7. Подземная коррозия

Подземной коррозией называется разрушение материала, вызванное действием почвы или блуждающими токами. Эта коррозия подразделяется на два вида: почвенная коррозия и коррозия, вызванная действием блуждающих токов. Она поражает нефтяные, газовые или водные подземные трубопроводы, а также сваи, кабели и другие подземные сооружения.

7.1 Почвенная коррозия

Почвенная коррозия может быть сплошной и местной. Местная коррозия очень опасна, т.к. приводит к возникновению сквозных повреждений. По механизму почвенная коррозия относится чаще всего к электрохимической, но в сухой песчаной почве наблюдается химическая коррозия. Электрохимическая коррозия сопровождается кислородной деполяризацией и естественно, что главными факторами являются концентрация и скорость диффузии кислорода в почве. Этим и объясняется разная скорость коррозии одного и того же материала в разных грунтах.

Почва — это наружный слой горных пород, измененный водой, воздухом и продуктами жизнедеятельности различных микроорганизмов. От горных пород она отличается тем, что состоит из двух частей: минеральной и органической. Почвенный слой неоднороден по составу и структуре, что осложняет определение его коррозионной активности. Обычно почвы классифицируют по их зональному размещению.

При оценке коррозионной активности почв важной характеристикой является проницаемость их для кислорода воздуха, которая меняется в зависимости от влажности и величины частичек слагающих почву. В зависимости от размера частичек почвы подразделяются на хрящевые, песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые. Минеральный состав отдельных фракций почв заметно различается. Как правило, сухие песчаные или известковые почвы с высоким электросопротивлением являются наименее коррозионноактивными. Глинистые и сильно солевые почвы с высокой электропроводностью — наиболее коррозионноактивны.

Минеральные частицы и органические вещества составляют твердую основу почвы, в которой находятся газы и вода. Общее количество воды и газов определяется объемом пор. Газы поступают в почву из атмосферы как путем диффузии, так и с атмосферными осадками. Вода в почве может находиться в различном состоянии: парообразном, жидком и твердом (лед). Газообразная фаза в грунтах имеет относительную влажность 100%, так как естественная влажность грунтов обычно больше, чем максимальная гигроскопичность, определяемая количеством предельно адсорбированной влаги. Эта вода классифицируется как прочно связанная. Свободная вода в почве может быть либо капиллярная, либо гравитационная. В суженных частях и в углах пор, т.е. в местах соприкосновения твердых частиц, вода находится в относительно неподвижном состоянии, обусловленном капиллярными силами. По отношению ко всему объему пор капиллярная вода составляет незначительный процент. Гравитационная вода перемещается в почве под влиянием сил тяжести. Эти перемещения возможны либо сверху вниз при просачивании дождевой воды, либо наклонно по ходу водонепроницаемого слоя (грунтовые воды).

Механизм почвенной коррозии аналогичен механизму атмосферной коррозии. В условиях усиленного подвода кислорода потенциал конструкции оказывается более положительным, чем в условиях с затрудненным подводом кислорода. Поэтому, когда два участка одного и того же сооружения оказываются в различных условиях доступа кислорода из-за разного грунта, то благодаря разности потенциалов между этими участками возникает электрический ток, как показано на рисунке 25.

Анодные зоны возникают на поверхности, которая контактирует с плотной глинистой почвой, в местах с повышенной влажностью и в условиях затрудненного доступа кислорода воздуха.

На скорость почвенной коррозии оказывают влияние химический состав и структура материала, а также характеристика почвы. Изменение того или иного фактора может влиять на анодный, на катодный процессы и на омическое сопротивление коррозионного элемента. Рассмотрим

а) в разных почвах; б) при пересечении шоссейной дороги

Рисунок 25 — Образование макрогальванического коррозионного

элемента

некоторые причины, вызывающие торможение анодной реакции перехода железа в продукты коррозии, т.е.

Fe → Fe²⁺ ∙nH₂O → mFeO ∙ nFe₂O₃ ∙ H₂O

Из этой реакции видно, что гидратация иона железа невозможна, если в почве отсутствует вода. Кроме того, благодаря наличию твердой основы условия диффузии вглубь почвы ионов железа будут затруднены, вследствие чего продукты коррозии накапливаются вблизи поверхности и затрудняют развитие коррозии, даже если они рыхлые, и в обычных условиях (в элетролите) практически не снижают скорости анодной реакции. Химический состав почвы влияет на скорость коррозии через структуру образующихся продуктов коррозии. Так, например, наличие хлоридов вызывает образование неустойчивых соединений железа с хлор-ионом, приводящих к ускорению перехода железа в почву.

На интенсивность почвенной коррозии в значительной степени влияет активность бактерий. В особенности это касается водонасыщенных глин и других аналогичных почв, в которых атмосферного кислорода нет. Если такие почвы содержат сульфаты, например гипс, и необходимое количество питательных веществ, то коррозия может идти и в анаэробных условиях под влиянием сульфатвосстанавливающих бактерий. Одним из конечных продуктов коррозии является сульфид железа, поэтому его наличие служит характерным признаком деятельности сульфатвосстанавливающих бактерий.

Среди факторов почвенной коррозии следует отметить и структурную неоднородность почв, вызывающую появление коррозионных элементов на металле. Необходимо заметить, что уменьшение кислородной проницаемости почвы способствует возникновению анаэробных условий и развитию деятельности бактерий, в результате чего в ряде случаев скорость коррозии значительно увеличивается.

Важными характеристиками почвы являются также водородный показетель среды, температура, давление и др.