Классификационные признаки и виды коррозии строительных материалов

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение

           Корро́зия — самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде:

Гидроксид железа Fe(OН)3 и является тем, что называют ржавчиной.

                                                                                                                                                                              

В повседневной жизни для сплавов железа (сталей) чаще используют термин «ржавление». Менее известны случаи коррозии полимеров. Применительно к ним существует понятие «старение», аналогичное термину «коррозия» для металлов. Например, старение резины из-за взаимодействия с кислородом воздуха или разрушение некоторых пластиков под воздействием атмосферных осадков, а также биологическая коррозия. Скорость коррозии, как и всякой химической реакции, очень сильно зависит от температуры. Повышение температуры на 100 градусов может увеличить скорость коррозии на несколько порядков.

Коррозия означает ущерб, нанесенный зданиям, транспортным средствам, металлическим конструкциям, памятникам, наскальным рисункам, музейным артефактам, трубопроводам, электрокабелям и т.п., в результате воздействия окисляющих веществ. Объекты из известняка и некоторых типов песчаника особо уязвимыми к окисляющим веществам, но даже самый твердый гранит не обладает полной сопротивляемостью.

Наибольший ущерб причиняет диоксид серы, который является коррозионным и в газообразной форме, и после превращения в серную кислоту.

Оксиды азота также вносят вклад в повреждения, частично путем образования коррозионной азотной кислоты, частично за счет усиления разрушающего воздействия диоксида серы. Озон и другие окислители легко вступают в реакцию с органическими веществами.

Они способствуют главным образом разрушению тканей, кожи и резины. В результате своей окислительной способности, озон может также увеличивать коррозионность соединений серы и азота. 

Считается, что сухие осадки наносят больший ущерб, чем влажные, так как они могут растворяться в пленке осажденных веществ на различных поверхностях и оставаться там в течение долгого времени. Это может приводить к высоким концентрациям коррозионных веществ, так как они растворяются в очень небольших количествах воды. Это также означает, что загрязняющее вещество может быть использовано повторно все время, пока оно остается там. Оно может высохнуть, но может также вернуться в раствор в случае увлажнения поверхности, например, росой. В то же время дождь, даже если он кислотный, смывает загрязняющие вещества с поверхностей.

 

Классификационные признаки и виды коррозии строительных материалов

Коррозионные процессы отличаются широким распространением и разнообразием условий и сред, в которых они протекают. Поэтому пока нет единой и всеобъемлющей классификации встречающихся случаев коррозии.

 

По типу агрессивных сред, в которых протекает процесс разрушения, коррозия может быть следующих видов:

• Газовая коррозия;
• Атмосферная коррозия;
• Коррозия в неэлектролитах;
• Коррозия в электролитах;
• Подземная коррозия;
• Биокоррозия;
• Электрокоррозия.
• Коррозия в условиях механического воздействия.

 

1. Газовая коррозия представляет собой коррозию в газовой среде при полном отсутствии конденсации влаги на поверхности материала. Этому виду коррозии подвержены материалы, работающие в условиях высоких температур в среде осушенного газа (керамика). Газовая коррозия относится к химическим процессам разрушения. Скорость ее зависит от природы материала, его структуры и свойств новообразований, образующихся на его поверхности.
2. Коррозия металлов в условиях атмосферы, а также любого влажного газа; наблюдается под конденсационными видимыми слоями влаги на поверхности металла (мокрая атмосферная коррозия) или под тончайшими невидимыми адсорбционными слоями влаги (влажная атмосферная коррозия). Особенностью атмосферной коррозии является сильная зависимость ее скорости и механизма от толщины слоя влаги на поверхности металла или степени увлажнения образовавшихся продуктов коррозии.

