Конструкций
Развитие электрохимической коррозии зависит от следующих основных факторов: характеристики металла, типа грунтов (глина, песок, лесс), удельного сопротивления и др.
В процессе эксплуатации сооружений невозможно влиять на характеристики использованного в их конструкциях металла, поэтому главное внимание эксплуатационники должны обращать на регулирование влажности, уменьшение воздействия воздухопроницаемости и другие факторы, которые можно сравнительно легко изменить с целью повышения коррозионной стойкости сооружений. Необходимо учитывать, что коррозия – процесс необратимый, т. е. ее зависимость во времени имеет возрастающий характер.
2.3.1. Влияние свойств грунтов на коррозионную стойкость
металлов
Коррозионную активность грунтов определяют пористость и степень аэрации, т. е. проницаемость влаги и воздуха (кислорода) в почву к металлу. В связи с этим грунты делятся на обладающие окислительными свойствами, т. е. грунты с большой аэрацией, в которых интенсивность коррозии изменяется во времени от больших значений до малых (лессы, пески), и грунты со слабой аэрацией (глины), в которых интенсивность коррозии примерно пропорциональна времени. В глинах скорость коррозии металлических конструкций из-за сильного торможения катодного процесса в 5–7 раз меньше, причем коррозия протекает равномернее, чем в песках.
Интенсивность коррозии зависит от влажности грунта и концентрации в нем солей. Слабая коррозия при незначительной влажности почвы объясняется малой скоростью диффузии ионов у анода – поляризацией. При избыточной влажности снижается концентрация почвенного раствора, прекращается доступ кислорода к металлу, и коррозия затухает.
Разные температуры грунта и сооружения на разных глубинах способствуют движению в грунте влаги: насыщенный парами почвенный воздух перемещается в зоне аэрации из более нагретого к менее нагретому слою, где влага конденсируется на поверхности сооружения или конструкции. Различие температур отдельных частей благоприятствует возникновению термогальванических пар с катодными и анодными участками, а колебания влажности и поступление кислорода еще более усиливают коррозию металла. Замерзание влаги в грунте замедляет коррозию.
Концентрация солей влияет на электропроводность раствора, и с увеличением их количества возрастает интенсивность коррозии. Правда, при этом следует учесть роль и других факторов в развитии коррозии. Так, на участках с повышенной засоленностью иногда имеет значение не состав солей, а их способность удерживать влагу, которая исключает концентрацию кислорода воздуха, что замедляет коррозию.
Коррозия в зависимости от водородного показателя рН рассматривается в связи со стойкостью оксидных пленок на поверхности металла. По электропроводности грунта или по ее обратной величине – электросопротивлению – можно с достаточной достоверностью судить о его коррозионной активности. При этом соединяются воедино такие важнейшие в почвенной коррозии факторы, как влажность, наличие солей, величина рН. При низкой электропроводности коррозия замедляется, а при разрыве электрической цепи совсем прекращается, и, наоборот, при высокой электропроводности грунтов коррозия усиливается.
Определение коррозионной активности грунтов сводится к изучению их электросопротивления приборами МС-07 и МС-08. Такой метод достаточно оперативен, достоверен, экономичен и поэтому широко применяется на практике. Согласно СНиП 2.03.11–85 (Защита строительных конструкций от коррозии. – М.: Стройиздат, 1985) все грунты по коррозионной активности делятся на пять групп.
Оценка коррозионной опасности грунтовых вод начинается с визуального обследования строительной площадки или трассы; это не дает количественных показателей, но позволяет составить представление о характере площадки или трассы – особенностях грунтов и грунтовых вод, их загрязненности, агрессивности и т. п.
Величина удельного электросопротивления грунта r находится по формуле:
r = 2p dR,
где d – расстояние между электродами, м; R – показания прибора МС-07 или МС-08, Ом.
Величина и знак потенциала сооружения относительно грунта определяются контактным способом с помощью вольтметра. Абсолютное значение потенциала Е вычисляется по формуле:
Е = + Е изм + 0,32 В,
где Е изм – показания прибора, В; 0,32 В – потенциал медно-сульфатного электрода.
