Способ оценки защитных свойств ингибиторов коррозии стальной арматуры в бетоне
METHOD FOR EVALUATING THE PROTECTIVE PROPERTIES OF CORROSION INHIBITORS OF STEEL REINFORCEMENT IN CONCRETE

Изобретение относится к ингибиторной защите металлов от коррозии, а именно к способам ускоренной оценки защитных свойств ингибиторов коррозии стальной арматуры в бетоне.
Высокая щелочность поровой жидкости в бетоне обеспечивает пассивное состояние арматурной стали. Однако попадание в бетон хлоридов в процессе изготовления или эксплуатации железобетонных конструкций, снижение рН поровой жидкости за счет карбонизации и анодная поляризация арматуры блуждающими токами могут приводить к инициированию коррозии стальной арматуры. Ее коррозия - одна из частых причина выхода из строя железобетонных конструкций.
Для борьбы коррозией стальной арматуры используют ингибиторы, в т.ч. контактные, которые вводятся в бетон с водой затворения. Их ассортимент широк и подбор оптимального препарата требует сравнения их функциональных свойств. Возможность такого сравнения дают натурные испытания в условиях эксплуатации железобетонных конструкций. Однако такие испытания могут длиться годами, а иногда – десятилетиями.
Так, сравнительные испытания эффективности ингибиторов ИФХАН-85, ИФХАН-80, ИФХАН-82, нитрита кальция, бензоата натрия и ИФХАН-8 на Московской коррозионной станции ИФХЭ РАН продолжались 15 лет. Их результаты позволили ранжировать изучаемые препараты по эффективности /Гедвилло И.А., Жмакина А.С., Андреев Н.Н. Натурные испытания ингибиторов коррозии стальной арматуры в бетоне. Международная конференция «Актуальные вопросы электрохимии, экологии и защиты от коррозии» посвященная памяти Вигдоровича В.И. Тамбов: Изд-во ИП Чеснокова А.В., 2019, с. 92-95/[1]. При фиксированном содержании ингибитора (0.2% от массы цемента) она менялась в ряду: ИФХАН-85 > ИФХАН-80 > ИФХАН-82 > нитрита кальция > бензоата натрия > ИФХАН-8.
Длительность натурных испытаний привела к созданию способов ускоренной оценки защитных свойств ингибиторов коррозии стальной арматуры в бетоне /Алексеев С.Н. и др. Ингибиторы коррозии стали в железобетонных конструкциях. М.: Стройиздат, 1985. 272 с/[2]. Эти методы отличаются продолжительностью, ускоряющими коррозию факторами, критериями, используемыми для оценки эффективности ингибиторов, и в разной степени коррелируют с результатами натурных испытаний.
Аналогом предлагаемого способа ускоренной оценки защитных свойств ингибиторов коррозии стальной арматуры в бетоне являются испытания при полном погружении стальных образцов в хлоридсодержащий раствор гидроксида кальция /Андреев Н.Н., Старовойтова Е.В., Лебедева Н.А., Немков С.А. Ингибирование солями замещенных бензойных кислот коррозии стали в электролитах, имитирующих поровую жидкость бетонного камня. Материалы международной конференции «Проблемы долговечности зданий и сооружений в современном строительстве» Санкт-Петербург. 2007. с. 51 - 55. [3]/. В ходе этих испытаний, определяют концентрации ингибиторов, обеспечивающие полную защиту стали. Эти испытания непродолжительны (1 месяц) однако результаты ранжирования ингибиторов по их результатам редко совпадают с ранжированием по результатами натурных испытаний.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является способ, при котором в бетон, помимо ингибитора вводят хлорид. Далее железобетонные образцы экспонируют в натурных  условиях /Андреев Н.Н., Гедвилло И.А., Жмакина А.С., Булгаков Д.С. Натурные испытания эффективности ингибитора коррозии стальной арматуры в бетоне ИФХАН-80. Коррозия: материалы, защита. 2016. № 3. С. 21-24./[4] (прототип). В ходе испытаний, определяют процент прокорродировавшей поверхности стальной арматуры. Этот способ испытаний, в отличие от способа - аналога, достаточно точно воспроизводит результаты натурных испытаний, однако продолжителен (1 год).
Целью настоящего изобретения является разработка способа ускоренной сравнительной оценки защитных свойств ингибиторов коррозии стальной арматуры в бетоне, результаты которой совпадают с результатами натурных испытаний.
