Ингибиторы коррозии стали и их классификация

Для защиты арматуры в бетоне от коррозии применяются модификаторы — ингибиторы коррозии стали. Они представляют собой вещества, которые способны тормозить коррозию металла при различных химических реакциях. Ингибиторы, подавляющие анодную реакцию, называются пассиваторами.

Условия и порядок применения ингибиторов связаны с рядом вопросов: продолжительностью ингибирующего действия, диффузионным выносом из бетона, влиянием карбонизации бетона. В основном, их использование рекомендуется в плотных бетонах при наличии в последних хлоридов как ускорителей твердения. Так, разработан модификатор полифункционального действия ННХК — смесь нитрита, нитрата и хлорида кальция. В качестве ингибитора, подавляющего агрессивное действие хлорида, применен нитрит кальция. Вместе с нитратом он ускоряет связывание хлорида кальция в труднорастворимый гидрохлоралюминат кальция. Так же действуют эти соли при проникании хлоридов в бетон извне. Разработан также модификатор ННСК (нитрит-нитрат-сульфат кальция) аналогичного действия, применение которого рекомендуется при изготовлении конструкций, предназначенных для сооружения цехов, где в атмосфере присутствуют газообразный хлор и хлористый водород. Использование модификатора этого типа, а также нитрита натрия и ННК в плотном бетоне дает возможность в случае ограниченной концентрации указанных веществ в воздухе не прибегать к защите поверхности конструкций.

Первоначальное пассивирующее действие бетона по отношению к арматуре является фактором необходимым, но недостаточным для длительной сохранности арматуры. Для защитного действия бетона важно, чтобы у поверхности арматуры рН жидкой среды не падал, а содержание хлоридов соответственно не превышало критического значения. Если источником этих изменений является окружающая среда, то длительность защиты арматуры будет тем больше, чем меньше степень проницаемости бетона и больше толщина защитного слоя.

В бетоне с 2% СаСl2 при толщине защитного слоя 0,2…0,5 см имеет место сильная коррозия арматуры. Введение в бетон нитрит-нитрата кальция ННК в соотношении 1:1 с СаСl2 обеспечивает в этом случае защиту от коррозии. Однако может иметь место появление локальных участков коррозии, что наблюдалось при изучении коррозии железа в нейтральных растворах. В бетоне, не содержащем хлорида кальция, ННК полностью ликвидирует опасность разрушения арматуры даже при испытании в таких жестких условиях, как попеременное увлажнение и высушивание. Поскольку увеличение толщины защитного слоя бетона ведет к утяжелению конструкции, следует снижать проницаемость бетона, которую наиболее целесообразно оценивать по диффузионной проницаемости. Последняя в наибольшей степени зависит от водоцементного отношения и, кроме того, от вида цемента, крупности, гранулометрии и чистоты заполнителей, подвижности и способа уплотнения бетонной смеси, режима твердения бетона.

Эффективность применения ингибиторов в железобетоне тесно связана с особенностями механизма их действия в цементной системе. Ингибиторы делятся на анодные, катодные и смешанного действия. По химической природе они могут быть неорганическими и органическими. Неорганические ингибиторы, воздействующие, главным образом, на анодный процесс, применяются в нейтральных электролитах. Органические ингибиторы, изменяющие в первую очередь кинетику катодных процессов, но оказывающие также влияние и на анодную реакцию, применяются, в основном, в кислых средах.

Европейская федерация коррозии подразделяет ингибиторы на три класса: поверхностно-активные (ПАИ), пленочные (ПИ) и мембранные (МИ).

ПАИ применяют преимущественно в кислых и щелочных водных средах. Они замедляют переход иона через гельмгольцевскую часть двойного электрического слоя, а также через стадию передачи электрона. Блокирование поверхности металла происходит вследствие адсорбции или комплексообразования, но возможна и хемосорбция. В присутствии оксидной пленки ПАИ сорбируются слабо и их защитное действие снижается.

ПИ тормозят проникание агрессивных реагентов. Они могут изменять поверхностный заряд электрода и потенциал в диффузной части двойного электрического слоя или механически тормозить стадию транспортирования. Ингибиторы этого класса действуют только в разбавленных электролитах, сорбируются на чистых металлических поверхностях и не препятствуют транспортированию кислорода.

МИ оказывают тормозящее действие на тех же стадиях, что ПАИ, ПИ и способствуют возникновению значительного омического сопротивления. В нейтральных и щелочных средах они создают пористую мембрану из молекулярных слоев, образующуюся при взаимодействии неорганических или органических ионов с окисленным слоем металла или продуктами коррозии, и в присутствии хлоридов не препятствуют коррозии.