Ингибирование коррозии стальной арматуры
научный журнал «Актуальные исследования» #3 (6), февраль '20

Ингибирование коррозии стальной арматуры

Рассмотрено ингибирующее влияние солей различных металлов на коррозию стали. С помощью поляризационных измерений получены данные, позволяющие рассчитать показатели коррозии. Для обеспечения лучшего результата рассмотрена возможность комбинирования добавок ингибиторов коррозии.

Аннотация статьи
ингибиторы
коррозия стали
показатели коррозии
ингибирование коррозии
стальная арматура
Ключевые слова

Количество металла, превращенного в продукты коррозии за определенное время, относят к коррозионным потерям. Коррозионные потери единицы поверхности металла в единицу времени характеризуют скорость коррозии [1, с. 116].

Для предотвращения коррозионного процесса или снижения его скорости в агрессивную среду вводят специальные добавки – ингибиторы коррозии. Содержание ингибиторов в коррозионной среде должно быть небольшим [2, с. 133]. Поскольку экономические потери от коррозии металлов огромны, изучение влияния различных добавок в коррозионную среду на устойчивость стали в агрессивных средах является актуальным [3, с. 67].

Исследования проводились на образцах из стали марки Ст3. О коррозионном состоянии сплава можно судить по характеру анодных поляризационных кривых. С помощью метода поляризационных измерений получены анодные поляризационные кривые в 10% растворе NaCl без добавок и с добавками нитритов калия и натрия, нитратов магния, цинка и кальция, а также хромата калия. Выбор этих соединений в качестве добавок обусловлен тем, что традиционно с целью сокращения режима тепловлажностной обработки в бетонную смесь вводят в качестве ускорителей твердения нитриты натрия и калия [4, с. 76], а нитраты магния, кальция, цинка и хромат калия используют как ингибиторы коррозии бетона и стальной арматуры [4, с. 66].

Анализ полученных поляризационных кривых показал, что в целом введение нитрита калия и нитрата цинка в малых концентрациях тормозит процесс коррозии; при больших концентрациях эти соединения являются активаторами, т.к. наблюдается его ускорение [5, с. 31].

Исходя из полученных графических зависимостей, для наибольшего достигнутого тока рассчитан отрицательный показатель изменения массы Km-:

 (1)

где I – коррозионный ток, А; А – атомная масса метала, г; 26,8 – количество электричества, необходимое для растворения 1 г-экв металла, А·ч; S – поверхность анода, м2; z – валентность иона металла, переходящего в раствор.

Для сравнения результатов полученные расчетные данные представлены в виде диаграммы (рис. 1).

Рис. 1. Влияние добавок ингибиторов (0,5, 1, 1,5 и 5%) на коррозионное поведение стали марки Ст3:
1 – KNO2; 2 – NaNO2; 3 – Mg(NO3)2; 4 – Ca(NO3)2; 5 – Zn(NO3)2; 6 – K2CrO4

Анализ результатов показал, что наилучшими ингибиторами коррозии арматуры являются добавки 0,5%, 1%, 1,5% и 5% NaNO2. В этих растворах уменьшение массы образцов происходило наиболее медленно.

Методом коррозионных измерений получены экспериментальные данные для образцов арматуры в растворе NaCl с добавками нитритов калия и натрия, нитратов магния, цинка и кальция, а также хромата калия. С использованием графического метода для наибольшего значения достигнутого тока рассчитаны показатели коррозии (табл. 1-4).

Таблица 1

Показатели коррозии стали марки Ст 3 в растворах NaCl 10% с добавками концентрацией 0,5%

Добавка

Степень анодного контроля Ca, %

Степень катодного контроля Ск, %

Степень омического контроля Сом, %

Показатель изменения массы К-m, г/м2 ч

Глубинный показатель коррозии Кh, мм/год

-

9

73

18

2,55

6,82

KNO2

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

NaNO2

20

42

38

1,563

1,75

Zn(NO3)2

13

64

23

1,63

1,83

K2CrO4

14

61

25

1,055

1,21

Таблица 2

Показатели коррозии стали марки Ст3 в растворах NaCl 10% с добавками концентрацией 1%

Добавка

Степень анодного контроля Ca, %

Степень катодного контроля Ск, %

Степень омического контроля Сом, %

Показатель изменения массы К-m, г/м2 ч

Глубинный показатель коррозии Кh, мм/год

-

9

73

18

2,55

6,82

KNO3

11

64

25

1,904

2,25

Mg(NO3)2

10

61

29

2,44

2,89

Ca(NO3)2

8

54

38

5,57

6,59

NaNO3

16

59

25

1,99

2,35

Zn(NO3)2

8

23

14

0,929

1,099

K2CrO4

15

55

30

1,388

1,554

Таблица 3

Показатели коррозии стали марки Ст3 в растворах NaCl 10% с добавками концентрацией 1,5%

