4.Корризия с водородной и кислородной деполяризацией, их распространенность в строительстве.

Эл/хим. Коррозия Ме состоит из 3-х осн. процессов: *анодного процесса ионизации Ме с получением разнообразных продуктов коррозии; *перемещения освободившихся электронов по Ме от анодных участков к катодным и движения ионов в растворе; *катодного процесса присоединения электронов каким-либо окислителем (деполяризатором) корроз. среды.

Наиболее часто в корроз. процессах в кач-ве окислителей участвуют ионы Н2 (вода) и растворенный в корроз. среде О2. В первом случае коррозия Ме сопровождается выделением Н2 и ее так и наз-ют: коррозия с выделением Н2 или коррозия с водородной деполяризацией. Во втором случае коррозию наз-ют: коррозия под действием раствор.О2 или коррозия с кислородной деполяризацией.

Коррозия с водородной депол-цией.

Для того, чтобы она была возможна, необходимо, чтобы было выполнено термодинамич.условие эл/хим.коррозии:

Равновесный потенциал Ме () м.приравнять к его стандартному потенциалу; равновесный потенциал водородн. электрода()опр-ся исходя из рН корроз. среды:

Для строит. практики это коррозия Ме в кислых грунтах, кислых сточных водах,коррозия строит. конструкций на произ-вах, связанных с применением кислот. Выделяющийся Н2 способствует разрушению на Ме защитных покрытий, что сущ-но повышает коррозию МК,так же приводит к повышению хрупкости Ме и затрудняет сварку. Этот вид коррозии д.б. исключен!

Коррозия с кислородной деполяризацией.

Растворенный в корроз. среде О2 явл-ся осн. окислителем во всех видах коррозии. Именно с коррозией с кисл. депол-цией строители, прежде всего имеют дело. Под действием раств.О2 корродируют все Ме за исключением золота. Т.к. растворимость О2 в электролитах невелика, то очень часто скорость коррозии опр-ся диффузией О2 к корродирующему Ме и очень зависит от перемешивания корроз. среды. При коррозии в реал. условиях диффузия О2 к отдел. участкам поверхности корродир. Ме м.б. неодинаковой. Поэтому коррозия с кислор.депол-цией часто происходит локально,возникают аэрацион.пары,при работе которых Ме разрушается в местах, где диффузия затруднена. Работой аэрац.пары объясняется щелевая коррозия и неравномерная коррозия подземных трубопроводов.

5.Анализ коррозионной ситуации.

Чтобы проанализировать коррозионную ситуацию и оценить опасность коррозии необходимо выяснить:

1.Какие катодные реакции идут на поверхности Ме при коррозии, т.е. какие окислители ее вызывают;

2.По какому пути идет анодная реакция коррозионного процесса, т.е. какие продукты коррозии получаются: растворимые, нерастворимые; упорядоченные, неупорядоченные.

Чтобы ответить на поставленные вопросы необходимо знать состав коррозионной среды, ее рН и измерить значение стационарного потенциала коррозии.

Исходя из состава коррозионной среды, прежде всего определяется, какие окислители в ней присутствуют. Обычно их как минимум 2: ионы водорода (Н⁺) и растворенный в коррозионной среде кислород. Чтобы узнать, какие из окислителей участвуют в процессе коррозии, необходимо сравнить станционарный потенциал коррозии с равновесным потенциалом этих окислителей E_кор<Е^ох_равн.. Если выполняется соотношение, то данный окислитель участвует в процессе коррозии.

В дальнейшем также с учетом состава коррозионной среды, ее рН, и величины стационарного потенциала коррозии, определяется путь анодной реакции коррозионного процесса и, следовательно, получающиеся продукты коррозии (диаграмма Пурбе).

Если Екор<Еравн,то данный окисл-ль участвует в пр-се кор-и.С учетом состава кор.среды,её рН и величиной Екор опр-ся путь анодной реакции,т.е получающиеся продукты кор-и.Если в кор.среде отсутствуют комплексообразователи и анионы,способные давать труднорастворимые соли,то образующиеся продукты опр-ют с пом.диаграмм Пурбе при извест.рН кор.среды и Екор.

Для анализа необходимо опр-ть:

1.Вид окислителей.

2.Предполагаемые продукты кор-и( с пом.диаграмм Пурбе)

3.Упорядоченность продуктов кор.и(на основании длительных испытаний).

6.Поведение железа в условиях химической и электрохимической коррозии.

