Физико-химические методы исследования строительных материалов

теплопроводностью при достаточной прочности,  чтобы  защищать  помещение  от

наружного  холода;  материал  сооружения  гидромелиоративного  назначения  –

водонепроницаемостью и стойкостью к попеременному  увлажнению  и  высыханию;

материал для покрытия  дорого  (асфальт,  бетон)  должен  иметь  достаточную

прочность и малую истираемость, чтобы выдержать нагрузки от транспорта.

Классифицируя материалы и изделия,  необходимо  помнить,  что  они  должны

обладать хорошими свойствами и качествами.

Свойство  –  характеристика  материала,  проявляющаяся  в   процессе   его

обработки, применении или эксплуатации.

Качество – совокупность свойств материала, обуславливающих его способность

удовлетворять определённым требованиям в соответствии с его назначением.

Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на три  основные

группы: физические, механические, химические, технологические и др.

К  химическим  относят  способность  материалов  сопротивляться   действию

химически агрессивной среды, вызывающие в них обменные реакции приводящие  к

разрушению   материалов,    изменению    своих    первоначальных    свойств:

растворимость, коррозионная стойкость, стойкость против гниения, твердение.

Физические  свойства:  средняя,   насыпная,   истинная   и   относительная

плотность; пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность.

  Механические свойства: пределы прочности при сжатии, растяжении,  изгибе,

сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость.

Технологические   свойства:    удобоукладываемость,     теплоустойчивость,

плавление, скорость затвердевания и высыхания.

  Физические и химические свойства материалов.

Средняя плотность ?0  массы m единицы объёма V1 абсолютно сухого материала

в естественном состоянии; она выражается в г/см3, кг/л, кг/м3.

Насыпная плотность сыпучих  материалов  ?н   массы  m  единицы  объёма  Vн

просушенного свободно насыпанного материала; она выражается в  г/см3,  кг/л,

кг/м3.

Истинная плотность ?  массы m  единицы  объёма  V  материала  в  абсолютно

плотном состоянии; она выражается в г/см3, кг/л, кг/м3.

Относительная плотность ?(%) – степень заполнения объёма материала твёрдым

веществом; она характеризуется отношением общего объёма твёрдого вещества  V

в материале  ко  всему  объёму  материала  V1       или  отношением  средней

плотности материала ?0 к её истинной плотности ?: [pic],  или  [pic].

Пористость П  - степень заполнения  объёма  материала  порами,  пустотами,

газо-воздушными включениями:

для твёрдых материалов: [pic],  для сыпучих: [pic]

Гигроскопичность  - способность материала поглощать  влагу  из  окружающей

среды и сгущать её в массе материала.

Влажность W(%) – отношение массы воды в материале mв=m1-m  к массе  его  в

абсолютно сухом состоянии m:  [pic]

Водопоглащение В – характеризует способность материала при соприкосновении

с водой впитывать и удерживать её в своей массе.  Различают  массовое  Вм  и

объёмное Во водопоглащение.

Массовое водопоглащение (%) – отношение массы поглощённой материалом  воды

mв к массе материала в абсолютно сухом состоянии m: [pic]

Объёмное водопоглащение (%) – отношение объёма поглощённой материалом воды

mв/?в к его объёму в водонасыщенном состоянии V2: [pic]

Влагоотдача – способность материала отдавать влагу.

Характеристика коррозионных процессов в строительных материалах.

Коррозия металлов - разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при этом металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства.
По механизму коррозионного процесса различают два основных типа коррозии: химическую и электрохимическую.

По внешнему виду коррозию различают: пятнами, язвами, точками, внутрикристаллитную, подповерхностную. По характеру коррозионной среды различают следующие основные виды коррозии: газовую, атмосферную, жидкостную и почвенную.

Газовая коррозия происходит при отсутствии конденсации влаги на поверхности. На практике такой вид коррозии встречается при эксплуатации металлов при повышенных температурах.

Атмосферная коррозия относится к наиболее распространенному виду электрохимической коррозии, так как большинство металлических конструкций эксплуатируются в атмосферных условиях. Коррозия, протекающая в условиях любого влажного газа, также может быть отнесена к атмосферной коррозии.

