Современные проблемы защиты от коррозии нефтегазовых объектов

Рисунок 3. Коррозия бетона 

    Использование представлений о поверхностных явлениях в коллоидных системах и контактных взаимодействиях в процессе переноса вещества в электрическое поле, изучение закономерностей влияния добавок (модификаторов) на цементные системы и формирования в бетоне барьерных структур позволили целенаправленно использовать водные дисперсии химически стойких полимеров для изменения в нужном направлении свойств бетона, повысить его коррозионную стойкость, долговечность строительных конструкций и сооружений в целом.

    Разработаны водные системы полимеров винилового ряда с использованием электрофизических методов (патенты № 2288905, № 51903) для повышения коррозионной стойкости бетона и железобетона. Выявлены закономерности проникания полимера в поровую структуру бетона, позволившие разработать оптимальные технологические режимы и интенсифицировать процесс пропитки в условиях завода-изготовителя железобетонных конструкций.

    Проведенными  исследованиями выявлено, что частицы  латекса ВХВД-65 имеют отрицательный  электрический заряд. Для интенсификации процесса пропитки исследовано влияние различных видов тока на глубину пропитки: постоянного (однополупериодного и двухполупериодного), выпрямленного, ассиметричного, переменного, наложением тока высокой частоты.

    Анализ  результатов исследований показал, что наиболее простым и эффективным из рассмотренных электрофизических способов интенсификации процесса является пропитка железобетона водными дисперсиями полимеров винилового ряда с использованием переменного тока промышленной частоты и эффекта электрического резонанса. Явление резонанса относится к наиболее важным с практической точки зрения свойством электрических цепей. Оно заключается в том, что электрическая цепь, имеющая реактивные элементы, обладает чисто резистивным сопротивлением. Проникание латекса в пористую структуру бетона происходит за счет возникновения постоянной составляющей тока в результате фарадеевского выпрямления на границе «сталь - бетон». Выпрямленная составляющая определяет также электроосмотический и электрофоретический переносы. В предложенной технологии направление выпрямленной составляющей тока соответствует анодному, что обеспечивает перемещение к поверхности арматуры отрицательно заряженных частиц.  

Рисунок 4. Коррозия бетона мелкозернистых плит с оголением рабочей арматуры здания производственного корпуса цеха

    При исследовании объединенной модели «ванна с пропиточным составом - свая», была выявлена емкостная компонента электрического сопротивления бетона, что позволило  усовершенствовать способ пропитки железобетонных свай с использованием электрического резонанса в цепи.

    Добавлением в электрическую цепь дросселя, обладающего  индуктивным сопротивлением, батареи  конденсаторов, получили последовательный колебательный контур.

    При равенстве величин индуктивного и емкостного сопротивлений в электрической цепи возникает резонанс. Это позволяет снизить напряжение во вторичной обмотке трансформатора и обеспечить качественную пропитку при напряжении 9 - 12В, вместо ранее использованного напряжения - 36В, при сохранении оптимальной силы тока.

    Микроскопические  исследования позволили установить, что стенки пор покрыты пленкой  полимера. Пропитка бетона практически  не влияет на изменение его микротвердости. Химического взаимодействия полимера ВХВД-65 с основными минералами цементного камня не выявлено.

    Проведенные исследования показали, что поверхностная  пропитка существенно снижает проницаемость  пропитанного слоя бетона. Газопроницаемость  бетона снижается с 5,5 до 16 раз, водопроницаемость  снижается на 3-4 марки, коррозионная стойкость при капиллярном подсосе в 10% Na₂SO₄ повышается не менее чем в 3 раза.  

5.2 Методы защиты бетона от коррозии 

    Для повышения долговечности бетона согласно требованиям СНиП 2.03.11-85 "Защита строительных конструкций от коррозии" следует выполнять конструктивные требования и применять первичную защиту на основе коррозионно-стойких материалов, а также вторичную защиту с нанесением на поверхности конструкций различных покрытий и составов. 

    Первичная защита

    Химические  модификаторы 

    Введение  добавок - один из наиболее эффективных факторов, повышающих долговечность бетона. Увеличение прочности вяжущего вещества обусловлено в основном пластифицирующим воздействием на водные пасты, в результате чего водотвердое отношение равнопластичных паст при 0,5% добавок уменьшается на 20…25% в зависимости от состава вяжущего вещества. Они существенно изменяют процессы структурообразования. Химические добавки, особенно лигносульфонатсодержащие, могут служить эффективным технологическим средством ослабления взаимодействия полугидрата сульфата кальция с алюминатной фазой портландцемента, способствуя повышению коррозионной стойкости материала. 
 