Fe не очень склонно к образованию комплексообразователей.

-рН=0…3 основной продукт коррозии Fe²⁺, скорость коррозии очень высокая, коррозия очень опасна.

-рН=3…6 продукт Fe²⁺, которая окисляется Fe(OH)₃. На поверхности Fe появляется ржавчина, но очень неплотная, тормозящего действия нет, коррозия опасна.

-рН=6…11,5 продукты гидроксиды Fe(OH)₃,Fe(OH)₂. Образуется ржавчина неупорядоченная, коррозия остается опасной.

-рН=11,5…13 Продукты –теже гидроксиды, но уже упорядоченные, плотные. Скорость коррозии резко падает. Можно считать, что железо и сплавы устойчивы.

-рН>13 основные продукты – сильнощелочные растворы.

Т.о. железо в условиях ЭХ коррозии нужно защищать во всех средах, кроме слабощелочной.

Химич. корр. наз-ся процесс самопроизвольного разрушения металлов под действием сухих газов и неэлектролитов.

Как и для большинства конструкционных материалов, для железа вып-ся усл-е сплошности оксидной пленки (1<V_ок/V_Me<2,5…3,5), а корр ум-ся во времени. Для железа логарифмический закон роста окс.пленки наблюдается при невысоких температурах (до 300ºС), следовательно корр в таких условиях не опасна, а Ме не требует специальной защиты. При повышенни температуры происходит переход к степенному, параболичесому и далее к паралинейному закону, в связи с чем опасность хим корр с ростом температуры резко возрастает. t, при которой набл-ся переход к параболическому закону, и на пов-ти Ме начинает обр-ся неупорядоченная толстая пленка продуктов коорр-ии (окалина), наз-ся температурой окалинообразования. t окалинообр-я яв-ся хар-кой жаростойкости Ме. Выше t окалинообр-я Ме требует защиты.

Процесс электрохим корр набл-ся всегда, когда на пов-ти Ме появл-ся электролит. При эл-хим корр на пов-ти Ме протекают две электрохим реакции: анодная (р-я ионизации Ме) и катодная (р-я воостановления Ме).

Железо корродирует в растворах (например H₂SO₄) dв зависимости от рН среды с образованием:

Fe_2-, Fe_3- гидратированные катионы

Fe-2e Fe(OH)₂, Fe(OH)₃ гидроксиды

FeO₂ сложный анион Ме

рН=2 в качесиве прдукта корр получаются ионы Fe²⁺, которые под действием кислородв, растворенного в корр среде, окисляются до ионов Fe³⁺(т.е. обр-сярастворимые соли железа). При этом продукты корр не оказывают тормозящего влияния на скорость корр.

рН=7 в качестве продуктов корр обр-ся смесь нерастворимых гидроксидов. Чтобы определить наск-ко сильно эти оксиды тормозят ск-ть корр., небходимо узнать, насколько упорядоченными они получаются. Опытным путем легко определить, что при таком рН оксиды получаются очень не упорядоченные (ржавчина).Рж-на мож снизить ск-ть корр., только при большой толщиние. Такая корр. Fe опасна и его необх-мо защищать.

рН=12 также получ-ся гидроксиды Fe(OH)₂ и Fe(OH)₃, и в данных условиях они получаются упорядоченными и хорошо защищают Ме, поэтому в р-ре рН=12 железо пассивируется и становится устойчивым.

Но если р-р подщелочить ещё в больш степени, до рН>13, то в таком р-ре железо может корр-ть с образованием FeO₂, т.е. вновь получаются раств-ые продукты корр., при этом повышается ск-ть общей коррозии и ув-ся вероятносять локальных форм коорозии, в частности коррозионного растрескивания.

ПОКАЗАТЕЛИ КОРРОЗИИ:

- массовый показатель коррозии;

- глубинный показатель, где g – плотность металла, г/см³

7. Контактная коррозия Ме, опасность, применение в практике защиты.

Контактная коррозия является довольно распространенным видом коррозии. о ней нужно помнить всегда, когда корродирующий объект имеет в своем составе по крайней мере два различных по природе Ме. Имеется два куска из различных Ме Ме₁ и Ме₂, причем Ме1 относиться к более отрицательным, и, следовательно, более активным в коррозионном отношении металлом, а Ме2- к более положительным металлам. При коррозии Ме1 без контакта с Ме2 на всей поверхности Ме1 устанавливается стационарный потенциал коррозии Е¹кор при этом на Ме1 наблюдается общая коррозия с определенной скоростью V₁. На Ме2, работающем без контакта с Ме1, устанавливается стационарный потенциал коррозии Е²кор и он также подвергается общей коррозии со скоростью V₂.