Жидкостная коррозия в зависимости от жидкой среды бывает кислотная, щелочная, солевая, морская и речная. По условиям воздействия жидкости на поверхность металла эти виды коррозии получают добавочные характеристики: с полным и переменным погружением, капельная, струйная. Кроме того по характеру разрушения различают коррозию равномерную и неравномерную.

Бетон и железобетон находят широкое применение в качестве конструкционного материала при строительстве зданий и сооружений химических производств. Но они не обладают достаточной химической стойкостью против действия кислых сред. Свойства бетона и его стойкость в первую очередь зависит от химического состава цемента из которого он изготовлен. Наибольшее применение в конструкциях и оборудовании находят бетоны на портландцементе. Причиной пониженной химической стойкости бетона к действию минеральных и органических кислот является наличие свободной гидроокиси кальция (до 20%), трехкальциевого алюмината (3CaO×Al2O3) и других гидратированных соединений кальция.

При непосредственном воздействии кислых сред на бетон происходит нейтрализация щелочей с образованием хорошо растворимых в воде солей, а затем взаимодействие кислых растворов со свободным гидрооксидом кальция с образованием в бетоне солей, обладающих различной растворимостью в воде. Коррозия бетона происходит тем интенсивнее, чем выше концентрация водных растворов кислот. При повышенных температурах агрессивной среды коррозия бетонов ускоряется. Несколько более высокой кислотостойкостью обладает бетон, изготовленный на глиноземистом цементе, из-за пониженного содержания оксида кальция. Кислотостойкость бетонов на цементах с повышенным содержанием оксида кальция в некоторой степени зависит от плотности бетона. При большей плотности бетона кислоты оказывают на него несколько меньшее воздействие из-за трудности проникновения агрессивной среды внутрь материала.

Под химической коррозией подразумевают взаимодействие металлической поверхности с окружающей средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических (электродных) процессов на границе фаз.
Механизм химической коррозии сводится к реактивной диффузии атомов или ионов металла сквозь постепенно утолщающуюся пленку продуктов коррозии (например окалины) и встречной диффузии атомов или ионов кислорода. По современным воззрениям этот процесс имеет ионно-электронный механизм, аналогичный процессам электропроводности в ионных кристаллах. Примером химической коррозии является взаимодействие металла с жидкими неэлектролитами или сухими газами в условиях, когда влага на поверхности металла не конденсируется, а также воздействие на металл жидких металлических расплавов. Практически наиболее важным видом химической коррозии является взаимодействие металла при высоких температурах с кислородом и др. газообразными активными средами (H S, SO , галогены, водяные пары, CO и др.). 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 и т.д.). 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 и др.). 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).
Под электрохимической коррозией подразумевают процессы взаимодействия металлов с электролитами (в виде водных растворов, реже с неводными электролитами, например с некоторыми органическими электропроводными соединениями или безводными расплавами солей при повышенных температурах).
Процессы электрохимической коррозии протекают по законам электрохимической кинетики, когда общая реакция взаимодействия может быть разделена на следующие, в значительной степени самостоятельные, электродные процессы:
а) Анодный процесс - переход металла в раствор в виде ионов (в водных растворах, обычно гидратированных) с оставлением эквивалентного количества электронов в металле;
б) Катодный процесс - ассимиляция появившихся в металле избыточных электронов деполяризаторами.
Различают коррозию с водородной, кислородной или окислительной деполяризацией.

Типы коррозионных разрушений.
При равномерном распределении коррозионных разрушений по всей поверхности металла коррозию называют равномерной.
Если же значительная часть поверхности металла свободна от коррозии и последняя сосредоточена на отдельных участках, то ее называют местной. Язвенная, точечная, щелевая, контактная, межкресталлическая коррозия - наиболее часто встречающиеся в практике типы местной коррозии. 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. Последние 2 вида коррозионного разрушения наиболее опасны для конструкций, несущих механические нагрузки (мосты, тросы, рессоры, оси, автоклавы, паровые котлы и т.д.)

