Коррозионные повреждения металлоконструкций
Коррозионное разрушение металла является одной из существенных причин потери работоспособности и снижения долговечности металлических конструкций. Коррозией металлов называется окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов в результате химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой, происходящий на поверхности раздела фаз. Металлические конструкции подвержены в основном электрохимической коррозии, возникающей при соприкосновении металлов с электролитами.
При оценке технического состояния конструкций, пораженных коррозией, необходимо прежде всего определить вид коррозии. Это дает возможность сузить интервал поиска основных причин коррозионного повреждения конструкций, более точно определить влияние коррозионного повреждения на несущую способность элементов конструкций, а также разработать наиболее обоснованные мероприятия по восстановлению несущей способности и защите конструкций от коррозии.
По характеру поражения металла различают сплошную (общую) и локальную коррозию.
Сплошная коррозия в свою очередь может быть равномерной и неравномерной в зависимости от глубины поражения на различных участках поверхности. Если при коррозии нарушается одна структурная составляющая сплава (графитизация чугуна) или один из компонентов сплава, то коррозию называют структурно-избирательной (рис. 2.1).
Сплошная коррозия характерна для стали, алюминия, цинковых и алюминиевых защитных покрытий в любых средах, в которых коррозионная стойкость данного материала или металла покрытия недостаточна. Этот вид коррозии характеризуется относительно равномерным по всей поверхности постепенным проникновением вглубь металла, то есть уменьшением толщины сечения элемента или толщины защитного слоя металлического покрытия. Общей коррозии наиболее подвержены, как правило, поверхности в узких щелях, зазорах и на участках скопления пыли и влаги.
При локальной коррозии разрушение сосредоточивается на отдельных участках поверхности, и в зависимости от размера поражений различают коррозию пятнами (d > h), язвенную (d = h) и питтинговую, или точечную (d < h).
Наиболее опасны межкристаллитная и транскристаллитная коррозии (рис. 2.1,з, и). Первая проходит по наименее стойким границам зерен, не затрагивая зерен металла. Вторая — рассекает зерна металла, проходя через них трещиной.
Основным фактором, влияющим на развитие коррозии, служит атмосферная среда. Показателями, определяющими степень агрессивности среды, являются: относительная влажность, температура, возможность образования конденсата, состав и концентрация газов и пыли, туманы агрессивных жидкостей. В зависимости от условий эксплуатации конструкции могут находиться под воздействием общезаводской атмосферы и внутрицеховой. Особенно неблагоприятным фактором является относительная влажность. Наибольшая скорость коррозии реализуется при периодическом выпадении конденсата, однако она резко возрастает уже при достижении так называемой критической влажности — для стали 70...75 %. При наличии продуктов коррозии на поверхности конструкций критическая влажность снижается до 50...60 %.
Степень коррозионного износа определяют измерением толщины тщательно очищенного от продуктов коррозии прокатного профиля. Измерения осуществляют с помощью скобы с индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм. Замеры должны быть произведены в 10—20 местах по длине элемента для получения достоверного результата надо сделать около 200 замеров однотипных элементов. Для более детального исследования коррозионного поражения можно использовать металлографический метод, который позволяет определить меж- и внутрикристаллический характер поражений, коррозионную активность фаз, глубину и протяженность коррозионных трещин. Основные количественные показатели коррозионного износа: потеря толщины сечения элемента; глубина коррозионных язв; условная скорость коррозии (средняя и максимальная) за срок эксплуатации к моменту обследования: относительные коррозионные потери поперечного сечения за период эксплуатации.
В зависимости от интенсивности коррозионного износа металлоконструкций в соответствии с нормами атмосферная среда по агрессивности делится на четыре группы: неагрессивную, слабоагрессивную, среднеагрессивную и сильноагрессивную, в которых стали разных марок имеют одинаковые скорости коррозии по группам.
При оценке степени опасности коррозии следует иметь в виду, что при коррозионных повреждениях возможно охрупчивание стали и снижение несущей способности конструкции не только из-за уменьшения площади поперечного сечения элементов, но и в результате снижения прочности.
Снижение прочностных характеристик стали из-за коррозионного повреждения существенно тогда, когда глубина повреждений соизмерима с толщиной t элемента.
Более интенсивное падение прочностных характеристик из-за коррозии имеет место при отрицательных температурах.
Своевременная защита от коррозии металлических конструкций в процессе эксплуатации — одно из главных условий долговечности и надежности сооружений. Наиболее распространенным и достаточно эффективным средством для защиты металлоконструкций от коррозии являются лакокрасочные (органические) покрытия — высокомолекулярные пленки естественного и искусственного происхождения. Физико-химическую основу лакокрасочных материалов составляют многокомпонентные системы, содержащие пленкообразующие вещества, растворители, пигменты и добавки различного назначения. Лакокрасочное покрытие должно быть сплошным, беспористым, газо- и водонепроницаемым, химически стойким, эластичным, обладать хорошей адгезией и механической прочностью.
При восстановлении защитных покрытий большое значение имеет подготовка поверхности элементов под окраску. Перед нанесением покрытия поверхность очищается механическим или химическим способом от ржавчины, старой краски, жировых и других загрязнений до степени 1 (ГОСТ 9.402-80*). К механическим способам относятся пескоструйная и дробеструйная очистка, обработка поверхности механизированным инструментом. При пескоструйной очистке применяется специальный порошок (металлический песок), расход которого примерно в 10 раз меньше по сравнению с обычным кварцевым песком. Запыленность воздуха ниже допустимой по требованиям санитарных норм. Такие же преимущества имеет и дробеструйная очистка. Применяется гидропескоструйный способ очистки, осуществляемый эжектором, подающим струю воды с песком. Для предотвращения коррозии металлической поверхности в воду добавляют -1,6 % замедлителя коррозии (ингибитора). Возможна очистка пневматическими или электрическими инструментами.
Восстановительные работы в действующих производственных цехах значительно упрощаются при применении химических методов подготовки поверхности стальных конструкций. Химические методы достаточно экономичны. Несомненным преимуществом их является образование на поверхности элемента конструкции слоя с определенными физико-механическими и защитными свойствами. Это обусловило широкое использование модификаторов ржавчины в качестве средства подготовки поверхности под окраску при восстановлении защитных покрытий. Созданы модификаторы, которые не только очищают поверхность от ржавчины, но выполняют и роль грунтовки или самого покрытия