Природа коррозии

Для производства различных предметов и строительства объектов искусственно создаются многочисленные материалы. Но созданные таким образом соединения могут относительно долго сохраняться только в искусственно созданных условиях, так как стремятся к более устойчивым химическим состояниям. Коррозия также является естественным природным процессом распада материалов, причиной чему является их термодинамическая неустойчивость.

Поэтому механизм этого процесса, его ход, основные закономерности, скорость протекания и характер коррозионного разрушения представляет огромный практический интерес.

Коррозия металлов

В современном мире защита металлов от коррозии представляет собой важнейшую научно-техническую и экономическую задачу. Коррозия вызывает быстрое разрушение и износ трубопроводов, цистерн, металлических частей машин, корпусов судов, морских сооружений. Она приводит к большим и часто безвозвратным потерям металлов, что составляет 10 – 20% от ежегодного выпуска стали. Металл каждой шестой домны России выплавляется впустую — он превращается в ржавчину. Металлические руды, относятся к исчерпаемым природным ресурсам, поэтому сохранение их запасов наряду с защитой объектов народного хозяйства является одной из задач борьбы с коррозией.

При взаимодействии с электролитами активные металлы самопроизвольно растворяются, переходя в более устойчивое окисленное состояние. Они окисляются, образуют продукты, состав которых зависит от условий коррозии. В целом этот процесс можно обозначить как превращение необходимого для человека металла в бесполезные химические соединения. При этом коррозия приводит к ухудшению функциональных свойств металла и среды технической системы. Примером может служить кислородная коррозия железа в воде, в результате которой железо ржавеет. Этот сложный процесс описывают следующие уравнения:

4Fe + 3O₂ + 2H₂О = 2(Fe₂O₃*H₂О)

или

4Fe + 6H₂O + 3O₂ = 4Fe(OH)₂

Гидроксид железа Fe(OH)₃ очень неустойчив. При дегидратации он превращается в оксид железа (Fe₂O₃). В результате этой реакции становится возможным дальнейшее окисление железных поверхностей. В итоге они могут быть частично или полностью разрушены.

Коррозия бетона

Главной «бедой» бетонных и железобетонных сооружений также является коррозия. Доминирующим является атмосферно-химический фактор, а именно – воздействие солей углерода, серы, хлора. При взаимодействии с водой они образуют растворы сернистой, сероводородной и других кислот, разрушающих бетон. Помимо этого, многократно повторяющиеся процессы увлажнения и высыхания, а также замерзания и оттаивания, создают напряжения, что тоже способствует быстрому разрушению бетона. Стройматериалы с минеральной основой имеют капиллярно-пористую структуру. Проникающие агрессивные элементы внешней среды образуют внутри микрополостей бетона кристаллы, давление которых приводит к появлению трещин. Углекислый газ, влага и различные соли таким незаметным способом постепенно разрушают бетонные сооружения.

Одним из основных типов коррозии бетона является выщелачивание. Это процесс растворения и вымывания отдельных компонентов материала. Воздействующая влага вымывает гидроксид кальция, приводя к распаду еще нескольких кальцийсодержащих химических соединений, увеличению пористости и падению показателей прочности бетона. Другим видом коррозии бетона является процесс солеобразования или аморфизации, который приводит к потере связующих свойств. Чаще всего это обусловлено воздействием кислот и солей магния. Коррозия третьего типа является химическая реакция, как правило, в толще материала, при которой конечные продукты значительно превосходят в объеме начальные реагенты. Это приводит к повышению внутреннего давления и нарушению структуры бетона, к трещинам и вздутиям на его поверхности. Чаще всего данное явление возникает в результате обменной реакции сульфатов и гидроксида кальция.

Одним из способов защиты бетона от коррозии является повышение резистивности строительных материалов к воздействию агрессивной внешней среды. Крайне актуальным вопросом при проектировании, постройке и использовании объектов является защита их поверхностей. В целях увеличения сопротивляемости коррозии и долговечности бетона рекомендованы к применению двух взаимодополняющих друг друга типа протекции – вводимые в материал модифицирующие компоненты и различные пропитки с защитными покрытиями, наносимые на его поверхность. Защитные покрытия и пропитки используются в целях предотвращения коррозионных процессов в бетоне, их распространения, препятствия проникновению влаги, а также для улучшения общего внешнего облика конструкций.

Эксплуатационные условия металлических и железобетонных конструкций с каждым днем становятся все более жесткими, так как они должны выдерживать воздействия все более высоких температур и давления, постоянных потоков газов или жидкостей. Поэтому проблема защиты металлических и железобетонных объектов от разрушения коррозией становится все актуальней. Невозможно в полной мере предотвратить этот естественный природный процесс, и потому единственный путь борьбы с коррозией это поиск способов ее замедления. Одним из вариантов защиты металла и железобетона от разъедания являются защитные материалы, обладающие высокой антикоррозионной устойчивостью к агрессивным воздействиям внешней среды.