Если эти два куска Ме привести в контакт в коррозионной среде с высокой электропроводностью, то на поверхности Ме1 и Ме2 установиться единый стационарный потенциал коррозии Екор, лежащий между потенциалами Е¹кор и Е²кор, т.е. при контакте двух металлов потенциал коррозии более отрицательного Ме сдвигается в положительную сторону и скорость его коррозии увеличивается. Потенциал более положительного Ме смещается в отрицательном направлении, при этом скорость его коррозии уменьшается либо он совсем перестает корродировать, т.е. положительный Ме как бы защищается отрицательным.

Т.о., при коррозии двух Ме в контакте коррозионный процесс полностью или частично локализуется на более отрицательном Ме. Локализация коррозии на отдельных участках корродирующего объекта приводит к быстрому выходу его из строя.

Скорость коррозии положительного Ме уменьшается, или он совсем перестает корродировать в зависимости от того, на сколько контакт Ме сместит потенциал положительного Ме в отрицательную сторону. Это положительное свойство используется в практике протекторной защиты. Сущность протекторной защиты заключается в том, что к корродирующей конструкции, выполненной, например, из углеродистой стали, присоединяется жертвенный более отрицательный Ме – защитник (протектор). Вся коррозия при этом локализуется на протекторе и, при периодической смене его, обеспечивается эффективная защита стальной конструкции.

Протеторная защита обычно используется при подземной и подводной коррозии. Для увеличения радиуса действия протектора и уменьшения его расхода протекторная защита всегда используется в комбинации с “пассивной” защитой с помощью различных покрытий: лакокрасочных, битумных, полимерных и т.д.

8. Атмосферная коррозия металлов - коррозия под действием воздуха.

Атмосферной коррозии подвергается 60% всего эксплуатирующегося Ме. Опасность атмосферной коррозии прежде всего зависит от того, какая по толщине пленка влаги образуется в условиях атмосферной коррозии.

1 зона – зона сухой атмосферной коррозии (хим.);

2 зона – зона влажной атмосферной коррозии (ЭХ);

3 зона – зона мокрой атмосферной коррозии (ЭХ);

4 зона – зона подводной коррозии.

Агрессивность атмосферной коррозии определяется с помощью параметров:

1. Время увлажнения адсорбирующей пленкой влаги,τ_адс

2. Время увлажнения фазовой пленкой влаги, τ_фаз

3. Общее время увлажнения,

4. Концентрация коррозионно-активных компонентов.

Адсорбирующая пленка влаги и ее появление зависит от состояния поверхности Ме и от чистоты воздуха:

виды атмосферы. состояние пов-ти Fe.	критическая влажность воздуха, Р%
1.Чистая пов-ть. Чистый воздух.	≈100%
2. Читая пов-ть. Воздух с SO2.	≥ 70%
3. Пов-ть, слегка прокор. в воде. Чистый воздух.	≥ 65%
4. Пов-ть, слегка прокор. в NaCl. Чистый воздух.	≥ 55 %

В практике чаще всего случаи 2 и 3, поэтому τ_адс определяется многогодовым метереологическими наблюдениями и равными суммарному количеству часов в год, когда отн. влажность воздуха ≥70%.

τ_фаз=τ₁+ τ₂+ τ₃+ τ₄+ τ₅

τ₁-среднее время в году, когда идет дождь;

τ₂-среднее время в году, когда роса;

τ₃-среднее время в году, когда туман;

τ₄-время оттепели в зимний период времени;

τ₅-время высыхания после каждого увлажнения.

По виду компонентов, содержащихся в атмосфере ГОСТ выделяет след. виды атмосферы:

-сельская,

-городская (серосодержащие газы),

-промышленная,

-морская (хлорион),

-тропическая (продукты гниения).

Для защиты от атмосферной коррозии применяются самые дешевые методы защиты:

1. осушка атмосферы (вентиляция),

2. смазка

3. лакокрасочные покрытия и др. более дорогие способы защиты.

