Глава II. Техническая эксплуатация строительных конструкций жилых и общественных зданий

§ 8. Виды коррозии материала конструкций и методы их защиты от преждевременного износа

В процессе эксплуатации элементов зданий их ма­териал кроме силовых воздействий, вызываемых пос­тоянными и временными нагрузками, подвергается аг­рессивному воздействию факторов окружающей сре­ды, в результате чего происходит физический износ строительных конструкций и инеженерных систем.

Износ материалов строительных конструкций и ин­женерных систем под воздействием окружающей сре­ды называют коррозией, если он сопровождается хими­ческими, физико-химическими и электрохимическими процессами, или эрозией, если износ материала сопро­вождается механическими воздействиями потоков воз­душной среды, жидкости, твердых пылевидных частиц, а также при кавитационных явлениях.

Химическая коррозия материала элементов зданий сопровождается необратимыми изменениями материа­ла конструкций и инженерных систем в результате взаимодействия с агрессивной средой.

Электрохимической коррозии подвержены метал­лические конструкции и элементы инженерных систем, эксплуатируемые в условиях их контакта с атмосфер­ной средой, водой, влажными грунтами, агрессивными газами. В этих условиях коррозионное разрушение ме­талла при взаимодействии с агрессивной средой — электролитом — сопровождается необратимыми изме­нениями структуры в результате возникновения элек­тролитических процессов на границе металл — агрес­сивная среда.

Часто в условиях эксплуатации в результате вза­имодействия материала конструкции с агрессивной средой происходит его физическое разрушение. Если оно сопровождается изменением состава материала конструкции (выщелачивание некоторых компонентов, новые кристаллические образования), коррозия назы­вается физико-химической. Если коррозия не сопряже­на с химическими превращениями материала конст­рукций, то такой вид коррозии называют физической.

По агрегатному состоянию агрессивная среда мо­жет быть газообразной, жидкой, твердой или много­фазной. Можно привести много примеров многофаз­ной агрессивной среды. Фундаменты зданий контакти­руют с минерализованными грунтовыми водами, часто загрязненными промышленными стоками, которые за­полняют поры твердого вещества скелета грунта, раст­воряют газы, находящиеся в этих порах.

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 практически 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.

Степень агрессивного воздействия среды на строи­тельные конструкции характеризуется среднегодовой потерей прочности в зоне коррозии, а также скорос­тью разрушения материала (табл. 2).

Среднегодовую скорость разрушения поверхностно­го слоя материала и снижение его прочности в зоне

Таблица 2. Классификация степени агрессивности среды

	Средняя скорость		Снижение проч­
	разрушения поверх­		ности в зоне кор­
	ностного слоя, мм/год		розии за год. %		Внешние признаки коррозии неме­
Среда
		неметал­		неметал­	таллического
				лическо­	материала
	металл а	лического материала	металла	го мате­риала
Неагрес­	0	0,2	0	0	_
сивная
Слабоаг­	<0,1	0,2.. .0,4	<5	<5	Слабое поверх­
рессивная					ностное разру­шение
Среднеаг-	0,1...0,5	0.4... 1,2	3...15	5...20	Повреждение
рессивная					углов или во­лосные трещи­
	>0,5	>1,2			ны
Очень аг­			>15	>20	Ярко выражен­
рессивная					ное разруше­ние (сильное растрескива­ние)

Таблица 3. Классификация агрессивности различных в зависимости от их концентрации

газов

Газ	Концентрация газа, мг/м', группы.
	А	Б		В			г	д
Углекислый	<1000	>1000			—		—	—
Аммиак	<0,2	>0	2		—		—	—
Сернистый ангидрид	<0,5	0,5...	10	11	...200	■201.	..1000	£>1000
Фтористый водород	<0,02	0,02..	.5	5.1	..10	11.	..100	>100
Сероводород	<0,01	0,01..	.10	11.	.200	201.	..2000	>2000
Оксиды азо­та	<0,1	0,1..	.5	5,1	..25	26.	..100	>100
Хлор	<0,1	0,1..	.1	1,1	.5	5,1	...10	>13
Хлористый водород	<0,05	0,05.	..5	5,1	.10	11.	..100	>100

коррозии определяют по данным натурных обследова­ний в течение нескольких лет (не менее трех). В зави­симости от степени агрессивности газы подразделя­ются на пять групп (табл. 3).

При наличии в агрессивной среде нескольких газов степень агрессивности среды принимают по наиболее агрессивному газу.

Агрессивность газов по отношению к конструкци­ям возрастает от группы А до Д и зависит от относи­тельной влажности воздушной среды, в которой экс­плуатируется элемент здания. В связи с этим разли­чают следующие группы влажности воздушной среды при температуре 12...24°С:

До 50 50...60 60...75 Более 75

Относительная влажность,

Сухая

Нормальная ....

Влажная

129

Мокрая

9—370

Степень агрессивности среды в зависимости от влажности воздуха определяют по следующим дан­ным:

Относительная влажность, %	Группа газов	Степень агрессивности
До 60	А	Неагрессивная
	Б	»
	В	Слабая
	Г	Средняя
	Д	Сильная
61...75	А	Неагрессивная
	Б	Слабая
	В	Средняя
	Г	Сильная
	Д	»
Более 75	А	Слабая
	Б	Средняя
	В	Сильная
	Г	»
	Д	»

Приведенная выше оценка агрессивности дана для положительных температур и влажности воздуха до 50 % при отсутствии конденсата на поверхности кон­струкции.

Интенсивность коррозионных процессов строитель­ных конструкций зависит не только от степени воздей­ствия газовой среды, но и от плотности их материала. Более подвержены газовой коррозии пористые мате­риалы (известняки, бетоны, кирпичные конструкции и др.). Плотные материалы (металлы, изверженные каменные породы и т. п.) корродируют преимущест­венно с внешней поверхности.

Агрессивные газы могут проникать в плотные ма­териалы на глубину не более 2 см, а в пористый мате­риал, например бетон, на глубину 10 см. При высокой влажности материалов газы могут образовывать кис­лоты, которые способствуют быстрому разрушению конструкций. Следует иметь в виду, что кислоты наи­более агрессивны по отношению к металлам, цемент­ным бетонам, силикатному кирпичу и осадочным горным породам (известняк, доломит и др.). Керами­ческие изделия, кирпич и бетоны на жидком стекле коррозионно-устойчивы против действия кислот, но сравнительно легко разрушаются щелочами.

Некоторые соли разрушают конструкции с интен­сивностью, не уступающей действию кислот и щелочей. Растворы солей условно можно подразделить на три группы:

средние, являющиеся продуктом реакции сильных кислот со слабыми щелочами;

основные, образующиеся при взаимодействии сла­бых кислот с сильными основаниями;

средние, являющиеся продуктом реакции сильных кислот на слабые основания.

По степени агрессивного воздействия на материал элементов зданий кислые соли можно сравнить с кис­лотами, основные соли — со щелочами. Менее агрес­сивны средние соли кислого и щелочного характера (табл.4).

При повышении температурь* растворов степень их агрессивности увеличивается.

Растворы солей вызывают не только химическую коррозию материалов конструкций, но также являются причиной физической коррозии, возникающей вслед­ствие кристаллизации солей в порах материала.

Агрессивное воздействие растительных и животных масел на строительные конструкции заключается в том, что масла, проникая в тело конструкции в результате капиллярного подсоса, расклинивают микрочастицы, нарушая структуру материала.

Некоторые строительные материалы разрушаются под воздействием бензина, бензола, ацетона, дихлор­этана, уайт-спирита, керосина и др. (табл. 5).

Таблица 4. Степень агрессивности растворов солей, кислот и щелочей при их температуре, равной 20 ⁹ С

Растворы	Степень агрессивного воздействия
	слабая	средняя	сильная
Кислоты, рН Едкие щелочи, % Аммонийные соли, % Сульфаты натрия, маг­ния и др., % Другие соли, %	<4 5... .8 0,05...0,1 0,2...0,5 1...2	4..Л 8.. .15 0,1...0,5 0,5...1 2...3	1 15 0,5 1 3

9*

131

Таблица 5. Степень агрессивности масел, нефтепродуктов и растворителей при 20 ° С

	Степень агрессивного воздействия на конструкцию
Среда	бетон и асбесто­бетон		кирпич
		железо­бетон	глиняный	силикат­ный
Масла: минеральные растительные животные Нефть и нефтепродукты: сырая нефть сернистый мазут дизельное топливо бензин Растворители: бензол ацетон	Слабая Средняя » Слабая » Неагрессивная Слабая Неагрессивная		Неагрессивная » » » Неагрессивная »

Агрессивность растительных и животных масел уве­личивается при повышении их температуры по сравне­нию с данными, приведенными в табл. 5, так как в этом случае процесс окисления ускоряется. Из органичес­ких масел наиболее агрессивен по отношению к бето­ну и железобетону свиной жир. Строительные конст­рукции интенсивно корродируются пылью, которая, взаимодействуя с влагой и различными газами, обра­зует сильноагрессивную среду. Кроме того, пыль раз­личных материалов, оседая на поверхности строитель­ных конструкций, адсорбирует пары и влагу, образуя агрессивные растворы.

Агрессивные среды по характеру взаимодействия со строительными конструкциями подразделяются на две группы: физически и химически активные. Особую роль в ускорении износа материала конструкции игра­ют поверхностно-активные вещества, которые могут относиться к обеим группам агрессивных сред.

Химически активные агрессивные среды, в отличие от физически активных, вызывают необратимые изме­нения химической структуры материалов.

К отдельному виду агрессивной среды относится биологическая. Наиболее агрессивными по отноше­нию к некоторым материалам строительных конструк­ций явлйются многие микроорганизмы (бактерии, мик­робы и др.). Известно, например, что древесина и мно­гие полимеры интенсивно разрушаются различными грибами. На бетон и металл сильное разрушающее действие оказывают сульфоредуцирующие, динитрифи- цирующие и некоторые другие бактерии.

Коррозия металлических конструкций может проис­ходить по химическому или электрохимическому меха­низму. Химическая коррозия металлов протекает в сре­де сухих газов (при температуре газовой среды более 100 °С) или в среде неэлектролитов. При воздействии на металлические конструкции воды, растворов элек­тролитов и влажных газов износ материала элементов зданий сопровождается электрохимической коррозией.

При химической коррозии окисление металла и вос­становление окислительного компонента коррозионной среды подчиняются законам химической кинетики. При электрохимической коррозии процесс протекает в электропроводящей среде, где процессы ионизации атомов металла и восстановление окислительного ком­понента коррозионной среды происходят параллельно и скорости их зависят от электродного потенциала ме­талла, а также от характера окружающей среды (при­роды агрессивных ионов, их концентрации, температу­ры электролита и др.).

Взаимодействие металла с электролитом, характер­ное для электрохимической коррозии (рис. 59), сопро­вождается тремя основными процессами:

анодным, при котором образуются гидратирован- ные ионы металла, перешедшие в электролит, и избы­точные электроны:

Me -f mH₂0->-Me"⁺+ mH₂0 +пё\

переходом электронов по металлу от анодных уча­стков к катодным;

катодным, при котором ионы ассимилируются элек­тронами или молекулами растворов, способными к вос­становлению на катодных участках:

D+ ne-ADne\.