Поставленная цель достигается при измерениях времени до резкого возрастания плотности тока растворения стали, армированной бетоном, содержащим хлорид и ингибитор; экспонируемой в условиях капиллярного подсоса влаги и поляризованной анодно от источника постоянного тока.
При этом:
2
- за резкое возрастание плотности тока растворения стали принимается ее увеличение до величины 50 - 100 мкА/см;
- в бетон с водой затворения вводится от 3 до 4% (от массы цемента) хлорида натрия;
- анодная поляризация стали осуществляется от источника постоянного тока напряжением 1.2 - 1.5 В.
Ниже приводятся примеры реализации предложенного способа и подробное описание изобретения, поясняющее его техническую сущность.
В опытах использовали железобетонные цилиндрические отливки диаметром 40 мм и длиной 50 мм, изготовленные с использованием цемента Старооскольского завода, песка Вяземского карьера, просеянного через сито с ячейкой 2 мм, и водопроводной воды. Соотношение цемента, песка и воды было 1:2:0.4. В качестве арматуры использовали отрезки проволоки 08пс диаметром 5 мм и длиной 50 мм. Проволоку зачищали наждачной бумагой, обезжиривали спиртом, закрепляли по оси формы для отливок таким образом, чтобы один торец проволоки не доходил до нижнего торца формы на 7-9 мм, а второй выступал на такое же расстояние над верхним торцом. Затем форму заполняли бетонной массой. В бетон с водой затворения вводили хлорид натрия и ингибиторы коррозии арматуры ИФХАН-8, ИФХАН-80, ИФХАН-82, ИФХАН-85, нитрит кальция и бензоат натрия (0.2% от массы цемента). Отлитые образцы выдерживали 5 суток, после чего извлекали из форм.  Подготовленные таким образом образцы устанавливали нижним торцом в чашки Петри, заполненные на 5 мм 3%-ным раствором хлорида натрия. Образцы поляризовали анодно с использованием сухих элементов. Вспомогательным электродом служили отрезки проволоки из нержавеющей стали Х18Н10Т, которые помещали в те же ячейки, что и железобетонные отливки. Проходящий через образец при поляризации ток определяли по падению напряжения на сопротивлении 10 кОм. Его измеряли с помощью цифрового вольтметра Ф2000 раз в сутки. В ходе опытов определяли время до резкого возрастания тока растворения стали. На основании полученных данных проводили ранжирование испытанных ингибиторов по возрастанию защитной способности.
Коррозионные опыты по способу - аналогу проводили на образцах (40×20×1 мм) из стали 08пс с отверстием с одного края. Образцы зачищали наждачной бумагой и обезжиривали спиртом. В качестве электролита, моделирующего поровую жидкость бетона, использовали раствор, содержащий 1 г/л СаО и 30 г/л NaCl. Модельный раствор разливали в пластиковые (ПЭТ) ячейки емкостью 0.5 л с навесками ингибиторов. После измерения рН и, при необходимости, корректировки его до значения (12,25±0,05) раствором NaOH в электролит на нейлоновых нитях погружали стальные образцы. Далее ячейки герметично закрывали. Продолжительность опытов составляла 30 суток. В ходе опытов фиксировали минимальную концентрацию ингибиторов, обеспечивающую полную защиту стали. На основании полученных данных проводили ранжирование испытанных ингибиторов по возрастанию защитной способности.
Для испытаний по способу - прототипу готовили железобетонные цилиндрические отливки размером 40×40×160 мм. Для этого применяли материалы, аналогичные материалам, использованным при реализации предлагаемого метода. В качестве арматуры использовали отрезки стальной  проволоки диаметром 5 мм и длиной 120 мм. Проволоку закрепляли по оси формы для отливок и заливали бетоном так, чтобы она полностью была им покрыта. В бетон с водой затворения вводили ингибиторы коррозии арматуры ИФХАН-8, ИФХАН-80, ИФХАН-82, ИФХАН-85, нитрит кальция и бензоат натрия (0.2% от массы цемента) и хлорид натрия (3% от массы цемента). Отлитые образцы выдерживали 5 суток, после чего извлекали из форм. Подготовленные таким образом образцы экспонировали на московской коррозионной станции на открытом воздухе. Спустя год испытаний образцы раскалывали и оценивали площадь прокорродировавшей поверхности стали. На основании полученных данных проводили ранжирование испытанных ингибиторов по возрастанию защитной способности.
