Методы защиты стальной арматуры в бетоне необходимы из-за коррозии. Это естественный процесс, который преобразует очищенный металл в более химически стабильную форму, такую как оксид, гидроксид или сульфид. Это постепенное разрушение материалов (обычно металла) в результате химической и /или электрохимической реакции с окружающей средой. Коррозия стальной арматуры в бетоне ухудшает полезные свойства материалов и конструкций, включая прочность, внешний вид и проницаемость для жидкостей и газов. Многие конструкционные сплавы подвержены коррозии просто под воздействием влаги из воздуха, но воздействие определенных веществ может сильно повлиять на процесс. Коррозия может быть сконцентрирована локально с образованием впадины или трещины, или она может распространяться на большую площадь, более или менее равномерно разъедая поверхность.
Двумя наиболее распространенными факторами, приводящими к коррозии стальной арматуры, являются;
(i) Хлоридное воздействие – локальное разрушение пассивной пленки на стальной арматуре бетона хлорид-ионами
Пассивность, обеспечиваемая щелочными условиями, может быть нарушена присутствием хлорид-ионов, даже если в бетоне сохраняется высокий уровень щелочности. Хлорид-ион может локально депассивировать металл и способствовать активному растворению металла. Хлориды вступают в реакцию с алюминатом кальция и алюмоферритом кальция в бетоне с образованием нерастворимого хлоралюмината кальция и хлорферритов кальция, в которых хлорид связан в неактивной форме. Однако реакция никогда не завершается, и некоторое количество активного растворимого хлорида всегда остается в равновесии в водной фазе бетона.
(ii) Карбонизация – общее снижение пассивности путем нейтрализации стальной арматуры бетона в результате реакции с атмосферным диоксидом углерода.
Углекислый газ, содержание которого в воздухе составляет около 0,3% по объему, растворяется в воде с образованием слабокислого раствора. Она образуется в порах бетона, где вступает в реакцию со щелочным гидроксидом кальция, образуя нерастворимый карбонат кальция. Процесс карбонизации проходит по бетону фронтально, при достижении арматурной стали пассивный слой разрушается, когда значение рН падает ниже 10,5. Если карбонизированный слой проникает в бетон достаточно глубоко, чтобы пересечься с поверхностью раздела бетонной арматуры, защита теряется, и, поскольку доступны как кислород, так и влага, сталь, скорее всего, подвергнется коррозии.
Методы защиты от коррозии арматурной стали в бетоне
Защита оцинковкой
Оцинкованная арматурная сталь используется в бетоне, где незащищенная арматура не будет обладать достаточной прочностью. Подверженность бетонных конструкций проникновению хлоридов является основным стимулом для использования оцинкованной стальной арматуры. Оцинкованная арматурная сталь особенно полезна, когда арматура подвергается воздействию погодных условий до начала строительства. Это обеспечивает видимую гарантию того, что сталь не проржавела и не требует ремонта на месте, в отличие от большинства других покрытий. Оцинкованная арматурная сталь выдерживает воздействие концентраций хлорид-ионов, в несколько раз превышающих уровень хлорида, который вызывает коррозию черной стальной арматуры.
Защита от примесей, препятствующих коррозии
Ингибиторы — это химические вещества, которые добавляются в бетон в небольших концентрациях для уменьшения времени до начала коррозии в бетонных конструкциях. Антикоррозионные добавки увеличивают пассивацию арматуры и другой закладной стали. Это может препятствовать коррозии, когда пассивация в противном случае была бы утрачена в результате попадания хлоридов или карбонизации. Они добавляются в бетон в процессе производства и называются ‘неотъемлемыми’ ингибиторами коррозии. Они могут значительно снизить затраты на техническое обслуживание железобетонных конструкций. К числу наиболее популярных ингибирующих коррозию добавок относятся аминкарбоксилат, аминоэфирная органическая эмульсия, нитрит кальция, органическая соль алкенилдикарбоновой кислоты и многие другие.
Катодная защита
Катодная защита часто используется для уменьшения коррозионных повреждений активных металлических поверхностей. Применяется по всему миру для защиты трубопроводов, водоочистных сооружений, надводных и подводных резервуаров для хранения, корпусов судов и катеров, морских производственных платформ, арматурных стержней в бетонных конструкциях и пирсах и многого другого. Катодная защита часто используется для защиты стали от коррозии. Коррозия возникает, когда два разнородных металла погружаются в электролитическое вещество, такое как вода, грунт или бетон. Этот тип металлического проводящего пути между двумя разнородными металлами обеспечивает путь, по которому свободные электроны перемещаются от более активного металла (анода) к менее активному металлу (катоду). Если свободные электроны от анода не достигают активных центров на катоде до поступления кислорода, ионы в активных центрах могут затем рекомбинировать с образованием гидроксида железа, то есть ржавчины.