Участки анодной и катодной реакции разделены, и для протекания процесса необходим переток элек­тронов металлов и ионов в электролите. Протекание электронов от более отрицательных участков (анодов)

+ + /"^Me+mH^O

■С

+ + f ^Ч

, ne +i

-v/

Рис. 59. Взаимодействие ме­талла с влагой — электролитом при коррозии

+ +

к менее отрицательным (катодам) выравнивает зна­чение потенциалов участков, которые замыкаются электролитом и практически становятся электродами короткозамкиутого гальванического элемента. Если бы при этом анодный и катодный процессы не проте­кали, то потенциалы участков (электродов) сравня­лись бы и наступила полная поляризация. При экс­плуатации металлических конструкций указанные про­цессы, как правило, не прекращаются. Ионы и моле­кулы раствора электролита, обеспечивающие катодный процесс, называются деполяризаторами. Наибольшее значение из них имеют кислородная (нейтральными молекулами) и водородная (ионами) деполяризация. Однако в ряде случаев наблюдается повышенная кор­розионная стойкость металлов — пассивное состояние, вызванное торможением анодного процесса электро­химической коррозии. Наступление пассивного состоя­ния характеризуется резким уменьшением скорости коррозии металла, значительным смещением электро­потенциала в положительную сторону.

Искусственное создание условий для пассивации металлов — эффективное средство борьбы с коррози­ей металлов, например с помощью пассивирующих грунтовок под окрасочный слой.

В условиях эксплуатации зданий наиболее распро­странены атмосферная коррозия, коррозия подземных конструкций, а также систем водо- и теплоснабжения.

Основной фактор, определяющий механизм и ско­рость атмосферной коррозии, — степень увлажнения поверхности конструкции, а также относительной влажности воздушной среды. По степени увлажнения атмосферную коррозию подразделяют на:

мокрую, происходящую при относительной влажно­сти воздуха около 100 % и капельной конденсации влаги, а также при непосредственном увлажнении ме­таллических конструкций атмосферными осадками;

влажную, происходящую при наличии на поверхно­сти металла пленки влаги толщиной 10~⁶...10^_sсм (100... 1000 °А), которая образуется в результате капил­лярной, адсорбционной или химической конденсации при относительной влажности воздуха менее 100%. Таким образом, атмосферная коррозия протекает при наличии сравнительного тонкого слоя электролита на поверхности металлической конструкции. В этом слу­чае электролитом является как сама влага, так и ув­лажненный слой продуктов коррозии.

Скорость атмосферной коррозии зависит от влаж­ности воздуха (рис. 60), при этом на критическую влажность, при которой конденсируется влага, влияют состояние поверхности металлоконструкции, состав ат­мосферы и температура электролита. Критическое зна­чение относительной влажности воздуха изменяется в зависимости от состояния поверхности стальной кон­струкции:

Критиче­ская влаж­ность. %

Среда

Поверхность металла

Чистая

Предварительно кор­родированная

Воздух: чистый

содержащий 0,01 % серни­стого ангидрида Вода

100 70

65 55

Соляная кислота, 3 %-ный рас­твор

Скорость коррозии металлоконструкций зависит главным образом от состава среды и содержания в ней минеральных солей. Наиболее важные стимуляторы коррозии — газы (хлор, сернистый ангидрид, серово­дород, диоксид углерода), водный раствор которых имеет кислую реакцию.

Наличие в атмосфере минеральных солей, напри­мер хлористого натрия, также ускоряет коррозию, при этом с повышением относительной влажности воздуха скорость коррозии увеличивается в десятки раз, что объясняется гигроскопичностью хлористого натрия (рис. 61). Наличие на поверхности металлоконструк-

Рис. 61. Зависимость скорости коррозии металлоконструкций во влажной среде, содержащей раствор хлористого натрия

ции нерастворимых загрязнений, например пыли, со­держащей минеральные или органические вещества, которые инертны по отношению к металлоконструк­ции, также опасно, так как эти вещества способны ад­сорбировать коррозионно-активные газы и влагу из атмосферы. Загрязнение поверхностей вызывает кор­розию не только незащищенных металлических кон­струкций. Конденсация влаги, адсорбция частичками пыли газов и влаги из атмосферы и образование кор- розионно-акивных электролитов происходят также и на окрашенных поверхностях металлоконструкций. Вследствие пористости и гидрофильности некоторых пленкообразователей или пигментов время пребывания влажной пыли на поверхности защитного покрытия увеличивается, что вызывает растворение и диффузию агрессивных ионов в пленку покрытия. Таким образом, защитные свойства и внешний вид лакокрасочных по­крытий в значительной степени зависят от чистоты поверхности, систематической очистки конструкций от пыли и грязи, а также от адсорбционных свойств плен­ки (смачиваемости и способности удерживать загряз­нения). Длительное пребывание влаги с растворенны­ми в ней газами и минеральными солями на поверх­ности покрытия создает благоприятные условия для ее диффузии к поверхности металла, особенно в мес­тах нарушения сплошности покрытия — микротрещи- нах, а также в стыковочных соединениях. В результа­те коррозионные поражения бывают в таких случаях в виде местных язв и разрушений. ; '

Одна из разновидностей коррозии — нитевидная, которая характеризуется узкими нитевидными канала­ми. Установлено, что образованию таких каналов на поверхности незащищенной металлической конструк­ции способствуют загрязнения твердыми частицами, попадающими из воздуха при монтаже элементов зда­ний и их эксплуатации, перенос ветром с других участ­ков конструкции продуктов коррозии, угольной пыли, оксидов металлов, сульфатов кальция и магния, хло­ридов кальция и натрия и других веществ, способных создать анодный микроучасток. На поверхностях стальных конструкций и конструкций из алюминия при наличии микрочастичек хлористого натрия, сульфата кальция и высокой относительной влажности уже рез несколько суток начинает развиваться нитевидная коррозия. На стальных конструкциях глубина корро­зионных поражений за 25...30 сут достигает 0,1...0,2 мм, ширина канавки по всей поверхности бывает разной и остается примерно одинаковой во времени. На ок­рашенных конструкциях нитевидная коррозия встре­чается редко, обычно из-за дефекта лакокрасочного покрытия, в котором проникшие агрессивные ионы из­меняют электродный потенциал металла, создавая анодный микроучасток. Разрушение лакокрасочного покрытия наиболее интенсивно происходит в замкну­тых, плохо вентилируемых пространствах. Этому спо­собствуют: высокая относительная влажность воздуха (90...93 %); высокая температура воздуха (>20 °С).

Например, в чердачных помещениях, где недоста­точная вентиляция и имеются зоны застойного возду­ха, удаление влаги, поглощенной окрасочной пленкой, происходит в несколько раз медленнее, чем насыще­ние. Вследствие этого электролит быстрее достигает поверхности металла. Частый перепад температур от плюсовой до отрицательной вызывает значительные внутренние напряжения в защитной пленке, снижает ее прочность и адгезию.

Распространенными видами коррозии в атмосфер­ной среде, которые встречаются в процессе эксплуата­ции металлических элементов и конструкций, являют­ся контактная и щелевая, а также коррозия под напря­жением.

Контактная коррозия происходит при контакте двух и более металлов, имеющих разные электродные потенциалы:

Металл

Mg/Mg?+

А1/А1Н-

Cr/Cr²+

Zn/Zn2+

Cr/Cr³+

Потенциал, В

Металл

Fe/Fe²+ Fe/Fe³+ Cu/Cti²+ Cu/Cu+

—2,363 —1,663 —0,913 —0,761 —0,744

Потенциал, В

—0,440 -0,037 +0,337 +0,521

При контакте, например, цинка и железа, цинк бу­дет разрушаться как более электроотрицательный ме­талл по сравнению с железом. Таким образом, при контакте любых разнородных металлов коррозия бо­лее электроотрицательного металла будет ускоряться, а более электроположительного замедляться. На этом принципе используется метод защиты стального лис­та цинкованием. Интенсивность контактной коррозии зависит от соотношения площадей катодных (более электроположительных) и анодных (более электроот­рицательных) участков. Чем больше это соотношение, тем быстрее разрушается анодный участок. Скорость контактной коррозии также зависит от состава окру­жающей среды.

С увеличением расстояния от границы контакта анода с катодом сила коррозионного тока ослабевает вследствие роста омического сопротивления тонкого слоя электролита, находящегося на поверхности ме­талла. Следовательно, для прекращения коррозии не­обходимо наносить на поверхность металлических кон­струкций покрытия, обладающие высокими диэлектри­ческими свойствами, например перхлорвиниловые или из эпоксидных смол.

В местах соединений элементов строительных кон­струкций почти всегда остаются зазоры, щели и дру­гие неплотности. Возможны два типа неплотных сое­динений: между элементами из одноименных металлов (сталь — сталь, сплав алюминия — сплав алюминия) и между элементами разноименных металлов. В пер­вом случае возможно коррозионное разрушение по ме­ханизму чистой щелевой коррозии, во втором — по ме­ханизму щелевой, усиленной контактной.

В местах соединения элементов строительных кон­струкций из однородных металлов (например, фаль- цевые соединения кровельных листов из стали, неплот­ности в креплении парапетной решетки к стальной кровле, в резьбовых соединениях запорно-регулировоч- ной арматуры на трубопроводах систем отопления и водоснабжения и др.) интенсивная коррозия объяс­няется тем, что доступ кислорода в щели затруднен, поэтому здесь образуются анодные участки. Посколь­ку их площадь значительно меньше площади откры­тых поверхностей металлических элементов, которые являются в данном случае катодами, коррозионное разрушение металла в щели протекает с большой ско­ростью.

В том случае, когда щель образуется при соедине­нии разнородных металлов (болты из алюминиевых сплавов на стальных конструкциях, стальные решет­ки на латунных трубках бойлеров и др.), коррозия но­сит характер щелевой, усиленной контактной, вследст­вие образования гальванической пары между метал­лами, имеющими разные электродные потенциалы.

Не рекомендуется, например, крепить оцинкован­ные водосточные трубы с помощью медной проволоки. Медь и цинк, образуя гальваническую пару, в которой цинк как более электроотрицательный является ано­дом, корродируют. Скорость коррозии усиливается за счет образования щели между оцинкованной трубой и медной проволокой.

Следует помнить, что все увлажненные участки металлических элементов, к которым ограничен доступ кислорода, разрушаются быстрее открытых, так как они являются анодами.

При осмотрах зданий необходимо в первую очередь обращать внимание на элементы, которые неодинако­во аэрируются кислородом воздуха (металлические консольные балки балконов в местах заделки, заклад­ные детали сборных железобетонных конструкций и др.). Наиболее надежным способом предохранения металла в неплотностях и зазорах от коррозии явля­ется их полная изоляция от электролита (влаги) пу­тем уплотнения негигроскопичными материалами. В качестве таких материалов наиболее эффективны тио- коловые или силиконовые мастики. Можно также ис­пользовать стойкие лакокрасочные материалы (эпок­сидные лаки, хлорсульфированные композиции поли­этилена и др.).

