Есть мнение Антикоррозийные покрытия Исследование антикоррозийной стойкости эпоксидных материалов, используемых в строительстве

Исследование антикоррозийной стойкости эпоксидных материалов, используемых в строительстве

В последнее время эпоксидные полимерные материалы широко используются в строительстве. Однако данных по устойчивости эпоксидных составов к коррозии и влиянию этих составов на коррозионную стойкость строительных конструкций очень мало. В статье рассматривается атмосферная коррозионная стойкость эпоксидных полимерных материалов в условиях естественной эксплуатации, а также при использовании ускоренных методов старения.

Скорость коррозионного процесса, протекающего по электрохимическому механизму, зависит от скорости двух сопряженных электрохимических реакций: анодной, заключающейся в переходе ион-атомов металла из решетки в раствор, которая сопровождается освобождением электронов, и катодной, заключающейся в ассимиляции освобождающихся при анодной реакции электронов.

На схеме представлены четыре возможных варианта возникновения скачков потенциала на границе металл-электролит. При переходе некоторого количества металла из решетки в раствор (схема А) освобождается количество электронов, эквивалентное остающемуся на поверхности металла. Это приводит к тому, что раствор вблизи поверхности металла обогащается избыточным количеством положительных зарядов, перешедших из металла в раствор вместе с катионами. В результате на границе металл-электролит появляется двойной электрический слой, в котором металл оказывается отрицательно заряженным, а электролит - положительно заряженным, в результате возникает скачок потенциала.

Когда энергия связи ион-атом металла с электронами больше энергии гидратации, переход ион-атома металла из решетки в раствор становится уже невозможным. В этом случае какое-то количество положительно заряженных частиц высадится из раствора на поверхность металла, которая получит избыточное количество положительных зарядов. Металл окажется положительно заряженным, а электролит, в котором остались избыточные анионы, отрицательно заряженным. На границе металл-электролит может также возникнуть или двойной электрический слой с положительной обкладкой в металле и отрицательной - в электролите (схема Б), или двойные слои, обе обкладки которых находятся в жидкости (схема В), или же двойные слои, обе обкладки которых расположены в металле (схема Г).

Разрушение по схеме (схема Г), когда двойной электрический слой образуется в металле, наиболее характерно для строительных конструкций, так как при положительно заряженных частицах металла реакция с отрицательно заряженными группами -ОН протекает с максимальной скоростью.

Причиной возникновения скачка потенциала могут стать технологические нарушения в нанесении первого слоя полимерного материала (ПМ) на участок металлоконструкции или низкая стойкость самого ПМ к длительному воздействию влаги. Данный вид коррозионного процесса относится к щелевой коррозии (коррозия в зазорах металла с ПМ), также его можно отнести к коррозии под напряжением, поскольку элементы строительных конструкций находятся не только под воздействием коррозионной среды, но и нагрузки.

зучение коррозионной стойкости ПМ проводили по ГОСТ 9.054-75. Сущность используемого метода заключалась в выдерживании металлических пластин с нанесенным на них слоем отвержденного ПМ в различных климатических камерах, в том числе и в камере соляного тумана.

Для испытаний использовались пластины из стали.Ст 10 размером 50x50x3 мм, на которые наносился слой ПМ толщиной от 0,05 до 0,3 мм. В качестве ПМ использовалась эпоксидная смола ЭД-20 и по-лиэтиленполиамин (ПЭПА). Стойкость ПМ к длительному воздействию коррозионной среды оценивали через массовый показатель коррозии К_мас. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Визуальный осмотр образцов после проведения коррозионных испытаний показал, что после выдержки их в камере соляного тумана в течение 48 и более часов имеет место частичное отслоение слоя ПМ от металла. Такой тип разрушения связан с тем, что воздействие воды, в основном, направлено на разрушение адгезионных связей и в меньшей степени вызывает разрушение самого ПМ. Это объясняется тем, что влага проникает по граничному слою и оказывает расклинивающее действие. Характер разрушения соединения под действием воды меняется от когезионного к адгезионному после выдержки в камере соляного тумана в течение 72 час.

Таким образом, проведенные испытания показали, что используемый ПМ не является причиной коррозионных повреждений, а наоборот, защищает поверхность металла от воздействия влаги. Защитное действие ПМ обусловлено специфическим влиянием адгезии, благодаря которой обеспечивается пассивация поверхности металла, торможение анодных реакций и существенное замедление отвода продуктов коррозии.

Таким образом, можно предположить, что чем выше будет адгезионное взаимодействие между металлом и ПМ, тем более эффективными антикоррозионными свойствами будет обладать данный ПМ. Данное предположение экспериментально определялось при использовании различных методов очистки поверхности металла и двух разных типов ПМ. Условия эксперимента и полученные результаты приведены в таблице 2. В качестве ПМ, наряду с ранее применяемым клеем на основе ЭД-20 и ПЭПА, также использовали эпоксидный ПМ горячего отверждения марки ВК-36, поскольку он обладает наибольшими значениями адгезионной прочности.

Таким образом, высокая адгезия (у ВК-36 она практически в два раза выше, чем у ЭД-20+ПЭПА) изменяет характер энергетического состояния поверхности металла, и можно полагать, что имеет место его пассивация, обусловленная адсорбционными процессами.

Качество защитных свойств ПМ во многом зависит не только от свойства самих ПМ и технологии их нанесения, но и от квалификации исполнителей и общей культуры труда. Практика организации строительных и ремонтных работ показывает, что мелочей в технологии нанесения ПМ нет и влияние на качество оказывают все факторы, в том числе и температура, при которой происходит процесс приготовления ПМ, форма емкости, в которой происходит процесс приготовления ПМ, форма инструмента, с помощью которого происходит перемешивание ПМ и его нанесение, и многие другие факторы. Строгое соблюдение технологического регламента будет способствовать повышению качества антикоррозионной защиты и, как следствие, качества строительных конструкций.

Список литературы:

1. Басов Ф.А. Интеллектуальные композиционные материалы и перспективы их применения // Все материалы. Энциклопедический справочник - 2006, № 1, с. 3-7.
2. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. - М.: АН СССР, 1959,592 с.
3. Гриб В.В., Жуков Р.В., Петрова ИМ., Буяновский И.А. Диагностические модели изменения технического состояния механический систем, -ч. 1./ Под общ. ред. В.В. Гриба. - МАДИ (ГТУ). - М.: МАДИ, 2007,300 с.

Н.И. БАУРОВА, канд. техн. наук, МАДИ (ГТУ)
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ, ТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА №10, 2008