Защита металлоконструкций от коррозии

3. ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ

3.1. Нанесение лакокрасочных защитных материалов должно выполняться в следующей технологической последовательности:

нанесение и сушка грунтовок;

нанесение и сушка шпатлевок (при необходимости);

нанесение и сушка покрывных слоев; выдержка или термическая обработка покрытия.

3.2. Способ нанесения, толщина отдельных слоев, влажность воздуха и время сушки каждого слоя, общая толщина защитного покрытия определяются технической документацией, разработанной в соответствии с ГОСТ 21.513-83 и требованиями настоящего СНиП.

3.3. Лакокрасочные материалы перед применением должны быть перемешаны, отфильтрованы и иметь вязкость, соответствующую способу их нанесения.

3.4. Устройство армированных лакокрасочных покрытий следует выполнять в следующей технологической последовательности:

нанесение и сушка грунтовки;

нанесение клеящего состава с одновременной приклейкой и прикаткой армирующей ткани и выдержкой ее в течение 2-3 ч;

пропитка наклеенной ткани составом и его сушка;

послойное нанесение защитных составов с сушкой каждого слоя;

выдержка нанесенного защитного покрытия.

3.5. Подготовка стеклотканевых материалов заключается в раскрое полотнищ с учетом нахлестки на 100-120 мм в продольных и на 150-200 мм в поперечных стыках.

Защита арматуры в бетоне

Существует 3 вида защиты арматуры в бетонном монолите от коррозии: создание оптимальной среды вокруг металла за счет введения в бетон специального ингибитора, улучшение характеристик металла, дополнительная защита арматуры от коррозии (использование пленок, составов и т.д.). Также актуально приготовление качественного раствора с введением пластификаторов, которые уменьшают пористость монолита.

Среда, которая окружает металл – это бетон и для защиты металла от коррозии нужно работать с монолитом. В первую очередь, исключают или минимизируют в составе вещества, вызывающие коррозию – это хлориды, роданиды. Если бетон испытывает постоянное воздействие влаги/воды, его покрывают специальными пропитками – петролатумными, битумными и другими, которые понижают уровень проницаемости камня.

Сводится к минимуму коррозия арматуры при непрерывным насыщении бетона по причине того, что так затрудняется попадание кислорода к металлу, существенно тормозится катодный процесс. Можно использовать ингибиторы коррозии на этапе приготовления бетонного раствора.

Иногда используется метод омического ограничения – когда влажность бетонного монолита не превышает равновесное значение при показателе относительной влажности воздуха в 60%. В таком случае коррозия арматуры тормозится из-за появления высокого омического сопротивления, которое демонстрируют пленки влаги возле поверхности арматуры. Но метод сложен и не дает эффекта в регионах с частыми осадками и повышенной влажностью.

Качественный бетон изначально должен пассивирующе влиять на арматуру. В среднем бетон полностью сохнет в течение 2-3 лет (чуть быстрее в сухом климате). За это время сильнее разрушается арматура, так как пребывает во влажной среде.

Для защиты осуществляют пассивирование поверхности арматуры и образование защитных оксидных пленок под влиянием щелочной водной среды бетона. Для этого в раствор вводят пассиваторы – примером может выступить нитрит натрия (вводят в объеме 2-3% от массы цемента).

Самым эффективным на сегодняшний день считается использование мигрирующих ингибиторов коррозии, которые можно добавлять в жидкий или твердый бетон. Ингибиторы проходят через трещины в бетоне и поры до металлической поверхности, впитываются в металл, создавая защитный мономолекулярный слой. Так тормозятся процессы коррозии, перекрывается к металлу доступ влаги и воздуха.

Ингибиторы замедляют процесс появления ржавчины в среднем в 5-13 раз. Если использовать средство до начала процесса корродирования, время до запуска окисления металла увеличивается в 2-3 раза.

