Окислительная коррозия строительных материалов

Придание строительным материалам и конструкциям высокой стойкости в условиях агрессивной окислительной среды— одна из актуальных задач. Применение действенных методов нейтрализации процессов окисления (коррозия металлов, горение и гниение древесины, старение пластиков) вызывается необходимостью продления сроков службы изделий и конструкций, что позволит народному хозяйству сэкономить огромные средства.

Часто смешивают разрушения материалов кислотами с разрушениями, вызванными воздействиями чисто «кислотного» характера. При окислении материалов происходит потеря электронов (или присоединение кислорода), тогда как «кислотный» вид разрушения является следствием присоединения ионов водорода кислоты (протонов), в результате чего происходит частичное или полное разрушение материала Это различие сказывается на характере коррозионных процессов. Так, например, хлор — сильнейший окислитель — вызывает быструю и сильную коррозию металлов даже при небольшой влажности воздуха и практически не действует на неармированный бетон. В железобетонных конструкциях, особенно при неплотном защитном слое, при действии хлора наблюдается коррозия арматуры при значительном увеличении объема новообразований, а затем уже «выкалывание» бетона. Основной компонент стальной арматуры — железо — взаимодействует с хлором с образованием хорошо растворимой соли—хлористого железа.

Хлористое железо в дальнейшем претерпевает в зависимости от внешних условий сложные превращения, в результате которых образуется химическое соединение переменного состава. Параллельно с этим процессом идет окисление других компонентов арматуры.

Напротив, газообразный хлористый водород или соляная кислота в концентрированном виде не действует на сталь, но быстро разрушает известь в бетоне, а следовательно, и самый бетон с образованием рыхлого хорошо растворимого хлористого кальция.

Окисление материалов происходит в кислой, щелочной и нейтральной средах. К нейтральным окислителям относятся в основном газы —фтор, хлор, кислород, озон, пары брома, йода. Из щелочных окислителей наиболее часто встречаются соли хлорноватистой кислоты — гипохлориты: натрия, калия, кальция. К кислым окислителям относятся азотная, серная, хромовая и другие кислоты. Сюда же можно отнести перекись водорода, хлорноватистую кислоту, бихроматы, характеризующиеся слабо кислой реакцией. Серная кислота проявляет сильные окислительные свойства только при высоких концентрациях (свыше 70%).

Окислительная коррозия определяется не только силой окислителя. Большое значение имеет природа окисляющегося материала (восстановителя).

В табл. 1 приводятся полученные в наших опытах показатели стойкости некоторых материалов в различных окислительных средах.

Стойкость составов определяли по изменению веса их в покрытиях по металлическим пластинкам размером 4Х Х4 см и по изменению прочности на изгиб образцов размером IX ХЗ см.

Наибольшей стойкостью в испытанных окислительных средах обладают составы из серного цемента, Менее стоики силикатная мастика, лак ХСЛ, полиэфирная смола и парафино-канифольный состав. Вес образцов из силикатной мастики возрастает после выдерживания их в агрессивных средах, вследствие проникновения в материал химического реагента и образования дополнительного количества кремнегеля Si(OH)4. С уменьшением концентрации в среде увеличивается количество воды, молекулы которой обладают большей проникающей способностью по сравнению с молекулами кислоты. В гипохлорите калия вследствие щелочного характера среды эта композиция разрушается.

Серные цементы ведут себя удовлетворительно. Понижение привеса образцов объясняется незначительным окислением серы до серной кислоты (в среде азотной кислоты), которая переходит в раствор. Удовлетворительно ведет себя в этих средах лак ХСЛ (композиция на основе перхлорвиниловой смолы). Все же в азотной кислоте высокой концентрации происходит частичное отслаивание покрытия.




Относительно стойки к окислителям полиэфирные смолы, но в концентрированных кислотах они тоже разрушаются. На рис. I показаны образцы из полиэфирной смолы. разрушенные действием 56%-нон HN03 в течение 100 сут. В азотной кислоте более слабой концентрации (30% и ниже) образцы из полиэфирных смол сохранили за это время хороший вид, и потеря прочности не превышала 10—15%.

В серной кислоте интенсивное разрушение таких составов происходит при концентрации выше 80% (в условиях комнатной температуры). Как в первом так н во втором случаях разрушение смолы обусловливается окислительной деструкцией композиции с образованием малостойких продуктов окисления — органических кислот, эфиров, спиртов.

Парафино-канифольный состав в окислительных средах высокой концентрации, как правило, разрушается вследствие окисления наиболее слабого компонента — канифоли, главная составная часть которой — абиетиновая кислота (С20Н30О2) — окисляется до различных низших продуктов. В окислительных сред, низких концентраций эти составы ведут себя удовлетворительно.

Окисление металлов в зависимости от типа и состояния окислителя (температуры, концентрации, фазы) протекает по разному. Обычные углеродистые стали в жидкой фазе окислителя, как правило, теряют в весе.

В газовой фазе окислителя в начальный период, как правило, происходит увеличение веса образцов за счет образования на поверхности металла рыхлого слоя окислов. В дальнейшем этот слой постепенно осыпается, и таким образом идет разрушение материала, сопровождающееся уменьшением его веса.