78

Глава 11. Антикоррозионные и огнезащитные материалы

11.1. Химическая коррозия

Как показали опыт эксплуатации строительных конструкций и научные исследования, проводимые в этой области, их разрушение происходит в результате химической, физической и биологической коррозии. Причиной химической коррозии является взаимодействие строительных материалов с агрессивными средами. Продуктами реакции могут быть легкорастворимые вещества – действие кислот на бетон или кристаллические объемные соединения, вызывающие перенапряжение и растрескивание материала, – влияние солей на бетон, металл. Агрессивные среды, приводящие к потере прочности, могут быть в различном агрегатном состоянии: жидком, газообразном и твердом. В последних двух случаях агрессивность проявляется, как правило, только при повышенной влажности воздуха и наличии на поверхности материала тончайшего слоя воды. Растворение в монослое газообразных или твердых агрессивных сред приводит к образованию концентрированных растворов, механизм разрушения которых достаточно изучен.

Для снижения потерь за счет коррозии материала вопросы надежной защиты должны решаться при проектировании. Тогда при строительстве будут применять конструкции, например, металлические, с готовыми защитными покрытиями, выполненными в заводских условиях. Стоимость защиты металлоконструкции, выполняемой на заводе-изготовителе, ниже, чем в условиях строительно-монтажной площадки, а качество выше, так как производится по отработанной технологии на потоке и не зависит от температурно-влажностных условий наружного воздуха.

Кроме того, при транспортировке и хранении незащищенных металлических конструкций процесс коррозии развивается еще до начала их эксплуатации, что значительно осложняет последующую защиту [8].

Для обеспечения долговечности железобетонных конструкций необходимо максимально использовать возможности подбора состава этого сложного многокомпонентного материала. Причиной разрушения железобетонных конструкций, например, при действии хлорсодержащих сред, не опасных по отношению к бетону, является коррозия арматуры. Накопление объемных продуктов взаимодействия в контактном слое вызывает нарушение сцепления арматуры с бетоном и его отслоение. Процесс усугубляется, если агрессивные среды вызывают разрушение не только арматуры, но и самого бетона (сульфатная и кислотная коррозии). Поэтому для обеспечения проектной надежной работы железобетонных конструкций при жестких условиях эксплуатации (наличие агрессивных сред, температурный фактор) необходимо предусматривать применение стойкой арматуры, введение в бетонную смесь добавок ингибиторов коррозии стали, использование химически стойких вяжущих (связующих) и заполнителей, повышение плотности бетона за счет применения уплотняющих добавок и пластификаторов при одновременном снижении расхода воды.

В случае если эти мероприятия не дают желаемого результата, используют более трудоемкую и затратную вторичную защиту: окраску, обмазку, оклейку, облицовку химически стойкими материалами. Выбор антикоррозионной защиты в каждом конкретном случае определяется составом защищаемой поверхности, температурно-влажностными условиями эксплуатации, концентрацией, температурой и давлением агрессивной среды, наличием механических нагрузок [10, 15, 22].

Покрытие должно обладать высокой прочностью сцепления с поверхностью, быть стойким в условиях эксплуатации конструкции, газо- и водонепроницаемым. При защите от агрессивных сред используют, в основном, химически стойкие материалы барьерного типа. Так как такие изолирующие покрытия должны полностью исключить проникновение агрессивной среды к защищаемой поверхности, то эффект их действия определяется непроницаемостью самого материала и качеством выполняемых работ.

Установлено, что для каждого покрытия существует своя оптимальная толщина, увеличение которой приводит к таким отрицательным явлением, как перенапряжение, растрескивание и потеря защитной функции. В большей степени это относится к лакокрасочным составам, надежность работы которых определяется также шероховатостью и чистотой защищаемой поверхности. Окрасочная защита более эффективна для металлических и менее – для бетонных поверхностей, вследствие пористости и влажности бетона. Вода, скапливаясь под пленочным покрытием, ослабляет адгезию и вызывает его отслоение. Кроме того, пористая структура поверхности требует большего расхода красочного состава.

