33

механически обработать, обезжирить, промыть, высушить, взвесить ().

2. Электроды попарно разместить в коррозионных камерах: железо и цинк,

находящиеся во второй ячейке, соединить между собой через амперметр.

3. В коррозионные камеры залить исследуемую среду и зафиксировать вре-

мя опыта.

4. В процессе коррозии периодически(каждые 5 - 10 мин) фиксировать ве-

личину тока защиты (I, мА).

5. 4 - 5 раз за время опыта замерить потенциалы цинка и железа, работаю-

щих в контакте и без контакта (Е, В).

6. По окончании опыта все четыре электрода промыть, высушить, взвесить на аналитических весах. Результаты опытов представить в виде табл. 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1 Изменение тока защиты в процессе эксперимента

Таблица 4.2 Экспериментальные данные по протекторной защите

4.3.Обработка результатов экспериментов

1.По результатам измерений, отраженных в табл. 4.1, рассчитывается сред-

нее значение тока защиты.

2. Оценивается коэффициент полезного действия протектора:

КПД = Dmпол = I ср × g ×t ,

Dmобщ Dmобщ

где Icp - средний ток защиты. А;

mпол - полезный расход протектора на защиту, г; mобщ - общая потеря протектора в массе, г.

3. Сравнением убыли в массе железных электродов, работавших в контакте и без контакта с цинком, определяется эффективность защиты. В качестве количе-

ственных характеристик эффективности протекторной защиты может служить степень защиты (Z) и коэффициент торможения коррозии (Y):

где DmFб.ек. - убыль в массе Fe, корродирующего без контакта с Zn;

DmFконте . - убыль в массе Fe, корродирующего в контакте с Zn.

4. На практике оценить эффективность защиты количественно весовым ме-

тодом по показателям Z и Y можно только с помощью образцов-свидетелей, од-

нако более часто ее оценивают качественно сравнением среднего потенциала за-

щищаемого металла ( Екорконт ), работающего в контакте с цинком с равновесным по-

тенциалом этого металла в коррозионной среде( Е равМе ). Если Екорконт < Е равМе , то защита должна быть эффективной.

Для подземной и подводной коррозии углеродистых сталей значенияЕ равFе

обычно составляют от -0,53 до -0,55 В (н.в.э. - нормальный водородный электрод).

Именно с таким значениемЕ равFе необходимо сравнивать среднее значение ста-

ционарного потенциала коррозии железного электрода, работающего в контакте с цинком (табл. 4.2), предварительно пересчитав его по шкале нормального водо-

родного электрода.

Потенциал применяемого в опытах хлорсеребряного электрода сравнения ра-

вен 0,201 В (н.в.э.). Если окажется, что Екорст < Е равFе , то протекторную защиту сле-

дует считать эффективной.

35

4.4 Правила техники безопасности

При выполнении работы необходимо соблюдать меры безопасной работы с электроизмерительными приборами и слабыми кислотами.

Лабораторная работа 5

КОРРОЗИЯ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

Цель работы: ознакомиться с основными видами коррозионного разрушения бетона и железобетона.

5.1. Коррозия бетона и железобетона в жидких средах

Конструкции из бетона и железобетона нередко контактируют с самыми разно-

образными жидкими средами, резко отличающимися по своим агрессивным свой-

ствам. Это и обычные природные воды, сточные воды различных предприятий,

грунтовые воды, технологические растворы, зачастую очень агрессивные, напри-

мер растворы кислот и щелочей, проливы которых на перекрытия происходят до-

вольно часто.

В этой связи знания по коррозионной устойчивости бетона в различных средах

позволяют сделать бетонные и железобетонные конструкции более жизнеспособ-

ными.

