Защита металлоконструкций от коррозии

Можно придать металлу повышенную коррозионную стойкость при изготовлении, например легированием, но такой металл получается очень дорогим, ибо легирующие присадки дефицитны и дороги. Поэтому в строительстве используется обычная сталь, которую приходится защищать от коррозии уже в изделиях. Различают методы защиты от коррозии конструкций, работающих в атмосферных условиях и конструкций находящихся в почвенной среде, т.е. в заглубленных сооружениях.
Каждый такой метод объединяет большую группу способов Выбор способа и его реализация зависят от всестороннего учета ряда факторов, характеризующих как металл и конструкцию из него, так и агрессивную среду, условия протекания коррозионного процесса. Часто бывает так, что единственно возможен только один вполне определенный способ.

Методы защиты конструкций от коррозии в атмосферных условиях. Защиту конструкций осуществляют либо снижением агрессивного действия среды, либо изоляцией металла от нее. Первый метод — снижение агрессивного действия среды — эффективен при условии, что среда замкнута и изолирована. Примером может служить удаление агрессивных компонентов из воздуха помещений путем вентиляции или удаление из воды в теплоэнергетических установках кислорода как агрессивного фактора посредством ее аэрации и исключения подпитки неаэрированной водой.

Второй метод — изоляция металла от среды — весьма рас¬пространен и не только в атмосферных условиях, но и в заглуб¬ленных сооружениях. В зависимости от средств изоляции он охватывает ряд способов, но отличается тем, что для его осу¬ществления слой изоляции должен быть толстым и прочным, кислотощелочестойким, а выполнение такой изоляции дорого и сложно.
В последнее время все больше используются полимерные и неорганические (силикатные) покрытия. Самые распространен¬ные из них во всех видах техники, в том числе и строитель¬ной — лакокрасочные. Более 80% металлоконструкций защи¬щаются именно такими покрытиями.
Лаки, краски, а также различные смазки, хотя частично и проницаемы для воздуха и жидкостей, но широко применяются потому, что их просто наносить и они придают конструкциям красивый внешний вид.
Надежность и долговечность защитных покрытий зависят от многих факторов, в частности от качества подготовки по¬верхности к их нанесению. В последнее время стали создавать в заводских условиях при изготовлении металлоконструкции металлическую подоснову под окрасочный состав из алюминия, цинка и других металлов, наносимых газопламенным способом, это продлевает срок службы покрытия и металла в 2 раза. Широкое распространение получили также грунтовки и основе смол, фосфатирующие и эпоксидные грунтовки. Противокоррозионные свойства грунтовок усиливаются введением в них таких пассивирующих пигментов, как свинцовый су¬рик, цинковая пыль и др.
Для нанесения любого защитного покрытия металл зачи¬щается до блеска и не позже чем в течение четырех часов на него наносятся грунтовка, потом шпаклевка, далее краска эмаль и сверху лак с перерывами для высыхания каждого слоя. Для верхних слоев применяют ПХВ эмали на основе сополи¬мера хлорвинила с виниладенхлоридом, эпоксидные эмали.
Конструкции, работающие в условиях высокой влажности, защищаются эмалями на основе акриловой смолы.
Ингибиторы (соли легких металлов), добавленные в окра¬сочный состав или использованные для пропитки оберточной бу¬маги, в восемь-десять раз продлевают срок службы металла, а потому их считают химической броней металлов. Добавление ингибиторов в агрессивную среду, например кислоту, позволяет хранить ее в металлических емкостях. Обертывание ингибированной бумагой удобно тем, что на распаковку изделий и при¬ведение их в рабочее состояние затрачивается минимум сил и средств.
В последние годы получил распространение способ защиты металлоконструкций без удаления продуктов коррозии, так как стоимость очистки и подготовки поверхности составляет около 40 % стоимости защитных мероприятий. Этот способ основан на растворении продуктов коррозии, например по рецепту Н.А.Назаровой, ортофосфорной кислотой, кровяной солью, толуолом и скреплении их эпоксидной смолой.
Методы защиты конструкций от почвенной коррозии. Такие методы подразделяются на ряд способов, связанных с исполь¬зованием специальных материалов для защиты от воздействия внутренних факторов, а также на три группы методов, обеспе¬чивающих защиту от воздействия внешних факторов. Исполь¬зование специальных коррозионностойких материалов для кон¬струкций подземных сооружений еще не получило достаточного развития. Для защиты металлоконструкций от почвенной кор¬розии чаще всего служат покрытия на основе битумов и элек¬трохимический метод.
Защитные битумные покрытия бывают трех типов: нормаль¬ные, усиленные и весьма усиленные. Защита подземных кон¬струкций покрытиями на основе битумов, как показал опыт эксплуатации, недостаточна. Действительно, первое время та¬кие покрытия воздухо- и водонепроницаемы, надежно изоли¬руют конструкции от внешней агрессивной среды. Однако в дальнейшем под воздействием грунтовой воды, кислорода воздуха, температурных деформаций конструкции и иных факторов как на сооружение в целом, так и на защитное покрытие нарушается их герметичность, открывается доступ электролит к конструкции и начинается электрохимическая коррозия
Дальнейшее развитие коррозии предотвращается электрохимической защитой, которая строится на основе теории многоэлектродных систем. Сущность такой защиты состоит в том, что защищаемая конструкция подвергается или катодной поля¬ризации от специально установленных анодов из более актив¬ного металла, или поляризации наложенным постоянным током от внешнего источника. Для прекращения почвенной кор розии надо, чтобы разность между катодным и анодным уча¬стками конструкции равнялась нулю или чтобы электросопро¬тивление протеканию тока коррозионного элемента (за счет изоляции) было очень большим.
Чтобы сделать разность по¬тенциалов равной нулю, необходимо довести катодную поляри¬зацию сооружения до общего потенциала, равного начальному потенциалу анодного участка.
В подобных условиях на всей поверхности защищаемой кон¬струкции протекают лишь катодные процессы и она перестает корродировать. Потенциал, при котором прекращается корро¬зия, называют защитным потенциалом, а плотность тока, обес¬печивающую сдвиг потенциала до защитного,— защитной плот¬ностью тока. Все это достигается одним из двух способов: протекторной или катодной (активной) защитой.
Электрохимическая защита металлоконструкций от почвен¬ной коррозии производится с учетом характеристики грунтов, срока службы сооружения и других факторов, в том числе на¬личия в зоне защищаемого сооружения блуждающих токов.
Протекторная защита подземных конструкций от коррозии осуществляется электродами-протекторами, обладающими более отрицательными потенциалами и выполняю¬щими в паре с защищаемым сооружением роль анода.
Методика расчета протекторной защиты стальных трубопро¬водов и гидроизоляции объемных сооружений различна и нами не рассматривается, но во всех случаях основным ее содержа¬нием является определение защитного потенциала, защитной плотности тока.
Протекторы изготовляются обычно из магниевого сплава и создают разность потенциалов до 1 В; они могут быть также цинковыми и реже — алюминиевыми. Протекторы выполняются цилиндрическими или пластинчатыми. Они соединяются с со¬оружением изолированным проводом через стальной сердечник, вставленный в протектор. Число протекторов n, необходимое для защиты конструк¬ций, зависит от размеров защищаемой поверхности S (м2), ми¬нимальной защитной плотности j (А/м2, причем jст = 0,016 А/м2); коэффициента k, характеризующего защищенность конструкции 462 (для обычных бетонов k = 0,2), силы тока протектора в данной среде iпрот и определяется по формуле

