Влияние ускорителей фосфатирования и ингибиторов коррозии железобетонных конструкций на деструкцию арматуры и бетонов

УДК 66.097.8:669.14.018.291

В.Е. Румянцева, К.Е. Румянцева, В.С. Коновалова

ВЛИЯНИЕ УСКОРИТЕЛЕН ФОСФАТИРОВАНИЯ И ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ДЕСТРУКЦИЮ АРМАТУРЫ И БЕТОНОВ

Рассмотрено ингибирующее влияние нитратов и нитритов металлов на коррозию железобетонных конструкций, рассчитаны показатели коррозии и на их основании сделан вывод об оптимальном количестве ингибиторов в растворах фосфатирования и бетоне.

Ключевые слова: коррозия, фосфатирование, бетон, арматура, ингибиторы, железобетон

Согласно стандарту ISO 8044-1986 ингибиторами коррозии (ИК) называют химические соединения, которые, присутствуя в коррозионной системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии без значительного изменения любого коррозионного реагента. Ингибиторами коррозии могут быть и композиции химических соединений. Содержание ингибиторов в коррозионной среде должно быть небольшим [1].

Объектами исследования явились арматурная сталь Ст3, а также образцы бетона. О коррозионном состоянии сплава можно судить по характеру анодных поляризационных кривых [2,3]. Поэтому изучение влияния различных добавок в коррозионную среду на устойчивость стали является актуальным. С помощью метода поляризационных измерений получены анодные поляризационные кривые в 10% растворе NaCl без добавок и с добавками нитратов и нитритов калия и натрия, нитратов магния, цинка и кальция. Выбор этих соединений в качестве добавок обусловлен тем, что традиционно с целью сокращения режима те-пловлажностной обработки, в бетонную смесь вводят в качестве ускорителей твердения нитраты натрия и кальция, а нитраты магния, калия и цинка используют как ингибиторы коррозии бетона и стальной арматуры [4]. Нитриты щелочных металлов добавляют в растворы холодного фосфати-рования для ускорения формирования защитной фосфатной пленки.

Анализ полученных поляризационных кривых, пример которых приведен на рисунке, показал, что в целом введение нитратов калия и цинка, а также нитрита натрия в малых концентрациях тормозит процесс коррозии арматуры; при больших концентрациях эти соединения являются активаторами, т. к. наблюдается его ускорение.

Исходя из полученных графических зависимостей, для наибольшего достигнутого тока рассчитан отрицательный показатель изменения массы Km , (табл. 1) [5]:

Km - -

,

26,8&

где I - коррозионный ток, А; А - атомная масса металла, г; г - валентность иона металла, преходящего в раствор; - поверхность анода, м2.

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1, мкА

Рис. Поляризационные кривые для образцов Ст3 в 10% растворе NaCl с добавками NaNO2 Fig. Polarization curves for steel samples in 10% NaCl solution with the addition of NaNO2

Таблица 1

Значения отрицательного показателя изменения массы образцов из стали марки Ст3 в растворах 10% NaCl с добавками Table 1. Values of the negative indicator of mass change of steel samples in solutions of 10% NaCl with additives

Добавка 0,5% Показатель изменения массы Km , г/м2ч Добавка 1% Показатель изменения массы Km , г/м2ч Добавка 1,5% Показатель изменения массы Km , гУЛ

- 7,96 - 7,96 - 7,96

KNO3 0,71 KNO3 0,777 KNO3 0,649

Mg(NO3)2 0,999 Mg(NO3)2 1,092 Mg(NO3)2 1,004

Ca(NO3)2 1,048 Ca(NO3)2 1,062 Ca(NOs)2 1,178

NaNO3 1,055 NaNO3 1,388 NaNOs 0,982

Zn(NO3)2 0,899 Zn(NO3)2 1,284 Zn(NOs)2 1,004

NaNO2 0,652 NaNO2 0,674 NaNO2 0,701

kno2 0,956 kno2 1,001 kno2 1,043

Анализ результатов показал, что наилучшими ингибиторами коррозии арматуры из стали

марки Ст3 являются добавки 0,5%, 1% и 1,5% ККО3. В этих растворах уменьшение массы образцов происходило наиболее медленно.

