Почвенная коррозия

Почвенная коррозия

Почвенная коррозия - процесс разрушения металлов, который происходит под воздействием агрессивной окружающей среды. К основным причинам, которые вызывают почвенную коррозию, относятся: повышенное содержание влаги, органических веществ, кислот и солей в почве; неоднородный химический состав почвы; перенасыщение грунта кислородом. Под воздействием всех этих факторов на поверхности металла образуются гальванические пары, сопровождающиеся движением тока, происходящим между металлом и окружающей средой. В последствие образуются катодные и анодные зоны, а также разрушение металла. Воздействию почвенной коррозии подвергаются расположенные под землей трубопроводы, сваи, резервуары, емкости, опоры, а также многие другие виды металлоконструкций.
Уровень интенсивности почвенной коррозии во многом зависит от состояния почвы, основным показателем которой являются удельное сопротивление грунта и уровень его кислотности.

В соответствии с уровнем удельного сопротивления почвы делятся на:

- низкоагрессивные (песок, камень, глина);
- среднеагрессивные (слабый чернозем, суглинистая и лесная почва);
- высокоагрессивные (торфяник, перегной, чернозем).

По уровню кислотности (pH) почвы также делится на виды:

- pH ≤ 5 -грунт с содержанием раствора кислот (чернозем, торф, перегной, производственные отходы);
- pH = 5-10 - нейтральный грунт (глина, камень, песок)%
- pH = 10-15 - грунт щелочного типа, в состав которого входят натриевые, кальциевые, калиевые и другие виды солей (зола, удобрения, известь).

Разные типы металлов имеют различную подверженность почвенной коррозии. К примеру, свинец в основном разрушается под воздействием щелочей, а алюминий - щелочей и кислот. Интенсивность почвенной коррозии возрастает с увеличением уровня насыщенности почвы кислородом и влагой.
Почва и грунт являются очень сложными природными средами, особенности которых необходимо обязательно учитывать при изучении протекающих в них процессов коррозии. Влага в грунте может присутствовать в капиллярном, связанном и гравитационном состоянии. При этом связанная влага, которая входит в состав любых гидратированных химических соединений, не влияет на почвенную коррозию. Уровень подъема и повышения капиллярной влаги в основном зависит от радиуса грунтовых пор. Грунтовые воды и пористость почвы определяют уровень влажности, влияющий на почвенную коррозию. Влага, находящаяся в гравитационном состоянии перемещается в грунте под влиянием силы притяжения и также оказывает влияние на насыщение почвы влагой. При увеличении уровня влажности грунта показатели коррозионной активности растут до того момента, пока не достигнут определенного критического уровня. В последствии при увеличении уровня влажности почвенная активность снижается, что связано с уменьшением притока кислорода, который является участником катодной реакции.
Важным является и показатель воздухопроницаемости грунта, так как затруднения доступа кислорода замедляет процесс коррозии, поэтому песчаные почвы зачастую являются более агрессивными, чем глинистые. К примеру, если трубопровод имеет равномерное расположение в таких почвах, то при неравномерном доступе кислорода будут возникать микрогальванические коррозийные участки, при этом анодная зона будет находиться в глинистом грунте, а катодная - в песчаном. Земельная коррозия будет интенсивно протекать на тех участках, где аэрация почвы будет нарушена, при этом катодные и анодные участки могут находиться на значительном расстоянии друг от друга. Наивысшая скорость при которой развивается почвенная коррозия происходит при уровне влажности грунта 14%-25% из-за уменьшения уровня омического сопротивления элементов коррозии. Кроме равномерной почвенной коррозии металлические конструкции могут подвергаться питтингу и коррозийному растрескиванию. Зачастую питтингу подвержены нижние части металлических труб или емкостей, которые находятся в постоянном и непрерывном контакте с грунтом, а коррозионное растрескивание поражает катодно поляризованные трубопроводы с нарушениями защитных покрытий.