Для строительных конструкций характерно одно­временное влияние коррозионной среды и напряжений, возникающих при воздействии постоянных и времен­ных нагрузок. Это вызывает коррозию под напряже­нием, которая приводит к снижению прочности мате­риала значительно раньше, чем при отсутствии нагруз­ки. В зависимости от вида нагрузок различают коррозию при постоянно растягивающей нагрузке (кор­розионное растрескивание) и коррозию при знакопере­менных, циклических нагрузках (коррозионная уста­лость материала конструкции). Оба вида коррозии провоцируют межкристаллитную (транскристаллит- ную) коррозию, которая значительно опаснее, чем рав­номерная и местная.

При защите конструкций от коррозии под напряже­нием, как и вообще от любого вида коррозии, необхо­димо изолировать поверхность металлоконструкции от контакта с влагой, для чего применить метод металли­зации, различные гидрофобные смазки, а также тща­тельное покрытие конструкций цементным раствором. Наиболее технологичным и надежным методом защи­ты является высококачественная окраска стойкими красителями в сочетании с нанесением неметалличес­ких неорганических покрытий и металлизацией.

Интенсивность коррозии трубопроводов систем ото­пления, горячего и холодного водоснабжения зависит от состояния поверхности труб, химического состава, температуры, скорости движения и давления воды.

Концентрация ионов водорода (рН среды) в рас­творе электролита (транспортируемой воде) также определяет скорость коррозии (рис. 62). К металлам, малостойким в кислых средах, относятся железо, маг­ний, медь, марганец. При малых зйачениях рН (кислая среда) скорость их коррозионного разрушения очень велика. При этом коррозия сопровождается выделени­ем водорода, а образующиеся продукты коррозии лег­ко разрушаются и не защищают металл от дальнейше­го разрушения. При рН = 4...8,5 скорость коррозии пе­речисленных металлов постоянна, так как в этих усло­виях не меняется растворимость кислорода — основно­го стимулятора коррозии трубопроводов. В щелочных средах (рН>10) перечисленные металлы корродиру- &

о

Рис. 62. Зависимость скорости коррозии металлоконструкций от концентрации ионов водорода в водной среде — электролите

а — благородные металлы (платина, золото); б — амфотерные металлы (цинк, алюминий, свинец); в —железо, медь, никель, хром, марганец, кад­мий, магний

Рис. 63. Зависимость интенсив­ности коррозии металла от ско­рости движения воды — элект­ролита

/ — скорость движения воды 2 м/с; г —то же, 2...3 м/с; 3 — то же, вы­ше 3 м/с

ют с образованием нерастворимых гидроокислов, кото­рые затрудняют доступ кислорода к поверхности ме­талла, и скорость коррозии резко падает. При очень высоких концентрациях ионов гидроокисла (рН>14) коррозия стали сопровождается образованием раство­римых ферритов NaFe0₂и гипоферритов Na₂FeC>2 и скорость ее возрастает.

Циик, алюминий, олово, свинец устойчивы против коррозии в нейтральной среде, но легко разрушаются в щелочных и кислых средах. Для каждого металла имеется определенное значение рН, при котором ско­рость его коррозии минимальна, например для стали— 14, цинка— 10, алюминия — 7.

КОНЦЕНТРАЦИЯ ИОНОВ ВОДОРОДА в ЭЛЕКТРОЛИТЕ

а)

б)

В)

Скорость коррозии трубопроводов в значительной степени зависит от температуры транспортируемой во­ды. Это связано с тем, что с повышением температуры увеличивается скорость диффузии агрессивных ве­ществ к поверхности металла и повышается раствори­мость продуктов коррозии. Некоторые металлы при повышении температуры меняют свой электродный по­тенциал. Например, изменение потенциала в положи­тельную сторону у цинка происходит с повышением температуры быстрее, чем у железа. Поэтому при тем­пературе воды более 70 °С железо имеет более электро­отрицательный потенциал по сравнению с цинком. Это опасно для оцинкованных труб, так как цинковое по­крытие не только перестанет быть защитой для сталь­ных трубопроводов, но в местах нарушения сплошно­сти цинкового покрытия железо в паре с цинком обра­зуют гальваническую пару, где в качестве анода будет железо, скорость коррозии которого увеличится. Этим, в частности, вызвано ограничение температуры горячей воды, Транспортируемой по оцинкованным трубам.

Помимо температуры на скорость коррозии влия­ет давление в отопительных и водопроводных системах, так как от него зависит растворимость газов, участву­ющих в коррозионном процессе. С увеличением давле­ния повышается скорость коррозионных процессов, протекающих с кислородной деполяризацией. При од­новременном повышении давления н температуры ско­рость коррозии трубопроводов также увеличивается.

В системах отопления, горячего и холодного водо­снабжения вода (электролит) перемещается по тру­бопроводам. Если в воде не содержится значительных количеств агрессивных ионов, то в начальный период с повышением скорости движения воды до 2 м/с ско­рость коррозии увеличивается. Однако образуемая при этом пленка защищает металл трубопровода от дальнейшего разрушения (рис.63, участок 1), поэтому при скорости движения воды 2...3 м/с интенсивность коррозии постепенно снижается (рис. 63, участок 2). При повышении скорости воды в трубопроводах более 3 м/с защитная пленка, образованная продуктами кор­розии, механически разрушается движением воды и интенсивность коррозионного процесса неограничен­но возрастает (рис. 63, участок 3), Этим объясняется требование об ограничении частоты промывки систем, особенно с использованием компрессоров.

При резких колебаниях давления в инженерных си­стемах разрушается не только защитная пленка, но

и металлическая поверхность. Это явление называют навигационной эрозией. Агрессивные среды способст­вуют разрушению металла кавитационной эрозией.

Коррозия подземных конструкций, которой подвер­жены в основном трубопроводы, а также некоторые закладные детали и арматура подземных железобе­тонных конструкций, связана с наличием в почвах и грунтах влаги с растворенными в них агрессивными веществами. Процесс коррозионного разрушения ме­таллических конструкций часто протекает в условиях недостаточной аэрации, что вызывает местные (язвен­ные) коррозионные разрушения. При этом участки конструкций, которые меньше снабжаются кислоро­дом, становятся анодом и разрушаются. По этой при­чине наиболее часто коррозионные повреждения тру­бопроводов происходят под проезжей частью дорог, так как асфальтовое покрытие меньше проницаемо для кислорода, чем открытые грунты.

Агрессивные свойства грунта определяются его по­ристостью, влажностью, степенью аэрации, электро­проводностью, а также наличием растворенных солей. В зависимости от этого грунты классифицируют на вы­соко- и среднекоррозионные, а также инертные.

Пористые грунты способны сохранять влагу в те­чение длительного времени и хорошо проницаемы для- кислорода и других газов, поэтому скорость коррозии во влажных пористых грунтах в начальный момент высокая. В дальнейшем продукты коррозии могут тор­мозить процесс коррозионного разрушения.

Влажность грунтов влияет на скорость коррозии двояко. Максимальная скорость коррозии подземных конструкций отмечается при влажности грунтов 15... 25%. При дальнейшем увеличении влажности поры грунта полностью насыщаются водой, что затрудняет доступ кислорода к металлу конструкции, и коррозион­ный процесс замедляется вследствие торможения ка­тодного процесса.

В зависимости от характеристики скелета грунта коррозионные процессы протекают с разной интенсив­ностью. Особенно сильная коррозия подземных метал­лических конструкций наблюдается в торфянистых, болотистых грунтах, имеющих рНжЗ. Черноземы, со­держащие органические кислоты, агрессивны к сталь­ным конструкциям. Одна из наиболее агрессивных

почв —подзол, в которой скорость коррозии, например стали, в 5 раз выше, чем в других грунтах.

На скорость коррозии подземных металлических конструкций значительное влияние оказывают микро­организмы и продукты их жизнедеятельности. Микро­организмы могут воздействовать на катодные или анодные электрохимические процессы, придавать поч­вам агрессивные свойства, разрушать защитные по­крытия металлоконструкций. Биокоррозия может протекать в аэробных (при доступе кислорода) или анаэробных (при отсутствии кислорода) условиях. На­пример, биокоррозия в присутствии серобактерий про­текает в аэробных условиях. Серобактерии в процессе своей жизнедеятельности окисляют сероводород снача­ла в серу, а затем в серную кислоту по следующим ре­акциям:

2H₃S+ 0₂+2Н₂0 + S₃;

S₂+ 2Н₂0 + 30₂->2H₂S0₄.

В анаэробных почвенных условиях микроорганиз­мы могут выделять сероводород, углекислоту, угле­водороды и другие соединения, которые активизируют процесс коррозии подземных конструкций.

Среди методов защиты от подземной коррозии в первую очередь следует назвать применение защит­ных покрытий, устройство электрохимической защиты, обработку грунтовой и водной среды для снижения их коррозионной активности.

Для защиты от коррозии в атмосферных условиях на строительные конструкции наносят лакокрасочные покрытия. Лакокрасочные покрытия, не содержащие металлических наполнителей, являются диэлектрика­ми, поэтому коррозионный процесс не протекает на по­верхности конструкции и ограничивается только по­верхностью раздела защищаемый металл — лакокра­сочное покрытие. В этом случае скорость коррозии оп­ределяется следующими факторами: проницаемостью пленки лакокрасочного покрытия водой, кислородом, ионами электролита; омическим сопротивлением плен­ки; адгезией пленки лакокрасочного покрытия; соста­вом среды у поверхности раздела защищаемый ме­талл — лакокрасочное покрытие.

Взаимодействие влаги с пленкой лакокрасочного покрытия является одним из основных факторов, определяющих его защитный эффект. Способность ла­кокрасочных покрытий задерживать проникание моле­кул воды, газов, электролитов определяется структу­рой защитной пленки, плотностью упаковки макромо­лекул пленкообразующего вещества и энергией связи между ними.

Для надежной защиты от коррозии желательно иметь покрытия, не пропускающие коррозионно-актив- ные вещества. Но абсолютно непроницаемых покры­тий создать не удается. В однородных пленках лако­красочных покрытий имеются поры двух видов: струк­турные, вызванные структурной неоднородностью по­лимера с диаметром неплотностей (пор) Ю^-5...Ю^-7 см, и макроскопические диаметром более Ю^-2 см.

Повышению влагопроницаемости способствуют так­же следующие факторы: высокая полярность макро­молекул, составляющих вещество покрытия; большая неупорядоченность структуры покрытия; наличие боль­шого числа свободных связей линейных молекул. По­ры, микроскопические капилляры, пузырьки, трещины в покрытии, снижающие их защитные свойства, возни­кают в процессе окрасочных работ, особенно при на­рушении технологии окраски. Для повышения стойко­сти защитных пленок и их плотности применяют раз­личные наполнители, которые не только уплотняют структуру пленки, но и вступают во взаимодействие с агрессивными веществами, препятствуя диффузии к поверхности защищаемого металла.

