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.

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.

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: атмосферостой- кие, 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 шпатле- вочные 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, шла- коситалловых, 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: цинкона- полненные (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 металлиза- ционные 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 металлизацион- ных 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

Органические раство­рители и масла. Вод­ные растворы солей, кислот, щелочей кон­центрации до 5104 мг/л, рН до 4	Среднеагрессив- ная СрА	Мастичные полимерные покрытия толщиной 1,0­1,5 мм (массивные фун­даменты). Мастичные полимерные покрытия голщиной 1,5-2,5 мм. Монолитные из полимер- растворов (тонкостенные конструкции)	Антикоррозион­ные лакокрасоч­ные защитные по­крытия, металло- наполненные кра­сочные полиуре- тановые составы
Водные растворы со­лей, кислот, щелочей концентрации более 5-104 мг/л, рН менее 4	Сильноагрессив­ная СиА	Мастичные полимерные покрытия толщиной 1,5­2,5 мкм. Оклеечная би­тумная (массивные фун­даменты), мастичные эпоксидные покрытия толщиной 2,5-5 мм. Ок- леечные полимерные ма­териалы. Полимерные покрытия, армированные стеклотканью	Антикоррозион­ные лакокрасоч­ные защитные по­крытия, металло- наполненные кра­сочные полиуре- тановые составы. Металлизацион- ные покрытия