    Аморфный  кремнезем 

    Разрушение  структуры цементных композиций может быть предотвращено вводом активных минеральных добавок, содержащих аморфный кремнезем. Основной их функцией является снижение концентрации гидроксида кальция в твердеющей системе, благодаря чему обеспечивается формирование прочных и долговечных материалов. Взаимодействуя с гидроксидом кальция, микрокремнезем способствует образованию низкоосновных гидросиликатов кальция и уплотняет структуру бетона, позволяя увеличить срок эксплуатации сооружений. Как добавка к бетону микрокремнезем впервые был применен в Норвегии при строительстве тоннеля в г. Осло в 1952 г.  

    Воздействие электролитов 

    Среди электролитов особый интерес представляют карбонаты щелочных металлов - поташ  и кальцинированная сода. Они ускоряют процесс гидратационного твердения  бетон, способны нейтрализовать гидроксид  кальция, являются эффективным технологическим  средством, улучшающим условия формирования искусственного камня. Электролиты позволяют предотвратить включение в кристаллизационный каркас структуры негидратированных частиц портландцемента, снижающих ее устойчивость. Карбонаты щелочных металлов, кроме того, интенсифицируют процессы гидратации портландцемента, за счет чего скорость твердения композиций значительно возрастает.  

    Вторичная защита 

    К методам вторичной защиты бетона при проектировании конструкций  следует отнести:

• лакокрасочные покрытия - при действии газообразных и твердых сред (аэрозоли);
• лакокрасочные толстослойные (мастичные) покрытия - при действии жидких сред, при непосредственном контакте покрытия с твердой агрессивной средой;
• оклеечные покрытия - при действии жидких сред, в грунтах, в качестве непроницаемого подслоя в облицовочных покрытиях;
• облицовочные покрытия, в том числе из полимербетонов, - при действии жидких сред, в грунтах, в качестве защиты от механических повреждений оклеечного покрытия;
• пропитку (уплотняющую) химически стойкими материалами - при действии жидких сред, в грунтах;
• гидрофобизацию - при периодическом увлажнении водой или атмосферными осадками, образовании конденсата, в качестве обработки поверхности до нанесения грунтовочного слоя под лакокрасочные покрытия;
• биоцидные материалы - при воздействии бактерий, выделяющих кислоты, и грибов.

    Гидрофобизаторы 

    Гидрофобизаторы являются добавками, которые улучшают водонепроницаемость бетона, в том  числе под давлением, защищают его  от влаги, снижая капиллярное водопоглощение. Они действуют, прежде всего, физически, закупоривая поры и каналы тонкодисперсными частицами; представляют собой смесь различных продуктов, в том числе:

• тонкие порошки (бентонит, жирная известь, эмульсии полимеров);
• соли жирных кислот (стеарат цинка и кальция, олеат натрия);
• пластификаторы (смолы, лигносульфонаты);
• другие продукты (сульфат алюминия, коллоиды на базе продуктов из морских водорослей);
• ускорители твердения (хлориды).

    В основном их используют для бетона гидротехнических сооружений (бассейны, каналы, подпорные стенки, резервуары, силосы); растворов повышенной непроницаемости; гидроизоляционных растворов для покрытия балконов, погребов, гаражей, мостов, промышленных полов, террас, водостоков, тоннелей; фасадных штукатурок и швов в каменной кладке. 

    Бетонополимеры 

    Известно, что бетон можно считать своего рода "каркасом" из частиц заполнителя, ячейки которого заполняются цементным  тестом. Однако и после твердения  бетон сохраняет пористую структуру, поры и капилляры которой заполнены  водой или воздухом. Заполнив их прочным материалом, можно повысить характеристики бетона в целом. Таков принцип пропитки бетона различными смолами. Повышается не только прочность бетона, но и долговечность, происходит упрочнение поверхности: увеличивается твердость, ударная вязкость, износостойкость, стойкость к агрессивным средам, резко снижается капиллярное водопоглощение. Такие показатели ценны для сборного железобетона, а также для обработки поверхности сооружений дорог, сводов-оболочек и т. п. 

    Дисперсное  армирование 

    В последнее время стали широко использоваться специальные ленты и ткани из углеволокна, обладающие высокими механическими свойствами и не подверженные коррозии. Они применяются для усиления несущей способности конструкции, когда арматура проржавела и не выполняет своих функций или, например, если увеличилась нагрузка и необходимо увеличить несущую способность конструкции. 
 
 
 
 

     Список  используемых источников 

1. Неметаллические материалы и покрытия в противокоррозионной технике / В.В. Кравцов, Н.М. Черкасов, И.Ф. Гладких, О.В. Шингаркина. – С.-Пб.: ООО «Недра», 2008. – 452 с.
2. В.В. Кравцов. Коррозионные испытания полимерных материалов и покрытий. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. – 105 с.
3. В.В. Кравцов. Химическое сопротивление материалов и современные проблемы защиты от коррозии: Учеб. Пособие. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. – 231 с.
4. Худяков М.А. Материаловедение: Учеб. Пособие. – Уфа: Монография, 2006. – 238 с.