Наиболее надежный способ защиты металлокон­струкций от коррозии металлов — легирование, т. е. введение в металл легирующих элементов, придающих защищаемому металлу свойство пассивироваться. В ка­честве легирующих добавок применяют медь, хром, никель и др. Коррозионная стойкость углеродистых и низколегированных сталей значительно повышается при введении в сплав до 0,5 % меди благодаря обра­зованию пленки с более высокими защитными свойст­вами.

145

Нержавеющие высоколегированные сплавы желе­за с хромом и никелем пассивируются в основном дей­ствием хрома и наиболее коррозионно-стойки. Но этот способ защиты требует больших затрат денежных средств и может осуществляться только при изготов­лении металла. В условиях эксплуатации легировать

1Q—370 стальные конструкции невозможно. Имеется много других, более дешевых, выполняемых в условиях экс­плуатации, способов защиты металлоконструкций от коррозии. Как уже указывалось, наиболее простой спо­соб защиты металлов — лакокрасочные покрытия — составляет выше 60 % всех видов антикоррозионной защиты металлоконструкций. В заводских условиях можно наносить и другие защитные покрытия. Среди них: '

нанесение оксидных пленок (оксидирование, или во­ронение) — создание на поверхности металлов пленки магнитного оксида железа (анодная поляризация);

окисление поверхности конструкций (из алюминия и его сплавов) погружением в электролитную ванну, наполненную раствором хромового ангидрида или ща­велевой кислоты и др.;

нанесение фосфатных пленок путем обработки по­верхности фосфатами марганца и железа.

Способ металлических покрытий предусматривает нанесение на поверхность защищаемой конструкция пленки другого металла. Различают катодное (покры­тие металлом, более электроположительным по отно­шению к защищаемому) и анодное покрытия. Анодное покрытие более надежное. Пример анодного покры­тия— оцинкованное железо, пример катодного покры­тия — луженое железо (покрытие железа оловом). При катодном покрытии пленка защищает металл только механически, а при ее повреждении ускоряется кор­розионное разрушение основного металла, который в данном случае является анодом.

В условиях эксплуатации анодное и катодное по­крытия наносят методом металлизации — набрызгива- нием на защищаемый элемент конструкции другого расплавленного металла. При таком методе не созда­ются достаточно плотные металлические пленки, по­этому их дополнительно покрывают лакокрасочными материалами. Наиболее часто так защищают заклад­ные детали и другие ответственные элементы, контроль за состоянием которых в процессе эксплуатации за­труднен или невозможен.

Металлические конструкции, эксплуатируемые во влажной среде, а также подземные конструкции изо­лируют от воздействия агрессивной среды путем уст­ройства битумной или полимерной изоляции. Конст­рукция битумных и полимерных изоляций зависит от степени агрессивности среды и может быть выполнена из мастик или ленточных (рулонных) материалов.

Однако со временем, особенно если металлические конструкции эксплуатируются в сильноагрессивной среде, плотность защитных покрытий нарушается. Раз­личные участки конструкции оказываются в неодина­ковых условиях, что может явиться причиной электро­химической коррозии. Процесс электрохимической кор­розии может быть приостановлен путем устройства электрозащиты.

Потенциал, при котором прекращается электрохи­мическая коррозия, называется защитным. В этом слу­чае разность потенциалов между катодом и анодом равна нулю, что может быть обеспечено путем протек­торной или катодной защиты. Если электрохимичес­кая защита осуществляется электродами — протекто­рами, подключаемыми с помощью проводника к защищаемой конструкции и обладающими более отри­цательным потенциалом, чем материал конструкции, то в паре с защищаемым металлом протектор являет­ся аиодом, а защита называется протекторной. Про­текторы изготовляют из магниевого сплава, цинка или алюминия в виде цилиндров или пластин. Протекторы соединяются с защищаемым сооружением изолирован­ным проводом (рис. 64) через стальной сердечник, вмонтированный в протектор.

Если конструкция от коррозии защищается путем подачи на ее поверхность постоянного тока от источ­ника постоянного тока, то такая защита называется катодной (рис. 65). К минусовой клемме источника то­ка подключается защищаемое сооружение или конст­рукция, потенциал конструкции значительно сдвига­ется в положительную сторону и она становится катодом по отношению к специально установленному электроду (аноду), который, разрушаясь, защищает подземную конструкцию. В качестве элёктрода (анода) используют старые металлические трубы, рельсы, ко­торые по мере разрушения заменяют.

10*

147

Особый вид электрокоррозии металлических кон­струкций вызывают блуждающие токи, которые в мес­тах повышенных сопротивлений токоведущих элемен­тов (в рельсовых путях трамваев, электропоездов, то­коведущих шин гальванических цехов) стекают в грунт. Попав в грунт, а затем на металлические кон­струкции или арматуру железобетона, они вызывают их электрокоррозию (рис. 66).

Рельсы электрического транспорта или другие то- копроводящие магистрали посеянного тока практиче­ски всегда имеют контакт с грунтом, который, несмот­ря на значительное электросопротивление, является как бы параллельно уложенным проводником. В этом случае часть тока переходит в грунт и, встретив под­земные металлические конструкции, стекает на металл этих конструкций, если их изоляционное покрытие име­ет меньшее электросопротивление, чем грунт. При про­хождении блуждающего тока по подземной конструк­ции можно выделить три характерные зоны:

катодную — участок попадания блуждающих токов на конструкцию (в коррозионном отношении безопа­сен);

нейтральную — участок протекания блуждающего тока по конструкции как по проводнику;

анодную — участок выхода блуждающих токов из металлоконструкции в грунт (металл интенсивно раз­рушается).

Рис. 64. Схема протекторной защиты конструкции от корро­зии

Рис. 65. Схема катодной защи­ты подземных конструкций от коррозии

/—источник постояннного тока; 2 — соединительный провод; 3 — анодное заземление; 4 — защищае­мая конструкция (трубопровод)

/ — подземная металлоконструкция (трубопровод); 2 — соединительный провод; 3 — протектор; 4 — актива­тор (токопроводящая смесь)

Как участок входа блуждающего тока на конструк­цию, так и участок стекания его обратно в грунт, как правило, имеет недостаточную гидроизоляцию с малым сопротивлением электрическому току, поэтому обяза­тельным условием надежной защиты подземных кон­струкций, в условиях городов является устройство весьма усиленной гидроизоляции.

а—катодный участок конструкции; б — анодный участок конструкции;

1. — рельсовый электротранспорт;

2. — токоведущнй провод; 3 —на­правление отекания блуждающих токов с подземной конструкции (при отсутствии дренажа); 4 — дренажный провод; 5 — направле­ние движения блуждающих токов; 6 — защищаемая подземная метал­локонструкция; 7 — рельс

Рис. 67. Схема дренажной за­щиты подземной металлоконст­рукции

Рис. 66. Схема протекания кор­розии подземных металлокон­струкций, вызываемой блуж­дающими токами

CZI*

/ — защищаемая конструкция; 2 — амперметр; 3 — реостат; 4 — сиг­нальное устройство; 5 — предохра­нитель; 6 — рельс

Величина силы блуждающих токов вблизи источ­ника постоянного тока может достигать 200...300 А. Необходимо помнить, что ток силой 1 А за год разру­шает 9 кг железа, 11 кг цинка, 33 кг свинца, 3 кг алю-

миния. Поэтому при опасности коррозии, вызываемой блуждающими токами, наряду с устройством надеж­ной гидроизоляции их дополнительно защищают пу­тем устройства дренажных систем (рис. 67).

Коррозия строительных конструкций из минераль­ных строительных материалов. Все минеральные мате­риалы отличаются от металлов строением составля­ющих их веществ. Они имеют молекулярную структуру преимущественно с ионными связями. Это обусловли­вает их относительно легкую реакцию с водой, вслед­ствие чего образуются ионные растворы. Химические свойства материалов характеризуются их способно­стью к химическим превращениям под влиянием веще­ства, с которым данный материал находится в кон­такте.

Стойкость неорганических материалов в кислых и щелочных средах характеризуется модулем основно­сти, который определяется из выражения.

Mo= [СаО + MgO+ Na₂0 (К₂0) ]/(Si0₂+ А1₂0₃),

где СаО, MgO, Na₂0, К2О, Si0₂, А1₂0₃ — содержание оксидов ме­таллов в составе данного материала, %.

Если преобладает диоксид кремния (кремнезем), то материал стоек по отношению к кислотам, но вза­имодействует с основными оксидами; если преоблада­ют основные оксиды, то конструкция из данного вида материала нестойка к действию кислых агрессивных сред, но в щелочных средах не разрушается.

Важной особенностью большинства минеральных- материалов является их незначительная пористость, которая способствует капиллярному подсосу и фильтра­ции влаги, увлажнению материала конструкции вслед­ствие конденсации водяных паров, а также интенсив­ному взаимодействию с жидкой агрессивной средой.

Минеральные материалы можно условно подразде­лить на три группы в зависимости от поведения в аг­рессивных средах.

К первой группе относятся бетон и железобетон на портландцементе и его производных, растворы для кладки и штукатурки, асбестоцементные изделия, си­ликатный кирпич и блоки, а также природный извест­няк и доломит. Эти материалы содержат гидраты или карбонаты кальция и магния, имеют модуль основно­сти больше единицы, а поэтому обладают высокой ще- лочестойкостью и низкой кислотостойкостью.

Ко второй группе относятся бетоны на жидком сте­кле с кремнефтористым натрием, а также кислые при­родные каменные материалы, состоящие преимущест­венно из кремнезема, различных солей кремниевых и поликремниевых кислот, алюмосиликатов и др. Мо­дуль основности этих материалов меньше единицы, и они имеют высокую кислотостойкость и низкую ще- лочестойкость. Плотные и прочные кислые извержен­ные породы (кварц, гранит, диабаз, базальт и др.) имеют высокую стойкость не только к кислотам, но ус­тойчивы и к щелочным агрессивным средам (за счет высокой плотности материала) при нормальной тем­пературе.

К третьей группе относятся изделия из обожженной глины (кирпич, керамические плитки, трубы и т. п.), которые имеют очень высокую кислотостойкость.

Коррозия бетонных и железобетонных конструкций. К факторам, вызывающим физическую коррозию бе­тонных и железобетонных конструкций, относятся: попеременное увлажнение и высыхание материала, ко­торое сопровождается деформациями усадки и набуха­ния; отложение растворимых солей в порах цементно­го камня; попеременное замерзание и оттаивание бе­тона и другие температурные воздействия. Разность температур является движущей силой теплового пото­ка. Градиент давления способствует механическому перемещению агрессивной среды в теле материала конструкции. Разность химических потенциалов вызы­вает фазовые и химические превращения.

Между температурными, химическими и механи­ческими процессами в материале конструкции сущест­вует взаимосвязь. Например, результатом термическо­го воздействия является расширение или сжатие всех структурных составляющих бетона, включая поровую жидкость. Если температура среды выше температуры бетона, то повышение температуры бетона вызовет увеличение упругости водяных паров в порах и капил­лярах бетона по сравнению с упругостью их в окружа­ющей среде. Разница упругостей водяного пара в сре­де и теле конструкции приведет к испарению влаги из материала бетона.

