W 11 KOROJA MATERIAŁÓW,
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
2008-06-13 KOROZJA MATERIAŁÓW STOSOWANYCH W BUDOWNICTWIE 1 Terminem korozja określa się zjawisko niszczenia materiałów pod wpływem działania otaczającego je środowiska (atmosfery, opadów, wód), jak i czynników technologicznych uwalnianych do atmosfery w wyniku działalności człowieka. Są nimi tlenki siarki, azotu, dwutlenek węgla, kurz, itp. oraz wszelkiego rodzaju chemikalia. Najczęściej zjawisko korozji odnosimy do metali i ich stopów, jednakże dotyczy ono również tworzyw niemetalowych, takich jak beton, materiały ceramiczne, tworzywa sztuczne, itp. 2 1 2008-06-13 Korozji ulegają substancje mineralne (skały), materiały wiążące (różnego rodzaju zaprawy budowlane), metale (żeliwo, stal), substancje organiczne naturalne syntetyczne. Dla inżyniera budownictwa najważniejszą jest korozja elektrochemiczna powodowana przez roztwór elektrolitów (woda deszczowa pochłaniająca różne gazy z powietrza: CO 2 , SO 2 . NO 2 , NH 3 itp.), woda rzeczna, woda morska i woda w glebie. Przebieg korozji może się uzewnętrznić jako ogólne, równomierne niszczenie materiału lub w postaci miejscowych głębokich wżerów punktowych. Racjonalne wykorzystanie techniczne materiałów i zapewnienie jak największej trwałości konstrukcjom budowlanym wymaga znajomości procesów korozyjnych i umiejętności ich hamowania. Głównym celem ochrony przed korozją jest dobór właściwych materiałów punktu widzenia technicznego i ekonomicznego) do pracy w danym środowisku korozyjnym oraz zastosowanie odpowiednich sposobów na zmniejszenie szybkości procesów korozyjnych. 3 • Korozja atmosferyczna • Korozja ziemna • Korozja morska 4 2 2008-06-13 Korozja atmosferyczna Szczególnym rodzajem korozji jest korozja atmosferyczna, bardzo rozpowszechniona, ponieważ około 80% konstrukcji i budowli eksploatuje się w warunkach atmosferycznych. Rozróżnia się trzy rodzaje korozji atmosferycznej: suchą, wilgotną i mokrą . Mechanizm korozji atmosferycznej jest określony stopniem nawilgocenia powierzchni materiału i charakterem substancji rozpuszczonych w warstewce wody. Szybkość procesu korozyjnego w atmosferze zależy od następujących czynników: 1) charakteru stosowanego materiału, jak również stanu jego powierzchni, 2) czasu działania atmosfery, 3) klimatu —wilgotność atmosfery, temperatury 4) zanieczyszczenia atmosfery: •cząstki stałe —kurz, piasek, pył węglowy, sadza, związki chemiczne rozpylone w powietrzu, •cząstki ciekłe —mgła, kondensująca się para wodna nasycona innymi związkami chemicznymi, •cząsteczki gazów —dwutlenek węgla, dwutlenek siarki (1,5 miliona SO 2 rocznie dostaje się do atmosfery ze spalania 100 milionów ton węgla), tlenki azotu, siarkowodór, amoniak i inne. Intensywność korozji atmosferycznej jest uzależniona od agresywności atmosfery korozyjnej. Korozja ziemna (w glebie) Gleba jako środowisko korozyjne jest elektrolitem. Struktura i tekstura gleby są określone składem chemicznym cząstek stałych oraz ich wielkością. Porowatość gleby sprzyja zatrzymaniu wody i napowietrzaniu. Na korozyjność gleby mają wpływ następujące czynniki: 1. Rodzaj gleby, porowatość. Stwierdzono w piasku brak korozji, ta część rurocią-gu jest katodą a w glinie anodą. 2. Wilgotność gleby —w glebie suchej brak korozji, w glebie wilgotnej ta część konstrukcji jest anodą. 3. Napowietrzenie —rurociąg w glebie jest lepiej napowietrzony od górnej strony i ta część rury jest katodą, natomiast dolna część rurociągu jest anodą ponieważ jest gorzej napowietrzona, a tym samym natleniona, i tam następuje korozja. 4. Zawartość rozpuszczonych związków chemicznych. Stwierdzono, że zawartość jonów chlorkowych i siarczkowych uaktywnia proces korozji. 5. Kwasowość i alkaliczność gleby. 6. Przewodność elektryczna. 