Чтобы использовать ингибиторы, поверхность нужно очистить от грязи и масла, грибка и асфальта, грунтовок и других составов. Потом ингибитор наносят малярным валиком либо с применением пульверизатора. Обычно выполняют в 2 этапа с промежутком по времени (около 8 часов).

5. ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ ИЗ ЖИДКИХ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ

5.1. Нанесение защитных покрытий из жидких резиновых смесей должно выполняться в следующей технологической последовательности:

нанесение грунтовок;

нанесение покрытия из жидких резиновых смесей;

вулканизация или сушка покрытия.

5.2. Толщина покрытия определяется проектом.

5.3. Грунтовку защищаемой поверхности следует выполнять:

под покрытия из тиоколовых герметиков (У-30М) — клеями 88-Н, 88-НП, 78-БЦС-П, грунтами — эпоксидно-тиоколовым, хлорнаиритовым;

под покрытия из эпоксидно-тиоколовых герметиков (У-30 МЭС-5) — разбавленным герметиком У-30 МЭС-10;

под покрытия из наиритовых составов (наирит НТ) — хлорнаиритовым грунтом;

под дивинилстирольные герметики (типа 51Г-10) — разбавленным дивинилстирольным герметиком.

5.4. Покрытия на основе герметиков У-30М, У-30 МЭС-5 и гуммировочного состава на основе наирита НТ необходимо вулканизировать после нанесения всех слоев. Режим вулканизации указан в технической документации.

Покрытия на основе герметика 51Г-10 сушат при температуре 20°С.

5.5. Технология выполнения покрытия «Полан-М» заключается в нанесении:

двух грунтовочных слоев клея 88-Н или 78-БЦС-П;

одного слоя промежуточной композиции «П»;

защитных слоев композиции «З».

Технология выполнения покрытия «Полан-2М» заключается в нанесении:

двух слоев адгезионной композиции «А»;

защитных слоев композиции «З».

Технология выполнения покрытия «Полан-Б» заключается в нанесении:

слоя адгезионной композиции «А»;

слоя цементно-адгезионного состава на основе портландцемента марки 400 и адгезионной композиции «А»;

слоя промежуточной композиции «П»;

защитных слоев композиции «З».

5.6. Все композиции «Полан» наносятся послойно с сушкой каждого слоя в соответствии с технологической инструкцией.

5.7. К последующей футеровки после нанесения композиции «Полан» следует приступать после выдержки готового покрытия в течение 2 сут. при температуре поверхности не ниже 20°С.

Защита строительных материалов от коррозии

В данном разделе описаны способы защиты строительных материалов от коррозии в условиях агрессивных сред.

Всякая конструкция, кроме чисто силовых воздействий, вызывающих объемное напряженное состояние, подвергается физико-химическим воздействиям окружающей среды.

Среда может, быть в газообразном, жидком или твердом виде, а чаще всего — многофазной. Так, например, на фундаменты может действовать прилегающий к ним грунт (преимущественно насыщающие его грунтовые воды); на стены и покрытия действует наружная и внутренняя атмосфера разной влажности и загрязненности.

Отдельные агенты среды характеризуются большей или меньшей агрессивностью по отношению к различным материалам конструкций, т. е. способностью за определенный срок вызывать полное или частичное их разрушение.

Строго говоря, всякая среда воздействует на конструкцию. Эти воздействия могут быть либо агрессивными (чаще всего), либо благоприятными, способствующими стабилизации и даже упрочнению материала.

Основными задачами являлись: оценка агрессивности разных сред, описание действия среды на материалы и конструкции, составление рекомендаций по выбору материалов, стойких к данным средам; главное внимание при этом уделено воздействиям химических агентов и защите от них материалов и конструкций. Задача проектировщика, назначающего тот или иной материал для применения в конструкциях с наличием агрессивных сред, ответственна и достаточно сложна

Применение относительно экономичных, но часто недостаточно стойких материалов приводит к быстрому их разрушению и высоким затратам на ремонтно-восстановительные работы; использование же высокостойких, но обычно более дорогих материалов увеличивает затраты на. возведение сооружений

Задача проектировщика, назначающего тот или иной материал для применения в конструкциях с наличием агрессивных сред, ответственна и достаточно сложна. Применение относительно экономичных, но часто недостаточно стойких материалов приводит к быстрому их разрушению и высоким затратам на ремонтно-восстановительные работы; использование же высокостойких, но обычно более дорогих материалов увеличивает затраты на. возведение сооружений.

