Перечислите основные химические свойства материалов.

Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, щелочей и др. Они характеризуются химической стойкостью, растворимостью, кислотностью, стойкостью против облучения, коррозионной стойкостью.

Химическая стойкость материалов – стойкость против действия химических веществ: кислот, щелочей, масел, активных газов. Она определяется в условиях эксплуатации.

 

3) В чем суть явления коррозии? Что такое электрохимическая коррозия? Охарактеризуете основные методы защиты от коррозии.

Коррозия – химическое разрушение металлов под воздействием на их поверхность внешней агрессивной среды. Для металлов она имеет очень важное значение, т.к. ежегодно около 10% всего черного металла разрушаются коррозией.

Электрохимическая коррозия происходит под воздействием электролитов (растворы кислот, щелочей, солей, морская и речная вода, рассолы). Её механизм аналогичен работе гальванической пары: металл с более отрицательным электродным потенциалом, играющий роль анода, разрушается.

Методы защиты от коррозии: металлические и неметаллические покрытия; покрытие оксидными плёнками (оксидирование, фосфатирование, анодирование); протекторная защита; защита ингибиторами.

Любому антикоррозийному покрытию предшествует специальная подготовка защищаемой поверхности: 1) удаляется старое покрытие (окалина, ржавчина); 2) обезжиривается поверхность.

Нанесение металлических покрытий осуществляется гальваническим способом, т.е. окунанием готовой детали в ванну с расплавленным металлом. В качестве неметаллического покрытия используют масляные краски, лаки, эмали и смазки – они сравнительно дёшевы, а защита проста в использовании. В последнее время широко используется покрытие изделий тонкослойной полимерной плёнкой.

Оксидирование (воронение) – процесс погружения изделия в нагретый раствор едкого натра и нитрита натрия до образования на поверхности чёрной оксидной плёнки (толщина 0,5–1,5 микрон).

Фосфатирование – это технология создания на поверхности металла защитной пленки, состоящей из нерастворимых фосфатов марганца, железа или цинка. Толщина плёнки – 5–8 микрон. Тонкая плёнка хорошо защищает изделия от атмосферной коррозии и коррозии в воде.

Анодирование – суть этого процесса состоит в оксидировании алюминия и его сплавов в электролитической ванне. В качестве электролита используется серная кислота. Алюминиевая деталь – это анод. В результате анодирования естественная защитная плёнка увеличивается с 10 до 30 микрон.

Протекторная защита заключается в присоединении к защищаемому металлу другого с более низким электрическим потенциалом – в результате этого разрушается присоединённый металл, а не основная деталь.

Для защиты поверхности от коррозии используются также ингибиторы – вещества, замедляющие или приостанавливающие коррозию в данной среде (нитрат натрия, бензонат натрия и т.д.). Ингибиторы развешивают в мешках на изделие или наносят на изделие в виде порошка, раствора.

 

4) В чём суть биокоррозии? Где она распространяется? Назовите основные причины биокоррозии. Что представляет собой биокоррозия металлов?

Биокоррозия - это разрушение материала под воздействием биологических объектов бактерий, грибков, растений, насекомых, то есть имеет место разрушение либо повреждение под воздействием биосферы.

Давно известен и хорошо изучен процесс гниения древесины. Во влажных средах при температурных перепадах, особенно при отсутствии вентилляции и других неблагоприятных эксплуатационных условиях, плохо защищенные деревянные конструкции покрываются плесенью, грибками и т.д.

Известно, что в процессах естественного старения строительных сооружений, а также в изменении прочностных характеристик активную роль играют микроорганизмы. В последнее время они становятся более агрессивными. Микробы используют химические соединения, входящие в состав строительных материалов, различных инженерных сооружений и грунтов, в качестве источников энергии, то есть пищи, но при этом выделяют разрушительные продукты жизнедеятельности.