(А.К.)-К. сооружений и оборуд-я, эксплуатирующихся в нормальной земной атмос.Скорость К. и вид коррозионного разрушения зависят от природы Ме, влажности, загрязненности атмос.Основным стимулирующим фактором А.К. явл-ся вода. 3 типа: сухая, влажная, мокрая. Сух: при относит. влажн. воздуха до 60% следы влаги на пов-ти Ме отсутствуют; реализуется химич-й механизм процесса и скор. разруш-я Ме невелика; образующ. на пов-ти оксидные пленки обладают защитными cв-ми. Влажн: при относит. влажн. воздуха 60-70% (критич. влажн.) начин-ся конденсация влаги и на пов-ти Ме появляется адсорбционная пленка воды; реализуется электрохимич-й механизм процесса и скор. разруш-я Ме возрастает. Мокр: при относит. влажн., близкой к 100% или при непосредственном увлажнении Ме (дождь, туман) на пов-ти происходит образование видимых фазовых слоев воды; затрудняется доставка кислорода. Сталь в обычных условиях подвергается общей равномерной К. Хар-р протекания А.К. зависит от конструктивных особен-й изделия. Загрязн-е атм. газами, пылью ускор-т К. Стойкость Ме к А.К. зависит от их хим. прир. и сост-я пов-ти. Защита: органич., неорг. и метал-кие покрытия; смазка, легирование стали небольш. кол-вами меди, никеля, фосфора и хрома.

Задача: цинковый протектор m=15кг был заменен на новый через t=6лет, m нерастворившегося цинка =3кг. Опред. средн. ток защиты I, если КПД=65% ., g=1,22 г/Ачас-электрохим-й эквивалент Zn; Δm пол-полезный расход протектора на защиту, г; Δm общ-общая потеря протектора в массе, г.

11. Три вида коррозии ЖБ под действием агрессивной атмосферы.

1 группа. Газы, образующие при взаимодействии с Са(ОН)₂ нерастворимые, необъемные продукты коррозии: СО₂, Р₂О₅, HF.

Са(ОН)₂+ СО₂= СаСО₃+ Н₂О

Такое взаимодействие на первых парах приводит к уплотнению бетона, но одновременно идет реакция нейтрализации, т.е. к ее смещению рН с 12,6 до 11,5. Начинается коррозия арматуры с образованием объемных продуктов коррозии, появляется около арматуры высокие внутренние напряжения и бетон начинает растрескиваться вдоль арматуры. Нейтрализация идет в течении длительного времени (30-100лет).

2 группа. Газы серосодержащие: SO₂, SO₃, Н₂S (появ. в промышленных атмосферах). Дают при взаимодействии с Са(ОН)₂ нерастворимые, но объемные продукты коррозии.

Са(ОН)₂+ SO₃ = СаSО₄+ Н₂О

В начале уплотнения бетона, появление внутреннего напряжения, он начинает послойно растрескиваться и отпадать.

3 группа. Газы, дающие при взаимодействии с Са(ОН)₂ растворимые продукты коррозии.

группа А. Cl₂, HCl, Y₂ Са(ОН)₂+ HCl = СаCl₂+ Н₂О.

Возрастает пористость бетона, теряются несущие свойства, Сl^- вызывает коррозию арматуры при рН=12,6…12, газы опасны по отношению к бетону и к арматуре.

группа Б. NO₂, NO, HNO₃ Са(ОН)₂+ 2NO₂ = Са(NO)₃+ Н₂О.

Возрастает пористость бетона, газы не опасны по отношению к бетону и к арматуре.

Агрессивная атмосфера – это атмосфера промышленных предприятий, атмосфера городов, в которой содержатся обычные активные элементы.

Любая атмосфера, если она сухая, по отношению к бетону не опасна (менее 60% влажности). При влажности от 61 до 75% - атмосфера нормальная, а если влажность более 75% - атмосфера влажная. В нормальной и влажной атмосфере за счёт сил капиллярной конденсации появляется поровая влага. В ней начинают растворяться составляющие агрессивной атмосферы и взаимодействовать с составляющими цементного камня. Наиболее опасна влажность, равная 75-85%.

9. Подводная коррозия металлов.-ЭХ коррозия под действием кислорода, растворенного в воде. Такой коррозии подвергается сантехническое оборудование, мосты, дамбы.

3-4 млн. тонн Ме корродирует в условиях подводной коррозии.

-рН≈7 – коррозия только под действием кислорода.

-рН≈3-49сточные воды) – резко возрастает скорость коррозии.

При подводной коррозии – коррозия Ме сплошная, но нераномерная.