Идеальным решением, по-видимому, было бы проектирование равностойких элементов сооружений, которые разрушались бы одновременна и только после длительного (заданного) срока службы, соответствующего моральному износу оборудования. Однако практически это не всегда возможно. Поэтому в процессе эксплуатации зданий и сооружений приходится, к сожалению, довольно часто заменять быстроразрушающиеся элементы или отдельные конструкции — обычно полы, реже фундаменты, стены, покрытия и другие. В таких случаях при проектировании капитального ремонта на отдельных предприятиях желательно предусматривать возможность посекционной замены конструкций: это ускорит ремонтно-строительные работы и позволит выполнять их в условиях действующего предприятия без нарушения общего хода технологического процесса.

Среда воздействует преимущественно на поверхностные слои конструкций, постепенно проникая в глубину, особенно если материал недостаточно плотный. Поэтому очень часто защита конструкций от агрессивных воздействий среды сводится к уплотнению материала в поверхностном слое или нанесению достаточно плотных и стойких к данной среде защитных покрытий — облицовок, штукатурок, оклеечной изоляции или даже окраски. Естественно, что в период эксплуатации зданий и сооружений эти защитные покрытия должны периодически и своевременно обновляться.

Учитывая данные обстоятельства, механизм коррозионных процессов рассмотрен на сайте применительно к отдельным материалам, из которых изготовляются конструкции,— металлу, бетону, древесине, — или к материалам, которые наносятся на конструкции в качестве защитных покрытий,— краскам, пластикам, мастикам и растворам.

Значительное место занимает описание приемов повышения плотности и стойкости обычного цементного бетона, что вполне закономерно: он используется на строительстве; цементные бетоны высокой плотности являются достаточно экономичными и стойкими конструктивными и защитными (для металла) материалами во многих средах, за исключением сильнокислых вод.

Для повышения стойкости материалов и конструкций, работающих в кислых средах, рекомендуются специальные мастики, растворы и бетоны на жидком стекле, серном цементе и битуме.

При наличии переменных (кислото-щелочных) воздействий либо при воздействии высококонцентрированных или подогретых химических растворов необходимо применение более стойких материалов — на основе пластмасс и пластбетонов.

Общие принципы

Все защитные способы условно выделены в две основные группы.

Первая предусматривает необходимые мероприятия непосредственно в процессе производства:

• повышение стойкости к ржавчине путем определенных изменений в химическом составе материала;
• изоляция металла от агрессивных воздействий.

Вторая группа охватывает методы противодействия в эксплуатационном периоде:

• понижение степени агрессивности среды;
• уменьшение коррозийных процессов, основываясь на действии закона гальваники.

Конкретные способы защиты металлоконструкций от коррозии имеют свои этапы подготовки и технологию выполнения, определяемые соответствующими ГОСТ и ТУ.

Легирование

Известный и эффективный метод придания металлу высокой антикоррозийной стойкости. Это ничто иное, как популярная во всех сферах жизни «нержавейка» – сталь с введением в ее состав хрома, меди, вольфрама, никеля. Такие добавки придают пассивность металлу и заодно повышают его жаропрочные характеристики.

ПОДГОТОВКА БЕТОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

2.9. Бетонная поверхность, подготовленная к нанесению антикоррозионной защиты, не должна иметь выступающей арматуры, раковин, наплывов, околов ребер, масляных пятен, грязи и пыли.

Закладные изделия должны быть жестко закреплены в бетоне; фартуки закладных изделий устанавливают заподлицо с защищаемой поверхностью.

