Ингибирование коррозии стальной арматуры

Румянцева Варвара Евгеньевна; Коновалова Виктория Сергеевна; Забываев Семен Андреевич; Бугров Роман Андреевич

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 K_m^-:

(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

В качестве наилучших ингибиторов коррозии определены добавки нитратов калия, магния и натрия с концентрацией 0,5%.
Установлена целесообразность комбинирования добавок нитратов калия, натрия и магния с концентрацией 0,5% с целью увеличения коррозионной стойкости арматурной стали.
Целесообразно продолжать исследование влияния нитрата натрия с концентрацией 0,5% на коррозионное поведение арматурной стали и создание на основе него нового ингибитора коррозии стали.