Электрохимическая коррозия в различных средах.
Различают следующие типы электрохимической коррозии, имеющие наиболее важное практическое значение:
1. 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:
а) кислотную;
б) щелочную;
в) солевую;
г) 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, имеющие свои характерные особенности.
2. 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.
3. Атмосферная коррозия - 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.
4. 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:
а) Коррозионное растрескивание; при этом характерно образование трещин, которые могут распространяться не только межкристаллитно, но также и транскристально. Примером подобного разрушения является щелочная хрупкость котлов, сезонное растрескивание латуней, а также растрескивание некоторых конструкционных высокопрочных сплавов.
б) Коррозионная усталость, вызываемая воздействием коррозионной среды и знакопеременных или пульсирующих механических напряжений. Этот вид разрушения также характерен
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.).
в) 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.
г) 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.

Физико-химические методы исследования коррозии в строительных материалах.

Широкое применение новых высококачественных материалов и повышение долговечности конструкций за счет проведения противокоррозионной защиты – одна из важных народнохозяйственных задач. Практика показывает, что только прямые безвозвратные потери металла от коррозии составляют 10…12% всей производимой стали. Наиболее интенсивная коррозия наблюдается в зданиях и сооружениях химических производств, что объясняется действием различных газов, жидкостей и мелкодисперсных частиц непосредственно на строительные конструкции, оборудование и сооружения, а также проникновением этих агентов в грунты и действием их на фундаменты. Основной задачей, стоящей перед противокоррозионной техникой, является повышение надежности защищаемого оборудования, строительных конструкций и сооружений. Это должно осуществляться за счет широкого применения высококачественных материалов, и в первую очередь эпоксидных смол, стеклопластиков, полимерных подслоечных материалов и новых герметиков.

Щелочестойкость бетонов определяется главным образом химическим составом вяжущих, на которых они изготовлены, а также щелочестойкостью мелких и крупных заполнителей.

Увеличение срока службы строительных конструкций и оборудования достигается путем правильного выбора материала с учетом его стойкости к агрессивным средам, действующим в производственных условиях. Кроме того, необходимо принимать меры профилактического характера. К таким мерам относятся герметизация производственной аппаратуры и трубопроводов, хорошая вентиляция помещения, улавливание газообразных и пылевидных продуктов, выделяющихся в процессе производства; правильная эксплуатация различных сливных устройств, исключающая возможность проникновения в почву агрессивных веществ; применение гидроизолирующих устройств и др.

Непосредственная защита металлов от коррозии осуществляется нанесением на их поверхность неметаллических и металлических покрытий либо изменением химического состава металлов в поверхностных слоях: оксидированием, азотированием, фосфатированием.

Наиболее распространенным способом защиты от коррозии строительных конструкций, сооружений и оборудования является использование неметаллических химически стойких материалов: кислотоупорной керамики, жидких резиновых смесей, листовых и пленочных полимерных материалов (винипласта, поливинилхлорида, полиэтилена, резины), лакокрасочных материалов, синтетических смол и др. Для правильного использования неметаллических химически стойких материалов необходимо знать не только их химическую стойкость, но и физико-химические свойства, обеспечивающие условия совместной работы покрытия и защищаемой поверхности. При использовании комбинированных защитных покрытий, состоящих из органического подслоя и футеровочного покрытия, важным является обеспечение на подслое температуры, не превышающей максимальной для данного вида подслоя.

Для листовых и пленочных полимерных материалов необходимо знать величину их адгезии с защищаемой поверхностью. Ряд неметаллических химически стойких материалов, широко используемых в противокоррозионной технике, содержит в своем составе агрессивные соединения, которые при непосредственном контакте с поверхностью металла или бетона могут вызвать образование побочных продуктов коррозии, что, в свою очередь, снизит величину их адгезии с защищаемой поверхностью. Эти особенности необходимо учитывать при использовании того или иного материала для создания надежного противокоррозионного покрытия.

Материлы, применямые для защиты от коррозии

Лакокрасочные покрытия вследствие экономичности, удобства и простоты нанесения, хорошей стойкости к действию промышленных агрессивных газов нашли широкое применение для защиты металлических и железобетонных конструкций от коррозии. Защитные свойства лакокрасочного покрытия в значительной степени обуславливаются механическими и химическими свойствами, сцеплением пленки с защищаемой поверхностью.

Перхлорвиниловые и сополимерно- лакокрасочные материалы широко используются в противокоррозионной технике.

Лакокрасочные материалы в зависимости от назначения и условий эксплуатации делятся на восемь групп: А – покрытия стойкие на открытом воздухе; АН – то же, под навесом; П – то же, в помещении; Х – химически стойкие; Т – термостойкие; М – маслостойкие; В – водостойкие; ХК – кислостойкие; ХЩ – щелочестойкие; Б – бензостойкие.