Бетон - сложный пористый искусственный композиционный материал, полу-

ченный путем затвердевания смеси вяжущего вещества, заполнителей (щебня»

гравия, песка) и воды. В результате взаимодействия вяжущего вещества с водой образуется цементный камень, содержащий в себе разнообразные химические со-

единения, состав которых зависит от вида вяжущего, например:

4СаО · Аl2O3 · 3CaS04 ·32Н2O - гидросульфоалюминат кальция (фаза С-A-Cs-H)

(эттрингит) и т.д.

Все эти фазы, находясь в равновесии с водой в порах бетона, обеспечивают ее рН в пределах 12 - 13. При таком рН внутри бетона устойчивы как все его состав-

ляющие, так и арматура железобетона. Сталь в слабощелочном растворе с рН = 12 - 13 хорошо пассивируется за счет образования упорядоченной плотной пленки гидроксидов железа (Fе (ОН)2, Fе (ОH3).

При воздействии агрессивных жидких сред на бетон и железобетон могут происходить самые разнообразные процессы.

1) Снижение рН внутри бетона, приводящее к увеличению растворимости со-

ставляющих бетона, постепенному их растворению и, следовательно, к повыше-

нию пористости бетона и к снижению его несущих свойств. Одновременно сни-

жение рН до значений < 11.8 приводит к коррозии арматуры с образованием объ-

емных продуктов коррозии (mFeO nFe2O3· kH2O), в результате которых внутри железобетона около корродирующей арматуры появляются высокие внутренние напряжения, в итоге приводящие к растрескиванию бетона вдоль арматуры.

2) Взаимодействие составляющих бетона с агрессивными компонентами жидких сред с образованием растворимых и нерастворимых продуктов. Свойства этих продуктов, условия их вымывания из бетона и определяют коррозионный эффект.

Согласно В.М. Москвину, различают три основных вида воздействия жидких сред на бетон:

1) Коррозионное воздействие мягких природных вод.

Мягкие природные воды, содержащие небольшое количество растворенных компонентов, в частности солей жесткости, оказывают коррозионное воздействие на бетонные и железобетонные сооружения напорного типа, в которых происхо-

дит фильтрация воды через бетон или железобетон (рис. 5.1).

При эксплуатации таких сооружений возможны два случая:

37

а) скорость фильтрации больше скорости испарения (Vф > Vисп);

б) скорость фильтрации меньше скорости испарения (Vф < Vисп).

Для практики наиболее опасна первая ситуация, когда Vф > Vисп. В этом случае мягкие промывные воды при фильтрации через бетон вымывают из поровой жид-

кости известь (Ca(OH)2), рН внутри пор уменьшается, повышается растворимость малорастворимых составляющих бетона, в частности кристаллического Са(ОН)2,

и они начинают растворяться. Известь Са(ОН)2 и другие растворяющиеся компо-

ненты бетона вместе с фильтрующимися водами выносятся на поверхность бето-

на со стороны воздуха.

Рис. 5.1. Схема напорного сооружения

ГДЕ, VФ – Скорость фильтрации природных вод через бетон;

VИСП – скорость испарения фильтрующихся вод с поверхности бетона со стороны воздуха.

На поверхности происходит реакция взаимодействия извести с углекислым га-

зом, присутствующим в воздухе:

Са(ОН)2 + СО2 → СаСО3 + Н2О

(известь) (мел)

В результате этой реакции на поверхности бетона появляются белые подтеки мела, четко указывающие на то, что происходит вымывание составляющих бето-

на.

При постепенном вымывании Са(ОН)2 и других компонентов бетона возрастает пористость бетона и происходит его нейтрализация(рН внутри бетона уменьша-

ется). Существенное увеличение пористости увеличивает фильтрацию, ухудшает

38

рабочие характеристики бетона и может приводить к появлению морозильных эффектов. При нейтрализации бетона до рН < 11,8 начинается коррозия арматуры с образованием объемных продуктов коррозии, которые приводят к растрескива-

нию бетона вдоль арматуры.

