Процесс коррозии, происходящий на куске стали без покрытия, очень сложен. Коррозию стали можно рассматривать как электрохимический процесс, который протекает поэтапно. Первоначальное воздействие происходит на анодные участки поверхности, где ионы железа переходят в раствор. Электроны высвобождаются из анода и перемещаются через металлическую структуру к соседним катодным участкам на поверхности, где они соединяются с кислородом и водой с образованием гидроксильных ионов.. Такие факторы, как изменения в составе / структуре стали, наличие примесей из-за более высокого качества переработанной стали, неравномерное внутреннее напряжение и / или воздействие неоднородной окружающей среды, — все это влияет на процесс коррозии.
Коррозия является одной из самых серьезных проблем для промышленных работников. Она поражает стальные и бетонные поверхности при злоупотреблении кислотами, щелочами, химикатами, растворителями и т.д. Ежегодные убытки, возникающие во всем мире из-за потери металла в результате коррозии, составляют около 5000 долларов США. Существуют различные типы коррозии стали, и каждый из них оказывает различное структурное воздействие, каждый из них описан ниже.
ВИДЫ КОРРОЗИИ СТАЛИ
Ржавящая коррозия
Ржавчина — это вид коррозии, который ослабляет и портит сталь. Коррозия ускоряется, когда сталь также подвергается воздействию влаги, особенно если влага содержит хлориды (соли), что часто встречается в морской, промышленной и городской атмосфере. При проектировании соединений сталь-сталь как крепежные детали, так и соединяемые детали должны быть защищены от коррозии.
Общая коррозия (кислородный тип)
Равномерная потеря поверхности является результатом воздействия нейтральной воды и влажной атмосферы на обычную и низколегированную сталь, содержащую менее 13% хрома. Слой воды способствует протеканию электролитических реакций на поверхности стали, что приводит к прогрессирующей коррозии. Скорость коррозии быстро возрастает в присутствии других загрязняющих веществ и при повышенном уровне влажности.
Гальваническая коррозия (водородный тип)
Гальваническая коррозия возникает, когда разнородные металлы с одинаковой площадью поверхности соприкасаются в присутствии электролита (влаги), образуется электрический ток и менее благородный металл мигрирует и растворяется в растворе.
HASCC- Невидимая коррозия
Вторичный эффект гальванической реакции также может привести к опасному выходу из строя. Водород, побочный продукт гальванической коррозии, может ослабить стандартные крепежные детали и вызвать поломку. Она вызывает коррозию такого типа, которая не сразу проявляется, пока не становится слишком поздно. HASCC начинается с водородного охрупчивания. Водородное охрупчивание связано с гальваническим воздействием. Однако сами по себе стальные крепежные детали не подвержены гальванической коррозии
Точечная коррозия
Анодные участки образуют коррозионные ямы. Это может произойти при погружении мягкой стали в воду или грунт. Этот распространенный тип коррозии в основном возникает из-за присутствия влаги, чему способствует неправильная детализация или постоянное попеременное смачивание и сушка. С этой формой коррозии можно легко справиться, обеспечив быстрый дренаж с помощью надлежащей детализации и обеспечив свободный приток воздуха, который высушит поверхность.
Биохимическая коррозия
Химическая коррозия — это процесс, при котором металлы растворяются в кислотах и щелочных растворах различной крепости, который развивается из-за того, что металлы имеют тенденцию соединяться с кислородом с образованием оксидов. Эта тенденция тем сильнее, чем менее благороден металл. Кислоты, поражающие крепежные детали, часто поступают из атмосферы. Например, серная кислота, образующаяся в результате выбросов диоксида серы при сжигании ископаемого топлива, встречается в городских и промышленных условиях; оксиды азота, хлор, хлористый водород, муравьиная кислота, уксусная кислота и т.д. Встречаются вблизи соответствующих промышленных предприятий; хлориды и хлористый натрий, в частности, являются распространенными загрязнителями атмосферы в прибрежных регионах.
Коррозия аэрационных ячеек
Теплоизоляция приводит к дефициту кислорода, загрязняющие вещества скапливаются в складках листов, где задерживается влага. Зона ограниченного поступления кислорода становится анодом, и возникает коррозия даже в незагрязненных зонах с высоким значением pH. Более низкое значение рН, т.е. при наличии других загрязняющих веществ, увеличивает скорость коррозии.
Щелевая коррозия
Содержание кислорода в воде, попавшей в щель, меньше, чем в воде, находящейся под воздействием воздуха. Из-за этого щель становится анодной по отношению к окружающему металлу, и, следовательно, коррозия начинается внутри щели.
Коррозия биметаллов
Когда два разнородных металла (например, железо и алюминий) соединяются вместе в электролите, между ними проходит электрический ток, и возникает коррозия. Это связано с тем, что металлы, как правило, могут быть упорядочены в зависимости от их электрического потенциала в таблицу, называемую ‘гальванический ряд’.