Лакокрасочные защитные покрытия имеют свои достоинства: стойкость, простоту выполнения, относительно низкую стоимость и недостатки: токсичность, пожаро- и взрывоопасность при использовании растворителей, многослойность, водо- и газопроницаемость и небольшую долговечность.

В зависимости от вида агрессивной среды для антикоррозионной защиты используют следующие лакокрасочные материалы: атмосферостойкие, водостойкие, химически стойкие, маслобензостойкие, термостойкие, электроизоляционные и т.д. К органическим красочным составам, в которых используют растворители, относят полиуретановые, эпоксидные, каучуковые и другие. Для повышения механической прочности и износостойкости лакокрасочные покрытия армируют стеклотканью, стеклосеткой, полипропиленовой и угольной тканью. Армированные покрытия применяют для усиления защиты мест сопряжения горизонтальных и вертикальных строительных конструкций, а также железобетонных емкостных сооружений.

Более надежную защиту металлических и железобетонных конструкций можно получить, используя однослойные мастичные или шпатлевочные полимерные и битумно-полимерные покрытия, толщина которых в зависимости от степени агрессивности среды составляет от 1 до 5 мм. Их основным недостатком является возможность появления усадочных трещин, приводящих к разрушению защитного слоя. Для уменьшения деформаций применяют дополнительное армирование стеклосеткой, вводят минеральные микронаполнители и полимерные добавки, повышающие эластичность покрытия.

К наливным композициям относят полимерсиликатные и полимерные растворы и бетоны. Полимерсиликатные получают на основе жидкого стекла с добавлением для повышения плотности и снижения проницаемости фурилового спирта. Для полимеррастворов и полимербетонов в качестве вяжущего (связующего) используют экпоксидные, полиэфирные и фурановые смолы.

Растворы применяют для стяжек в кислотостойких полах, прослоек в облицовках из химически стойких штучных материалов (ситалловых, шлакоситалловых, базальтовых литых, керамических плиток), для оштукатуривания стен, колонн, эксплуатируемых в условиях действия кислот, щелочей, растворов солей средней и сильной степени агрессивности.

С введением крупного заполнителя повышается прочность, снижаются ползучесть и усадка получаемых на основе полимербетонов несущих химически стойких конструкций (балки, колонны, плиты перекрытия и т.д.)и полов в цехах химических производств. При бетонировании крупногабаритных фундаментов под технологическое оборудование, эксплуатация которых связана с возможными технологическими проливами агрессивных сред, эффективно внутреннюю часть – ядро выполнять из обычного бетона, а внешний слой – из полимерного или полимерсиликатного бетона.

Применяемые при антикоррозионных работах полимерные листовые и плиточные материалы, а также рулонные материалы на основе битумов используют в качестве самостоятельных покрытий для защиты строительных конструкций, непроницаемых химически стойких подслоев в конструкциях полов, а также в качестве оклеечной наружной защитной гидроизоляции поверхности бетонных и железобетонных конструкций.

Выбор антикоррозионных материалов зависит от назначения конструкций и условий ее эксплуатации. Исходя из этого все железобетонные и бетонные конструкции можно разделить на две группы: первая – фундаменты зданий, полы, фундаменты под технологическое оборудование, на которые действуют жидкие агрессивные среды. В этом случае для вторичной защиты применяют штучные, листовые, мастичные, пленочные материалы, а также химически стойкие полимерсиликатные и полимерные растворы и бетоны.

Вторая группа – стены, колонны, перекрытия. На них агрессивные среды действуют в виде газообразных и пылевидных продуктов, поэтому в качестве антикоррозионных чаще применяют лакокрасочные покрытия.

При проведении антикоррозионных работ для повышения прочности сцепления металлоконструкции с защищающим покрытием проводят специальную подготовку поверхности, которая предусматривает очистку от ржавчины, окалины, жира.

Из существующих химической, термической и механической очисток чаще используют последнюю с использованием металлической дроби, кварцевого песка, подаваемых струей под давлением. Затем поверхность обрабатывают растворителем. Для исключения высокой запыленности можно применять гидропескоструйную очистку. Для ее совмещения с процессом обезжиривания и исключения коррозии металлов в суспензию вводят щелочи и ингибиторы.