Методом коррозионных измерений [6] получены экспериментальные данные для стали марки СтЗ в растворе №С1 с добавками нитритов калия и натрия, нитратов калия, магния, кальция натрия и цинка. С использованием графического метода для наибольшего значения достигнутого тока рассчитаны показатели коррозии: степень анодного контроля Са, %; степень катодного контроля Ск, %; степень омического_ контроля Сом, %; показатель изменения массы Кт , г/м2ч; глубинный показатель коррозии Кь мм/год (табл. 2-4).

АФа

Са =

j

С,. =

Pa jP.

•100% ,

100%,

См = -

j Pa jP

ом

•100%,

jP

к h = К

j P .

_ 8,76

n

P ме

Добавка 0,5% Степень анодного контроля Ca,% Степень катодного контроля Ск, % Степень омического контроля Сом, % Показатель изменения массы Кт , г/м2 ч Глубинный показатель коррозии 103 Kh, мм/г

- 9 73 18 2,55 6,82

KNO3 18 59 23 1,02 1,15

Mg(NO3)2 15 59 26 1,26 1,41

Ca(NO3)2 14 57 29 1,32 1,48

NaNO3 20 42 38 1,563 1,75

Zn(NO3)2 13 64 23 1,63 1,83

NaNO2 19 60 21 0,785 0,86

kno2 15 56 29 1,22 1,4

чение содержания ингибиторов до концентрации выше 1,5 % оказалось нецелесообразным, поскольку возрастание степени анодного контроля для них не сопровождается увеличением показателей изменении массы и глубинных показателей коррозии.

Таблица 3

Показатели коррозии Ст3 в растворах NaCl 10% с

1% добавками Table 3. Indicators of corrosion of ST 3 steel samples in 10% NaCl solutions with 1% additives

где: Ca - степень анодного контроля, %; С, - степень катодного контроля, %; Kh - глубинный показатель коррозии, мм/год; рме - плотность металла, г/см3.

Таблица 2

Показатели коррозии Ст 3 в растворах 10% NaCl с

0,5% добавками Table 2. Indicators of corrosion of St 3 steel samples in 10% NaCl solutions with 0.5% additives

Добавка 1% Степень анодного контроля Ca,% Степень катодного контроля Ск, % Степень омического контроля Сом, % Показатель изменения массы Кт-, г/м2 ч Глубинный показа-те ль коррозии 103 Kh, мм/г

- 9 73 18 2,55 6,82

KNO3 11 64 25 1,904 2,25

Mg(NOs)2 10 61 29 2,44 2,89

Ca(NOs)2 8 54 38 5,57 6,59

NaNOs 16 59 25 1,99 2,35

Zn(NOs)2 8 68 24 0,929 1,099

NaNO2 13 65 22 0,947 1,002

kno2 10 60 30 1,43 1,99

Таблица 4

Показатели коррозии Ст 3 в растворах NaCl 10% с

1,5% добавками Table 4. Indicators of corrosion of St 3 steel samples in 10% NaCl solutions with 1.5% additives

Добавка 1,5% Степень анодного контроля Ca,% Степень катодного контроля Ск, % Степень омического контроля Сом, % Показатель изменения массы Кт-, г/м2 ч Глубинный показа-те ль коррозии 103 Кь мм/г

- 9 73 18 2,55 6,82

KNO3 18 60 22 0,891 1,001

Mg(NO3)2 14 61 25 0,846 0,95

Ca(NO3)2 13 59 28 1,271 1,43

NaNO3 20 42 38 1,563 1,75

Zn(NO3)2 12 77 21 0,899 1,01

NaNO2 20 65 15 0,86 0,995

kno2 17 60 23 1,067 1,186

Судя по рассчитанным показателям коррозии, наилучшими ингибирующими свойствами обладают добавки нитрата и нитрита натрия, нитратов калия и магния (при высокой степени анодного контроля низкие показатели изменения массы и глубинные показатели коррозии). Наиболее оптимальна концентрация добавок 0,5 %, увели-

ВЫВОДЫ

В качестве наилучших ингибиторов коррозии определены добавки нитрата и нитрита натрия, нитратов калия и магния с концентрацией не выше 0,5%.

