об основных коррозионных процессах в строительстве, дана их классификация по видам и механизмам разрушения, рассмотрены основные методы антикоррозионной защиты.

Первая часть пособия посвящена основным коррозионным процессам и практическим мероприятиям по антикоррозионной защите металлических, каменных и бетонных строительных конструкций. Представлена научная информация о природе и механизмах коррозионных процессов в металлах и сплавах, природных и искусственных камнях, бетоне и железобетоне. Эти сведения помогут специалистам лучше понять сущность происходящих разрушительных явлений, тем самым способствуя принятию технически грамотных решений по защите строительных конструкций в каждом конкретном случае.

Предназначено для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство» всех форм обучения, магистрантов и аспирантов. Также может быть полезно специалистам, интересующимся коррозионными явлениями в строительстве и методами антикоррозионной защиты материалов и конструкций.

Табл. 7. Ил. 6. Библиогр.: 24 назв.

Рекомендовано Учебно-методическим советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия.

ISBN 978-5-9227-0811-1 ISBN 978-5-9227-0812-8

ВВЕДЕНИЕ

В процессе эксплуатации строительные изделия и конструкции непрерывно подвергаются влиянию окружающей среды: воздействию атмосферных осадков, газов, пыли, перепадов температур, замораживанию и оттаиванию, попеременному увлажнению и высыханию, выветриванию, солнечной радиации и т. д. Все эти факторы не только сокращают сроки службы, ухудшают эстетический вид и нарушают эксплуатационные свойства конструкций, но и провоцируют в строительных материалах различные нежелательные процессы, которые принято называть коррозией.

Коррозионные процессы и поиск эффективных путей защиты от них – одна из самых важных и актуальных проблем современного строительства. Опыт эксплуатации, технического обслуживания и ремонта зданий и сооружений показывает, что современным специалистам строительной отрасли необходимы глубокие знания в области грамотного выбора и качественного использования различных строительных материалов.

Необходимые сведения для понимания природы коррозионных процессов и принятия квалифицированных решений по предупреждению разрушений и поиску путей защиты строительных сооружений от коррозии можно получить при изучении дисциплины «Коррозия и защита строительных материалов», неразрывно связанном с подготовкой высококвалифицированных специалистов, способных успешно решать задачи качественного строительства объектов строительной индустрии и дальнейшего их содержания в исправном техническом состоянии.

Данное учебное пособие содержит сведения о теоретических основах и природе различных коррозионных процессов и явлений, происходящих в строительных материалах, а также информацию о возможных причинах возникновения коррозии, коррозионных свойствах основных строительных материалов, методах предупреждения коррозионного разрушения и защиты от него.

Пособие рекомендуется студентам строительных специальностей, а также специалистам строительной индустрии, заинтересованным в качественном строительстве и безопасной эксплуатации строительных сооружений.

1. КОРРОЗИЯ: ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1. Определение коррозии

Коррозия (от лат. corrosio – разъедаю, разрушаю) подразуме- вает как процесс разрушения материала или конструкции, так и результат этого процесса.

Говоря о коррозии строительных материалов, как правило, имеют в виду нежелательный процесс их взаимодействия с окружающей средой. Среда, в которой материал подвергается коррозии (корродирует), называется коррозионной, или агрессивной.

Любой коррозионный процесс является многостадийным, но обычно, для удобства и упрощения понимания явления, выделяют три его основные стадии:

1) подвод коррозионной среды или отдельных ее компонентов

к поверхности строительных материалов изделий (конструкций);

2) взаимодействие коррозионной (агрессивной) среды с мате-

риалом;

3) полный или частичный отвод продуктов коррозии от по-

верхности материала изделия (конструкции).

Важно понимать, что всякий коррозионный процесс является

самопроизвольным. Первопричина коррозии – это термодинамическая неустойчивость материалов в эксплуатационной среде, т. е.

коррозия вызывается неустойчивостью большинства искусственных материалов, их стремлением перейти в новое, энергетически выгодное состояние.

В результате коррозионного процесса происходит уменьшение

изобарно-изотермического потенциала ΔG:

ΔG = ΔG

– ΔGн,

где ΔGк и ΔGн относятся к конечному и начальному термодинамическому состоянию материала:

• если ΔG

< ΔGн, то ΔG < 0, следовательно коррозионный про-

цесс возможен и самопроизволен;

• при ΔG > 0 коррозионный процесс невозможен;

• при ΔG = 0 система «материал – окружающая среда» нахо-

дится в термодинамическом равновесии.