Испарение начнется в первую очередь в макропо­рах, что вызовет увеличение концентрации ионов раст­воренного вещества в поровой жидкости и нарушение химического равновесия между Ней и поровой жидкос­тью цементного геля, так как в геле вода испаряется при более высокой температуре. В результате испаре­ния влаги из макропор концентрация растворенного вещества будет увеличиваться неодинаково по всему объему материала конструкции. В зависимости от тем­пературы материала конструкции из пор геля также со временем начнет удаляться свободная, а затем и хи­мически связанная вода. В результате материал в объ­еме сожмется, что может привести к перераспределе­нию или разрыву микросвязей, обеспечивающих проч­ность материала бетонной конструкции.

Помимо чисто физических процессов, вызываемых перечисленными факторами, в материале одновремен­но могут происходить и химические взаимодействия составных частей бетона и среды. Для конструкций, эксплуатируемых в атмосферных условиях, наиболее распространенным химическим процессом является карбонизация бетона с изменением количества твер­дой фазы бетона.

Разрушение строительных бетонных и железобе­тонных конструкций происходит также вследствие по­переменного замораживания и оттаивания влаги, на­ходящейся в порах и капиллярах материала.

Как известно, объем воды при переходе в лед уве­личивается примерно на 9%. Многократные измене­ния температуры конструкций, переходящие через нуль, вызывают постепенное разрушение структурных связей, появление трещин и значительное снижение прочности.

К физической коррозии относится также разруше­ние бетона из-за кристаллизации солей в результате капиллярного подсоса и испарения минерализованных вод из бетона при положительных температурах. Фи­зическую коррозию конструкций может вызвать или способствовать другим видам коррозии воздействие на конструкции всех видов механических нагрузок, осо­бенно вибрационных и циклических знакопеременных.

Физико-химическая коррозия бетонных и железо­бетонных конструкций сопровождается выщелачива­нием, а также осмотическими и капиллярными явле­ниями, происходящими в материале конструкций в результате увлажнения. При выщелачивании в мате­риале бетона происходит растворение и вынос гидро- ксида кальция Са(ОН)г, а после значительного сниже­ния его концентрации начинается разложение алитов (высокоосновных гидросиликатов кальция) ЗСаО- •2Si0₂-3H₂0 с выделением гидроксида кальция. Дли­тельное воздействие на бетон мягких вод может при­вести к полному вымыванию гидроксида кальция с по­следующим разложением остальных гидратных соеди­нений до аморфных рыхлых гидратов кремнезема, глинозема и оксида железа. Вместе с тем частичное вымывание гидроксида кальция из бетона или железо­бетона может привести к значительному снижению прочности конструкций.

Выщелачивающее воздействие воды зависит от ви­да растворенного в ней вещества. Мягкая вода наибо­лее интенсивно растворяет гидроксид кальция. Если вода содержит хлориды (которые широко применяют при зимней уборке заснеженных улиц) и сульфаты натрия, то растворимость гидроксида кальция значи­тельно повышается, а в присутствии гидрокарбонатов кальция и магния снижается.

При высокой временной жесткости воды в бетоне может образоваться малорастворимый карбонат каль­ция:

Са (ОН)₂ + Са (НС0₃)₂->2СаС0₃ + 2Н₂0,

который способствует повышению плотности и корро­зионной стойкости поверхностных слоев бетона.

Цементный камень бетонных конструкций, а также отдельные его составляющие, взаимодействуя с запол­нителями в тонких слоях, проявляют свойства полу­проницаемых перегородок. Если концентрированный раствор находится в замкнутой ячейке, окруженной полупроницаемой перегородкой, по другую сторону ко­торой находится менее концентрированный раствор, то они будут стремиться выравнять свои концентрации. Внутри ячейки, содержащей более концентрированный раствор, возникнут осмотические силы, стремящиеся разорвать ее стенки.

Химическая коррозия бетонных и железобетонных конструкций вызывается контактом материала с кис­лотами, щелочами, растворами солей, различными ор­ганическими соединениями, всеми видами агрессивных газов, а также различными микроорганизмами, разви­вающимися на поверхности конструкций.

Основными показателями агрессивности кислот но отношению к бетонным конструкциям являются водо­родный показатель, а также их окислительные свойст­ва и температура. Интенсивность разрушения кислота­ми зависит также от растворимости продуктов корро­зии при их взаимодействии с материалом бетонных конструкций.

Наиболее часто кислотная коррозия бетонных и железобетонных конструкций сопровождается дейст­вием на бетон растворов диоксида углерода. При этом сначала идет реакция между гидроксидом кальция и диоксидом углерода с образованием малораствори­мого в воде карбоната кальция:

Са (ОН) ₂ + С0₂ + Н₂0->-СаС0з + 2Н₂0.

Дальнейший процесс взаимодействия диоксида уг­лерода и бетона идет с образованием растворимого гидрокарбоната кальция:

СаС0₃ + С0₂ + Н₂0->Са (НС0₃)_а.

Чтобы предотвратить разложение гидрокарбоната кальция, необходимо, чтобы в растворе содержалось строго определенное количество равновесного неагрес­сивного диоксида углерода. Избыточное его количест­во ведет к растворению новых порций карбоната каль­ция и образованию растворимого и легко вымываемо­го гидрокарбоната кальция.

Сильной коррозионной активностью обладают сер­ная, соляная, азотная и другие неорганические кисло­ты. Под действием кислот цементный камень разлага­ется, образуя кальциевую соль и аморфные массы.

В качестве примера приведены реакции взаимодей­ствия с бетоном соляной и серной кислот:

Са (ОН)₂ + 2НС1-»-СаС1₂ + 2Н₂0;

Са (ОН)₂ + H₂S0₄->CaS0₄+ 2Н₂0.

Основной гидросиликат кальция взаимодействует с кислотами по следующей реакции:

ЗСаО ■ 2SiO_a• ЗН₂0 + 6НС1->-ЗСаС1₂ + 2Si0₂Ag+ Н_гО;

3Ca02Si0₂-3H₂0 + 3H₂S0₄-*3CaS0₄+ 2SiO_sAg + Н₂0.

Аналогично разрушают бетон азотная и другие не­органические кислоты.

Среди органических кислот наиболее агрессивны по отношению к бетонам уксусная, молочная и масля­ная. Разрушают цементный камень и .бетон льняное, хлопковое и тунговое масло, а также рыбий жир, кото­рые содержат высокомокулярные кислоты жирного ряда. Также агрессивно действуют на бетонные и же­лезобетонные конструкции растворы глицерина, кото­рые связывают гидроксид кальция в легкораствори­мый глицерат кальция:

Са (ОН), + 2С₃Н_в0₈->Са(С₈Н,0₃)₂ + Н_аО.

Не уступают по агрессивности в отношении к бетон­ным и железобетонным конструкциям растворы неко­торых солей, образованных катионами слабого основа­ния и анионами сильной кислоты: сульфаты алюминия A1₂(S0₄)₃, хлорид железа FeCl3, сульфат аммония (NH₄)₂S04и др., гидролизующиеся с образованием кислот.

Растворы щелочей вызывают интенсивную корро­зию бетонных и железобетонных конструкций, если их растворы имеют концентрацию более 5000 мг/л. Их взаимодействие с бетоном сопровождается уменьшени­ем растворимости гидроксида кальция, но в этом слу­чае резко возрастает растворимость кремнезема и дру­гих оксидов, сотавляющих скелет бетона. Наиболее агрессивны по отношению к бетону растворы едкого натра, едкого кали, аммиака и карбонаты натрия.

Магнезиальная коррозия вызывается действием на бетонные конструкции растворов магнезиальных со­лей. В результате реакции между гидроксидом каль­ция и магнезиальными солями образуется малораст­воримый гидроксид магния, что создает условия для растворения и гидролиза гидратных образований в це­ментном камне. Наиболее интенсивно магнезиальная коррозия протекает в растворах хлористого магния MgCl₂концентрации более 2 %; в растворах сульфата магния MgS0₄концентрации 0,5...0,75 %. Сульфаты кальция, натрия и других металлов присутствуют в природных и сточных водах. В водопроводной воде, а также в реках и пресных озерах концентрация суль­фат-ионов, как правило, не превышает 60 мг/л. В ми­неральных грунтовых водах их концентрация может достигать 5000 мг/л и более, в производственных сто­ках— 10 000 мг/л.

При действии на бетон сульфата кальция протека­ет сульфоалюминатная коррозия, продуктами которой являются нерастворимые соли со значительно боль­шим объемом (в 4,5 раза) по сравнению с суммарным объемом вступивших в реакцию веществ -бетона. Это вызывает значительные напряжения в теле бетона, ко­торые при определенных условиях приводят к разру­шению конструкции. Схема реакции сульфоалюминат- ной коррозии:

ЗСа0-А1₂0₃-; Н₂0 + 3CaS0₄+ 25Н₂0->ЗСа0- • А] ₂0₃ • 3CaS0₄■ 31Н₂0.

Если в водной среде содержится сульфат натрия, то сначала с ним реагирует гидроксид кальция: Са (ОН)₂-J- NaS0₄->-CaS0₄+ 2NaOH.

Образовавшийся сульфат кальция может вызвать сульфоалюминатную коррозию по ранее приведенной реакции.

При действии на бетон воды с достаточным содер­жанием растворенных в ней сульфата натрия и суль­фата калия бетон может разрушиться вследствие образования гипса CaS0₄-2H₂0, который, кристалли­зуясь в порах бетона, а также в его капиллярах, вы­зывает разрушающие напряжения.

Бетонные и железобетонные конструкции могут разрушаться также в результате химической корро­зии. При этом агрессивные газы присутствуют в атмос­фере или являются отбросами производственных про­цессов, происходящих в здании. Газы, соединяясь с па­рами воды, образуют растворы агрессивных кислот, щелочей и другие агрессивные соединения, ускоряю­щие коррозию строительных конструкций. Как отме­чалось ранее, диоксид углерода при определенных ус­ловиях, вступая во взаимодействие с гидроксидом кальция, образует карбонат кальция, который уплот­няет бетон, уменьшая площадь его контакта с агрес­сивной средой.

Микробиологическая коррозия бетонных и железо­бетонных конструкций чаще всего вызывается жизне­деятельностью динитрифицирующих бактерий, кото­рые, окисляя сферу, образуют серную кислоту. Значи­тельно снижают прочность бетонных и железобетон­ных конструкций анаэробные азотнофиксирующие бактерии, образующие масляную кислоту.

Уролитические бактерии действуют на мочевину, содержащуюся в сточных водах, гидролизуя ее в ам­миак и диоксид углерода, агрессивно действующие на бетон.

Коррозия природных каменных материалов. Ранее отмечалось, что устойчивость природных, как и искус­ственных, каменных материалов главным образом оп­ределяется модулем основности. Вместе с тем корро­зионная стойкость природных каменных материалов зависит от свойств горных пород, из которых они по­лучены.