Для ускорителей процесса образования фосфатной пленки при холодном фосфатировании рекомендовано содержание нитрита натрия в растворе 2-4 г/л.

.

a

ЛИТЕРАТУРА

1. ISO 8044:1986. Коррозия металлов и сплавов. Термины и определения;

ISO 8044:1986. Corrosion of metals and alloys. Terms and definitions (in Russian).

2. Эванс Я.Р. Коррозия и окисление металлов. Пер. с англ. М.: Машгиз. 1962. 855 с.;

Evans Ya.R. The corrosion and oxidation of metals. M.: Mashgiz. 1962. 855 р. (in Russian).

3. Федосов С.В., Румянцева В.Е., Румянцева К.Е., Хру-

нов В. А. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2011. Т. 54. Вып. 6. С. 96-100;

Fedosov S.V., Rumyantseva V.E., Rumiantseva K.E., Khrunov V.A. // Izv. Vyssh. Ucheb. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 6. P. 96-100 (in Russian).

4. Цителаури Г.И. Учеб. для вузов по спец. «Производство строительных изделий и конструкций». М.: Высш. Шк. 1986. 312 с.;

Zitelauri G.I. Textbook. for universities on speciality "Production of building products and structures". M.: Vyssh. Shkola. 1986. 312 p. (in Russian).

5. Романов В.В. Методы исследования коррозии металлов. М.: Металлургия. 1965. 28 с.;

Romanov V.V. Research methods of corrosion of metals. M.: Metallurgiya. 1965. 28 p. (in Russian).

6. Томашов Н.Д., Жук Н.П., Титов В. А., Веденеева М.А.

Лабораторные работы по коррозии и защите металлов. М.: Металлургия. 1971. 140 с.;

Tomashov N.D., Zhuk N.P., Titov V.A., Vedeneeva M.A.

Laboratory works on corrosion and protection of metals. M.: Metallurgiya. 1971. 140 p. (in Russian).

Кафедра химии, экологии и микробиологии

УДК 544.654.076.324.2:546.21 Д.А. Филимонов, Т.Ф. Юдина, И.В. Братков, М.И. Базанов, Т.В. Ершова

МЕТОД ЦИКЛИЧЕСКОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОКИСЛЕННОГО

ГРАФИТА В ЩЕЛОЧНОМ РАСТВОРЕ

е-шай: daf81@mail.ru

Методом циклической вольтамперометрии в щелочном растворе проведено исследование электрохимических и электрокаталитических свойств окисленного графита (ОГ). Представлены данные выбора условий исследований. Проведена оценка электрокаталитической активности ОГ в реакции восстановления молекулярного кислорода в щелочном растворе, определено эффективное число электронов для данного процесса.

Ключевые слова: окисленный графит, циклическая вольтамперометрия, щелочная среда

Наиболее активными и стабильными являются катализаторы на основе благородных металлов, однако высокая стоимость и дефицитность металлов требуют либо снижения их количества при максимальной эффективности их использования, либо поиска альтернативной замены. Это возможно реализовать путем применения катализаторов на основе различных порошковых носителей с развитой поверхностью [1-2]. Одной из главных функций носителя является создание высокоразвитой поверхности с большим числом активных центров. Носитель должен быть относительно дешев, электропроводен и обладать достаточной химической и электрохимической стабильностью. Наконец, его пористая структура и гидрофильно-гидрофобные свойства должны изменяться в широких пределах для обеспечения необходимых макрокинетических параметров.

Перечисленным выше требованиям удовлетворяют углеродные материалы.

Одним из таких материалов является окисленный графит (ОГ) - продукт гидролиза ин-теркалированного графита, служащий в качестве сырья для производства терморасширенного графита (ТРГ).

В работах [3-4] описана возможность получения (как правило, в лабораторных условиях) соединений внедрения с различными углеродными материалами, обладающими графитовой или близкой к ней структурой: природными и искусственными графитами, графитированными углеродными волокнами, пиролитическим графитом, шунгитом, антрацитом, углями и др.

Интеркалированный графит и соединения внедрения, полученные на основе других углеродных матриц, нашли множество применений [3-4], в