Для противокоррозионной защиты применяются химически стойкие перхлорвиниловые материалы: лак ХС-724, эмали ХС и сополимерные грунты ХС-010, ХС-068, а также покрытия на основе лака ХС-724 и каменноугольной смолы, лаки ХС-724 с эпоксидной шпаклевкой ЭП-0010. Защитные покрытия получают последовательным нанесением на поверхность грунта, эмали и лака. Число слоев зависит от условий эксплуатации покрытия, но должно быть не менее 6. Толщина одного слоя покрытия при нанесении пульверизатором 15…20 мкм. Промежуточная сушка составляет 2…3 ч при температуре 18…20°С. Окончательная сушка длится 5 суток для открытых поверхностей и до 15 суток в закрытых помещениях.

Окраска химически стойким комплексом (грунт ХС-059, эмаль 759, лак ХС-724) предназначена для защиты от коррозии наружных металлических поверхностей оборудования, подвергающихся воздействию агрессивных сред щелочного и кислотного характера. Этот комплекс отличается повышенной адгезией за счет добавки эпоксидной смолы. Химически стойкое покрытие на основе композиции из эпоксидной шпаклевки и лака ХС-724 совмещает в себе высокие адгезионные свойства, характерные для эпоксидных материалов и хорошую химическую стойкость, свойственную перхлорвинилам. Для нанесения композиций из эпоксидной шпаклевки и лака ХС-724 рекомендуется готовить следующие два состава:

Состав грунтовочного слоя, 4 по массе

Эпоксидная шпаклевка ЭП-0010                             100

Отвердитель №1                                                      8,5

Растворитель Р-4                                                    35…45

Состав переходного слоя, 4 по массе

Эпоксидная шпаклевка ЭП-0010                             15

Лак ХС-724                                                                100

Отвердитель №1                                                      1,3

Растворитель Р-4                                               до рабочей вязкости

Для покрывного слоя используется лак ХС-724.

Состав комплексного пятислойного покрытия, г/м2

Эпоксидная шпаклевка                                      300

Лак ХС-724                                                         450

Отвердитель №1                                               60

Растворитель Р-4                                             260

Для механического упрочнения покрытия его полируют стеклотканью. Ориентировочный расход материалов при нанесении на металлическую поверхность составляет 550…600 г/м2, на бетонную – 600…650 г/м2.

Трещиностойкие химически стойкие покрытия применяют на основе хлорсульфированного полиэтилена ХСПЭ. Для защиты от коррозии железобетонных несущих и ограждающих строительных конструкций с шириной раскрытия трещин до 0,3 мм применяют эмаль ХП-799 на основе хлорсульфированного полиэтилена. Защитные покрытия наносят на поверхность бетона после окончания в нем основных усадочных процессов. При этом конструкции не должны подвергаться воздействию жидкости (воды) под давлением противоположной покрытию стороны или это воздействие следует предотвращать специальной гидроизоляцией.

Материалы на основе хлорсульфированного полиэтилена пригодны для работы при температуре –60 до +130°С (выше 100°С – для кратковременной работы в зависимости от термостойкости входящих в состав покрытия пигментов).   

Покрытия на основе ХСПЭ, стойкие к озону, парогазовой среде, содержащей кислые газы Cl2, HCl, SO2, SO3, NO2 и к растворам кислот, могут наноситься краскораспылителем, кистью, установкой для безвоздушного нанесения.

При работе краскораспылителем и кистью лакокрасочные материалы следует разводить до рабочей вязкости ксилолом или толуолом, а при нанесении установкой безвоздушного напыления – смесью ксилола (30%) и сольвента (70%).

Металлизационно-лакокрасочные покрытия находят широкое применение для защиты от коррозии металлических конструкций, эксплуатируемых в атмосферных условиях и агрессивных средах. Такие комбинированные покрытия наиболее долговечны (20 лет и более

Методы защиты строительных материалов от коррозии.

