EN
Қышқылдық жаңбыр болат құрылымды ғимараттарда коррозияны қалай жеделдетеді?
Электрохимиялық деградация: анодты еру мен катодты оттегінің тотығуында күкірт қышқылы мен азот қышқылының рөлі
Қышқылдық жаңбыр негізінде күкірт диоксиді мен азот оксидтері атмосфераға шығарылған кезде түзілетін күкірт қышқылы мен азот қышқылынан тұрады. Бұл жағдайда қалыпты жаңбыр суы электролиттік ерітіндіге ұқсас болып, электрхимиялық процестер арқылы ғимараттардағы болат құрылымдарды бұзып отырады. Мұнда іс жүзінде екі құбылыс бір уақытта жүреді. Біріншіден, темір анодты еріту деп аталатын процеске ұшырап, Fe2+ иондарына ыдырай бастайды. Екіншіден, судағы оттегі катодты қалпына келтіру арқылы гидроксид иондарына айналады. Нәтижесінде беттерде тез және біркелкі емес тәсілмен тот басу – гидратталған темір оксиді – түзіледі, бұл материалдардың тез бұзылуын жеделдетеді. Ластық деңгейі жоғары өнеркәсіптік аймақтарға назар аударыңыз, мұнда жаңбыр суының pH-мәні жиі 4,5-тен төмен түседі. «2023 жылғы Әртүрлі орта факторларының коррозиялық әсері» есебіндегі соңғы деректерге сәйкес, ондағы коррозия проблемалары ауылдық аймақтарда бақыланатын көрсеткіштерге қарағанда 40–60 пайызға нашар болады.
Нақты әлемдегі коррозия жылдамдығы: Жоғары қышқылдылық аймақтарынан (мысалы, Гуандун, Чунцин, Сычуань ойпаты) алынған деректер
Қытайдың ең қышқылдылығы жоғары аймақтары бойынша өткізілген тәжірибелік зерттеулер бұл тездетілген деградациялық үлгілерді растайды:
| Аймақ | Орташа жаңбыр pH-мәні | Жылдық коррозия жылдамдығы (мкм/жыл) | Құрылымдық әсері |
|---|---|---|---|
| Гуандун | 4.2 | 80–110 | негізгі көрсеткішке қарағанда арқалықтың жұқаруы 50% тезірек |
| Чунцин | 3.9 | 95–130 | Коррозиялық шұңқырлардың тереңдігі жылына 0,5 мм-ден асады |
| Сычуань ойпаты | 4.1 | 85–120 | 5 жыл ішінде жүктеме көтергіштігі 30% азаяды |
Бұл жоғары ылғалдылық ортасында — мұнда салыстырмалы ылғалдылық жиі 80%-дан асады — электролиттік қабаттар болат бетінде сақталады, олар жаңбыр жауған кезде ғана емес, сонымен қатар жаңбыр жауғаннан кейінгі кезеңдерде де коррозияны ұзақ уақыт бойы қолдайды. Қорғаныс қабаттары осындай жағдайларда әдетте 3–7 жыл ішінде тозады, бұл ерте циклдық қолданыс пен жөндеу шығындарын тудырады.
Болат құрылымды ғимараттар үшін коррозияға төзімді материалдарды қолдану стратегиялары
Темірді цинкпен қыздырып батыру әдісі, цинкалюм және штайнс-сталь: pH 4,5-тен төменгі деңгейде өнімдердің салыстырмалы сипаттамасы
Орташа ортаның pH деңгейі 4,5-тен төмендеген кезде коррозияға қарсы қорғау әдістері тез ыдырай бастайды. Мысалы, темірді цинкпен қыздырып батыру әдісі цинктің қорғаныш қабат ретінде ериді, бірақ 2023 жылы Гуандунда өткізілген жер бетіндегі сынақтар осы процестің өте қышқылды ортада жылына шамамен 15 микрометр қалыңдықты жоғалтатынын көрсетті. Цинкалюм өнімдерінде қолданылатын алюминий-цинк қорытпасы бұған қарағанда жақсы қорғаныш қабатын қамтамасыз етеді және коррозия жылдамдығын жылына 8–10 микрометрге дейін төмендетеді. Ұзақ мерзімді шешімдер үшін тек белгілі бір типтегі штайнс-сталь ғана тиімді болады. 316L маркалы штайнс-сталь бұған ерекше мысал болып табылады, себебі оның бетінде табиғи түрде пайда болатын берік хром оксиді қабаты арқасында оның коррозияға төзімділігі жылына 0,5 микрометрден кем болады. Экономикалық тиімділік негізінен қорғануға қажетті зат пен оның орналасу орнына тәуелді.