Места примыкания пола к колоннам, фундаментам под оборудование, стенам и другим вертикальным элементам должны быть замоноличены.

Опоры металлоконструкций должны быть обетонированы.

Влажность бетона в поверхностном слое толщиной 20 мм должна быть не более 4 %.

2.10. Бетонные поверхности, ранее подвергавшиеся воздействию кислых агрессивных сред, должны быть промыты чистой водой, нейтрализованы щелочным раствором или 4-5 %-ным раствором кальцинированной соды, вновь промыты и высушены.

2.11. Подготовленная бетонная поверхность в зависимости от вида защитного покрытия должна соответствовать требованиям табл. 2.

Таблица 2

Значения показателей качества поверхности, подготовленной под защитные покрытия

лакокрасочные

мастичные, шпатлевочные и наливные на основе синтетических смол

оклеечные

футеровочные и облицовочные

1. Шероховатость:

класс шероховатости

3-III

2-III

3-III

Устанавливается в зависимости от свойств подслоя покрытия

суммарная площадь отдельных раковин и углублений на 1 м2, %, при глубине раковин, мм:

до 2

До 0,2

—

—

—

« 3

—

До 0,2

До 0,2

—

поверхностная пористость, %

До 5

До 20

До 10

—

2. Влажность поверхностная, % по массе

До 4

До 4

До 4

До 4

Примечания: 1. Влажность бетона для покрытий из водорастворимых составов не нормируется, но на поверхности не должно быть видимой пленки воды.

2. Класс шероховатости определяется по табл. 3.

Таблица3

Расстояние между выступами и впадинами, мм

Класс шероховатости

Расстояние между выступами и впадинами, мм

1-III

Св. 2,5 до 5,0

3-III

Св. 0,6 до 1,2

2-III

« 1,2 « 2,5

4-III

« 0,3 « 0,6

3.2 Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах

Жидкости-неэлектролиты — это жидкие среды, которые не являются проводниками электричества. К ним относятся:  органические (бензол, фенол, хлороформ, спирты, керосин, нефть, бензин); неорганического происхождения (жидкий бром, расплавленная сера и т.д.). Чистые  неэлектролиты не реагируют с металлами, но с добавлением даже незначительного количества примесей процесс взаимодействия резко ускоряется.  Например, если нефть будет содержать серу или серосодержащие соединения (сероводород, меркаптаны) процесс химической коррозии ускоряется. Если вдобавок увеличится температура, в жидкости окажется растворенный кислород — химическая коррозия усилится.

Присутствие в жидкостях-неэлектролитах влаги обеспечивает интенсивное протекание коррозии уже по электрохимическому механизму.

Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах подразделяется на несколько стадий:

— подход окислителя к поверхности металла;

— хемосорбция реагента на поверхности;

— реакция окислителя с металлом (образование оксидной пленки);

— десорбция оксидов с металлом (может отсутствовать);

— диффузия оксидов в неэлектролит (может отсутствовать).

Для защиты конструкций от химической коррозии в жидкостях-неэлектролитах на  ее поверхность наносят покрытия,  устойчивые в данной среде.

8. МЕТАЛЛИЗАЦИОННЫЕ И КОМБИНИРОВАННЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ

8.1. Подготовленная с помощью дробеструйной очистки поверхность должна определяться величиной шероховатости, которая составляет от 6,3 до 55 мкм.

8.2. Разрыв во времени между окончанием дробеструйной очистки поверхности и началом нанесения металлизационного покрытия должен соответствовать следующим данным:

в закрытых помещениях при относительной влажности воздуха до 70 % — не более 6 ч;

на открытом воздухе в условиях, исключающих образования конденсата на металлической поверхности — не более 3 ч;

при влажности воздуха выше 90 % под навесом или внутри аппарата при условии, исключающем попадание влаги на защищаемую поверхность — не более 0,5 ч.