С целью повышения долговечности строительных конструкций, зданий, сооружений проводятся работы в области улучшения противокоррозионной защиты.
Широко применяются следующие основные методы защиты металлических конструкций от коррозии:
1. Защитные покрытия;
2. Обработка коррозионной среды с целью снижения коррозионной активности. Примерами такой обработки могут служить: нейтрализация или обескислороживание коррозионных сред, а также применение различного рода ингибиторов коррозии;
3. Электрохимическая защита металлов;
4. Разработа и производство новых металлических конструкционных материалов повышенной коррозионной устойчивости путем устранения из металла или сплава примесей, ускоряющих коррозионный процесс (устранение железа из магниевых или алюминиевых сплавов, серы из железных сплавов и т.д.), или введения в сплав новых компонентов, сильно повышающих коррозионную устойчивость (например хрома в железо, марганца в магниевые сплавы, никеля в железные сплавы, меди в никелевые сплавы и т.д.);
5. Переход в ряде конструкций от металлических к химически стойким материалам (пластические высокополимерныме материалы, стекло, керамика и др.);
6. Рациональное конструирование и эксплуатация металлических сооружений и деталей (исключение неблагоприятных металлических контактов или их изоляция, устранение щелей и зазоров в конструкции, устранение зон застоя влаги, ударного действия струй и резких изменений скоростей потока в конструкции и др.).

Результаты исследования коррозии на основе физико-химических методов.

Вопросам проектирования антикоррозионной защиты строительных конструкций уделяют серьезное внимание как у нас в стране, так и за рубежом. Западные фирмы при выборе проектных решений тщательно изучают характер агрессивных воздействий, условия эксплуатации конструкций, моральный срок службы зданий, сооружений и оборудования. При этом широко используются рекомендации фирм, производящих материалы для антикоррозионной защиты и располагающих лабораториями для исследования и обработки защитных систем из выпускаемых ими материалов.
В России накоплен определенный опыт проведения натурных обследований строительных конструкций промышленных зданий для определения скорости коррозионных процессов и методов защиты. Усилены рыботы в области повышения долговечности и улучшения противокоррозионной защиты строительных зданий и сооружений. Работы проводятся комплексно, включая натурные обследования, экспериментальные и производственные исследования и теоретические разработки. При натурных обследованиях выявляются условия работы конструкций, учитывающие особенности влияния на них нагрузок, температурно-влажностных и климатических воздействий, агрессивных сред.
Актуальность решения проблемы противокоррозионной защиты диктуется необходимостью сохранения природных ресурсов, защиты окружающей среды. Эта проблема находит широкое отражение в печати. Издаются научные труды, проспекты, каталоги, устраиваются международные выставки с целью обмена опытом между развитыми странами Мира.
Таким образом необходимость исследования коррозионных процессов является одной из наиболее важных проблем.

Скорость коррозии
Скорость коррозии металлов и металлических покрытий в атмосферных условиях определяется комплексным воздействием ряда факторов: наличием на поверхности фазовых и адсорбционных пленок влаги, загрязненностью воздуха коррозионноагрессивными веществами, изменением температуры воздуха и металла, образованием продуктов коррозии и др.
Оценка и расчет скорости коррозии должны основываться на учете продолжительности и материальном коррозионном эффекте действия на металл наиболее агрессивных факторов.
В зависимости от факторов, влияющих на скорость коррозии, целесообразно следующее подразделение условий эксплуатации металлов, подвергаемых атмосферной коррозии:
1. Закрытые помещения с внутренними источниками тепла и влаги (отапливаемые помещения);
2. Закрытые помещения без внутренних источников тепла и влаги (неотапливаемые помещения);
3. Открытая атмосфера.



Классификация агрессивных сред
По степени воздействия на металлы коррозионные среды целесообразно разделить на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные.
Для определения степени агрессивности cреды при атмосферной коррозии необходимо учитывать условия эксплуатации металлических конструкций зданий и сооружений. Степень агрессивности среды по отношению к конструкциям внутри отапливаемых и неотапливаемых зданий, зданий без стен и постоянно аэрируемых зданий определяется возможностью конденсации влаги, а также температурно-влажностным режимом и концентрацией газов и пыли внутри здания. Степень агрессивности среды по отношению к конструкциям на открытом воздухе, не защищенным от непосредственного попадания атмосферных осадков, определяется климатической зоной и концентрацией газов и пыли в воздухе. С учетом влияния метеорологических факторов и агрессивности газов разработана классификация степени агрессивности сред по отношению к строительным металлическим конструкциям, которые представлены в таблице 1.
Таким образом, защита металлических конструкций от коррозии определяется агрессивностью условий их эксплуатациию. Наиболее надежными защитными системами металлических конструкций являются алюминиевые и цинковые покрытия.
Наиболее широкое распространение в промышленности получили методы защиты металлических конструкций с помощью лакокрасочных покрытий и полимерных пленок. В металлостроительстве широко применяется низколегированная сталь, не требующая дополнительных методов защиты.