| Материал | Коррозия жылдамдығы (мкм/жыл) | Қызмет ету өмірі (жыл) | Құнының көбейткіші |
|---|---|---|---|
| Ыстық мырыштау | 12–18 | 10–15 | 1x |
| Цинкалюм | 7–10 | 15–20 | 1.8x |
| Жалыз-тұстік (316L) | <0.5 | 50+ | 3,2 есе |
Бағдарлық деректер Сычуань ойпатының өнеркәсіптік аймақтарындағы (2024 ж.) нақты әлемдегі өнімділікті көрсетеді. Егерде шойын болат ұзақ мерзімді пайдалануға шексіз тұрақтылық ұсынатын болса да, оның жоғары бағасы оны маңызды бөліктерге — атап айтқанда, ең жоғары зақымдану қаупі бар жерлерге: қосылыстарға, біріктіру нүктелеріне және су ағызу нүктелеріне дейін шектеулі қолдануды қажет етеді.
Атмосфералық коррозияға төзімді болаттың шектеулері: Үздіксіз қышқылдық жаңбыр әсерінен патина түзілуінің сәтсіздігі
Атмосфералық коррозияға төзімді болаттың тиімділігі негізінен тұрақты шаян тәрізді қабыршақтың пайда болуына тәуелді, ал бұл қабыршақ тұрақты төмен pH-тің әсерінде бұзылады. Орташа ортаның pH-мәні 4,0-тан төмендеген кезде күкірт қышқылы қорғаныш оксидті қабаттың түзілуін толығымен тоқтатады және пайда бола бастаған коррозия өнімдерін жоя бастайды. 2023 жылы Чунцинде өткізілген атмосфералық зерттеулерге сәйкес, коррозия жылдық 25 микрометрден асады, бұл бейтарап ортадағы әдеттегі коррозия жылдық 5–8 микрометрге тең болған кезде шамамен үш есе көп. Бұл атмосфералық коррозияға төзімді қорытпаларға мыс пен фосфор қосылса да, олар қышқылдық қанығуға шыдамды бола алмайды. Нәтижесінде локальды қорғаныс аймағының пайда болуы орын алмайды, бірақ беттің барлық аймағы бірқалыпты жұқарып отырады. Көптеген жаңбыр жауатын және қышқылды ортаға ие аймақтарда орналасқан ғимараттар мен құрылыстар үшін қосымша эпоксидті қаптауларды қолдану шамамен міндетті болып табылады. Бұл талап атмосфералық коррозияға төзімді болаттың негізгі артықшылықтарының бірін – яғни тұрақты қолданыста ұзақ мерзімді қызмет көрсетуге қажеттіліксіз, төмен қызмет көрсету қажеттілігі бар материалдың – тиімділігін толығымен жоғалтады.
Басқарылатын құрылымды ғимараттар үшін жоғары өнімділікті қорғаныс қабаты жүйелері
Көп қабатты жүйелер: цинкке бай бастапқы қабаттар + эпоксидті/полиуретанды жоғарғы қабаттар — алаңдық зерттеулерде расталған ұзақ мерзімділік
Қышқылдық жаңбырға ұшырайтын болат құрылымдар үшін көп қабатты бояу жүйелері жылдар бойы жүргізілген сынақтар мен нақты әлемдегі қолданыс нәтижелерінен кейін негізгі таңдауға айналды. Цинкке бай грунт қорғаныс қабаты ретінде қызмет етеді: ол болатқа дейін өзін-өзі коррозияға ұшыратады. Содан кейін эпоксидті аралық қабат келеді, ол су мен қышқылдардың өтуіне қарсы «кірпіш қабырға» сияқты қызмет етеді. Соңында полиуретанды жоғарғы қабат УК-сәулелерінен зақымдануды, күндік жанасу нәтижесіндегі тозуды және оған әсер ететін химиялық заттарға төзімділікті қамтамасыз етеді. Гуандун, Чунцин және Сычуань ойпаты сияқты аймақтардағы жер бетіндегі нәтижелерге қарағанда, бұл бояулар pH деңгейі 4,5-тен төмен түскен кезде де шамамен 20 жыл бойы тұрақты қалады. Бұл – кейде қысқарту мақсатында қолданылатын бір қабатты бояуларға қарағанда шамамен үш есе жақсы көрсеткіш. Бетті дұрыс дайындау да өте маңызды. Біз Сычуань ойпаты аймағында беттерді ISO 8501 стандартында көрсетілген Sa 2,5 деңгейіне сәйкес дұрыс тазартпаған жағдайда проблемалар әлдеқайда ерте пайда болатынын байқадық – шынында да, олар 80% тезірек пайда болады. Тағы бір құнды қасиет – бұл бояулардың кішкентай сызықтар пайда болған кезде өздерін қандай да бір дәрежеде қалпына келтіре алуы, яғни қорғаныс ұзаққа созылады, ал қызмет көрсету қажеттілігі азаяды; бұл жалпы қызмет көрсету шығындарын шамамен 40–60% азайтады.