8.3. В условиях строительной площадки металлизационное покрытие наносят вручную газопламенным и электродуговым способами.

8.4. Проволока, используемая для создания металлизационного покрытия, должна быть гладкой, чистой, без перегибов и не иметь вспученных оксидов. При необходимости проволоку очищают от консервационной смазки растворителями, от загрязнений — наждачной бумагой № 0.

8.5. Металлизация вручную должна осуществляться путем последовательного нанесения взаимно перекрывающихся параллельных полос. Покрытия наносят в несколько слоев, при этом каждый последующий слой следует наносить так, чтобы его проход был перпендикулярен проходам предыдущего слоя.

8.6. Для обеспечения высокого качества металлизационного покрытия при напылении защитного металла необходимо соблюдать следующие условия:

расстояние от точки плавления проволоки до защищаемой поверхности должно быть в пределах 80-150 мм;

оптимальный угол нанесения металловоздушной струи должен быть 65-80°;

оптимальная толщина одного слоя должна быть 50-60 мкм;

температура защищаемой поверхности при нагреве не должна превышать 150°С.

8.7. При устройстве комбинированного защитного покрытия нанесение лакокрасочных покрытий на металлизационное следует выполнять в соответствии c.

ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

2.1. Металлическая поверхность, подготовленная к производству
антикоррозионных работ, не должна иметь заусенцев, острых кромок, сварочных
брызг, наплывов, прожогов, остатков флюса, дефектов, возникающих при прокатке и
литье в виде неметаллических макровключений, раковин, трещин, неровностей, а
также солей, жиров и загрязнений.

2.2. Перед
нанесением защитных покрытий поверхности стальных строительных конструкций,
аппаратов, газоходов и трубопроводов следует очистить от оксидов струйным
способом с применением дробеструйных установок, механическими щетками или
преобразователями ржавчины. Способы очистки поверхности указывают в технической
документации.

2.3.
Поверхности стальных строительных конструкций, предусмотренных к обработке
преобразователями (модификаторами) ржавчины, должны очищаться только от
отслаивающихся пленок ржавчины или окалины. Допускаемая для модификации толщина
продуктов коррозии, как правило, составляет не более 100 мкм.

2.4. Степень
очистки от оксидов металлических строительных конструкций и оборудования,
подлежащих антикоррозионной защите, должна соответствовать виду защитного
покрытия, приведенного в .

Таблица 1

	Степень очистки по ГОСТ 9.402-80
вторая	третья	четвертая
Лакокрасочные на основе смол:
природных	—	+	—
синтетических	+	—	—
Мастичные, шпатлевочные и наливные:
неорганические на основе жидкого стекла	—	+	—
органические на основе смол:
природных	—	+	—
синтетических	+	—	—
Оклеечные:
на битумных и битумно-резиновых мастиках	—	—	+
на синтетических клеях	+	—	—
асбестом на жидком стекле	—	—	+
Гуммировочные	+	—	—
Футеровочные и облицовочные на вяжущих, приготовленных на основе:
жидкого стекла	—	+	—
синтетических смол	+	—	—
природных смол	—	—	+
«Полан-М»	+	—	—
«Полан-2М»	—	—	+

2.5.
Используемый для очистки сжатый воздух должен быть сухим, чистым и соответствовать
ГОСТ
9.010-80.

2.6. При
абразивной очистке на обрабатываемой поверхности должно быть исключено
образование конденсата.

2.7. После
очистки металлическую поверхность необходимо обеспылить механическим способом
или растворителями.

2.8.
Соответствие степени очистки металлических поверхностей виду защитного покрытия
согласно следует проверять непосредственно перед нанесением защитного
покрытия.

Общие положения

8.1. Работы по защите строительных конструкций и сооружений от
коррозии следует выполнять после окончания всех предшествующих
строительно-монтажных работ, в процессе производства которых покрытие может
быть повреждено.

8.2. Работы по нанесению защитного покрытия следует выполнять при
температуре окружающего воздуха, защитных материалов и защищаемых поверхностей
не ниже плюс 5°С.

