Особо важное значение в строительстве имеют вопросы атмосферной коррозии металлов, углеродистой стали в атмосферных и почвенных условиях. Считается, что около 80% строительных металлических конструкций находится в эксплуатации в указанных условиях.
Из металлов и сплавов в строительных конструкциях в основном преобладают обычные углеродистые стали, в меньшей степени алюминий и его сплавы, цинк, свинец и сравнительно редко легированные стали, медь, никель, титан и др.
Скорость атмосферной коррозии зависит от степени увлажненности воздуха. Особенно сильные разрушения металлических конструкций наблюдаются при так называемой мокрой атмосфере (100% относительной влажности).
К этому виду коррозии можно также отнести разрушения, возникающие в условиях эксплуатации металлических конструкций при непосредственном попадании на них дождя, снега, брызг воды, водяного пара и т. п.
Наиболее коррозионноактивными являются сильно загрязненные индустриальные атмосферы, наименее активными — чистые и наиболее сухие континентальные атмосферы.
Чаще всего промышленная атмосфера содержит сернистый газ, который при взаимодействии с влагой воздуха образует серную кислоту. В этих условиях применение обычной углеродистой стали в конструкциях недопустимо. Сильному разрушению в указанных условиях подвержены также и оцинкованные конструкции.
Полученные сравнительные данные о влиянии состава атмосферы на скорость коррозии углеродистой стали и цинка в сельском воздухе и в промышленной атмосфере дают цифры: для стали в первом случае потери в весе составили порядка 100—250 против 450—500 г/м2/год в промышленном районе, а для цинка — соответственно 7—20 против 40—80 г/м2/год.
Алюминиевые сплавы намного лучше ведут себя в промышленных атмосферных условиях, чем углеродистые стали и цинк.
Ржавчина представляет собой вещество состава xFeO • Fе2Оз • zН2О, где х, у и z — коэффициенты, не имеющие постоянного значения и зависящие от доступа кислорода, температуры и увлажненности воздуха.
Время года и количество атмосферных осадков также оказывают влияние на скорость коррозии металлов в воздухе. В осенние месяцы, как в более дождливые, коррозия протекает интенсивнее, чем в летние месяцы, несмотря на более низкую температуру.
На скорость коррозии металла оказывают также влияние резкие температурные колебания.
При снижении температуры вечером и ночью относительная влажность воздуха увеличивается иногда настолько, что выпадает роса, этого вполне достаточно для развития коррозионного процесса.
Легирование железоуглеродистых сплавов даже небольшим количеством одного хрома является достаточным для повышения стойкости малоуглеродистой стали в атмосферных условиях. Никель в небольших количествах почти не влияет на коррозионную стойкость стали. Из низколегированных конструкционных сталей, по данным С. Г. Веденкина, хромоникелемедистая сталь НЛ2/0,7% Сг, 0,5% Ni, 0,5°/о Сu является весьма стойкой в атмосферных условиях.
Коррозия металлов и сплавов очень актуальна в строительстве. В некоторых случаях, как ранее было указано, в качестве конструкционных материалов в строительных конструкциях находит применение высоколегированные стали, алюминий и его сплавы, цинк, свинец и из новых металлов — титан и его сплавы. Эти конструкционные металлы применяются в особо сильных агрессивных средах. Из легированных сталей наиболее широко известны хромистые стали с содержанием хрома в 17, 25 и 27% и хромоникелевые с содержанием хрома в 17—19% и никеля 8—11%, а из легированных чугунов — кремнистый чугун с содержанием кремния в 15—'17% и хромистый с содержанием хрома 28—30%.
Эти легированные стали и чугуны имеют в основном высокую химическую стойкость в минеральных кислотах, обладающих окислительными свойствами, в растворах солей и едких щелочей (в последних кремнистый чугун нестоек). Неокислительные кислоты (соляная кислота, серная кислота низких и средних концентраций, плавиковая кислота, фосфорная) разрушают хромистые и хромоникелевые стали.
Хромоникелевые стали по сравнению с хромистыми обладают рядом преимуществ, например хорошей свариваемостью, меньшей склонностью к охрупчиванию при повышенных температурах. Однако хромоникелевые стали склонны к межкристаллитной коррозии, что особенно опасно для сварных металлических конструкций. Этот вид коррозии обнаруживается после нагрева и выдержки при 400—800°С.
Легирование хромоникелевой стали молибденом и медью делает ее стойкой в серной кислоте при всех концентрациях и повышенных температурах и в фосфорной кислоте.
Алюминий — сильно электроотрицательный металл. Его нормальный потенциал — 1,66 в, однако благодаря его большой склонности к пассивированию стойкость его в нейтральных и слабокислых средах очень высока.
Сплавы алюминия обладают меньшей коррозионной стойкостью, но имеют более высокую прочность по сравнению с алюминием. Коррозионное поведение алюминия обусловливается химическими свойствами пассивной пленки Аl2O3, которой защищена поверхность алюминия. Пленка Аl2O3 растворяется в сильных неокисляющих кислотах и щелочах с выделением водорода. Алюминий стоек в сильных окислителях и в окисляющих кислотах, например в азотной кислоте, в растворах бихромата и т. п.
Цинк, свинец и титан во многих агрессивных средах находят применение в основном как обкладочные материалы для защиты конструкции из углеродистой стали.
Цинк является анодом по отношению к стали и ряду других металлов (потенциал его равен — 0,76 в), а поэтому с успехом используется в качестве анодов при электрохимической защите или для протекторных покрытий, а также в виде цинковой пыли для окрасок (грунтов).
При возможном повреждении такого покрытия разрушается само покрытие, а не защищаемый им металл.
Титан и сплавы на его основе обладают повышенной коррозионной стойкостью но многим агрессивным средам. Титан к тому же характеризуется высокой жаростойкостью и конструктивной прочностью. Отдельные конструкции из титана начинают применяться и в специальном строительстве. Облицовка из титана применена при сооружении в 1964 г. обелиска космонавтов на площади у ВДНХ в Москве.
Несмотря на то что титан имеет значительный отрицательный стандартный электродный потенциал (—1,21 в), при доступе кислорода потенциал сильно облагораживается и достигает значений +0,2; +0,4 в. Титан пассивируется, покрывается плотной окисной пленкой толщиной 20—50А. Защитные свойства его сильно снижаются при нагреве выше 350°С. Эта температура и рекомендуется как предельная для его эксплуатации, хотя температура плавления титана достигает 1775°С.
Коррозия металлов и сплавов : титан устойчив в азотной кислоте, смесях ее с серной и соляной, уксусной и муравьиной кислотами, в хлороформе, влажном хлоре, в растворах почти всех хлористых солей. Стойкость в соляной, фосфорной и серной кислотах снижается по мере увеличения концентрации этих кислот Свинец обладает высокой стойкостью в плавиковой кислоте (до 60%) и в фосфорной кислоте (до 85%).
В растворах щелочей (рН более 10) свинец не стоек; в частности, разрушается свинец и в свежем бетоне от действия насыщенного раствора извести.
Свинец удовлетворительно стоек в жестких водах и мало стоек в мягких.