Расчетная часть
В отапливаемых помещениях основными факторами, определяющими скорость коррозии, являются относительная влажность и загрязненность воздуха, а для ограждающих конструкций и искусственно охлаждаемого оборудования - также и температурный перепад между металлом и воздухом.
Величина коррозии К, г/м , в помещениях с относительной влажностью воздуха выше критической, условно принятой нами равной 70%, и загрязненностью сернистым газом или хлором рассчитывается по формуле:

К= (algC+b)xe x ?, где

С - концентрация SO или Cl , мг/м ;
? - относительная влажность воздуха вблизи конструкций с учетом ?t температурного перепада между металлом и воздухом помещения;
a, b, - постоянные (для каждого металла и вида загрязненности имеют индивидуальное значение);
? - коэффициент регрессии;
- время эксплуатации, ч.
В неотапливаемых помещениях основными факторами, определяющими скорость коррозии, являются относительная влажность и загрязненность воздуха. В зависимости от герметизации и теплоизоляции ограждающих конструкций относительная влажность воздуха и температура в помещениях изменяются либо идентично изменению влажности в открытой атмосфере, либо с некоторым отставанием и сглаживанием амплитуды. Наибольшей коррозия будеет в первом случае. При расчете нужно учитывать фактическое время коррозии, т.е. нахождение металла при влажности выше критической. Величина коррозии рассчитывается по формуле:

К=(algC+b)? e x?, где

- продолжительность градаций влажности воздуха (65-74, 75-84, 85-94, 95-100).
При оценке величины коррозии металлов в различных районах продолжительность действия на металлы основных факторов желательно определять по данным, фиксируемым на метеостанциях. Метеостанции достаточно равномерно расположены на поверхности земного шара. Они накопили множество данных, которые дают возможность оценить скорость коррозии металлов в любом пункте Земли, не проводя длительные экспериментальные исследования коррозии металлов в естественных условиях.
По данным относительной влажности воздуха на ЭВМ было рассчитано фактическое время коррозии металлов под адсорбционными пленками влаги за один усредненный год и продолжительности вышеуказанных градаций влажности. Установлено, что фактическое время коррозии металлов под адсорбционными пленками влаги колеблется от 2500 до 8500 ч в год.
В открытой атмосфере коррозия металлов определяется в основном временем пребывания на поверхности металла фазовых пленок влаги, которые изменяются от 750 до 3500 ч, адсорбционных пленок влаги, загрязненностью воздуха и продуктами коррозии. Время воздействия фазовых пленок влаги складывается из продолжительности дождя, тумана, росы, измороси, оттепели (для конструкций с удерживающимся снежным покровом) и времени высыхания влаги после каждого явления. В общем случае величина коррозии металлов расчитывается по формуле:

К=?( - )К + К ? , где

- фактическое время коррозии;
К - скорость коррозии под адсорбционной пленкой влаги;
- продолжительность пребывания фазовых пленок влаги;
К - скорость коррозии под фазовыми пленками влаги;
- коэффициент, учитывающий влияние загрязненности воздуха и образующихся продуктов коррозии.
Учитывая тот факт, что продолжительность пребывания фазовых пленок влаги в основном пропорциональна фактическому времени коррозии, а К значительно больше К , для практических расчетов можно использовать формулу:

К= К' , где

К - скорость коррозии под фазовой и адсорбционной пленкой влаги, рассчитывается на основании данных натурных исследований, когда величина коррозии относится к времени пребывания фазовых пленок влаги.


Инновационные методы исследования коррозии.