При
необходимости допускается выполнение отдельных видов защитных покрытий при
более низких температурах с учетом специально разработанной для этих целей
технической документации (например, материалы »Гермокрон» возможно наносить
при температуре до минус 10°С).

8.3. Не допускается выравнивание бетонной поверхности материалами,
предназначенными для защитных покрытий.

8.4. Антикоррозионная защита поверхностей должна выполняться в
следующей технологической последовательности:

подготовка
поверхности под нанесение защитного покрытия;

подготовка
композиционных материалов;

нанесение
грунтовочного материала, обеспечивающего сцепление последующих слоев защитных
покрытий с защищаемой поверхностью;

нанесение
защитного покрытия;

сушка
покрытия.

8.5. Технологический процесс выполнения защитного покрытия
выбирается в зависимости от принятой системы покрытия, приведенной в .

Защита бетона

Чтобы получить оптимальный результат, желательно одновременно использовать разные виды защиты бетона. На этапе создания проекта определяются опасные для бетона факторы, рассматриваются мероприятия по профилактике и защите монолита.

Профилактическая защита бетона предполагает герметизацию конструкции, исключение агрессивных сред, улучшение вентиляции в закрытых помещениях

Важно уделить внимание и правильному конструированию – все поверхности должны быть выполнены так, чтобы иметь возможность предотвратить места скопления воды, другой органики. От цементного камня должен осуществляться нормальный водоотвод (реализуют методом создания водоотводов и поверхностей с углом)

Есть два типа защиты бетона: первичная и вторичная. Первичная защита от коррозии предполагает применение разного типа минеральных добавок в бетон, повышающих его плотность. Метод эффективен, но при слишком большой концентрации добавок можно ухудшить характеристики бетона. Используются добавки для повышения разных свойств монолита – стабилизирующие, влагоудерживающие, пластифицирующие.

Набор добавок подбирают в соответствии с условиями эксплуатации – так, для бетона в воде с сульфатами актуально уменьшение содержания C3S, для других случаев на первый план выходят другие характеристики и показатели.

Благодаря химическим добавкам увеличивается плотность бетона, что не дает проникать вовнутрь структуры агрессивным средам и даже защищает арматуру. Химические добавки закрывают поры камня, повышая морозостойкость.

Наиболее популярные добавки в бетон:

• противоморозные;
• воздухозахватывающие;
• пластификаторы;
• повышающие водонепроницаемость;
• антикоррозийные вещества для арматуры;
• замедлители схватывания.

Часто применяют добавки комплексного воздействия, которые одновременно меняют несколько свойств. В некоторых случаях при улучшении одних характеристик вещества ухудшают другие (менее важные).

Вторичная защита бетона от коррозии предполагает использование разных покрытий, которые не позволяют воздействовать на поверхность монолита опасным средам и веществам. Чаще всего применяют лакокрасочные смеси, обеспечивают дополнительную гидроизоляцию, долго выдерживают бетон на воздухе (до карбонизации).

Специальные краски, акриловые покрытия, лаки не позволяют попадать на бетон твердым и газообразным компонентам, способным вызвать коррозию. Такие покрытия защищают камень от влаги и противодействуют такому неприятному фактору, как биологическая коррозия бетона (воздействие микроорганизмов). Применяются разные мастики, создающие защитный барьер. Наиболее эффективными считаются смеси на базе смол.

Актуальны уплотняющие пропитки, которые могут использоваться в качестве основы перед нанесением лакокрасочных покрытий. Такие составы не позволяют воздействовать на бетон газам, влаге. Биоцидные добавки защищают от бактерий, грибков, плесени. Внутри пор материала составы не позволяют развиваться бактериям.

Защита специальными покрытиями актуальна там, где нужно защитить бетон во влажных грунтах. Монолит оклеивают со всех сторон полиизобутиленовыми пластинами, полиэтиленовой пленкой, другими видами рулонной гидроизоляции.

