Коррозия и защита материалов

Ó÷åáíîå ïîñîáèå

Ðåêîìåíäîâàíî â êà÷åñòâå ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ äëÿ ñòóäåíòîâ
òåõíè÷åñêèõ ñïåöèàëüíîñòåé îáðàçîâàòåëüíûõ ó÷ðåæäåíèé
âûñøåãî îáðàçîâàíèÿ

ÊÎÐÐÎÇÈß È ÇÀÙÈÒÀ
ÌÀÒÅÐÈÀËÎÂ

ÌÎÑÊÂÀ
2015

À.Ñ. Íåâåðîâ, Ä.À. Ðîä÷åíêî,
Ì.È. Öûðëèí

ÓÄÊ 620.193/.199(075.8)
ÁÁÊ 30.37ÿ73
Í40

Ð å ö å í ç å í ò û :
äîêòîð õèìè÷åñêèõ íàóê, ïðîôåññîð, çàâåäóþùèé êàôåäðîé
òåõíîëîãèè íåôòåõèìè÷åñêîãî ñèíòåçà è ïåðåðàáîòêè
ïîëèìåðíûõ ìàòåðèàëîâ Áåëîðóññêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî
òåõíîëîãè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà, ÷ëåí-êîððåñïîíäåíò ÍÀÍ
Áåëàðóñèè, Í.Ð. Ïðîêîï÷óê;
äîêòîð õèìè÷åñêèõ íàóê, ïðîôåññîð, ãëàâíûé íàó÷íûé
ñîòðóäíèê Áåëîðóññêîãî íàó÷íî-èññëåäîâàâòåëüñêîãî
è ïðîåêòíîãî èíñòèòóòà íåôòè ÐÓÏ
«ÏÎ "Áåëîðóñüíåôòü"» À.Â. Ìàêàðåâè÷

Íåâåðîâ À.Ñ., Ðîä÷åíêî Ä.À., Öûðëèí Ì.È.
Í40
Êîððîçèÿ è çàùèòà ìàòåðèàëîâ / À.Ñ. Íåâåðîâ, Ä.À. Ðîä÷åíêî,
Ì.È. Öûðëèí. — Ì. : ÔÎÐÓÌ : ÈÍÔÐÀ-Ì, 2015. — 224 ñ. —
(Âûñøåå îáðàçîâàíèå).

ISBN 978-5-91134-733-8 (ÔÎÐÓÌ)
ISBN 978-5-16-006640-0 (ÈÍÔÐÀ-Ì, print)
ISBN 978-5-16-102407-2 (ÈÍÔÐÀ-Ì, online)

Ðàññìîòðåíû ìåõàíèçìû ðàçðóøåíèÿ ìàòåðèàëîâ ïîä âîçäåéñòâèåì ôàêòîðîâ îêðóæàþùåé ñðåäû è îñíîâíûå ìåòîäû è ñðåäñòâà, èñïîëüçóåìûå äëÿ
çàùèòû îò ðàçðóøåíèÿ. Èçëîæåíû ïðîáëåìû äèñòðóêöèè íå òîëüêî ìåòàëëîâ, íî è íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ (áåòîíà, äðåâåñèíû, ïîëèìåðîâ).
Äëÿ ñòóäåíòîâ è áàêàëàâðîâ òåõíè÷åñêèõ ñïåöèàëüíîñòåé âóçîâ. Áóäåò
ïîëåçíî íàó÷íûì ðàáîòíèêàì, ìàãèñòðàì, àñïèðàíòàì, ñïåöèàëèñòàì ïðåäïðèÿòèé è îðãàíèçàöèé, çàíèìàþùèõñÿ ïðîáëåìàìè çàùèòû îò êîððîçèé.