 

3. Коррозия в неэлектролитах — это коррозия в жидкостях, не про­водящих электрический ток. К неэлектролитам относятся, например, бром, расплавленная сера, многие органические вещества (бензол, хлороформ, фенол и т.д.), жидкое топливо (нефть, керосин, бензин), смазочные масла. Коррозия металлов и сплавов в безводных растворах неэлектролитов протекает с меньшей скоростью, чем в растворах электроли­тов, и преимущественно по химическому механизму. Однако все же приводит к значительным разрушениям металлической аппаратуры.

 

4. Коррозия в электролитах. К этому типу относятся коррозия в природных водах (морской и пресной), а также различные виды коррозии в жидких средах. В зависимости от характера среды различают:

 

• кислотную;
• щелочную;
• солевую;
• морскую коррозию.

 

По условиям воздействия жидкой среды на металл этот тип коррозии также характеризуется как:

 

• коррозия при полном погружении;
• при неполном погружении;
• при переменном погружении.

 

5. Почвенная (грунтовая, подземная) коррозия - воздействие на металл грунта, который в коррозионном отношении должен рассматриваться как своеобразный электролит. Характерной особенностью подземной электрохимической коррозии является большое различие в скорости доставки кислорода (основной деполяризатор) к поверхности подземных конструкций в разных почвах (в десятки тысяч раз). Значительную роль при коррозии в почве играет образование и функционирование макрокоррозионных пар вследствие неравномерной аэрации отдельных участков конструкции, а также наличие в земле блуждающих токов. В ряде случаев на скорость электрохимической коррозии в подземных условиях оказывает существенное влияние также развитие биологических процессов в почве.

 

6. Биокоррозия - это разрушение конструкционных материалов и противокоррозионных защитных покрытий под действием присутствующих в среде микроорганизмов (бактерий, грибов, водорослей, дрожжей).

 

7. Электрокоррозия – это коррозия металлов, возникающая под действием блуждающих электрических токов. Для снижения электрокоррозии от токов утечки металлические трубы системы водоохлаждения должны быть заземлены в самом начале перехода их в изолированные шланги, присоединенные к находящимися под напряжением водоохлаждаемым деталям.

 

8. Коррозия в условиях механического воздействия. Этому типу разрушения подвергаются многочисленные инженерные сооружения, работающие как в жидких электролитах, так и в атмосферных и подземных условиях. Наиболее типичными видами подобного разрушения являются:

 

• Коррозионное растрескивание; при этом характерно образование трещин, которые могут распространяться не только межкристально, но также и транскристально. Примером подобного разрушения является щелочная хрупкость котлов, сезонное растрескивание латуней, а также растрескивание некоторых конструкционных высокопрочных сплавов.

 

• Коррозионная усталость, вызываемая воздействием коррозионной среды и знакопеременных или пульсирующих механических напряжений. Этот вид разрушения также характеризуется образованием меж- и транскристаллитных трещин. Разрушения металлов от коррозионной усталости встречаются при эксплуатации различных инженерных конструкций (валов гребных винтов, рессор автомобилей, канатов, штанг глубинных насосов, охлаждаемых валков прокатных станов и др.).

 

 

• Коррозионная кавитация, являющаяся обычно следствием энергичного механического воздействия коррозионной среды на поверхность металла. Подобное коррозионно-механическое воздействие может приводить к весьма сильным местным разрушениям металлических конструкций (например, для гребных винтов морских судов). Механизм разрушения от коррозионной кавитации близок к разрушению от поверхностной коррозионной усталости.

 

• Коррозионная эрозия, вызываемая механическим истирающим воздействием другого твердого тела при наличии коррозионной среды или непосредственным истирающим действием самой коррозионной среды. Это явление иногда называют также коррозионным истиранием или фреттинг-коррозией.

 

По условиям протекания коррозионного процесса различаются следующие виды:

• Контактная коррозия;
• Щелевая коррозия;
• Коррозия при неполном погружении;
• Коррозия при полном погружении;
• Коррозия при переменном погружении;
• Коррозия при трении;
• Межкристаллитная коррозия;
• Коррозия под напряжением.