Биологические агенты – микроорганизмы, грибы, насекомые, грызуны, водоросли, птицы – приспосабливаются к новым условиям, и могут приводить в негодность практически всё, что создал человек – и бумагу, и синтетические материалы, и лакокрасочные покрытия, клеи, резины и даже металлы. Например, способностью разлагать силикаты обладают бактерии, дрожжи, одноклеточные водоросли и другие микробы. Микроорганизмы выводят из строя до 2% общего производства железобетона (порядка 5-7 млн. м³ в год). В целом же общемировые потери от биоповреждений составляют порядка 2-2,5%, а уровень ущерба в России доходит до 10%.

Выборочное исследование зданий и сооружений, в т.ч. и недавно отремонтированных показало, что значительная часть города поражена различными организмами. Процесса биоразрушения не избежали и инженерные коммуникации (сети, подземные переходы). Одной из основных причин, ускоряющих биокоррозию, является некачественная гидроизоляция фундаментов. Вода за счет капиллярного и других эффектов поднимается по стенам домов на высоту более 2 метров, а водяные пары, проникая в толщу стен через трещины, конденсируются, увлажняют кирпичную кладку, стеновые панели, и тем самым создают условия для развития плесени, грибов и других микробов.

Ещё одна важная причина биодеградации стройматериалов, характерная особенно для панельных домов – это некачественная заделка наружных швов между панелями. Обычный герметик обеспечивает герметичность шва не более 5-8 лет. После этого требуется капитальный ремонт. В наших условиях этого не происходит, и поэтому вода, проникая в швы между панелями, увлажняет стены здания, и служит очагом для биоповреждений.

Следует отметить, что деятельность микробов в большинстве случаев сопутствует и усиливает химическую и электрохимическую коррозии.

 

В настоящее время выделяется также биокоррозия металлов, хотя её и рассматривают как вторичный эффект. Коррозия под влиянием микроорганизмов начинается там, где на поверхности изделия есть органические загрязнения, на которых могут поселяться споры плесневых грибов.

Очень часто коррозия развивается там, где имеются контакты металла с неметаллом. Эти составляющие могут быть пищей для грибов. Удерживая на поверхности металла влагу и выделяя органические кислоты, грибы способствуют коррозии металлических изделий. Более того, мицелий грибов вызывает появление электролитов на поверхности металлов и следовательно начинает развиваться электрохимическая коррозия.

Разрушители металлов: водородные бактерии, серобактерии и метанообразующие бактерии.

 

5) Каковы основные приёмы борьбы с биокоррозией?

Для повышения биостойкости каменных материалов, цементного камня, рекомендуется вводить в цемент гидравлические добавки и другие минералогические добавки, которые связывают гидрооксид кальция в малорастворимые соединения.

Также для повышения биостойкости используют гидрофобизирование, после которого поверхность становится несмачиваемой, поэтому материал делается менее чувствительным к биозасорению, более того, при этом он становится более морозостойким.

В последнее время выпускается большое количество биоцидных химических веществ. К сожалению, они очень сложные по строению и дорогие, и поэтому их применение в промышленных масштабах ограниченно. Поэтому на производствах зачастую используют более простые и общедоступные вещества. Например йод - он активный антисептик, препятствующий заражению микробами, бактериями и грибами. Под действием йода погибает почти вся известная микрофлора, и что особенно важно, не происходит привыкание организмов к этому яду. Но к сожалению йод, хоть и эффективен как антисептик, мало используется, т.к.:

1) он дефицитен

2) он быстро испаряется

3) йод - цветной антисептик, он меняет цвет изделий.

Сильными биоцидами являются также фтор, хлор, бром. Хлор - элемент достаточно доступный, процесс хлорирования прост, поэтому в настоящее время большое количество биоцидов – хлорорганические соединения.

Для защиты материалов и конструкций используют также неорганические и органические вещества, обладающие фунгицидными свойствами. Они должны иметь высокую токсичность для микроорганизмов, но в то же время должно быть исключено какое-либо отрицательное воздействие на свойства и внешний вид материалов.

В последнее время считается перспективным использование кремнийорганических соединений. Их используют в качестве покрытий.