ÓÄÊ 620.193/.199(075.8)
ÁÁÊ 30.37ÿ73

ISBN 978-5-91134-733-8 (ÔÎÐÓÌ)
ISBN 978-5-16-006640-0 (ÈÍÔÐÀ-Ì, print)
ISBN 978-5-16-102407-2 (ÈÍÔÐÀ-Ì, online)

© Íåâåðîâ À.Ñ., Ðîä÷åíêî Ä.À.,
Öûðëèí Ì.È., 2012
© Èçäàòåëüñòâî «Âûøýéøàÿ
øêîëà», 2012
© Èçäàòåëüñòâî «ÔÎÐÓÌ», 2013

ПРЕДИСЛОВИЕ

Коррозия – широко распространенный вид разрушения металлов и других материалов, приносящего огромные убытки народному хозяйству. Они складываются из многих отдельных затрат,
удельный вес каждой из которых ежегодно возрастает в связи с постоянно увеличивающимся вводом металлоизделий в эксплуатацию. В сумме этих затрат стоимость безвозвратно разрушенного металла составляет лишь незначительную часть. Поэтому для специалиста технического профиля, призванного работать в сфере материального производства, особое значение приобретает овладение
теорией и практикой антикоррозийной защиты материалов.
Данное учебное пособие написано в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта и программой
курса «Коррозия и защита металлов» для строительных и машиностроительных специальностей вузов.
Наиболее остро проблема защиты материалов от коррозии
стоит в таких материалоемких отраслях, как транспорт, машиностроение и строительство. В ряде случаев это обусловило характер изложения материала с опорой на соответствующие примеры, а также введение разделов, характеризующих специфику
коррозии и антикоррозионной защиты материалов, применяемых в данных отраслях.
Построение учебного пособия, по мнению авторов, должно
способствовать его использованию студентами в самостоятельной работе. В связи с этим основное внимание уделяется тем понятиям и закономерностям, которые составляют «ядро химических знаний», необходимое для понимания сути процессов, протекающих при разрушении материалов. Для более полного изучения соответствующего материала можно воспользоваться
дополнительной литературой, список которой приводится в конце книги.
Встречая в научной и технической литературе слово «коррозия», мы привычно ассоциируем его с металлом. Причина очевидна: на протяжении многих столетий именно металл служит
основным машиностроительным материалом. И до сих пор научная дисциплина «Материаловедение» фактически представляет
собой металловедение. В большинстве учебников и учебных пособий, касающихся этого предмета, неметаллическим материалам
уделяется незначительное внимание. Однако в настоящее время
одна из основных тенденций развития техники – замена металла
во многих ответственных деталях и узлах машин химически более стойкими, легкими, технологичными и экономичными пластическими массами, керамикой и другими неметаллическими
материалами. Несмотря на очевидные достоинства этих материалов, и они со временем выходят из строя, разрушаются под действием агрессивных факторов окружающей среды. При этом во
многих случаях имеет место полная аналогия процессам, протекающим при коррозийонном разрушении металлов. С учетом
этого оправдано изучение общих механизмов явлений, лежащих
в основе процессов естественной и техногенной деструкции различных материалов.
Несомненно, обобщение опыта борьбы за увеличение эксплуатационной надежности и долговечности изделий, накопленного в различных разделах материаловедения, может быть полезным при
разработке новых методов защиты металлических и неметаллических материалов от агрессивного воздействия окружающей среды.
В настоящее время изучение механизма деструкции материалов и факторов, ее вызывающих, проводится в рамках различных учебных дисциплин. Для металлов это «Материаловедение»
и «Коррозия и защита металлов»,  деструкция бетона и керамики
рассматривается в «Технологии вяжущих веществ», разрушение
древесины изучает «Химия древесины» и «Древесиноведение»,
атмосферостойкость и долговечность полимеров – «Физическая
химия полимеров». Собрание под одной обложкой столь «разношерстной» компании обусловливает определенные затруднения,
связанные с названием учебного пособия. Поскольку термин
«коррозия» применим не только к металлам (в специальной литературе говорят, в частности, о «коррозии бетона»), авторы считают целесообразным использовать его как обобщающее наименование процессов деструкции, протекающих в различных материалах под воздействием окружающей среды.
Авторы выражают искреннюю благодарность рецензентам –
коллективу кафедры технологии нефтехимического синтеза и переработки полимерных материалов Белорусского государственного
технологического университета, особенно ее заведующему членукорреспонденту НАН Беларуси доктору химических наук, профессору Н.Р. Прокопчуку, и главному научному сотруднику Белорусского научноисследовательского и проектного института нефти
РУП «ПО “Белоруснефть”» доктору химических наук, профессору
А.В. Макаревич, а также проректору Белорусского государственного университета транспорта доктору технических наук, профессору
В.Я. Негрею и сотрудникам кафедры химии Белорусского государственного университета транспорта за поддержку данной работы и
высказанные замечания, советы и ценные указания, которые позволили существенно улучшить ее содержание.