 

По характеру разрушения различаются следующие виды:

• Сплошная коррозия, охватывающая всю поверхность. При равномерном распределении коррозионных разрушений по всей поверхности металла коррозию называют равномерной или сплошной. Она не представляет собой опасности для конструкций и аппаратов, особенно в тех случаях, когда потери металлов не превышают технически обоснованных норм. Её последствия могут быть сравнительно легко учтены.
• равномерная;
• неравномерная;
• избирательная;
• Локальная (местная) коррозия. Если же значительная часть поверхности металла свободна от коррозии и последняя сосредоточена на отдельных участках, то ее называют местной. Она гораздо опаснее, хотя потери металла могут быть и небольшими. Её опасность состоит в том, что, снижая прочность отдельных участков, она резко уменьшает надёжность конструкций, сооружений, аппаратов. Местной коррозии благоприятствуют морская вода, растворы солей, в частности галогенидных: хлорид натрия, кальция, магния. Особенно большие неприятности связаны с хлоридом натрия, который разбрасывают в зимнее время на дорогах и тротуарах для удаления снега и льда. В присутствии солей они плавятся, и образующиеся растворы стекают в канализационные трубы. Соли являются активаторами коррозии и приводят к ускоренному разрушению металлов, в частности транспортных средств и подземных коммуникаций.

 

 

 

Наиболее часто встречающиеся в практике типы местной коррозии:

• язвенная (В виде пятен различной величины);
• точечная (Одна из наиболее опасных. Она заключается в образовании сквозных поражений, то есть точечных полостей – питтингов);
• щелевая;
• контактная;
• межкристаллическая коррозия (Расслаивающая в деформированных заготовках и ножевая в сварных соединениях);

 

Коррозионное растрескивание возникает при одновременном воздействии на металл агрессивной среды и механических напряжений. В металле появляются трещины транскристаллитного характера, которые часто приводят к полному разрушению изделий.

 

Главная классификация производится по механизму протекания процесса. Различают два вида:

• Химическую коррозию;

Под химической коррозией подразумевают взаимодействие металлической поверхности с окружающей средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических (электродных) процессов на границе фаз. Она основана на реакции между металлом и агрессивным реагентом. Этот вид коррозии протекает в основном равномерно по всей поверхности металла. В связи с этим химическая коррозия менее опасна, чем электрохимическая.) Примером химической коррозии служат ржавление железа и покрытие патиной бронзы. В промышленном производстве металлы нередко нагреваются до высоких температур. В таких условиях химическая коррозия ускоряется. Многие знают, что на прокатке раскаленных кусков металла образуется окалина. Это типичный продукт химической коррозии. Особенно разнообразные процессы химической коррозии встречаются в различных производствах. В атмосфере водорода, метана и других углеводородов, оксида углерода (II), сероводорода, хлора, в среде кислот, а также в расплавах солей и других веществ протекают специфические реакции с вовлечением материала аппаратов и агрегатов, в которых осуществляется химический процесс. Задача специалистов при конструировании реактора – подобрать металл или сплав, который был бы наиболее устойчив к компонентам химического процесса. Практически наиболее важным видом химической коррозии является взаимодействие металла при высоких температурах с кислородом и другими газообразными активными средами (HS, SO, галогены, водяные пары, CO). Подобные процессы химической коррозии металлов при повышенных температурах носят также название газовой коррозии. Многие ответственные детали инженерных конструкций сильно разрушаются от газовой коррозии (лопатки газовых турбин, сопла ракетных двигателей, элементы электронагревателей, колосники, арматура печей). Большие потери от газовой коррозии (угар металла) несет металлургическая промышленность. Стойкость против газовой коррозии повышается при введении в состав сплава различных добавок (хрома, алюминия, кремния). Добавки алюминия, бериллия и магния к меди повышают ее сопротивление газовой коррозии в окислительных средах. Для защиты железных и стальных изделий от газовой коррозии поверхность изделия покрывают алюминием (алитирование).