Ранжирование ингибиторов по результатам натурных испытаний /Гедвилло И.А., Жмакина А.С., Андреев Н.Н. Натурные испытания ингибиторов коррозии стальной арматуры в бетоне. Международная конференция «Актуальные вопросы электрохимии, экологии и защиты от коррозии» посвященная памяти Вигдоровича В.И. Тамбов: Изд-во ИП Чеснокова А.В., 2019, с. 92-95/ [1] принято за истинное и использовано для оценки корректности результатов испытаний по предлагаемому способу, способу - аналогу и способу - прототипу.
В таблице представлены продолжительность опытов и ранжирование ингибиторов при оценке их эффективности предлагаемым способом, а так же способом - аналогом и способом - прототипом.
Данные таблицы свидетельствуют, что при:
2
- выборе в качестве критерия резкого возрастания плотности тока растворения стали ее увеличение до значений от 50 до 100 мкА/см;
- введении в бетон с водой затворения от 3 до 4% (от массы цемента) хлорида натрия;
- использовании для поляризации стали источника постоянного тока напряжением от 1.4 до 1.6 В
предлагаемый способ оценки защитных свойств ингибиторов коррозии позволяет получить ряд роста эффективности ингибиторов, совпадающий с результатами, полученными в натурных испытаниях. При этом сам процесс испытаний занимает меньше времени, чем тестирование ингибиторов способом - аналогом и способом - прототипом (примеры 2-4, 7, 8, 11 и 12).
2
2
Выбор в качестве критерия резкого возрастания плотности тока растворения стали ее увеличение до значений меньших 50 мкА/см(пример 1) или больших 100 мкА/см(пример 5) приводит к искажению результатов ранжирования ингибиторов по эффективности по сравнению с результатами, полученными в натурных испытаниях.
Введение в бетон с водой затворения менее от 3% (от массы цемента) (пример 6) или более 5% (от массы цемента) хлорида натрия (пример 7) также приводит к искажению результатов ранжирования ингибиторов по эффективности по сравнению с результатами, полученными в натурных испытаниях.
Использование для анодной поляризации стали источника постоянного тока напряжением меньше 1.2 (пример 10) или больше 1.6 В (пример 13) также приводит к искажению результатов ранжирования ингибиторов по эффективности по сравнению с результатами, полученными в натурных испытаниях.
Испытания по способу-аналогу и способу-прототипу более продолжительны, чем испытания по предлагаемому способу. При этом испытания по способу - аналогу давали ряд изменения эффективности ингибиторов, отличный от ряда, полученного в натурных испытаниях.
Таким образом, использование предлагаемого способа ускоренной оценки защитных свойств ингибиторов коррозии стальной арматуры в бетоне обеспечивает более быстрое и точное сравнение эффективности препаратов по сравнению со способом и - аналогом и способом - прототипом.
Использование предлагаемого изобретения позволит сократить время подбора контактных ингибиторов для защиты от коррозии стальной арматуры в бетоне.
Литература
1. Гедвилло И.А., Жмакина А.С., Андреев Н.Н. Натурные испытания ингибиторов коррозии стальной арматуры в бетоне. Международная конференция «Актуальные вопросы электрохимии, экологии и защиты от коррозии» посвященная памяти Вигдоровича В.И. Тамбов: Изд-во ИП Чеснокова А.В., 2019, с. 92-95.
2. Алексеев С.Н. и др. Ингибиторы коррозии стали в железобетонных конструкциях. М.: Стройиздат, 1985. 272 с.
3. Андреев Н.Н., Старовойтова Е.В., Лебедева Н.А., Немков С.А. Ингибирование солями замещенных бензойных кислот коррозии стали в электролитах, имитирующих поровую жидкость бетонного камня. Материалы международной конференции «Проблемы долговечности зданий и сооружений в современном строительстве» Санкт-Петербург. 2007. с. 51 - 55.
4. Андреев Н.Н., Гедвилло И.А., Жмакина А.С., Булгаков Д.С. Натурные испытания эффективности ингибитора коррозии стальной арматуры в бетоне ИФХАН-80. Коррозия: материалы, защита. 2016. № 3. С. 21-24.