Причиной почвенной коррозии могут быть блуждающие токи, которые могут вызвать серьезные разрушения подземных коммуникаций и промышленных сооружений. Блуждающие токи появляются вследствие проникновения в грунт постоянного тока, источниками которого является подземный и наземный электротранспорт (метро, трамвай, троллейбус), а также электросварочные агрегаты. Те участки, в которых блуждающий ток проникает из земли в металлическую конструкцию (корпус) становятся катодами, а участки, отдающие ток в почву из металла - анодами. При этом интенсивность поражения почвенной коррозии напрямую зависит от величины блуждающего тока и находится в подчинении закона Фарадея. Если анодная область достаточно равномерно распределяется по большой поверхности, то коррозийные воздействия не могут стать причиной значительных разрушений, но в местах с нарушенным неметаллическим защитным покрытием они могут нанести значительный ущерб.
Для защиты от блуждающего тока используется специальный дренаж, который представляет собой металлическую шину, которая соединяет источник блуждающего тока с его приемником. Если установка дренажа технически невозможна, то по направлению рельса устанавливают специальный анод, который чаще всего выполняется из чугуна, его соединяют при помощи медного проводника с анодной областью приемника. Также следует учитывать уровень электропроводности грунта, которая напрямую зависит от его минералогического состава, а также содержания влажности и солей. При этом каждая разновидность почвы имеет свои определенные показатели электропроводности, которая может колебаться в пределах от нескольких целых единиц до десятков сотен Ом/метр. Большое влияние на электропроводность почвы оказывает ее соленость, так как при увеличении солености анодный и катодный процессы протекают легче и быстрее, что значительно снижает электросопротивление. Зачастую после определения электропроводности почвы можно охарактеризовать ее коррозийною агрессивность, исключением являются насыщенные влагой типы грунтов. Также неоднородность почвенного состава вызывает возникновение гальванопар, которые значительно ускоряют почвенную коррозию и способствуют неравномерным разрушениям поверхности.
Влияние температуры почвы также оказывает влияние на почвенную коррозию, так как ее колебания могут быть достаточно значительными. В зимний период происходит замерзание свободной влаги, которая находится в почвенных капиллярах, что способствует уменьшению интенсивности почвенной коррозии. Такое же воздействие оказывает и благодаря уменьшению аэрации металлических конструкций. В летний период уровень почвенной коррозии также может замедлиться вследствие значительного пересыхания слоев почвы. Наиболее сильный ущерб от почвенной коррозии происходит в период межсезонья, когда почва максимально наполняется влагой. При этом температурные показатели грунта напрямую зависят от географического месторасположения, погодных условий, а также времени суток. Если металлическая конструкция достаточно большая и протяженная, то по всей ее длине под влиянием температур могут образовываться термогальванические коррозионные пары, усиливающие почвенную коррозию.
Также на возникновение и развитие почвенной коррозии могут оказывать влияние живущие в почве микроорганизмы, которые подразделяются на: аэробные, жизнедеятельность и размножение которых невозможно без кислорода, и анаэробные, которым кислород не требуется. Почвенная коррозия, причиной которой стали микроорганизмы, называется биологической или биохимической. Бактерии аэробного типа вызывают окисление серы и осаждают железо, при этом сера может превратиться в серную кислоту, которая резко увеличивает скорость почвенной коррозии. Если уровень pH почвы будет иметь показатели в пределах 4-10, то начнется процесс развития бактерий, перерабатывающих железо. В процессе их жизнедеятельности происходит поглощение ионов железа и выделение его нерастворимых соединений, что значительно увеличивает показатели гетерогенности поверхностей и почвенной коррозии. Микроорганизмы анаэробного типа способствуют выработке углеводорода, сероводорода, угольной кислоты и многих других химических соединений, способных разрушать защитные покрытия и изменять характеристики и показатели грунта. Самыми опасными среди анаэробных микроорганизмов являются сульфатредуцирующие, а оптимальными средами их существования являются болотные, илистые и глинистые почвы. Выделяемые ими сероводород и сульфиды становятся причиной возникновения рыхлого поверхносного слоя сульфида железа на пораженной поверхности.
Для того чтобы защитить металлические конструкции от возникновения и развития почвенной коррозии применяются несколько методов, которые могут быть активными (электрохимическими) и пассивными (избегание воздействия окружающей среды). Для высокоррозионных грунтов используется комплексная защита - защитное покрытие, изоляция, специальная искусственная среда, электрохимическая защита, специализированные методы укладки металлической конструкции.
Одним из самых широко используемых методов защиты от почвенной коррозии является применение изоляционных покрытий, к которым применяются особые технические требования. Такое покрытие должно быть нанесено сплошным слоем, устойчивым к появлению повреждений, трещин и царапин; обладать хорошей адгезией и металлоподложкой; отличаться устойчивостью к электрическому и химическому воздействию, а также перепадам температур в пределах +50-50⁰С; иметь устойчивость к биологическому и механическому воздействию. Защитные покрытия могут быть полимерного или мастичного типа, а главным его заданием является полная изоляция конструкции от влияния окружающих факторов. Наиболее качественным защитным покрытием считается поливинилхлоридное, которое имеет самый длительный срок эксплуатации, а самым некачественным покрытием является цементное.

Для защиты от почвенной коррозии металлоконструкций большой протяженности используют метод создания искусственной атмосферы. Для этого необходимо создать грунт с однородным составом или понизить уровень его агрессивности на определенных участках. Такой метод является достаточно затратным и сложным, так как требует применения большого количества различных видов техники, строительных материалов и рабочей силы.
Часто для защиты от почвенной коррозии применяют метод катодной защиты, при которой металлоконструкции придают определенный электрический потенциал отрицательного свойства, затрудняющий процесс термодинамики окисления металла. Для этого применяют специальные катодные или протекторные установки. Катодная защита заключается в создании катодной поляризации с использованием внешнего источника подачи тока, в качестве которого могут использоваться батареи, выпрямители и генераторы постоянного тока. Для этого на всей протяженности металлоконструкции необходимо установить специализированные станции (установки) для катодной защиты. Протекторная защита представляет собой присоединение к конструкции металлических электродов, которые имеют большую электроотрицательность для данной конкретной среды. Обычно в качестве металлических протекторов используют электроды, выполненные из алюминия и его сплавов, а также магния и цинка.
Для того чтобы защитить металлическую конструкцию от насыщенного влагой грунта используют специальные методы прокладки, которые заключаются в применении специальных коллекторов с неметаллическими подкладками и защитных кожухов в виде железобетонных плит или металла.

Расскажи о нас:

Nanoprotech в соцсетях

Подписка на новости

 

Имя:
E-mail:
Новости компании, акции,
мероприятия. Рассылка один раз в неделю. Гарантируем не передавать ваши данные третьим лицами.
 

Защита от коррозии

podval_1

Защита электрики

podval_2

Универсальная защита

podval_3

ОOО “Инновационные Технологии”, г. Санкт-Петербург.