В последние годы для защиты металлоконструкций все большее распространение получают нетоксичные лакокрасочные покрытия, например, цинкосиликатные. Основными компонентами составов являются силикаты щелочных металлов (натрия, калия, лития) и цинковая пыль, образующие на поверхности тонкую пленку с содержанием цинка 90 – 93 %. В России разработаны высокодисперсные металлические порошки, на основе которых получают защитные полиуретановые красочные составы: цинконаполненные (до 97 % цинка) – «Цинотан» и защитно-декоративные алюминиевые – «Алюмотан». Температурный интервал применения составляет от минус 60 до + 400 ^оС. Эти нетоксичные, быстросохнущие в естественных условиях композиции используют для защиты конструкций, работающих в условиях действия пресной, морской, минерализованной воды, нефти, нефтепродуктов (опоры ЛЭП, мосты, емкости). Аналогичные составы разработаны в Бельгии и Германии. В дальнейшем предполагается выпуск материалов с цинкосодержащим покрытием.

Отказаться от растворителей можно также за счет использования порошковых красок. Защитное покрытие при их использовании получают плазменным струйным напылением на защищаемую поверхность термореактивных смол и термопластичных полимеров.

Защита полимерными пленками листового металлопроката осуществляется бесклеевым способом путем наплавления под давлением готовой пленки на поверхность защищаемого металла с последующей термообработкой. В полученном материале – металлопласте, который используют для выполнения вентиляционных систем, емкостей для хранения агрессивных жидкостей сочетается высокая прочность металла с коррозионной стойкостью полимера.

При защите металлоконструкций на более длительный срок – 20 – 50 лет эксплуатации в условиях действия агрессивных сред применяют металлизационные покрытия, которые можно наносить как в заводских, так и в условиях строительной площадки. Нанесение покрытия производят электродуговыми или газопламенными металлизационными аппаратами, которые могут быть переносными и стационарными заводскими. Все виды металлизационных покрытий обозначают «Мет». Например: «Мет. А(99,5) 160» –покрытие алюминия с чистотой 99,5 %, толщиной 160 мкм; «Мет. Ц60 А160» – покрытие многослойное из цинка толщиной 60 мкм и алюминия – 160 мкм.

Степень агрессивности среды и применяемые антикоррозионные материалы представлены в табл. 11.1.

Таблица 11.1

Степень агрессивного воздействия и материалы, применяемые

для защиты строительных конструкций

Агрессивное воздействие	Степень агрессивности	Вид антикоррозионной защиты конструкций
		железобетонных	металлических
Вода, растворы кислот, солей и щелочей концентрации до 10 мг/л, рН до 5	Слабоагрессивная СлА	Первичная защита. Антикоррозионные лакокрасочные покрытия (массивные фундаменты). Мастичные битумно-полимерные покрытия толщиной 1-1,5 мм (тонкостенные конструкции)	Антикоррозионные лакокрасочные защитные покрытия
Окончание табл. 11.1
Органические растворители и масла. Водные растворы солей, кислот, щелочей концентрации до 510^4 мг/л, рН до 4	Среднеагрессивная СрА	Мастичные полимерные покрытия толщиной 1,0-1,5 мм (массивные фундаменты). Мастичные полимерные покрытия толщиной 1,5-2,5 мм. Монолитные из полимеррастворов (тонкостенные конструкции)	Антикоррозионные лакокрасочные защитные покрытия, металлонаполненные красочные полиуретановые составы
Водные растворы солей, кислот, щелочей концентрации более 510^4 мг/л, рН менее 4	Сильноагрессивная СиА	Мастичные полимерные покрытия толщиной 1,5-2,5 мкм. Оклеечная битумная (массивные фундаменты), мастичные эпоксидные покрытия толщиной 2,5-5 мм. Оклеечные полимерные материалы. Полимерные покрытия, армированные стеклотканью	Антикоррозионные лакокрасочные защитные покрытия, металлонаполненные красочные полиуретановые составы. Металлизационные покрытия