Продолжительность работы протектора в годах вычисляется по формуле:

Полученное по расчету число стандартных протекторов набирается из типовых элементов. Для надежного контакта про¬тектора с грунтом и устойчивой работы он размещается в на¬полнителе (гипс, глина, сернокислый натрий или магний). Срок службы протекторов составляет 10—15 лет.
Протекторную защиту выгодно применять при удельном со¬противлении грунта более 60 Ом-м и в грунтах с кислой сре¬дой, т. е. когда протекторы будут работать надежно.
Катодная (активная) защита осуществляется посредством постоянного тока, подаваемого через погруженный в грунт электрод (анодное заземление). При этом отрицатель¬ный электрод постоянного тока присоединяется к защищаемому сооружению — катоду, а положительный — к аноду. Сооруже¬ние поляризуется отрицательно; потенциал его становится отри¬цательнее потенциала коррозионных анодных пар, и ток коррозии прекращается. При такой защите разрушается дополни¬тельный электрод, с которого ток стекает в грунт. В качестве электрода (анода) используются отходы — куски рельс, труб и т. п. При этом коррозия не прекращается, а лишь перено¬сится на дополнительный элемент, который с течением времени может быть заменен, а защищаемое сооружение не разруша¬ется, так как является катодом.
Необходимость катодной (наложенным током) защиты под¬земных конструкций определяется показателем В в зависимо¬сти от срока их службы, начальной и допустимой остаточной толщины металла, скорости коррозии:

Расчет катодной защиты предусматривает определение пло¬щади внешней поверхности, например гидроизоляции подзем¬ного сооружения, сечения арматуры железобетонной конструк¬ции, защищаемой изоляцией, силы тока, необходимой для защиты, сопротивления току растекания анодного заземления, напряжения и мощности катодной станции.

Сравнение затрат на устройство и эксплуатацию протектор¬ной и активной защит в расчете на десять лет показывает, что они примерно одинаковы.