Келесі буынның нанополимерлік қабықтары: Өзін-өзі жаңғыртатын кремний-эпоксидті гибридтер (NIST 2023 жылғы растауы)
Кремнезем-эпоксидтік нанополимерлік қабырғалар құрылыс болат құрылымдарын тұрақты қышқылдық жаңбыр әсерінен коррозиядан қорғауда үлкен сенімділікке ие. Олардың ерекшелігі — микрокапсулаланған агенттермен жабдықталған ішкі «жазылу» механизмінде, олар шамамен үш күн ішінде өздері ғана осы кішкентай трещиналарды жаба алады. Бұл өздігінен жазылатын қасиет құрылымдар ылғалдану мен кебу циклдарын бірнеше рет қайталап, сонымен қатар қышқылдық жағдайларға ұшыраған кезде де қорғаушы қабаттың бүтіндігін сақтайды. Өткен жылы NIST зерттеулерінің нәтижелері бойынша, бұл қабырғалар 5000 сағаттан астам уақыт бойы сынақтан өткен соң коррозияны 97% дейін тоқтатты. Бұл көрсеткіш қалыпты эпоксидтік қабырғалармен салыстырғанда шамамен үш есе жоғары. Арнайы нанокомпозиттік құрылым материал бойынша тығыз кросс-байланыс құру арқылы қышқылдың тереңдікке проникациясын 90%-ға дейін азайтады. Сонымен қатар, силикон қосылуы беттің суға төзімділігін арттырады және ылғалдың құрылымға түсуін болдырмауға көмектеседі. Гуандун провинциясының өнеркәсіптік аймақтарында жүргізілген нақты әлемдегі сынақтар 8 жыл бойы ешқандай тозу белгілерін көрсетпеді, бұл қабырғалардың алмастыруға дейін шамамен 35 жыл қызмет етуі мүмкін деген тұжырымды растайды. Тағы бір маңызды артықшылығы — олардың қолданыста ұзақ уақыт қолданылуы қиын емес. Жергілікті жөндеу әдеттегі әдістерге қарағанда көп аз уақыт пен ақша талап етеді, бұл компанияларға толық қайта бояуға кететін шығындардың шамамен жартысын үнемдеуге мүмкіндік береді.
Сұрақтар мен жауаптар бөлімі
Қышқылдық жаңбыр дегеніміз не және ол неге болат құрылымдарға әсер етеді?
Қышқылдық жаңбыр — күкірт қышқылы мен азот қышқылы қоспалары бар жаңбыр суын білдіреді. Бұл қышқылдар ластану нәтижесінде пайда болады және электрхимиялық реакциялар арқылы болат құрылымдардың коррозиясын жеделдетуі мүмкін.
Қышқылдық жаңбырдың болат құрылымдарға ең күшті әсер ететін аймақтар қандай?
Гуаньдун, Чунцин және Сычуань ойпаты сияқты ластану деңгейі жоғары аймақтар қышқылдық жаңбырдан туындайтын коррозиядан ең көп зардап шегеді.
Қышқылды орталарда қолдануға ұсынылатын материалдар қандай?
Қышқылды шарттарға төзімділігімен ерекшеленетін материалдар — мысалы, 316L маркалы шойын болат, цинкальюм және көп қабатты қорғаныс қабықшалары ұсынылады.
Жетілген қабықшалар коррозиямен қалай күреседі?
Кремний-эпоксидті нанополимерлер сияқты жетілген қабықшалар қышқылдың проникновениясына және коррозияға тұрақты қорғаныс беру үшін өздігінен жазылу механизмдерін және тығыз молекулалық құрылымдарды қолданады.