5.6 Коррозия материалов конструкций

Коррозия – самопроизвольное разрушение твердых тел, вызванное химическими, электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой.

Действие коррозии на строительные конструкции зависит от материала самой конструкции и от агрессивности окружающей среды. По агрегатному состоянию агрессивная среда может быть газообразной, жидкой, твердой или многофазной. Примером многофазной агрессивной среды могут быть фундаменты зданий, которые контактируют с минерализованными грунтовыми водами, часто загрязненными промышленными стоками, заполняющими поры твердого вещества скелета грунта, растворяют газы, находящиеся в этих порах.

По степени воздействия на строительные конструкции среды делятся на неагрессивные, слабоагрессивные, умеренно агрессивные и сильноагрессивные, а также на соответствующие им классы по условиям эксплуатации (таблица 5.13).

Таблица 5.13 – Классы среды по условиям эксплуатации

Класс среды по условиям эксплуатации	Характеристика среды
ХА0	Неагрессивная
ХА1	Слабоагрессивная
ХА2	Умеренно агрессивная
ХА3	Сильноагрессивная

По характеру действия среды делятся на химически и биологически активные.

Класс среды по условиям эксплуатации определяется:

– для газообразных сред – видом и концентрацией газов (группы газов) и температурно-влажностным режимом помещений или районом влажности территории;

– твердых сред – видом, растворимостью в воде и гигроскопичностью отдельных компонентов, содержащихся в пыли, в сочетании с температурно-влажностным режимом помещений, химическим составом и количеством растворимых солей в грунте и районом влажности территории;

– жидких сред – наличием и концентрацией агрессивных компонентов, температурой, величиной напора или скоростью движения жидкости у поверхности конструкций;

– биологически активных сред – наличием бактерий, водорослей, грибков и их спор.

Характеристика сред и их воздействие на конструкции зданий и сооружений представлены на рисунке 5.1.

Степень воздействия агрессивных сред на конструкции определяется:

– для газовых сред – видом и концентрацией газов в воде, влажностью и температурой;

– для жидких сред – наличием и концентрацией агрессивностных агентов, температурой, величиной напора или скоростью движения жидкости у поверхности конструкции;

– для твердых тел (соли, аэрозоли, пыль, грунты) – дисперсностью, растворимостью в воде, гигроскопичностью, влажностью окружающей среды.

Характеристики газов и твердых сред представлены, соответственно, в таблицах 5.14 и 5.15.

Таблица 5.14 – Группы агрессивных газов в зависимости от их вида

и концентрации

Наименование	Концентрация для групп газов, мг/м3
	А	В	С	D
Углекислый газ	До 2000 включ.	Св. 2000	–	–
Аммиак	До 0,2 включ.	Св. 0,2 до 20 включ.	Св. 20	–
Сернистый ангидрид	До 0,5 включ.	Св. 0,5 до 10 включ.	Св. 10 до 200 включ.	Св. 200 до 1000 включ.
Фтористый водород	До 0,05 включ.	Св. 0,05 до 5 включ.	Св. 0,5 до 10 включ.	Св. 10 до 100 включ.
Сероводород	До 0,01 включ.	Св. 0,01 до 5 включ.	Св. 5 до 100 включ.	Св. 100
Оксиды азота*	До 0,1 включ.	Св. 0,1 до 5 включ.	Св. 5 до 25 включ.	Св. 25 до 100 включ.
Хлор	До 0,1 включ.	Св. 0,1 до 1 включ.	Св. 1 до 5 включ.	Св. 5 до 10 включ.
Хлористый водород	До 0,05 включ.	Св. 0,05 до 5 включ.	Св. 5 до 10 включ.	Св. 10 до 100 включ.
Сероводород (тионовые бактерии)	До 0,1 включ.	Св. 0,1 до 3 включ.	Св. 3 до 30 включ.	Св. 30
* Оксиды азота, растворяющиеся в воде с образованием растворов кислот.

Таблица 5.15 – Характеристика твердых сред (солей, аэрозолей и пыли)

Растворимость твердых сред в воде и их гигроскопичность	Наиболее распространенные соли, аэрозоли, пыли
Малорастворимые	Силикаты, фосфаты (вторичные и третичные) и карбонаты магния, кальция, бария, свинца; сульфаты бария, свинца; оксиды и гидроксиды железа, хрома, алюминия, кремния
Хорошо растворимые малогигроскопичные	Хлориды, сульфаты натрия, калия, аммония; нитраты калия, бария, свинца, магния; карбонаты щелочных металлов
Хорошо растворимые гигроскопичные	Хлориды кальция, магния, алюминия, цинка, железа; сульфаты магния, марганца, цинка, железа; нитраты и нитриты натрия, калия, аммония; все первичные фосфаты; вторичный фосфат натрия; оксиды и гидроксиды натрия, калия
Примечание – К малорастворимым относятся соли с растворимостью менее 2 г/л, к хорошо растворимым – св. 2 г/л. К малогигроскопичным относятся соли, имеющие равновесную относительную влажность при температуре 20 С – 60 % и более, а к гигроскопичным – менее 60 %.

Коррозионные процессы более интенсивно протекают в жидкой агрессивной среде. По отношению к сухим материалам конструкций газообразная среда, содержащая пылевидные твердые частицы, неагрессивна.

Однако поверхность элементов зданий всегда содержит адсорбированную из атмосферного воздуха влагу, в результате чего на ней образуется тончайший слой насыщенного раствора минеральных веществ, агрессивного по отношению к материалу строительных конструкций и инженерных систем.

Существует ряд причин коррозионного разрушения металлических и неметаллических (бетонных, каменных, деревянных, пластмассовых и др.) конструкций. Они возникают от химических, физических, электрохимических и биологических воздействий. Процессы коррозии неметаллических материалов отличаются от процессов коррозии металлов. Если для металлов коррозия происходит на границе металла и среды, то коррозия пористых неметаллов проявляется и на границе со средой, и в глубине материала (органического или неорганического происхождения) из-за агрессивности среды: концентрации вредных веществ, температуры и воздействия химических реагентов.

Например, пластмассы и резины при воздействии на них агрессивных сред теряют свою эластичность, твердеют и становятся рыхлыми, и их прочностные свойства резко снижаются.

Бетон и каменные материала разрушаются от воздействия агрессивной среды при образовании в его порах новых соединений большого объема.

Степень агрессивного воздействия среды на строительные конструкции (таблица 5.16) характеризуется среднегодовой потерей прочности в зоне коррозии, а также скоростью разрушения материала.

Таблица 5.16 – Степень агрессивного воздействия на строительные конструкции

Среда	Средняя скорость разрушения поверхностного слоя, мм/год		Снижение прочности в зоне коррозии за год, %		Внешние признаки коррозии неметаллического материала
	металла	неметалла	металла	неметалла
Неагрессивная	0	0,2	0	0	-
Слабоагрессивная	<0,1	0,2–0,4	<5	<5	Слабое поверхно-стное разрушение
Умеренно агрессивная	0,1–0,5	0,4–1,2	3–15	5–29	Повреждение углов или волосные трещины
Очень агрессивная	>0,5	>1,2	>15	>20	Ярко выраженное разрушение (сильное растрескивание)

Особенно вредные воздействия на конструкции оказывают:

– углекислый газ, сернистый ангидрит, фтористый водород, а также щелочи и кислоты;

– масла, нефть, нефтепродукты, растворители, различные виды сель-скохозяйственных удобрений (фосфорные, аммонийные, азотные, калийные) и др.