Авторы

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОРРОЗИИ 
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

1. ÎÁÙÈÅ ÑÂÅÄÅÍÈß Î ÊÎÐÐÎÇÈÈ 
ÊÎÍÑÒÐÓÊÖÈÎÍÍÛÕ ÌÀÒÅÐÈÀËÎÂ

1.1. Ïðîáëåìà êîððîçèè

Коррозия – самопроизвольное разрушение материалов вследствие их физикохимического взаимодействия
с окружающей средой (агрессивной атмосферой, морской водой, растворами кислот, щелочей, солей, различными газами и т.п.).
Под действием агрессивной среды большинство металлов, обладающих в реальных условиях эксплуатации термодинамической нестабильностью, способны самопроизвольно разрушаться, переходя в окисленное состояние.
В ряде случаев протекание коррозионного процесса
приводит к более серьезным последствиям, чем потеря
массы металла. К наиболее опасным последствиям, обусловливаемым коррозией, относится потеря металлом
важных 
технологических 
и 
физикомеханических
свойств: механической прочности, пластичности, твердости, отражательной способности и т.п. В связи с этим
при оценке потерь от коррозии необходим комплексный
подход, включающий рассмотрение всех возможных
последствий, вызываемых ею.
Потери от коррозии можно разделить на прямые и
косвенные. 
Прямые потери – это стоимость заменяемых прокорродировавших изделий (машин, механизмов, трубопроводов, кровельных материалов и т.д.), затраты на защитные мероприятия (гальванические и лакокрасочные
покрытия, использование ингибиторов, строительство
складских помещений для хранения техники и т.п.) и
безвозвратные потери металла (распыление его вследствие коррозии). По подсчетам специалистов, безвозвратI

ные потери металла составляют около 10–15% мировой
продукции стали.
Косвенные потери гораздо труднее поддаются подсчету, но даже по приближенной оценке они исчисляются миллиардами долларов. Приведем примеры косвенных потерь.
1. Простои. Замена прокорродировавшей трубы нефтеперегонной установки стоит несколько сотен долларов, но недовыработка продукции за время простоя может принести убыток до 20 тыс. долларов в час. Замена
поврежденного коррозией котла или конденсатора на
крупной электростанции может вызвать недовыработку
электроэнергии на 50 тыс. долларов в день. Общая стоимость недовыработки электроэнергии в США изза коррозионных простоев составляет десятки миллионов долларов в год.
2. Потери готовой продукции. В межремонтный период происходят утечки нефти, газа и воды вследствие
коррозионных повреждений технических систем; коррозия автомобильного радиатора ведет к потере антифриза,
а утечка газа из поврежденной трубы может привести к
взрыву.
3. Потеря мощности. Изза отложения продуктов
коррозии ухудшается теплопроводность поверхностей
теплообмена. Уменьшение проходных сечений трубопроводов изза отложения ржавчины требует повышения
мощности насосов. Подсчитано, что увеличение мощности насосов водопроводных систем обходится в миллионы
долларов в год. В автомобильных двигателях внутреннего сгорания, где поршневые кольца и стенки цилиндров
постоянно корродируют под действием газообразных
продуктов сгорания и конденсатов, потери от увеличения потребления бензина и масла сравнимы с потерями
от механического износа, а иногда превышают их. Потенциальные потери этого типа в системах преобразования энергии оцениваются в несколько миллиардов долларов в год.
4. Загрязнение продукции. Небольшое количество меди, поступившее в систему в результате коррозии медного трубопровода или латунного оборудования, может
испортить целую партию мыла. Соли меди ускоряют старение и порчу мыла и тем самым уменьшают срок его
хранения. Примеси металлов могут изменить цвет кра7