Изверженные породы отличаются хорошей кисло- тостойкостью и достаточной щелочестойкостыо. Важ­нейшие из них используют в строительных конструк­циях: гранит, сиенит, диорит, габбро, порфиры, диа­баз, базальт, андезит. Эти материалы применяют ,в основном в виде блоков для ответственных сооружений и уникальных зданий, а также в качестве щебня для бетона, при устройстве фундаментов, стен, перекрытий и других конструкций.

Осадочные породы отличаются высокой коррозион­ной стойкостью, кроме обломочных пород. Среди важ­нейших осадочных пород можно назвать следующие: песчаники, состоящие из зерен кварцевого песка, сце­ментированного карбонатом кальция, кремнеземом, гипсом, оксидами железа, глинистыми материалами; известняки, состоящие из кальцита. Песчаники и плот­ные известняки используют в виде плит и фасонных деталей для облицовки стен, изготовления лестничных маршей, подоконников. Пористые известняки и извест­няк-ракушечник с объемной массой 1500...2000 кг/м³ и прочностью на сжатие 2,5-10⁶...13,5-10⁶ Па приме­няют для наружных облицовок, а также для получе­ния щебня.

К осадочным породам относятся также мраморо- видные известняки, доломиты, гипс и травертин. Тра­вертин применяют в основном для облицовки внутрен­них стен и потолков.

Конструкции из известняков менее кислотостойки, если в качестве материала в них применен обычный известняк СаСОз или магнезит MgC03. Несколько бо­лее кислотостойки конструкции из доломитов и плот­ных кремнистых известняков. Гипсовый камень CaS0₄-2H₂0 и ангидрид CaS0₄легко поддаются кор­розионному разрушению под действием кислот; эти материалы растворимы в воде, поэтому их используют в элементах, эксплуатируемых только внутри помеще­ний.

Из метаморфических горных пород наиболее рас­пространены в строительных конструкциях известня­ковые песчаники, гнейс, кварциты и мрамор. Извест­няковые песчаники, сцементированные оксидом крем­ния, Si0₂или Si0₂-nH₂0, весьма кислотостойки и достаточно щелочестойки. Железистые песчаники, скрепленные гидратированными оксидами железа, не­коррозионно-стойки.

Мрамор применяют в качестве облицовочного ма­териала. Он корродируется сернистыми газами я вла­гой. Сначала на поверхности мрамора образуется сер­нистая, а затем серная кислота, превращающая мра­мор (карбонат кальция) в растворимый гипсовый камень:

СаС0₃ + ^H2S0₄+ H₂0->-CaS0₄• 2Н₂0 + С0₂.

Коррозия силикатного кирпича и силикатных изде­лий. Силикатный кирпич и изделия из силиката пред­ставляют собой гидросиликат кальция, который явля­ется продуктом автоклавной обработки материала, по­лучаемого в результате взаимодействия извести и кремнезема:

Са(ОН)₂ + Si0₂-*Ca0-Si(VH₂C>.

При дальнейшем твердении на воздухе изделия из гидросиликата кальция под воздействием воздуха (ди­оксида углерода) карбонизируются. Присутствие в си­ликатных изделиях извести и углекислого кальция де­лает конструкции, изготовленные из силикатного кир­пича и блоков, нестойкими даже против слабых водных растворов минеральных и органических кис­лот. Силикатные конструкции стойки по отношению к щелочным агрессивным средам. Благодаря наличию в воздухе и грунтовой воде веществ (оксидов, газов), образующих растворы кислот, во влажной среде сили­катные изделия быстро разрушаются.

Коррозия конструкций из глиняного кирпича и ке­рамических изделий. Керамические изделйя и глиня­ный кирпич устойчивы к кислотам, вместе с тем- обык­новенный глиняный кирпич нестоек против действия водных растворов щелочей. Кирпичные стены часто разрушаются под действием кристаллогидратов, об­разующихся в материале стен из растворов солей, осо­бенно сульфатов натрия и магния.

Разрушение кирпичных стен может происходить при периодическом увлажнении и высыхании, поэтому конструкции из кирпича наиболее интенсивно подвер­гаются химической и физической коррозии в система­тически увлажняемых местах (фундаменты, стены подвалов, стены и кирпичные перегородки влажных помещений, карнизы, сандрики и другие элементы зда­ний, не защищенные от попадания влаги из атмос­ферных осадков).

Керамическая плитка, содержащая алюмосилика­ты, стойка против действия органических и минераль­ных кислот (кроме плавиковой). Хорошей щелочестой- костью отличаются плитки с плотным, хорошо обож­женным черепком. Для придания керамическим изделиям устойчивости по отношению к агрессивным средам их изготовляют с добавкой соответствующих материалов. Например, кислотоупорные изделия го­товят из тугоплавких и огнеупорных основных и полу­кислых глин высокой и средней пластичности.

Защита каменных конструкций от коррозии. Из мероприятий по защите бетонных и железобетонных конструкций наиболее важны:

обработка среды для уменьшения степени ее аг­рессивности;

применение для бетонных и железобетонных кон­струкций бетонов повышенной плотности (в условиях эксплуатации — уплотнение бетонных конструкций пу­тем инъецирования или торкретирования); - изготовление бетонов для конструкций, эксплуати­руемых в агрессивных средах, на специальных цемен­тах, стойких по отношению к данной агрессивной среде;

введение добавок, улучшающих структуру бетона;

выполнение конструктивных мероприятий по мак­симальной защите конструкций от воздействия агрес­сивной среды.

Как видно из перечисленных мероприятий, боль­шинство из них должно выполняться в процессе стро­ительства. Поэтому очень важно строго контролиро­вать качество и полноту их выполнения при приемке зданий в эксплуатацию.

В процессе эксплуатации необходимо обеспечивать достаточную вентиляцию помещений, чтобы макси­мально удалять агрессивные газы, защищать элемен­ты зданий от увлажнения атмосферными осадками и грунтовыми водами.

В процессе эксплуатации повысить коррозионную стойкость бетонных и железобетонных конструкций можно путем поверхностной или объемной обработки поверхностно-активными веществами: сульфитно- спиртовой бардой, абиетатом натрия, кремнийоргани- ческими жидкостями ГКЖ-94, ГКЖ-Ю, ГКЖ-П.

Основной мерой, которую необходимо осуществ­лять в процессе эксплуатации по защите бе­тонных и железобетонных конструкций от коррозии, является устройство актикоррозионных покрытий. С этой целью применяют лакокрасочные покрытия, обмазочную изоляцию и штукатурки, оклеечную изо­ляцию, облицовку химически стойкими материалами. Защиту бетонных и железобетонных конструкций от коррозии выполняют в соответствии с требованиями СНиП 2.03.11—85 «Защита строительных конструкций от коррозии».

Для обмазочной изоляции используют мастики из полимерных материалов, силикатные кислотоупорные замазки, мастики на основе битумных вяжущих.

Защитную штукатурку выполняют, как правило, из раствора на жидком стекле с добавкой полимеров. Для оклеечной изоляции применяют химически стой­кие рулонные и листовые полимерные материалы или рулонные материалы на битумной, а также полимер- битумной основе. Из полимерных оклеечных мате­риалов наиболее часто используют для изоляции про­тив коррозии полиизобутилен, полихлорвиниловый пластик, релин, хлорсульфированный полиэтилен и др.

Для облицовки конструкций штучными материала­ми используют клинкерный и кислотоупорный кирпич, кислотоупорные керамические плитки, а также поли­мерные плитки: эбонитовые, фенолитовые, различные пластмассы. Кроме того, часто применяют каменные облицовочные материалы — брусчатку (гранит, сие­нит, базальт), ситаллы, каменное литье, а также ас- бестосмоляные плиты.

Защита конструкций из естественных каменных ма­териалов от коррозии. Срок службы конструкций из естественных материалов, сохранение декоративных свойств материала и естественной окраски зависят от правильной и своевременной защиты материала от коррозии. Защитные меры выбирают в зависимости от особенностей материала конструкции и условий его работы. На интенсивность разрушения каменных кон­струкций прежде всего влияет пористость материала; чем больше площадь поверхности, контактирующей с агрессивной средой, тем больше степень коррозион­ного поражения.

Поверхности конструкций из мрамора и известня­ка следует предохранять от контакта со средой, со­держащей сернистый газ. Особенно большие его ко­личества содержатся в промышленных выбросах, выхлопных газах работающего автотранспорта, дымо­вых газах отопительных котельных и др.

Каменные конструкции могут разрушаться в мес­тах, недостаточно проветриваемых и постоянно увлаж­няемых. Лишайники и мхи, произрастающие на кам­не, извлекают щелочные соли и выделяют органичес­кие кислоты, вызывающие разрушение материала.

К конструктивным мерам защиты элементов зда­ний от увлажнения относятся применение материалов с полированной поверхностью, по которой быстро сте­кает вода, а также устройство деталей, предотвраща­ющих попадание больших количеств атмосферной, грунтовой или конденсационной влаги на поверхность конструкции.

Химическая защита предусматривает уплотнение поверхности материала конструкции путем пропитки растворами веществ, вступающих во взаимодействие с минералами конструкции с образованием нераство­римых веществ, уплотняющих материал конструкции.

Взаимодействие указанных веществ с минералами конструкции и образование нерастворимых веществ называется флюатированием. Часто в качестве флю- ата применяют магниевую соль. Образование уплотня­ющих веществ в поверхностном слое материала кон­струкции протекает по реакции

2СаС0₃ + MgSiF_e->2CaF₂+ MgF₂+ Si0₂+ 2С0₂.

161

В результате реакции в порах камня выделяются нерастворимые вещества — фториды кальция и маг­ния, диоксид кремния (CaF₂, MgF₂, Si0₂), повышаю­щие плотность материала конструкции и его стойкость

11-370 по отношению к действию агрессивной среды. Кроме флюата магниевой соли применяют также алюмини­евый флюат.

Породы с крупными порами или с малым содержа­нием кальция рекомендуется обрабатывать методом аванфлюатирования. В этом случае поверхность ма­териала каменной конструкции предварительно про­питывают раствором хлористого кальция, а после про­сушки наносят раствор карбоната натрия, в результа­те чего образуется нерастворимый карбонат кальция, который уплотняет поверхностный слой материала: СаС1₂ + NaC0₃->-CaC0₃+ 2NaCl.

Последующее нанесение флюатов сопровождается бурной реакцией между магниевой солью и карбона­том кальция.

Аналогичная реакция флюатирования может проте­кать между гидроксидом кальция и флюатом

2Са(ОН>а4- MgSiF_e->-MgF₂+ 2CaF_a+ Si0₂+ 2Н₂0.

В некоторых случаях для повышения коррозионной стойкости материала конструкции рекомендуется по­следовательно пропитывать его жидким стеклом и хло­ристым кальцием (силикатизация). Аналогичного эф­фекта уплотнения можно достичь путем инъецирова­ния в материал карбамидных или эпоксидных смол с отвердителем.

Повышение плотности поверхностного слоя мате­риала можно создать полировкой, при которой поры заполняются частицами самого материала.

Все перечисленные методы уплотнения материала каменных конструкций должны сочетаться с последу­ющей гидрофобизацией, придающей конструкции во­доотталкивающие свойства.