Внутреннее энергетическое состояние вещества характеризуется его энтропией (мерой беспорядка вещества): чем выше беспорядок, тем больше энтропия. Если объем и энергия системы постоянны, то любое изменение в ней увеличивает энтропию, если же объем или энергия системы меняются, ее энтропия уменьшается. Все материалы, когда-либо созданные руками человека, на изготовление которых была затрачена энергия, имеют бóльшую внутреннюю упорядоченность, чем исходное сырье, т. е. их энтропия понижается. К примеру, упорядоченность глины в составе строительного раствора в ст ене здания зна чительно больше, че м в рядо м лежащ ей куче, откуда эту глину извлекли. Энтропия в неупорядоченной куче – высокая, в упорядоченной структуре композиционного материала – низкая. Со временем глина стремится принять свое привычное природное состояние – менее упорядоченное, чем в составе строительного материала (т. е. с более высокой энтропией). При этом энергия, вложенная человеком в процесс данного упорядочивания, постепенно выходит наружу и рассеивается в окружающей среде в результате взаимодействия с нею.

Таким образом, согласно II закону термодинамики, неизбежность всех коррозионных процессов и явлений становится очевидной.

1.2. Классификация коррозионных процессов. Виды коррозии

Коррозионные процессы трудно отнести к какому-либо одному определенному типу, так как довольно часто одновременно происходит несколько различных коррозионных процессов. Однако их все же можно классифицировать.

По природе и механизму взаимодействия строительных материалов с окружающей средой коррозионные процессы подразделяются следующим образом:

1) химические;

2) электрохимические;

3) физические;

4) биологические;

5) смешанные (совмещенные).

1. Химическая коррозия – это взаимодействие материала

с коррозионной средой, при котором в нем происходят химические

реакции (окисление, восстановление и др.), как правило, в одном акте. Например, окисление металлов в газовой атмосфере или в воздухе при повышенной температуре может идти следующим образом:

4Al + 3O

→ 2Al2O

По своей сути химическая коррозия – это высокотемператур- ная газовая коррозия, которая развивается в металлических матери- алах в отсутствие электролитов и протекает при температурах, исключающих возможность образования насыщенного пара воды.

Химическая коррозия может возникать и в неводных органических средах. Это один из распространенных видов коррозии в неметаллических строительных материалах.

2. Электрохимическая коррозия – разрушение материалов под влиянием растворов или расплавов электролитов. Она происходит в электролитной среде под действием внутренних микро- или макрогальванических пар или внешней разности потенциалов. При этом взаимодействие материала (металла) с коррозионной средой осуществляется таким образом, что ионизация атомов металлов и восстановление среды происходят не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла. Наиболее распространена электрохимическая коррозия металлов: она наблюдается во влажной атмосфере, речной и морской воде, рассолах. Примером такого процесса является взаимодействие металлов с кислотами и растворами солей:

Zn + 2HCl → ZnCl

Zn – 2ē → Zn

+ 2ē → H2↑

+ H2↑

2 2+

Окисление металлов происходит за счет восстановления окис-

лителей.

3. Физическая коррозия – разрушение целостности строительного изделия или конструкции без протекания химических реакций в самом материале. На коррозионные процессы этого вида существенно влияют величина внешних или внутренних остаточных напряжений и их распределение в материале.

Физическая коррозия протекает с изменениями физических па-

раметров материала изделия или конструкции (возникновение тре-

щин в результате внутренних напряжений, раскрашивание материала конструкции под действием ветровой нагрузки или внешних механических нагрузок и динамических напряжений и т. п.).

4. Биологическая коррозия – разрушение материала изделия или конструкции под воздействием биологических организмов (бактерий, плесневых грибов, водорослей, растений, насекомых и их личинок и др.).

На биологическую коррозию строительных материалов, особенно в контакте с грунтом (землей), могут влиять продукты жизнедеятельности микроорганизмов, значительно ускоряющие коррозионные процессы. Строительные материалы могут подвергаться и непосредственному разрушительному воздействию микроорганизмов и биологических агентов.

Биологическая коррозия – это сложный вид коррозии, включающи й , как правил о, физическу ю , химическ у ю и в некотор ы х случаях электрохимическую коррозию.

5. Смешанная коррозия характеризуется одновременным наложением и взаимным усилением различных коррозионных процессов, поэтому ее часто трудно распознать.

Коррозионные процессы можно также классифицировать по

условиям протекания:

1) газовая коррозия протекает в среде агрессивных газов (например, коррозия железа при высоких температурах);

2) атмосферная коррозия обычно происходит во влажной воздушной среде (либо в среде другого влажного газа); в отсутствие влаги переходит в газовую коррозию;

3) жидкостная коррозия идет в жидких средах, электролитах (растворах кислот, щелочей, солей, морской и речной воде, расплавах солей и т. д.); условия ее протекания могут быть разнообразными;

4) почвенная коррозия происходит в почвах и грунтах;

5) коррозия под влиянием внешних и блуждающих токов протекает вблизи источников электроэнергии (это техногенный вид коррозии);

6) коррозия при

трении или под напряжением вызывает разру- шение материала вследствие каких-либо механических напряжений (трения, вибрации и др.) либо их совместного воздействия с коррозионной средой;

7) структурная коррозия является результатом структурной

неоднородности материалов;

8) контактная коррозия протекает при сопряжении электро-

химически неоднородных материалов (металлов) в электропроводящей среде (например, ускоренное разрушение металла при контакте с другим металлом, имеющим бóльший электрический потенциал) и др.