Гальвано-катодная защита
Гальвано-катодная защита — это метод предотвращения коррозии, при котором используются электрохимические средства для защиты основного материала от коррозии. Это достигается за счет использования расходуемого анода, который подвергается коррозии раньше, чем материал, защищаемый расходуемым анодом. Гальваническая катодная защита является одной из наиболее часто используемых форм катодной защиты из-за ее простоты использования. Гальвано-катодная защита требует расходуемого анода, который обладает большей электрохимической реакцией, чем защищаемый материал. Поскольку расходуемый анод обладает большей электрохимической реакцией, он будет подвергаться коррозии раньше защищаемого материала, если они электрически соединены. Расходуемые аноды выпускаются самых разных форм и размеров.
Покрытие для защиты от коррозии
Электроокрашивание
Электроокрашивание — это процесс, при котором электрически заряженные частицы осаждаются из водной суспензии для покрытия проводящей детали. В процессе нанесения электроокрашивания на деталь наносится краска определенной толщины, которая регулируется величиной приложенного напряжения. Система электроокрашивания может покрывать любые предметы или металлы при условии, что они обладают достаточной электропроводностью в диапазоне 0-400 В. Электрически заряженная краска прикрепится или осядет на любой поверхности в ванне, имеющей противоположный электрический заряд.
Металлические покрытия
Металлические покрытия наносятся в тех случаях, когда основание покрыто более благородным металлом, например, медью на стали. Этот тип защитного покрытия эффективен только тогда, когда на покрытии нет пор или повреждений. Она содержит металлический элемент или сплав. Металлические покрытия можно наносить с помощью распылителя электрохимическим, химическим или механическим способом. Эти покрытия наносятся на оборудование, требующее блестящего внешнего вида и защиты от солнечного света, коррозии и окисления. Металлические покрытия обычно наносятся на стальные поверхности одним из пяти распространенных методов.
- Анодирование – Хотя анодирование в основном используется с алюминием, оно также может быть использовано на других металлах, таких как титан и цинк. Это эффективно увеличивает толщину слоя оксида алюминия, что делает его более устойчивым к коррозии. Процесс анодирования также обеспечивает лучшую адгезию красок и других отделочных материалов.
- Горячее цинкование — Это процесс, при котором на черный металл наносится слой цинка для предотвращения коррозии. Этот процесс чаще всего относится к горячему цинкованию, при котором кусок стали опускают в ванну с расплавленным цинком. Цинк прилипает к стали и немедленно вступает в реакцию с кислородом воздуха, образуя очень прочный слой оксида цинка, который предотвращает коррозию стали под ним. Цинк и сталь образуют металлургическую связь, поэтому покрытие не отслаивается.
- Термическое напыление – группа процессов нанесения покрытий, при которых мелкодисперсные металлические материалы для покрытия осаждаются в расплавленном или полурасплавленном состоянии с образованием покрытия.
- Шерардизация – образование коррозионностойкого покрытия из сплава цинк-железо на поверхности стали или чугуна. Способ включает нагрев объекта в герметичном контейнере, содержащем цинковый порошок
- Гальванопокрытие – Электрический ток используется для приклеивания раствора (обычно) кадмия и хрома к металлу. Никелирование — это форма гальванопокрытия.
Органическое покрытие
Это разновидность покрытия, основные ингредиенты которого получают из растительных или животных веществ или соединений с высоким содержанием углерода. Покрытие будет монолитным (один слой) или может состоять из двух или более слоев. Они обладают повышенной степенью впитывания смолы твердыми компонентами, такими как связующие, пигменты и добавки. Они могут быть на водной основе или с пониженным содержанием растворителей по сравнению с традиционными покрытиями с более высоким содержанием летучих органических соединений. Нанесение органического покрытия, такого как краска, является экономически эффективным методом защиты от коррозии. Органические покрытия действуют как барьер для агрессивного раствора или электролита. Они предотвращают или замедляют передачу электрохимического заряда от коррозионного раствора к металлу под органическим покрытием. Толщина покрытия самоосаждающейся пленки зависит от времени и температуры.
Порошковое покрытие
Порошковое покрытие наносится на поверхность заготовки с помощью оборудования для распыления порошка. Под действием статического электричества порошок равномерно адсорбируется на поверхности заготовки в виде порошка. Порошковая окраска использует простой процесс для получения изделий из нержавеющей стали с порошковым покрытием разных цветов, а для изменения ощущения поверхности из нержавеющей стали можно использовать различные цвета порошковой окраски. В отличие от обычной жидкой краски, которая наносится с помощью испаряющегося растворителя, порошковое покрытие обычно наносится электростатически, а затем отверждается под воздействием тепла или ультрафиолетового излучения. Порошок может быть термопластичным или термореактивным полимером. Обычно используется для создания твердого покрытия, более прочного, чем обычная краска. Порошковое покрытие повышает прочность стали, помогая каркасу лучше противостоять повреждениям и дольше прослужить.