Применение в строительных металлических конструкциях коррозионностойких сталей
Коорозионная стойкость стали зависит от ее химического состава. Давно известно, что сталь, содержащая медь, лучше противостоит коррозии в атмосферных условиях, чем сталь без меди.
Небольшая добавка в сталь меди, фосфора и хрома еще больше повышает ее коррозионную стойкость в атмосферных условиях. Повышение коррозионной стойкости таких марок стали в атмосферных условиях связано с природой пленок продуктов коррозии, образующихся в первый период на поверхности металла. На Плакате № 1 приведены данные коррозии углеродистой стали, медистой стали и стали с небольшими добавками фосфора, меди, хрома и никеля.
Из приведенных данных следует, что сталь с фосфором интенсивно корродирует только в первые 1,5-2 года, а далее образующиеся на поверхности стали продукты коррозии практически полностью затормаживают дальнейшее развитие процесса коррозии. Такая сталь может применяться в атмосферных условиях без защитных покрытий. Низколегированные стали уже находят широкое применение за рубежом - в США, Японии, ФРГ.

Применение противокоррозионных защитных покрытий
Для защиты оборудования и строительных конструкций от коррозии в отечественной и зарубежной противокоррозионной технике применяется большой ассортимент различных химически стойких материалов - листовые и пленочные полимерные материалы, бипластмассы, стеклопластики, углеграфитовые, керамические и другие неметаллические химически стойкие материалы.
В настоящее время расширяеется применение полимерных материалов, благодаря их ценным физико-химическим показателям, меньшему удельному весу и др.
Большой интерес для применения в противокоррозионной технике представляет новый химически стойкий материал - шлакоситалл.
Значительные запасы и дешевизна исходного сырья - металлургических шлаков - обусловливают экономическую эффективность производства и применения шлакоситалла.
Шлакоситалл по физико-механическим показателям и химической стойкости не уступает основным кислотоупорным материалам (керамике, каменному литью), широко применяемым в противокоррозионной техники.
Среди многочисленных полимерных материалов, применяемых за рубежом в противокоррозионной технике, значительное место занимают конструкционные пластмассы, а также стеклопластики, получаемые на основе различных синтетических смол и стекловолокнистых наполнителей.
В настоящее время химическая промышленность выпускает значительный ассортимент материалов, обладающих высокой стойкостью к действию различных агрессивных сред. Особое место среди этих материалов занимает полиэтилен. Он инертен во многих кислотах, щелочах и растворителях, теплостоек до температуры + 70 С и т.д.
Однако большим недостатком данного материала, затрудняющего его широкое применение в противокоррозионной технике, является неполярный характер поверхности полиэтилена.
Другими направлениями использования полиэтилена в качестве химически стойкого материала являются порошкообразное напыление и дублирование полиэтилена стеклотканью.
Широкое применениее полиэтиленовых покрытий объясняется тем, что они будучи одними из самых дешевых, образуют покрытия с хорошими защитными свойствами. Покрытия легко наносятся на поверхность различными способами, в том числе пневматическим и электростатическим распылением.
Используя свойство термопластичнотси пленкообразователя, покрытия получают сплавлением частиц без применения растворителей. Широкое использование порошкообразных покрытий вызвано рядом технико-экономических соображений: доступностью исходного сырья, простотой нанесения, высоким качеством покрытий, огне- и взрывобезопасностью при производстве работ.
Также в противокоррозионной технике особого внимания заслуживают монолитные полы на основе синтетических смол. Высокая механическая прочность, химическая стойкость, декоративный вид - все эти положительные качества делают монолитные полы чрезвычайно перспективными.
Продукция лакокрасочной промышленности находит применение в различных отраслях промышленности и строительства в качестве химически стойких покрытий.
Лакокрасочное пленочное покрытие, состоящее из последовательно наносимых на поверхность слоев грунтовки, эмали и лака, применяют для противокоррозионной защиты конструкций зданий и сооружений (ферм, ригелей, балок, колонн, стеновых панелей), а также наружных и внутренних поверхностей емкостного технологического оборудования, трубопроводов, газоходов, воздуховодов вентиляционных систем, которые в процессе эксплуатации не подвергаются механическим воздействиям абразивных (твердых) частиц, входящих в состав среды. Для повышения механической прочности лакокрасочного покрытия используют армирующие ткани (хлориновую или стеклянную) различных марок.
Одним из новых направлений являются разработка и применение лакокрасочных материалов, не содержащих органических растворителей; разработка и применение порошковых лакокрасочных материалов; водоразбавляемых красок; цинконаполненных комбинированных лакокрасочных материалов и других. Для наненсения лакокрасочных материалов применяются в основном окраска изделий в электростатическом поле и окраска безвоздушным напылением. Возможна также комбинация этих двух способов, то есть окраска безвоздушным напылением в электростатическом поле.
Данные способы окраски находят широкое применение в промышленности и в силу многих своих преимуществ - уменьшения потерь матеериалов, увеличения толщины покрытия, наносимого за один слой, уменьшения расхода растворителей, улучшение условий производства окрасочных работ и т.д.
В последнее время большое внимание уделяется получению и применению комбинированных покрытий, поскольку в ряде случаев использование традиционных методов защиты является неэкономичным. В качестве комбинированных покрытий, как правило, используется цинковое покрытие с последующей окраской. При этом цинковое покрытие играет роль грунтовки.
Перспективно применение резин на основе бутилкаучука, которые отличаются от резин на других основах повышенной химической стойкостью в кислотах и щелочах, включая концентрированную азотную и серную кислоты. Высокая химическая стойкость резин на основе бутилкаучука позволяет более широко применять их при защите химической аппаратуры, например в цветной металлургии при производстве цинка и меди такие аппараты как сгустители, баки для серной кислоты, баки для реагентов, баки для обработанного электролита и другого оборудования.