По характеру разрушения коррозия делится на сплошную (об-

щую) и местную.

При сплошной коррозии разрушению подвергается вся поверхность материала. Эта коррозия делится на равномерную, неравномер- ную и избирательную (когда коррозионный процесс распространяется преимущественно по какой-либо особой составляющей).

Местная коррозия подразделяется на сквозную, язвами, пят-

нами, щелевую, нитевидную, точечную (питтинг-коррозию), ножевую, межкристаллитную и др. Это наиболее опасный и трудно об-

наруживаемый вид коррозии металлических конструкций, который довольно часто становится причиной серьезных разрушений.

Специфическим видом коррозионного разрушения строительных материалов является коррозионная хрупкость – разрушение материала конструкции без заметного поглощения механической энергии. Внешне этот вид коррозии может себя не обнаруживать. Примером коррозионной хрупкости служит охрупчивание высокопрочных сталей в результате их насыщения водородом при работе стальных конструкций в нефтяных скважинах. Охрупчиванию могут также подвергаться пластмассовые изделия и конструкции в атмосферных условиях (при эксплуатации под открытым небом).

1.3. Качественные и количественные показатели коррозии

Для характеристики интенсивности коррозионных процессов используются качественные и количественные показатели.

Качественные

показатели коррозии оценивают путем визуаль- ных наблюдений и описания объектов, фотографирования, микроскопических исследований, применения качественных индикаторов на продукты коррозии и т. д.

Количественные показатели коррозии основаны на изменениях физических величин или физико-механических характеристик изделий в результате протекания коррозионных процессов.

Наиболее часто применяемые количественные показатели кор-

розии:

1) глубинный показатель – средняя или максимальная глубина

коррозионного разрушения материала П (мм) в единицу времени τ (месяц, год):

;

2) изменение толщины пленки продуктов коррозии, мм/год:

Δ=h

;К

изменение массы или объема образца в результате коррозии

(отрицательное или положительное), отнесенное к единице поверхности и единице времени, г/(м

⋅ ч) и см3/(см2 ⋅ ч) соответственно:

К⋅=

;

τК⋅

прочностной показатель – изменение предела прочности ма-

териала Δσ (МПа) при растяжении (сжатии) за время коррозии τ, отнесенное к пределу прочности материала до начала коррозии σ, %:

σΔ

%.100К

В зависимости от скорости и интенсивности коррозионного процесса могут использоваться различные единицы измерения. Все вышеупомянутые показатели относятся к случаям равномерной коррозии и характеризуют собой средние величины.

Для оценки скорости коррозии металлических материалов в агрессивных средах используют показатель К оценивают с помощью показателя К

, а глубину коррозии

При равномерной коррозии металлов справедливо следующее выражение:

⋅

К8,76

где КП – глубинный показатель коррозии, мм/год; Кm – скорость коррозии, г/(м2 · ч); γ – плотность металла, г/см3; 8,76 – коэффициент перехода от показателя скорости коррозии к глубинному показателю: 24 ч × 365 дней = 8760 ч.

Коррозионную стойкость металлических материалов согласно ГОСТ 5272–68 «Коррозия металлов. Термины» оценивают по десятибалльной шкале (табл. 1).

Таблица 1

Коррозионная стойкость металлов

Группа стойкости I. Совершенно стойкие II. Весьма стойкие 0,001–0,005 2

III. Стойкие 0,01–0,05 4

IV. Относительно стойкие 0,1–0,5 6

V. Малостойкие 1,0–5,0 8

VI. Нестойкие

КП, мм/год

< 0,001

0,005–0,01 3

0,05–0,1 5

0,5–1,0 7

5,0–10,0 9

> 10,0

Балл

Для изготовления строительных конструкций и ответственного оборудования используют металлы I и II групп стойкости. В отдельных случаях применяют материалы III и IV групп, учитывая сокращенный срок службы изделий и возможность загрязнения окружающей среды продуктами коррозии. При этом предусматривают меры по защите металлических конструкций от коррозионного разрушения.

Стойкость неметаллических материалов оценивают по изменениям их физико-химических и механических свойств в результате коррозии. Единой оценки здесь не существует, применяются условные показатели: «стоек», «ограниченно стоек», «нестоек», «относительно стоек», «применим», «неприменим».

1 / 111 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]