сителей. Свинцовое оборудование нельзя использовать
для приготовления и хранения пищевых продуктов изза токсичности солей свинца. Мягкая вода, проходящая
по свинцовым трубопроводам, небезопасна для питья.
К этой же группе потерь относится порча продуктов питания изза ржавления металлических емкостей. Один
из заводов, где консервируют фрукты и овощи, терпел
убытки около миллиона долларов в год до тех пор, пока
не были выявлены и устранены факторы, приводившие
к локальной коррозии. Другое предприятие, использовавшее металлические крышки на стеклянных консервных банках, теряло 0,5 млн долларов в год изза точечной коррозии крышек, что приводило к бактериальному
заражению продукции.
5. Допуски на коррозию. Этот фактор является обычным при проектировании реакторов, паровых котлов,
конденсаторов, насосов, подземных трубопроводов, резервуаров для воды и морских конструкций. В случаях,
когда скорость коррозии неизвестна, а методы борьбы с
ней неясны, проектирование таких конструкций значительно усложняется. Надежные данные о скорости коррозии позволяют более точно оценить срок эксплуатации
оборудования и упрощают его проектирование. Типичным примером допусков на коррозию может служить
выбор толщины стенок подземных нефтепроводов. Расчетная толщина стенки трубопровода диаметром 200 мм
и длиной 362 км составляет 8,18 мм (с учетом коррозии),
а применение соответствующей защиты от коррозии позволяет уменьшить ее до 6,35 мм, что приводит к экономии 3700 т стали и увеличению полезного объема трубопровода на 5%.
Очевидно, что косвенные потери составляют существенную часть общих коррозионных потерь. Однако подсчет косвенных потерь представляет собой трудную задачу даже в пределах одной отрасли промышленности.
В ряде случаев потери вообще не могут быть выражены в денежных единицах. К таким случаям относятся
аварии, связанные со взрывами, разрушением химического оборудования, или вызванные коррозией катастрофы самолетов, поездов, автомобилей и других транспортных средств, приводящие к потере здоровья или гибели людей.

С развитием промышленного потенциала во всех странах темп роста коррозионных потерь стал превышать
темп роста металлического фонда. Это обусловлено двумя основными причинами:
1) изменением структуры областей использования металла. Раньше металл потреблялся преимущественно
железнодорожным транспортом, коммунальным хозяйством и станкостроением. Сейчас возрос удельный
вес металлов в отраслях, использующих их в агрессивных средах (химическая, нефтехимическая, целлюлознобумажная промышленность, энергетика, автомобилестроение, авиация, морской флот и т.п.);
2) значительным повышением агрессивности атмосферы и естественных вод вследствие их загрязнения
промышленными выбросами.
Таким образом, проблема коррозии – это проблема повышения эксплуатационнотехнической надежности и
долговечности металлов и других конструкционных материалов, экономически выгодного использования природных ресурсов и материальных средств. Она имеет
глобальный характер.
Решением проблемы коррозии человечество занимается с давних пор. Еще в Древнем Египте металлы
покрывали минеральными красками, а в Китае и Японии использовали лаковые покрытия. Первую обоснованную (и, с современных позиций, правильную) теорию
коррозии предложил А. деля Рив в 1830 г. (теория микроэлементов). Значительный вклад в разработку этой
теории внесли Т.П. Хоар, Г.В. Акимов и др. Кинетику
электрохимических процессов и их механизм изучали
Ю. Тафель, А.Н. Фрумкин, И.А. Изгарышев, М. Фольмер, В.А. Кистяковский, Н.Д. Томашов, Я.М. Колотыркин и многие другие. В области борьбы с коррозией
осуществляется широкая программа международного
сотрудничества.

1.2. Êîððîçèÿ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ 
íà òðàíñïîðòå

Один из основных потребителей продукции металлургических предприятий – железная дорога, поэтому про9

блема коррозии металлов и других материалов стоит
здесь чрезвычайно остро.
Основная задача эксплуатации верхнего строения железнодорожного пути, средств автоматизации и сигнализации, постов и сооружений – обеспечение удобного и безопасного движения, для чего необходимы постоянный
уход и наблюдение за их состоянием, своевременное
устранение возникающих повреждений и дефектов.
В процессе эксплуатации дорожные сооружения подвергаются воздействию различных факторов, постепенно снижающих их прочность и надежность. К ним относятся природные факторы, зависящие от географического местоположения участков железной дороги (переменные во времени температура и влажность воздуха,
частота атмосферных осадков, солнечная радиация
и др.). К природным факторам присоединяются механические нагрузки, вибрация, которые сооружения воспринимают от движущихся железнодорожных составов.
Влияние указанных факторов учитывается теорией
надежности при проектировании, строительства и эксплуатации железнодорожного полотна и других сооружений. По мере развития химической и галургической промышленности возникает еще одна группа факторов, обусловливающих воздействие на транспортные сооружения
агрессивных в коррозионном отношении продуктов.
Транспортировка агрессивных веществ часто сопровождается их проливанием или рассыпанием на железнодорожное полотно и другие вспомогательные сооружения,
что ведет к значительному снижению эксплуатационной
надежности последних. Экономические затраты на устранение воздействия факторов этой группы до последнего
времени почти не учитывались, так как отсутствовали
обоснованные данные о скорости снижения прочностных
свойств сооружений под воздействием агрессивных продуктов.
На Белорусской железной дороге примером такого
воздействия на сооружения может служить участок железнодорожного пути Солигорск – Слуцк – Осиповичи,
на котором осуществляется транспортировка больших
объемов продукции Солигорского калийного комбината.
Изза некачественной герметизации грузовых вагонов
на этом участке наблюдается просыпание сильвинита
(продукта галургической промышленности) на полотно