Коррозия бетона и арматуры в конструкциях – актуальная проблема, которая значительно ухудшает эксплуатационные характеристики и сокращает срок службы. Для наиболее эффективной защиты бетонного монолита и стальных каркасов внутри лучше всего использовать несколько методов.

3 Химическая коррозия

Химическая коррозия — это вид коррозионного  разрушения металла, связанный с взаимодействием металла и коррозионной среды, при котором одновременно окисляется металл и происходит восстановление коррозионной среды. Химическаякоррозия не связана с образованием, а также воздействием электрического тока.

Движущей силой (первопричиной) химической коррозии является  термодинамическая неустойчивость металлов. Они могут самопроизвольно переходить в более устойчивое состояние в результате процесса:

Металл + Окислительный компонент среды = Продукт реакции

При этом термодинамический потенциал системы уменьшается.

По знаку изменения термодинамического потенциала можно определить возможность самопроизвольного протекания химической коррозии. Критерием обычно служит изобарно-изотермический потенциал G. При самопроизвольном протекании химического процесса наблюдается убыль изобарно-изотермического потенциала. Поэтому, если:

Δ GТ < 0, то  процесс химической коррозии возможен;

Δ GТ > 0, то  процесс химической коррозии невозможен;

Δ GТ = 0, то  система находится в равновесии.

К химической коррозии относятся:

— газовая коррозия — коррозионное разрушение  под воздействием газов при высоких температурах;

— коррозия в жидкостях-неэлектролитах.

Коррозия арматуры в бетоне

Если в конструкциях используют залитую бетоном железную арматуру, т.е. железобетон, возможно протекание еще одного вида разрушения – коррозии арматуры в бетоне. Под воздействием вод окружающей среды или при наличии в воздухе сероводорода, хлора, сернистых газов  арматура в середине бетона ржавеет и образуются продукты коррозии железа. По объему они превышают начальный объем арматуры, что приводит к возникновению и  росту внутренних напряжений, а в дальнейшем – растрескиванию бетона.

Сквозь поры в цементном камне к арматуре проникает воздух и влага. Подвод их к поверхности металла осуществляется не равномерно из-за чего на разных участках поверхности наблюдаются разные потенциалы – протекает электрохимическая коррозия. Скорость протекания электрохимической коррозии арматуры зависит от влагопроницаемости, пористости бетонного камня и наличия в нем трещин.

Наличие в воде растворенных веществ усиливает коррозию арматуры с повышением концентрации электролита.

При длительном выдерживании бетона на воздухе на поверхности образуется очень тонкая (5 – 10 мкм) защитная пленка, которая не растворяется  в воде и не взаимодействует с сульфатами. Процесс возникновения защитной пленки под воздействием углекислоты воздуха называется карбонизацией. Карбонизация защищает бетон от коррозии, но способствует коррозии арматуры в бетоне.

Нельзя  армировать бетон, в состав которого входит хлористый кальций (больше 2% от веса цемента). Хлористый кальций ускоряет коррозию арматуры как на воздухе, так и в воде.

Защита арматуры бетона от коррозии

Существует несколько способов защитить стальную арматуру в бетоне от коррозии: облагородить окружающую металл среду (т.е. использовать качественный бетон специального состава, введение ингибиторов); дополнительная защита арматуры бетона от коррозии (пленки и т.п.); улучшить характеристики самого металла.

Вокруг  арматуры находится сам бетон, поэтому именно бетон является средой, окружающей металл. Для продления срока службы арматуры необходимо улучшить влияние бетонного камня на сталь. Прежде всего, нужно исключить или, если это невозможно, свести к минимуму вещества, входящие в состав бетона, которые способствуют интенсификации процесса коррозии арматуры в бетоне. К таким веществам относятся  роданиды, хлориды.