7. Obecność mikroorganizmów w glebie (bakterie, pleśnie, grzyby). W glebie mogą być bakterie tlenowe, np. bakterie siarkowe utleniające siarkę do kwasu siarkowego, który atakuje żelazo i beton. 3 5 6 2008-06-13 Korozja morska Woda morska pod względem chemicznym stanowi roztwór wielu soli o właściwościach buforowych. Woda morska stanowi typowy elektrolit, o dobrym przewodnictwie, ma odczyn słabo alkaliczny (pH 8-8,3); to wszystko sprzyja pracy mikro-i makroogniw korozyjnych. Korozja morska żelaza, stali i żeliwa przebiega prawie całkowicie z depolaryzacją tlenową. Szybkość korozji jest regulowana dopływem tlenu do powierzchni metalu. Obecność agresywnego jonu chlorkowego wodzie morskiej powoduje korozję wżerową nawet metali i stopów odpornych działanie wielu agresywnych środowisk korozyjnych. Szybkość korozji osiąga maksimum, jeżeli stężenie chlorku sodowego w wody morskiej wynosi około 3% (zasolenie Bałtyku wynosi około 1%, wód oceanicznych —około 3,5%). 7 Korozja materiałów kamiennych Działanie wody deszczowej i gruntowej . Woda deszczowa zawsze zawiera kwasy wytworzone w wyniku rozpuszczenia występujących w powietrzu gazów, np. dwutlenku węgla, dwutlenku siarki i tlenków azotu. Na działanie takie najbardziej narażone są wapienie i piaskowce o lepiszczu wapiennym: CaCO 3 + H 2 SO 4 CaSO 4 + H 2 CO 3 CaCO 3 +2HNO 3 Ca(NO 3 ) 2 + H 2 O+CO 2 CaCO 3 + H 2 CO 3 Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 +H 2 O+ CO 2 Niszczące działanie wody zawierającej kwasy polega na przemianie węglanu wapniowego w rozpuszczalne sole, których wyługowanie osłabia strukturę kamienia i powoduje powstawanie szczelin i ubytków, a na powierzchni kamienia wykrystalizowują wykwity powstałych soli. Działanie czynników biologicznych. Istnieją bakterie, które niszczą kamień, powodując utlenianie lub redukcję występujących w kamieniu związków siarki. Inne bakterie powodują przemianę węglanów w azotany, w wyniku której wapień kruszy się i rozdrabnia na proszek. Również mchy i glony mogą oddziaływać na kamień niszcząco, wytwarzając agresywne substancje, np. kwasy humusowe. 4 8 2008-06-13 RODZAJE KOROZJI W zależności od składu środowiska agresywnego rozróżniamy następujące rodzaje korozji: • korozja ługująca -spowodowana działaniem wód miękkich, • korozja kwasowęglowa -zależna od zawartości agresywnego dwutlenku węgla, • korozja ogólnokwasowa -związana z aktywnością jonów wodorowych (pH), • korozja siarczanowa -zależna od zawartości jonów siarczanowych, • korozja magnezowa -zależna od zawartości jonów magnezowych. 9 Korozja ługująca Przesączająca się przez beton woda reaguje z jego składnikami i stopniowo wypłukuje wodorotlenek wapnia pozostawiając żel krzemowy. Stwardniały zaczyn cementowy składa się z produktów hydratacji minerałów klinkierowych oraz części nieuwodnionych składników cementu. Produkty hydratacji są to uwodnione krzemiany i gliniany wapnia, żelazian wapnia, siarczanoglinian wapnia oraz krystaliczny wodorotlenek wapnia Ca(OH) 2 . Ponadto w porach betonu znajduje się nasycony roztwór Ca(OH) 2 . Najbardziej podatny na korozję jest wodorotlenek wapnia i ten składnik posiada największe znaczenie dla zachowania trwałości betonu, gdyż pozostałe składniki stwardniałego zaczynu cementowego mogą trwałe egzystować tylko w środowisku zasadowym. Wodorotlenek wapnia powstaje w betonie w wyniku hydratacji alitu i belitu: 2(3 CaO • SiO 2 ) + 6H 2 O 3 CaO • 2 SiO 2 • 3 H 2 O + 3 Ca(OH) 2 Wodorotlenek wapnia jest najbardziej wrażliwym na rozpuszczanie składnikiem stwardniałego zaczynu cementowego (rozpuszczalność rzędu 1200-1700 mg/dm3). Dopóki Ca(OH) 2 znajduje się w porach betonu i utrzymuje odczyn silnie zasadowy (pH >12) układ jest w stanie równowagi i zachowuje trwałość. 5 10 [ Pobierz całość w formacie PDF ] |