Металеві конструкції

КОРОЗІЯ І ЗАХИСТ ВІД НЕЇ

Корозія — це процес руйнування металу внас­лідок хімічного, біохімічного чи електрохімічного впливу навколишнього середовища.

Існують такі види корозії: газова, атмосферна, в електролітах, у рідинах, які не є електролітами (здебільшого органічних, наприклад, у бензині), ґрунтова, структурна (коли руйнується один з елементів структури), електрична (під впливом електричних, особливо блукаючих струмів), кон­тактна (коли між різними металами у місці кон­такту виникає різниця електричних потенціалів), щілинкова (у вузьких зазорах між різними де­талями), при дії нормальних чи дотичних напру­жень, біологічна (під впливом мікроорганізмів та продуктів їх життєдіяльності) та інші.

Швидкість корозії залежить від багатьох фак­торів, але вирішальною є наявність в навколиш­ньому середовищі агресивних речовин і вологи. Вступаючи у хімічні реакції з агресивними склад­никами (насамперед з киснем), метал руйнується. Волога створює передумови для електрохімічної корозії і пришвидшує цей процес.

На рис. 2.13 зображена принципова залежність швидкості V атмосферної корозії сталі від тов­щини плівки адсорбованої вологи t. Ділянка 1 є областю сухої корозії внаслідок окиснення заліза киснем повітря. Втрати металу дуже незначні, практично ними можна нехтувати.

Швидкість вологої корозії під адсорбційними

Плівками води завтовшки 1____ 10 мкм (ділянка 2 на

Рис. 2.13) досягає найвищих значень. Розчинення складових компонентів металу та особливо пилу адсорбованою вологою призводить до утворення

Водних розчинів електролітів і виникнення елект­ричних потенціалів і струмів. Що більша різниця потенціалів і сила струму, то інтенсивніша ко­розія. Зі збільшенням товщини плівки до 1 MM (так звана мокра корозія) швидкість корозії змен­шується внаслідок утруднення доступу кисню. При товщині шару води понад 1 мм швидкість корозії практично постійна. Це так звана корозія в електролітах.

Забрудненість атмосфери додатково пришвид­шує руйнування металу. В умовах відносно чис­того повітря сіл швидкість корозії близько 0,004 мм/рік; у містах це значення може досягати 0,03-0,06 мм/рік; у промислових центрах — 0,04...0,11 мм/рік; в умовах морського повітря, що містить велику кількість ВОЛОГИ І СО. тШІ — 0,07—0,16 мм/рік. У середині виробничих будівель, у тому числі й сільських, де рівень забруднення значний, швидкість корозії ще вища.

При температурах 0...+60 °С швидкість корозії майже незмінна, при вищих температурах через швидке випаровування вологи — знижується. Швидкість корозії сповільнюється і при зниженні температури внаслідок замерзання води. При -20 °С і нижче корозія практично припиняється. Дуже високі температури сприяють зростанню швид­кості корозії внаслідок прискорення процесів окиснення та інших хімічних реакцій.

Пришвидшує корозійний процес і наявність напружень у металі. Оскільки деформовані місця мають нижчий потенціал, то між деформованими та недеформованими ділянками конструкції! ви­никає різниця потенціалів, яка при наявності електроліту зумовлює швидку корозію. Так само різні потенціали мають метал і продукти його ко­розії.

Економічні збитки від усіх видів корозії дуже значні. У промислово розвинених країнах з ве­ликими фондами металу вони становлять у се­редньому 4 % національного доходу. Через коро­зію втрачається до 1 /6 виплавленого металу. Цим пояснюється актуальність питань захисту металу від агресивних впливів.

У будівельних конструкціях найширше засто­совують захисні покриття лакофарбовими мате­ріалами і більш стійкими металами, в окремих

<4 ■ і <м

£

0,225 0,200 0,175 0,150 0,125 0,108

О

Форма перерізу Рис. 2.14. Швидкість корозії профілів.

Випадках вводять відповідні домішки до складу сталі.

Захисні покриття виконують з природних (олійних) чи синтетичних (алкідних, меламінових, кремнійорганічних, епоксидних та інших) мате­ріалів, які утворюють щільну плівку, стійку до атмосферних і хімічних впливів. Перед нанесен­ням покриття обов'язково - очищують поверхню металу від бруду, окалини, оксидів, вологи, на­носять шар грунтівки, яка забезпечує надійне зчеплення захисного шару з поверхнею металу. Детально проектування захисту конструкцій від корозії регламентується нормативними докумен­тами (наприклад, СНиП 2.03.11—85).

Добрим захистом, хоч і дорогим, є покриття сталі шаром стійкого до корозії металу. Сталеві конструкції цинкують або покривають алюмінієм. Алюмінієві сплави, які мають недостатню корозій­ну стійкість, покривають шаром чистого алюмінію.

Цинк окиснюється значно повільніше, ніж залізо. Якщо ж цинкова оболонка пошкоджується, то внаслідок нижчого електричного потенціалу цинк стає анодом. При електрохімічній корозії завжди в першу чергу руйнується метал з ниж­чим потенціалом (анод). Тобто маємо так зване захисне анодне покриття. Алюміній має ще ниж­чий потенціал. Тому він активніше захищає сталь від руйнування, ніж цинк. Окрім цього, на по­верхні алюмінію виникає щільна плівка оксидів, яка герметично прилягає до поверхні металу і тим самим запобігає окисненню як сталі, так і алюмі­нієвих сплавів.

Важливим фактором забезпечення корозійної стійкості конструкцій та їх елементів є правильне конструювання і, в першу чергу, вибір форми.

Найбільші втрати від корозії спостерігаються у конструкціях покрівель (кроквяних фермах, прогонах, з'єднаннях), елементи яких мають тонкі стінки і велику площу горизонтальних поверхонь. Стійкіші до корозії колони, підкранові балки, еле­менти яких мають більшу товщину. Вища стій­кість до корозії у цих випадках пояснюється також вертикальним положенням більшої части­ни елементів перерізу, що утруднює відкладення пилу. Пил адсорбує вологу з повітря і містить широкий спектр хімічних елементів та їх сполук, створюючи тим самим найсприятливіші умови для електрохімічної корозії.

Найвищу стійкість проти корозії мають зам­кнуті профілі, внутрішній об'єм яких загермети - зований, наприклад, труби або гнутозварні про­філі квадратного та прямокутного перерізу. Особ­ливо відзначаються круглі труби, на поверхні яких відкладається значно менше пилу. Найне - сприятливішими є двотаври з широкими полич­ками, де можливі значні відкладення пилу, а також таврові перерізи, складені з двох кутників, у зазорі між якими практично неможливо вико­нати захист від корозії. На рис. 2.14 зображені результати досліджень корозійної стійкості еле­ментів різних профілів

В особливо несприятливих умовах (сильно аг­ресивні середовища, високі температури тощо) доцільно використовувати спеціальні сталі, які містять домішки, що підвищують корозійну стій­кість. Наприклад, мідь на 20...30 % підвищує ко­розійну стійкість у середовищі промислових під­приємств, а в морському повітрі практично не впливає; марганець знижує корозійну стійкість на промислових підприємствах і дещо підвищує у морському повітрі; хром, нікель та інші легуючі компоненти суттєво підвищують її у більшості се­редовищ. Але при цьому необхідно зазначити, що зростання обсягів виплавлення легованих сталей стримується малими запасами легуючих компо­нентів у природі та їх високою вартістю.