Заключение.
В результате проведенного анализа современного состояния отечественной и зарубежной практики противокоррозионных работ, можно сделать выводы о необходимости совершенствования основных направлений внедрения новых материалов и ресурсосберегающих технологий.
Производство коррозионностойких сплавов (например, высоколегированной хромовой и хромоникелевой стали) само по себе уже является способом борьбы с коррозией, причем лучшим. Нержавеющие сталь и чугугн, так же как и коррозионностойкие сплавы цветных металлов, - весьма ценный конструкционный материал, однако применение таких сплавов не всегда возможно по причине их высокой стоимости или по технических соображениям.
Можно отметить использование полимерных материалов, занимающих все большее место в противокоррозионной технике. Из них в первую очередь необходимо внедрять в производство конструкционные стеклопластики и бипластмассы.
Перспективным является устройство монолитных покрытий полов на основе синтетических химически стойких смол - эпоксидных, полиэфирных и др. Для широкого внедрения химически стойких монолитных полов взамен штучных кислотоупорных материалов необходимо организовать промышленный выпуск химически стойких эпоксидных, полиэфирных и полиуретановых смол, а также отработать технологию их нанесения.
С целью уменьшения потерь краски, увеличения толщины однослойного покрытия, уменьшения расхода растворителей и улучшения условий окраски целесообразно в широких масштабах применять прогрессивные способы окраски - безвоздушный и в электростатическом поле.
Для повышения производительности труда необходимо разработать и наладить промышленный выпуск механизмов, приспособлений и наборов комплектов инструментов для проведения различных видов химзащитных работ.

Литература.
1. Краткая химическая энциклопедия, ред. кол. И.А.Кнуянц и др. Т.2. М., "Советская энциклопедия", 1963
2. Центральное бюро научно-технической информации "Отечественный и зарубежный опыт производства противокоррозионных работ" (обзор), М., 1972
3. ЦНИИпроектстальконструкция "Антикоррозионная защита металлических конструкций", М., 1975
4. Черняев В.П., Немировский Б.А. "Лакокрасочные и гуммировочные работы", Стройиздат, М., 1973
5. Виткин А.И., Тейндл И.И. "Металлические покрытия листовой и полосовой стали", Металлургия, М., 1971
6. Заикин Б.Б., Москалейчик Ф.К. "Коррозия металлов, эксплуатирующихся во влажном воздухе, загрязненном сернистым газом или хлором", Сборник МДНТП "Натурные и ускоренные испытания", М., 1972
7. Мулякаев Л.М., Дубинин Г.Н., Далисов В.Б. и др. "Коррозионная стойкость диффузионно-хромированной стали в некоторых средах", Защита металлов, Т.1Х, № 1, 1973
8. Никифоров В.М. "Технология металлов и конструкционные материалы" 6-е изд., М., Высшая школа, 1980

9.Материалы сайта http://revolution.allbest.ru

10.материалы сайта http://5ballov.ru

Страницы: 1, 2