Коррозионная стойкость металла в грунтах оценивается также по специальной шкале в зависимости от глубинного показателя скорости коррозии. Для приближенной оценки коррозионной стойкости металлических конструкций в данной среде пользуются группами стойкости, а для более точной – баллами. В инструкциях по эксплуатации металлических конструкций и сооружений приводятся методы защиты соответственно каждому баллу.
2.3.2. Влияние атмосферных факторов на коррозионную
стойкость металлов
Атмосферная коррозия является наиболее распространенным видом коррозии металлов, поскольку примерно 80% всех металлических конструкций эксплуатируется в атмосферных условиях. Механизм коррозии металлов в атмосферных условиях определяется влажностью среды. Влажность является одним из важнейших факторов коррозии металлов. Как правило, скорость коррозии увеличивается с повышением влажности, однако эта зависимость имеет нелинейный характер и не всегда наблюдается. В зависимости от увлажнения поверхности металлических конструкций различают мокрую, влажную и сухую атмосферную коррозию металлов.
1. Мокрая атмосферная коррозия протекает при наличии на поверхности металлической конструкции постоянной пленки воды, образующейся при прямом попадании влаги на металл (осадки, полив водой, эксплуатация при погружении в воду и т. д.).
2. Влажная атмосферная коррозия протекает при наличии на поверхности металла тонкой адсорбционной пленки влаги.
3. Сухая атмосферная коррозия протекает при отсутствии влаги на поверхности металла.
В первых двух случаях механизм коррозии – электрохимический, в третьем случае – это химическая газовая коррозия.
При уменьшении толщины слоя влаги на поверхности металла в случае мокрой коррозии скорость электрохимической реакции увеличивается вследствие облегчения доступа кислорода к металлу. При дальнейшем уменьшении толщины пленки на поверхности металла образуется труднопроницаемая пленка продуктов коррозии, что приводит к снижению скорости коррозионного процесса (влажная атмосферная коррозия). При отсутствии влажностной пленки на поверхности металла (сухая атмосферная коррозия) скорость коррозионного процесса еще больше снижается.
Большое значение для процессов атмосферной коррозии имеет географическое расположение объектов. В условиях континентального климата коррозия металлов протекает медленнее, чем во влажном климате приморских районов или во влажных субтропиках.
Прогнозирование развития коррозии в атмосферных условиях ведется, исходя из продолжительности воздействия влаги на металл за год в часах, удельной интенсивности коррозии за 1000 часов и коэффициента торможения коррозии ее продуктами. Аналогично может быть оценена интенсивность коррозии и в помещениях при высокой влажности воздуха.
Изменение температуры оказывает значительное влияние на скорость коррозии, так как при этом меняются многие параметры коррозионного процесса: скорость диффузии реагентов, растворимость реагирующих веществ, и в первую очередь – кислорода и образующихся продуктов, и т. д. Иногда изменение температуры меняет свойства защитных пленок. Например, в интервале температур 50–95 °С на поверхности цинка образуется рыхлая, пористая пленка, почти не защищающая металл, в то время как при более низких и более высоких температурах образуется плотная пленка с высокими защитными свойствами, хорошо связанная с металлом.
Повышение температуры может менять не только скорость, но и полярность электродов. Так, при высоких температурах в водопроводной воде в гальванической паре цинк–железо в результате изменений потенциалов цинк превращается из анода в катод, а железо становится анодом.
Различия в температурах отдельных участков металлических изделий и конструкций приводят к возникновению термогальванических элементов. Более нагретые участки становятся катодными, а менее нагретые – анодными, подверженными усиленной коррозии.
Влияние температуры на атмосферную коррозию может быть и обратным: повышение температуры способствует испарению влаги с поверхности металла, замедляя тем самым коррозионный процесс. При постоянной влажности рост температуры вызывает ускорение коррозионного процесса.