Если железобетонное изделие эксплуатируется в условиях периодического смачивания, необходимо пропитывать бетон специальными пропитками (битумными, петролатумными и др.). Это значительно снизит проницаемость бетона. При постоянном насыщении бетонного камня коррозия арматуры в бетоне практически сводится к минимуму. Это объясняется тем, что очень сильно затрудняется проникновение кислорода к поверхности метала,   происходит значительное торможение катодного процесса.

Для продления срока службы металлической основы железобетона – бетон облагораживают. Во время формирования бетонной смеси в состав вводят ингибиторы коррозии.

Для защиты от коррозии арматуры в конструкционно-теплоизоляционных бетонах широко используется способ омического ограничения. Суть заключается в том, что влажность самого бетона не должна превышать равновесное значение при относительной влажности воздуха 60%. Тогда процессы коррозии арматуры почти прекращаются, т.к. возникает высокое омическое сопротивление пленок влаги у поверхности арматуры. Этот способ не так уж  прост и не эффективен  в районах с высокой влажностью и частыми осадками.

Хороший бетон должен обладать первоначальным пассивирующим воздействием на арматуру. Бетонные изделия полностью просыхают примерно за 2-3 года. Если климат сухой, то немного быстрее. Именно в это время и происходит самое сильное коррозионное разрушение арматуры, т.к. она находится во влажной бетонной среде.

Хорошим способом защитить арматуру бетона от коррозии считается предварительное пассивирование поверхности арматуры, а также образование оксидных защитных пленок под воздействием водной щелочной среды бетонного камня. Усиливают защитные свойства пленки введением в бетонную смесь пассиваторов. Часто используют нитрит натрия в количестве 2 – 3 % от исходного веса цемента.

Электрохимическая коррозия

В основе коррозийных процессов лежат окислительно-восстановительные реакции металлов с окружающей средой, сопровождающиеся переходом металлов в более термодинамически устойчивое состояние.

Рассмотрим коррозию железа как электрохимический процесс. Ржавление железа есть не что иное, как анодная реакция 

Катодная реакция – восстановление атмосферного кислорода: 

Водородные ионы поставляет вода. Если бы в воде не было растворенного кислорода, то коррозия была бы невозможна. Следовательно, железо корродирует в слое воды, насыщенном кислородом. Таким образом, начальную стадию коррозии железа можно передать реакцией 

2Fe + O2 + 4H+ → 2FeO + 2H2O.

На скорость коррозии существенное влияние оказывает концентрация ионов H+. Повышение pH приводит к замедлению коррозии, поскольку восстановление O2 из H2O замедляется. При pH = 9–10 коррозия железа практически прекращается. Известно, что в водной среде ионы Fe2+ в присутствии кислорода окисляются до Fe3+. Вторая стадия коррозии соответствует реакции образования гидратированного оксида железа (ржавчины) Fe2O3∙nH2O (рис. 7.4): 

4Fe2+ + O2 + 4H2O + xH2O = 2Fe2O3∙xH2O + 8H+.

Рисунок 7.4

Коррозия железа кислородом воздуха, растворенным в воде

Для защиты железа от коррозии используются всевозможные покрытия: краска, слой металла (олова, цинка). При этом краска и олово предохраняют от коррозии до тех пор, пока защитный слой цел. Появление в нем трещин и царапин способствует проникновению влаги и воздуха к поверхности железа, и процесс коррозии возобновляется, причем в случае оловянного покрытия он даже ускоряется, поскольку олово служит катодом в электрохимическом процессе (рис. 7.5).

Рисунок 7.5

Коррозия «белой жести»

Оцинкованное железо ведет себя иначе. Поскольку цинк выполняет роль анода, то его защитная функция сохраняется и при нарушении цинкового покрытия (рис. 7.6).

Рисунок 7.6

Катодная защита в оцинкованном железе

Катодная защита широко используется для уменьшения коррозии подземных и подводных трубопроводов и стальных опор высоковольтных передач, нефтяных платформ и причалов.

Рисунок 7.7

Катодная защита подземного трубопровода