Добавка

Степень анодного контроля Ca, %

Степень катодного контроля Ск, %

Степень омического контроля Сом, %

Показатель изменения массы К-m, г/м2 ч

Глубинный показатель коррозии Кh, мм/год

-

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

K2CrO4

14

62

24

0,982

1,133

Таблица 4

Показатели коррозии стали марки Ст3 в растворах NaCl 10% с добавками концентрацией 5%

Добавка

Степень анодного контроля Ca, %

Степень катодного контроля Ск, %

Степень омического контроля Сом, %

Показатель изменения массы К-m, г/м2 ч

Глубинный показатель коррозии Кh, мм/год

-

9

73

18

2,55

6,82

KNO3

17

71

12

1,6562

1,843

Mg(NO3)2

17

69

14

1,7854

1,5643

Ca(NO3)2

13

75

12

1,4965

1,67

NaNO3

22

64

14

1,5716

1,75

Zn(NO3)2

16

75

9

1,34

1,49

K2CrO4

15

68

17

0,938

1,104

Судя по показателям коррозии, наилучшими ингибирующими свойствами обладают добавки нитратов калия, натрия и магния (при высокой степени анодного контроля низкие показатели изменения массы и глубинные показатели коррозии). Увеличение содержания ингибиторов до концентрации, равной 5%, оказалось нецелесообразным, поскольку возрастание степени анодного контроля для них не сопровождается увеличением показателей изменении массы и глубинных показателей коррозии. Наиболее оптимальна концентрация добавки 0,5%, поэтому для дальнейших исследований были использованы добавки нитратов калия, натрия и магния с таким содержанием в коррозионной среде.

Результаты исследований коррозии стали с комбинированными добавками ингибиторов приведены в табл. 5. Очевидно, что комбинирование добавок дает лучшие показатели коррозии, чем использование добавок по отдельности.

Таблица 5

Показатели коррозии стали марки Ст3 в растворах NaCl 10% с комбинированными добавками

Добавка

Степень анодного контроля Ca, %

Степень катодного контроля Ск, %

Степень омического контроля Сом, %

Показатель изменения массы К-m, г/м2 ч

Глубинный показатель коррозии Кh, мм/год

-

9

73

18

2,55

6,82

KNO2 + NaNO2

11

74

15

1,78

1,98

NaNO2 + Mg(NO3)2

14

79

7

0,94

1,05

KNO2 + Mg(NO3)2

16

75

9

0,985

1,03

KNO2 + NaNO2 + Mg(NO3)2

24

62

14

0,9246

1,14

Выводы

  1. В качестве наилучших ингибиторов коррозии определены добавки нитратов калия, магния и натрия с концентрацией 0,5%.
  2. Установлена целесообразность комбинирования добавок нитратов калия, натрия и магния с концентрацией 0,5% с целью увеличения коррозионной стойкости арматурной стали.
  3. Целесообразно продолжать исследование влияния нитрата натрия с концентрацией 0,5% на коррозионное поведение арматурной стали и создание на основе него нового ингибитора коррозии стали.
Текст статьи
  1. Walsh F.C., Ottewill G., Barker D. Corrosion and protection of metals: I. The origin and rate of corrosion // Transactions of the Institute of Metal Finishing. 1993. Vol. 71. Issue 3. Pp. 113-116.
  2. Данякин Н.В. Сигида А.А. Способы и механизмы применения ингибиторов коррозии металлов и сплавов // Auditorium. 2017. № 2 (14). Сю 132-140.
  3. Козлова Л.С., Сибилева С.В., Чесноков Д.В., Кутырев А.Е. Ингибиторы коррозии (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 2. С. 67-75.
  4. Рамачадран В.С., Фельдман Р.Ф., Коллепарди М. и др. Добавки в бетон: справочное пособие. Под ред. В.С. Рамачадрана; Пер с англ. Т.И. Розенберг и С.А. Болдырев; Под ред. А.С. Болдырева и В.Б. Ратинова. М.: Стройиздат, 1988. 575 с.
  5. Румянцева В.Е., Коновалова В.С. Влияние ингибиторов, вводимых в бетоны, на коррозию стальной арматуры железобетонов // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. 2016. № 1 (59). С. 29-34.
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 01 апреля по 15 апреля
Осталось 6 дней до окончания
Препринт статьи — после оплаты
Справка о публикации
БЕСПЛАТНО
Размещение электронной версии
20 апреля
Загрузка в elibrary
20 апреля
Рассылка печатных экземпляров
25 апреля