Коррозия полимерных конструкций. Конструктив­ные элементы из полимерных материалов под воздей­ствием агрессивной среды могут подвергаться уско­ренному износу в зависимости от характера и интен­сивности воздействия факторов, вызывающих этот износ. Коррозия полимерных материалов является ре­зультатом преодоления сил взаимодействия между атомами или молекулами, которое происходит под вли­янием различных окислительных агентов, термическо­го, радиационного, механического воздействия и дру­гих энергетических факторов. Результатом указанных воздействий являются различные деструктивные про­цессы.

Окислительная деструкция полимеров происходит при действии на материал кислорода или озона. В ус­ловиях эксплуатации конструктивных элементов кис­лород воздействует на полимеры при одновременном влиянии солнечного излучения, влаги и температур­ных колебаний. В результате изменяется структура полимеров, что называется старением.

Скорость окислительной деструкции определяется интенсивностью присоединения кислорода к некото­рым звеньям макромолекул, в результате которого в полимере образуются различные функциональные группы — гидроксильные, карбонильные, карбоксиль­ные и др. Наибольшее влияние на скорость деструк­ции оказывают образующиеся в процессе окисления пероксидные и гидропероксидные группы, которые стимулируют вторичные реакции, вызывающие разру­шение полимера. Скорость образования пероксидных и гидропероксидных групп увеличивается с повыше­нием концентрации кислорода в окружающей среде и температуры воздуха. Облучение светом, и особенно ультрафиолетовой частью спектра, значительно уско­ряет окислительную деструкцию.

Термическая деструкция происходит под действи­ем теплоты. Вместе с тем этот вид деструкции может протекать одновременно с воздействием на материал кислорода. Тепловое воздействие на полимерные кон­структивные элементы, как правило, сопровождается изменением химического состава звеньев макромоле­кул, кратности связей, перегруппировкой атомов, по­явлением новых функциональных групп, а также депо­лимеризацией. Термическая деструкция может вы­звать полное разложение полимерного конструктивно­го элемента — вплоть до образования мономеров.

Радиационная деструкция полимеров происходит под влиянием излучений — рентгеновских, протонных, нейтронных и др. Действие излучений высоких энер­гий на полимеры проявляется в возбуждении и иони­зации отдельных звеньев макромолекул. Возбуждение, Т. е. переход электронов на более высокий уровень, Делает макромолекулы менее устойчивыми, облегчая деструкцию под действием других факторов.

163

В зависимости от типа полимера и интенсивности

11*действия различных факторов, сопровождающих облу­чение, деструкция может протекать с выделением раз­личных низкомолекулярных газов: водорода, хлора, азота, метана, оксида и диоксида углерода.

Механическая деструкция протекает под действи­ем статических и динамических нагрузок. Под влияни­ем этих нагрузок макромолекулы скользят одна отно­сительно другой и их ковалентные связи разрывают­ся в местах наибольшей концентрации напряжений, поэтому процесс сопровождается вязким течением ма­териала. Механическая деструкция полимерных мате­риалов при отсутствии кислорода отличается от термической и радиационной деструкций составом продуктов распада: отсутствием газообразных ве­ществ — осколков цепей макромолекул.

Биологическая деструкция, как правило, вызыва­ется плесневыми грибами. Пигменты, выделяющиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, ок­рашивают материал в различные цвета. Плесень способствует конденсации на поверхности конструк­ции влаги, минерализованной растворенными в ней газами и частицами пыли, которые содержатся в воздухе.

Микроорганизмы — метаболиты — могут вызвать деструкцию полимера конструктивного элемента. На­чало разрушения материала проявляется в потере блеска или в травлении поверхности. Некоторые виды бактерий и плесневых грибов используют для своей жизнедеятельности пластификаторы или наполнители, применяемые при изготовлении полимеров, что уско­ряет старение материала. Поливинилхлоридные полы, например, при постоянном увлажнении могут пора­жаться плесневыми грибами, после воздействия кото­рых материал полов становится хрупким значительно быстрее, чем в условиях нормальной эксплуатации. Большинство природных высокомолекулярных соеди­нений или их производных является продуктами пита­ния для микроорганизмов.

Химическая деструкция. По отношению к химиче­ским агрессивным средам полимеры подразделяются на гетероцепные (в основной цепи молекулы содер­жится кислород, азот, сера и др.) и карбоцепные (об­разованные только атомами углерода).

Гетероцеп ные (полиамиды, тиоколы, силоксаны, полиэфиры и др.) сравнительно легко распадаются под действием горячей воды, кислот и щелочей.

Карбоцепные полимеры (в целом более стойкие к агрессивным средам) по коррозионной стойкости подразделяются на три группы:

полимеры, полученные из предельных углеводоро­дов, среднестойкие по отношению к агрессивным сре­дам (полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен и др.).;

полимеры, синтезированные из предельных углево­дородов с заместителями и элементами структуры, увеличивающие стойкость к агрессивным средам; в ка­честве заместителей часто применяют фтор (политет­рафторэтилен), хлор (трифторхлорэтилен, хлорсуль- фированный полиэтилен), бензол (полистирол), такие полимеры стойки к кислотам, слабым окислителям, а фторзамещенные— и к сильным окислителям;

полимеры, синтезированные из углеводородов с эле­ментами структуры, уменьшающими их стойкость к аг­рессивным средам: такими элементами являются двой­ные связи между элементами молекул, которые легко взаимодействуют с кислородом, галоидами, кислота­ми (полиизопреновый, полибутадиеновый, бутадиен- стирольный, бутадиеннитрильный каучуки и др.).

В обычных условиях полимерные конструктивные элементы подвергаются одновременно воздействию не­скольких агрессивных и энергетических факторов. Для придания полимерным материалам большей стабиль­ности к воздействию агрессивных сред и вызываемых ими различных видов деструктивных разрушений в ма­териал полимеров вводят небольшие добавки проти- востарителя или стабилизатора. В качестве противо- старителей применяют вещества, вступающие в реакцию с диффундирующим внутрь материала кисло­родом с более высокой скоростью, чем интенсивность его взаимодействия с макромолекулами полимера.

Выбор стабилизатора определяется составом про­дуктов деструкции. Например, при нагревании поли- винилхлорида полимер деструктнрует с отщеплением хлористого водорода, который ускоряет распад мате­риала конструкции. Для связывания хлористого водо­рода в полимер вводят соли слабых кислот: свинца, кадмия, бария, кальция и др. Количество вводимых стабилизаторов и противостарителей не должно пре­вышать 2 %, чтобы они не изменяли физико-механиче­ских свойств исходного материала.

Наряду с этим важнейшим условием обеспечения нормативного срока службы полимерных конструкций является поддержание проектных условий эксплуата­ции — состава, температуры и влажности окружающей среды, а также режима освещения и радиационного облучения.

Коррозия битумных полимерных материалов. На­иболее широко битумные материалы применяют для гидроизоляции конструкций благодаря их способности не смачиваться водой и не растворяться в ней. Одна­ко битумы растворяются в органических растворите­лях— бензине, бензоле, хлороформе, четыреххлорис- том углероде, сероуглероде, ацетоне, спиртах, толуоле и др.

Под влиянием света, теплоты, кислорода битум­ные материалы стареют. В процессе старения масла и смолы, составляющие битум, окисляются до асфаль- тенов, придавая битумным материалам свойства хруп­кости. Поэтому в битумных материалах, подвергаю­щихся старению, появляются трещины, что особенно опасно для подземных конструкций и кровельных ру­лонных материалов, а также мастичных покрытий.

Битумы и битумные материалы, в которых приме­няют кислотостойкие наполнители, устойчивы против действия серной кислоты (при концентрации не более 50%), соляной (при концентрации не более 30%), азотной (при концентрации не более 25%), уксусной (при концентрации не более 70%), фосфорной (при концентрации не более 80 % ) кислот.

Длительное воздействие концентрированных вод­ных растворов (при концентрации до 50 %) едких ще­лочей и карбонатов щелочных металлов вызывает ин­тенсивное разрушение битумных конструкций. Насы­щенные растворы извести, например в бетонных конструкциях, омыляют битумные материалы.

Для защиты битумных конструкций от преждевре­менного разрушения необходимо предусматривать их изоляцию от воздействия агрессивной среды. Для кро­вельных покрытий наиболее надежной защитой явля­ется устройство гравийного защитного покрытия, втоп- ленного в битумную мастику. Иногда для этих же це­лей кровлю окрашивают алюминиевой краской, что снижает интенсивность разрушения кровли от солнеч­ной радиации.

Предохранение вертикальных гидроизоляционных покрытий от преждевременного разрушения достига­ется путем устройства защитных прижимных стенок из обожженного глиняного кирпича. Подземные трубо­проводы, покрытые битумной гидроизоляцией, предо­храняются от преждевременного разрушения покрытия путем устройства верхнего защитного слоя из стекло­ткани или другого стойкого материала.

Кроме того, для предохранения битумных покры­тий от разрушения микроорганизмами необходимо вводить в их состав антисептики.

Коррозия деревянных конструкций. В процессе экс­плуатации преждевременный износ деревянных кон­струкций может быть вызван разрушительным дейст­вием насекомых и древесных грибов. Как правило, на­секомые образуют в теле деревянных конструкций червоточину, которая в зависимости от глубины повре­ждения условно подразделяется на поверхностную, не­глубокую и глубокую. Поверхностная червоточина проникает в тело древесины на глубину не более 3 мм, неглубокая — в пиломатериалы на глубину до 5 мм, а в круглый лесоматериал — до 15 мм. Глубокая чер­воточина в наибольшей степени поражает деревянные конструкции, она проникает в пиломатериалы на глу­бину не менее 5 мм, а в круглые материалы — более 15 мм.

В условиях повышенной влажности и в непроветри­ваемых помещениях деревянные конструкции могут поражаться грибами. Питательной средой для грибов служит целлюлоза древесины. Грибы выделяют особый фермент — цитазу, который переводит нерастворимую в воде целлюлозу (СбНюС>5)л в растворимое вещест­во— глюкозу (CeHi20e)« по реакции

(C_eH₁₀O₆) п + mH₂0->-(C_eH₁₂0_e)/t.

В теле гриба глюкоза окисляется кислородом воз­духа с образованием диоксида углерода и воды C,Hi₂O_e+ 60₂--6C0₂+ 6Н₂0.

Наиболее опасны для деревянных конструкций домовые грибы. Процесс полного разрушения древе­сины этими видами грибов может произойти в тече­ние 1...1,5 л«т, если конструкция эксплуатируется в благоприятных для развития грибов условиях. Та­кими условиями являются: влажность — не ниже 25%, температура воздуха 18...20°С, отсутствие или слабое проветривание места установки деревянной конструкции, отсутствие освещения.

По внешним признакам различают два основных типа гнилей, вызванных жизнедеятельностью грибов: коррозионную (ситевидную) и деструктивную (трух­лявую).