Природные воды: озёрные (рН 6,5-7,5), речные незагрязнённые и загрязнённые (рН≤6).

1. При рН≤3 возникает дополнительный окислитель Н⁺.

2. СО₂, Fe₂O₃. При растворении СО₂ в Н₂О возникает такое равновесие 2НСО₃^-↔СО₂+СО₃^2-+Н₂О.

Если равновесие сдвинуто влево, продуктом коррозии является растворимая соль Fe(HCO₃)₂, значит опасность коррозии возрастает. Если вправо – труднорастворимая соль FeCO₃, она уплотняет ржавчину, коррозионная активность среды становиться ниже. Для определения сдвигания равновесия используют индекс Ланжелье: I=pH_o-pH_S, где pH_o – рН воды, pH_S – определяется по нанограмме СНиП.

Если I<0, то равновесие сдвинуто влево и агрессивность воды высокая.

Если I≥0, то равновесие сдвинуто вправо и агрессивность низкая.

Индекс можно повысить повышением рН воды путём фильтрации воды через известковые фильтры.

3. Сl^-, SO₄^2-. Коррозия идёт неравномерно. Наряду с общей коррозией протекает локальная. Сl^- увеличивает скорость локальной коррозии в 4-20 раз. SO₄^2- - в 2-4 раза скорость общей коррозии. Часто их действие суммируется. Гидроксиды и оксиды, содержащиеся в воде, откладываются на стенках неравномерно. Металл разрушается неравномерно.

4. Температура воды, при которой скорость коррозии достигает мах значения, - 80-90^оС.

14. Подземная коррозия бетонных и железобетонных конструкций.

1.Агрессивность грунта по отношению к ним определяются влажностью грунта. Т.о. может быть сухой, нормальной, влажной.

2.Опасность зависит от агрессивности воздействия грунта, от величины рН Поэтому озерные грунтовые воды с рН=6,5-7,4 – коррозия агрессивная низкая; речные грунтовые воды с рН=6-8,2 – коррозия агрессивная средняя; речные, болотные, засоленные с рН<6 - коррозия агрессивная высокая (грунты городов и пром. предприятий).

3.Переодичность повышения грунтовых вод. Если она высокая, создаются условия вымывания Са(ОН)₂, идет нейтрализация бетона, с возможной коррозией арматуры.

4.Наличие фильтрации через бетонные сооружения

5.Концентрация активных компонентов Cl^-,SO₄^-2

В условиях подземной коррозии возможна электрокоррозия на ЖБ. Она возможна, потому что влажный бетон проводник тока. возможна, если есть в близи конструкции источники постоянного тока, блуждающего тока. Прим. плотный бетон, нельзя прим. электропроводящие добавки, антиморозильные добавки, ингибиторы.

??. Электрокоррозия.

В условиях подземной коррозии возможна электрокоррозия на ЖБ. Она возможна, потому что влажный бетон проводник тока. Возможна, если есть в близи конструкции источники постоянного тока, блуждающего тока. Прим. плотный бетон, нельзя прим. электропроводящие добавки, антиморозильные добавки, ингибиторы.

Электрокоррозия - коррозия под действием блуждающего тока. В грунте ток может появиться при сварочных работах, за счет электр. транспорта, утечка тока в цехах, наводка от линии ЛЭП. В месте стекания блуждающего тока с конструкции наблюдается интенсивное растворение Ме по закону Фарадея: m=gYτ.

Для борьбы с электрокоррозией уменьшают сопротивление рабочей цепи (перемычки на рельсах) или повышение сопротивления цепи блуждающего тока (защитное изоляционное покрытие: битумное или полимерное; секционирование трубопровода с установлением прокладок), установка токоотвода, использование дренажа.

Подземная коррозия часто усугубляется электрокоррозией( коррозией под действием блуждающих токов). Блуждающие токи могут появляться за счет сварочных работ, утечки токов с электротранспорта, наводок с ЛЭП.[тут рисунок-троллейбус]. На месте вытекания из констр. Ме. начинает раствор. по закону Фарадея: .Электрокор. всегда приводит к увеличению скорости разрушения констр. на отдельных участках. Защита от электрокор.:1.Увеличить сопротивление цепи блуждающего тока(изоляция, битумные и полимерн.покрытия)2.Секционирование трубопровода.3.Использование дренажа.4.Использование токосъемников.[рисунок токосъемника].