Коррозия под напряжением
Это происходит при одновременном воздействии статического растягивающего напряжения и специфической коррозионной среды. Напряжение делает некоторые участки корпуса более анодными (особенно зоны концентрации напряжений) по сравнению с остальными. Эта коррозия не характерна для черных металлов, хотя некоторые нержавеющие стали подвержены ей.
Фреттинг-коррозия
При трении двух покрытых оксидом пленок или ржавых поверхностей друг о друга оксидная пленка может быть механически удалена с возвышенностей между контактирующими поверхностями. Эти открытые точки становятся активными анодами по сравнению с остальными поверхностями и инициируют коррозию. Этот тип коррозии часто встречается в механических деталях.
Бактериальная коррозия
Это может происходить в почве и воде в результате микробиологической активности. Бактериальная коррозия наиболее распространена в трубопроводах, подземных сооружениях и морских сооружениях
СТРУКТУРНЫЕ ЭФФЕКТЫ КОРРОЗИИ
По мере прогрессирования процесса коррозии продукты коррозии имеют тенденцию накапливаться в определенных участках металла. Эти продукты коррозии имеют элементный состав, отличный от исходного состояния. Новые составы, нанесенные на поверхность, приводят к изменениям в анодной и катодной зонах. По мере изменения анодных и катодных зон ранее не корродированные участки металла могут подвергаться воздействию коррозии. Это ускорит общую коррозию поверхности стали. Ниже обсуждаются структурные эффекты коррозии.
- ПОТЕРЯ ПРОЧНОСТИ
Коррозия уменьшает эффективное поперечное сечение конструктивных элементов. Это снижает осевую прочность и прочность на изгиб элементов и делает их конструктивно слабыми. Даже если проржавевшие элементы выглядят устойчивыми, это не означает, что они безопасны; фактически, проржавевшие конструкции становятся уязвимыми к расчетным нагрузкам (предельным нагрузкам), т.е. сильное движение грунта может увеличить нагрузку, превышающую допустимую для секций. В стальных и железобетонных конструкциях может произойти потеря прочности. Коррозия под изоляцией — CUI — часто наблюдается на нефтеперерабатывающих заводах и в нефтегазовой промышленности. Стальные секции, покрытые огнезащитной изоляцией, подвергаются коррозии в течение срока службы. Другим известным примером является пониженная способность элемента RC к изгибу и сдвигу.
- УСТАЛОСТЬ
Другим структурным воздействием коррозии является усталостная прочность стальных элементов, соединений и RC-элементов. Коррозия может ускорить распространение усталостных трещин в конструкционных сталях. Развитие точечной коррозии создает дополнительные точки концентрации напряжений, при которых может развиться растрескивание, что приведет к снижению усталостной прочности.
- СНИЖЕНИЕ ПРОЧНОСТИ СОЕДИНЕНИЯ
Пропускная способность композитных элементов, таких как RC-элементы, зависит от характеристик поверхности раздела бетон-арматура. При коррозии стали продукты коррозии расширяются. В результате на поверхности арматуры остается слой стали низкого качества. Этот слой плохо сцепляется с окружающим бетоном, поэтому он снижает пропускную способность секции. В случае соединений внахлест или анкеровки это может уменьшить эффективную длину анкеровки и привести к преждевременному выходу секций из строя.
- ОГРАНИЧЕННАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ
Коррозия может значительно снизить пластичность радиоуправляемых секций. Это имеет решающее значение при сейсмическом проектировании и оценке. Проржавевшие секции обладают меньшей пластичностью, что означает, что их пластическая деформация ограничена. Это повлияет на сейсмическую реакцию элементов. Коррозия арматуры в местах сращивания внахлест повлияет на передачу нагрузки в нахлестах, предотвращая развитие предела текучести.
- СНИЖЕНИЕ СПОСОБНОСТИ К СДВИГУ
Коррозия может уменьшить эффективную площадь поперечного сечения поперечной арматуры в балках и колоннах и снизить способность секции к сдвигу. В бетонных плитах это может снизить прочность плиты вблизи колонн на сдвиг и увеличить вероятность разрушения пробивки при сдвиге. В опорах коррозия может привести к разрушению основания при сдвиге, разрушению крепления или податливости стальной арматуры при изгибе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сталь является проверенным долговечным и эффективным строительным материалом, который используется со времен промышленной революции. Она экономична, эстетична, экологична и прочна. Однако, как и все металлы, сталь подвержена коррозии при воздействии атмосферы. Поэтому важно учитывать методы защиты от коррозии при строительстве объектов из открытой стали. Существует ряд различных систем защиты от коррозии, которые следует рассмотреть, в том числе:
- Горячее цинкование
- Дуплексные системы
- Цинковые покрытия
- Защитные покрытия
- Специальные стали
- Расходуемые аноды