В том случае, когда при работе напорного сооруженияVф < Vисп, фильтрую-

щиеся мягкие воды не выходят на поверхность бетона со стороны воздуха и реак-

ция: Са(ОН)2 + СО2 → СаСО3 + Н2О

происходит в поверхностных слоях бетона. Образующийся при этом малораство-

римый мел заполняет поры бетона, и происходит уплотнение поверхностных сдо-

ев бетона со стороны воздуха. Фильтрация мягких вод через бетон уменьшается, а

следовательно, вымывание составляющих бетона и его нейтрализация не проис-

ходят. Именно такой ситуации необходимо добиваться при проектировании -на порных бетонных и железобетонных напорных сооружений.

2) Коррозионное воздействие жидких сред с компонентами, которые вступают во взаимодействие с составляющими бетона и образуют при этом растворимые соединения.

К таким средам относятся прежде всего растворы кислот, щелочей и некото-

рых солей, например MgCl2 и NaCl.

Кислотная коррозия. Кислые растворы, взаимодействуя со многими состав-

ляющими бетона, приводят к появлению растворимых веществ, легко вымывае-

мых из бетона, вследствие чего резко ухудшаются его технологические свойства.

Одновременно кислые растворы приводят к быстрой нейтрализации бетона, в ре-

зультате чего начинается коррозия арматуры, сопровождающаяся растрескивани-

ем бетона.

Согласно СНиП 2.03.11-85, кислые воды любого состава с рН < 3 для бетонов с повышенной плотностью (W8) являются сильноагрессивными. Для бетонов мень-

шей плотности (W4) сильноагрессивными являются растворы с рН < 4. Чем выше концентрация кислот, тем меньше в них устойчивость бетона. Так, 1%-ные рас-

творы серной соляной и азотной кислот сильно разъедают бетон в течениене скольких месяцев. Фосфорная кислота менее агрессивна по отношению к бетону

39

из-за малой растворимости образующегося фосфата кальция. Однако в растворах с 5%-ной концентрацией фосфорной кислоты разрушение происходит довольно быстро.

Агрессивными по отношению к бетонам являются и растворы органических кислот, прежде всего молочной, масляной, уксусной, яблочной и др.

Щелочная коррозия. Для бетона опасны растворы щелочей с концентрацией более 50 г/л. В результате действия на бетон таких растворов растворимость гид-

роксида кальция Са(ОН)2 значительно понижается, но одновременно резко воз-

растает растворимость кремнезема (SiO2) и некоторых оксидов, например Al2O3.

Взаимодействие этих соединений со щелочами приводит к образованию раство-

римых или гелеобразных соединений:

SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + Н2О

Al2O3 + 2NaОH →2NaA1О2 +H2О

Наиболее агрессивно действуют на бетон растворы гидроксида натрия(NaOH),

затем следуют растворы гидроксида калия (КОН), аммония (NH4ОH) и карбоната натрия (Na2CO3). При полном погружении в растворы щелочей с концентрацией

1 - 2 % наибольшей стойкостью обладают бетоны на пуццолановых и шлакопорт-

ландцементах.

Магнезиальная коррозия. В сточных и грунтовых водах часто встречаются соли магния, в частности хлорид магния (MgCl2). При его взаимодействии с Са(ОН)2, находящемся в бетоне, получаются два продукта: CaCl2 и Мg(ОН)2.

MgCl2 + Са(ОН)2 → CaCl2 + Mg(OH)2

Один из продуктовмалорастворимый Mg(OH)2 (растворимость 18,2 мг/л).

Процесс образования Mg(OH)2 сопровождается понижением рН в порах бетона,

что создает благоприятные условия для растворения и гидролиза гидратных обра-

зований в цементном камне(т.е. действие аналогично коррозии I рода по Моск-

вину). Второй продукт, CaCl2, способен вымываться, в этой связи растворы MgCl2

с концентрацией 5 % и выше разрушают все гидратные образования в цементном камне.

Коррозия в NaCl. Растворы NaCl взаимодействуют с Са(ОН)2 в бетоне, обра-