В начальной стадии коррозионные гнили имеют бледно-желтую окраску или вид бледно-коричневых полосок и пятен заболони. Во второй стадии пятна увеличиваются и на них появляются штрихи, направ­ленные вдоль волокон. В конечной стадии в местах белых выцветов появляются углубления, древесина постепенно становится мягкой, легко расщепляется на отдельные волокна, но не крошится, а сохраняет не­которую вязкость. Древесина теряет массу, но ее объ­ем не уменьшается. Грибы, вызывающие коррозион­ную гниль, в отличие от деструктивной, разрушают главным образом лигнин клеточных стенок, почти не затрагивая целлюлозных волокон.

При деструктивной гнили, в процессе которой раз­рушается целлюлоза, древесина в начальной стадии приобретает желтоватый или коричневатый оттенок. В конечной стадии гниения древесина становится тем- но-коричневой, заметно теряет массу и объем, покры­вается взаимно перпендикулярными трещинами вдоль и поперек волокон, образуя как бы призмы или куби­ки. Поэтому деструктивную гниль часто называют призменной.

Разрушение деревянных конструкций может проте­кать по типу смешанной гнили под влиянием грибов, разрушающих целлюлозу и лигнин клеточных стенок древесины примерно с одинаковой скоростью.

Имеется другая группа грибов, которые называ­ются плесневыми и деревоокрашивающими или гри­бами синевы и плесени. Они успешно развиваются па древесине, имеющей влажность 50...100% при темпе­ратуре 20...25°С. При высыхании древесины развитие окрашивающих и плесневых грибов прекращается.

Поражение древесины грибами плесени практиче­ски не изменяет ее технических свойств, но представ­ляет собой первичный процесс, создающий благопри­ятную среду для развития более опасных грибов, быст­ро и сильно разрушающих древесину.

Самым надежным доказательством начала пора­жения древесины грибами является присутствие в ней гифов гриба (тонкие простые или ветвящиеся нити, из которых формируется тело гриба). Гифы грибов мож­но увидеть на срезах пораженной древесины под мик­роскопом, применяя различные способы окрашивания:

на места, подозреваемые в поражении грибом, на­носят несколько капель 10%-ного водного раствора азотнокислого серебра, через несколько часов пора­женные грибом участки окрашиваются в красно-бурый цвет, древесина — в светло-коричневый;

срезы помещают на несколько минут в 1 %-ный ра­створ сафранина, после промывки на предметном сте­кле несколькими каплями пикринанилинового синего раствора доводят до кипения; повторно промывают об­разцы— места, пораженные грибом, окрашиваются в синий цвет, древесина — в красный.

Имеются и другие лабораторные методы определе­ния зараженности грибами деревянных конструкций. При визуальном осмотре поражение древесины оп­ределяют по нескольким признакам (табл. 6).

Строительные конструкции из древесины хвойных пород, содержащих смолу, обладают большей хими­ческой стойкостью, чем из древесины лиственных по­род. Хвойные породы древесины достаточно стойки по отношению к действию разбавленных растворов уксус­ной, фосфорной, молочной, масляной и плавиковой кислот. Соляная кислота концентрацией до 10 % и сер­ная кислота концентрацией не более 5 % практически не изменяют их структуру и физико-химическое стро­ение. Концентрированные кислоты разрушают дере­вянные конструкции и особенно интенсивно кислород­содержащие (азотная, серная, хромовая и др.). Ин­тенсивность разрушительного действия увеличивается с Повышением температуры кислот. Растворы едких Щелочей разрушают древесину менее интенсивно, чем Кислоты. Деревянные конструкции стойки к действию растворов аммиака, гидроксидов кальция, бария и ра­створов нейтральных солей любой концентрации.

Основным методом противогнилостной защиты яв­ляется создание температурно-влажностных режимов, Неблагоприятных для развития грибов:

Таблица 6. Признаки пора

Название домового гриба	Приз
	грибница	пленка |
Настоящий	Белая, ватообразная	Серовато-пепелъна-я
	с розоватыми и свет­
	ло-желтыми пятнами
Белый	Белая, ватообразная	Белая слаборазвитая
Пленчатый	Слаборазвитая, сна­	Слаборазвитая жел­
	чала белая, затем	тая или коричневая
	желтая или коричне­
	вая
Пластинчатый	Слаборазвитая, сна­	Неразвитая
	чала белая, затем зе­
	леновато-желтая,
	иногда лиловая

для деревянных элементов надземной части зда­ния необходимо обеспечивать абсолютную влажность древесины менее 20 % на весь период эксплуатации;

для деревянных конструкций подземной части зда­ний при невозможности создания влажности древеси­ны менее 20 % допускается повышение ее влажности более 70 % на весь период эксплуатации;

для конструкций, которые эксплуатируются в усло­виях, отличных от указанных выше, необходимо пре­дусматривать меры консервации путем нанесения гид­роизоляционных покрытий, пропиток синтетическими смолами, покрытие лакокрасочными составами. Но при всех случаях наиболее эффективной мерой явля­ется понижение или повышение влажности древесины за пределы 20...70%, при которых возможность раз­вития дереворазрушающих грибов, а следовательно, загнивания деревянных конструкций устраняется. В этих условиях древесина хорошо сохраняется и слу­жит длительное время — не менее нормативного срока.

Одним из наиболее распространенных способов по­вышения химической стойкости древесины является пропитка ее формальдегидными смолами. Такая дре­весина устойчива при повышенных температурах ок­ружающей среды к действию растворов минеральных и органических кислот, сернистого ангидрида, хлора,

жеяия древесины гнилью

нак

шнур плодовое тело

Плоский, сначала белый, затем серый, деревяни­стый, ломкий, слабораз- ветвленный

Белый, пушистый, ок­руглый, гибкий, слабо- разветвленный Тонкий, ветвистый, ко­ричневый

Тонкий, нитевидный, сильно разветвленный, сначала белый, затем зе- леновато-желтоватый

Лепешка, реже шляпка без ножек, охрнсто-желтая илн коричневая, мя­систая, гименофор сетчатый, изредка зубчатый

Пластинчатое белое или желтоватое, гименофор трубчатый, трубочки ок­руглые нли многоугольные Пленчатое очень тонкое, желтоватое или коричневое, гименофор гладкий или бугорчатый

Шляпка без ножки, светло-желтая, гименофор пластинчатый

фтористого водорода и других газов, а также практи­чески ие разрушается при действии основных солей натрия, калия, магния, кальция и др.

Кроме конструктивных мер для защиты деревян­ных конструкций применяют антисептики. Антисепти- рование является вспомогательным методом защиты конструкций. Антисептик вводят в сырую древесину, чтобы защитить ее на срок, пока материал деревянной конструкции будет иметь высокую влажность.

К антисептикам предъявляют следующие требо­вания:

возможно большая токсичность (ядовитость) по от­ношению к дереворазрушающим грибам;

сохранение токсичных свойств на весь срок эксплу­атации;

отсутствие вредного воздействия на прочность дре­весины и на металлические детали; способность проникать в древесину; безвредность для людей и животных и отсутствие неприятного запаха.

Антисептики подразделяются на: водорастворимые (неорганические), применяемые в виде растворов различной концентрации;

нерастворимые в воде (органические), применяе­мые в смеси с другими органическими растворителями. Водорастворимые антисептики. Фтористый натрий

NaF— соль фтористоводородной кислоты, белого цве­та, слаборастворимая в воде. В чистом виде раствор фтористого натрия—сильный антисептик, но выщела­чивается водой, без запаха и цвета, легко проникает в поры древесины. Этот антисептик применяют в ос­новном для защиты деревянных элементов внутри зданий.

При соединении с известью, гипсом, цементом и ме­лом фтористый натрий теряет токсичность, поэтому в сочетании с указанными материалами его приме­нять нельзя.

Кремнефтористый натрий Na₂SiF₆— порошок, по токсичности сходен с фтористым натрием. Растворяет­ся в воде плохо. Применяется в смеси с фтористым натрием в виде основного компонента в силикатных пастах.

Динитрофенолят натрия СбН₈(М02)2СШа более ток­сичен, чем фтористый натрий. Он не корродирует ме­талл, не гигроскопичен, в сухом порошкообразном со­стоянии горюч, взрывоопасен. Имеет ярко-оранжевый цвет, применяется в виде раствора для антисептирова- ния поверхностей деревянных конструкций, не пред­назначенных для штукатурки и окраски. Запрещается применять этот антисептик для пропитки древесины, подвергающейся нагреву свыше 50 °С, так как при этом он разлагается с выделением ядовитых веществ. Нельзя применять динитрофенолят кальция, сулему, соединения мышьяка для антисептирования внутрен­них конструкций зданий, так как эти антисептики очень ядовиты и опасны для жизни человека и жи­вотных.

Парофазная фенольная смола — вязкая масса тем­но-коричневого цвета с запахом фенола, растворяется в воде. Токсичность обусловлена наличием в смоле фе­нолятов натрия и других химических веществ.

Фенольная смола окрашивает древесину в темный цвет, поэтому под окраску непригодна. Применяется как антисептик в защищенных от действия воды мес­тах, так как вымывается водой.

Масляные антисептики применяют для защиты де­ревянных элементов, эксплуатируемых на открытом воздухе.

Антрацитовое масло — продукт переработки камен­ноугольной смолы, имеет большую вязкость и непри­ятный запах. Этот антисептик хорошо поражает дере- воразрушающие грибы и жуков-точильщиков.

Древесный деготь — слабый антисептик. Использу­ют в основном в качестве гидроизоляционного матери­ала для промазки древесины, пропитки войлока и др.

Сланцевая паста — темно-коричневого (почти чер­ного) цвета жидкость с резким фенольным запахом, обладает высокой токсичностью.

Торфяной креозот служит добавкой к другим ан­тисептикам.

Антисептические пасты (называются по типу свя­зующего) бывают битумные, экстрактовые, силикат­ные и глиняные. Битумная паста имеет состав: фторис­тый натрий (31...50 %), легкоплавкий битум (31... 18%), зеленое нефтяное масло (31 ...28 %) и торфяной порошок (4...7 % )■ Битумные пасты водостойки, при высыхании имеют резкий неприятный запах.

Эстрактовая паста содержит фтористый натрий (25...40%), экстракт сульфатного щелока (26...28 %), торфяной порошок (4%). Эта паста неводостойкая и применяется для антисептирования конструкций, не подверженных действию воды.

Силикатная паста состоит из кремнефтористого натрия (15...20%), жидкого стекла (65...79 %) и ка­менноугольного масла с экстрактом сульфатных щело­ков (1...2 %)• Она также неводостойкая.

Глиняные пасты изготовляют на кремнефтористом или фтористом натрии. Состав пасты: жирная глина (35%), сульфатный щелок или битум БН-Ш (30%), фтористый натрий (30 %), вода (добавляется до полу­чения требуемой консистенции). Глиняные пасты при­меняются вместо экстрактных и силикатных для ме­нее ответственных конструкций (наката перекрытий, лаг и др.).

Для борьбы с дереворазрушающими насекомыми используют в основном известные ядовитые вещества: ДДТ, гексахлоран, хлорофос и др. Полностью защи­щает от размножения древоточцев в древесине хлори­рованное креозотное масло (карболинеум), но оно име­ет резкий удушливый запах и поэтому внутри помеще­ний не применяется.