железной дороги, стальные и железобетонные мосты,
что вызывает интенсивную коррозию металлических и
железобетонных конструкций, снижая их эксплуатационную надежность.
Основные конструкционные материалы верхнего
строения пути, мостов и труб – сплавы на основе железа,
железобетон, дерево. Конструкции, выполненные из
различных материалов, в эксплуатационном отношении
неравноценны. Дерево имеет ограниченный срок эксплуатации изза низких прочностных свойств и возможности
загнивания. Стальные конструкции более долговечны.
Однако со временем сталь теряет свои прочностные
свойства, главным образом вследствие коррозии, с которой приходится вести постоянную борьбу.
Сравнительно низкая устойчивость сплавов железа к
развитию коррозии объясняется следующими причинами:
легкостью восстановления кислорода воздуха на
поверхности сплавов железа, что обеспечивает окисление самого металла;
окислительными свойствами не только кислорода,
но и ржавчины, которая может служить переносчиком
кислорода и тем самым облегчать протекание коррозионного процесса;
наличием в сталях, содержащих графит и углеродные соединения, участков, на которых идут процессы
восстановления кислорода и ионов железа; 
низкими защитными свойствами продуктов коррозии железа;
легкостью возникновения дифференциальной аэрации, что инициирует коррозию в узких зазорах;
слабой пассивируемостью в атмосферных и водных
средах, т.е. в естественных условиях.
Сопротивляемость сталей коррозии снижается в присутствии ионов хлора, брома и йода. Эти ионы разрушают оксидные пленки на анодных участках, переводя оксиды в хорошо растворимые продукты, и тем самым увеличивают скорость окисления железа.
Наиболее долговечны каменные, бетонные и железобетонные конструкции. Однако и эти материалы подвержены коррозии. Коррозия бетона всегда начинается с цементного камня, стойкость которого обычно меньше,
чем каменных заполнителей.

Коррозионные воздействия, испытываемые бетоном,
многообразны. Насчитываются сотни веществ, которые
могут входить в соприкосновение с цементным камнем, а
также со стальной арматурой и оказываться для них
вредными. К таким веществам относятся речные, морские, грунтовые, сточные воды, находящиеся в воздухе
кислые газы, все вещества, которые повышают растворимость извести в воде (галогениды, сульфаты, минеральные удобрения).
В общем случае все вещества, которые повышают растворимость извести в воде, ускоряют коррозию цементного камня, и наоборот, коррозия замедляется в присутствии веществ, уменьшающих растворимость гидроксида кальция. Так, сильвинит и поваренная соль
действуют на бетон потому, что в водных растворах KCl и
NaCl растворимость Ca(OH)2 значительно выше, чем в
чистой воде. Поэтому ускоряется коррозия первого вида.
Присутствие в воде ионов хлора отрицательно сказывается на коррозионной стойкости конструкций как из стали, так и из железобетона, увеличивая скорость их коррозии в водных растворах.
Однако в литературе практически отсутствуют данные о коррозионном поведении сплавов железа при попадании на их поверхность гигроскопичных продуктов –
сильвинита или других галогенидных солей. Такие продукты способствуют усилению хемосорбции влаги на поверхности металла под воздействием гидратированных
соединений. Упрощенно это значит, что наличие на
корродирующей поверхности металла солей, содержащих химически связанную воду (кристаллогидраты,
CuSO4·5H2O), а также солей, способных связываться с
водой, будет вызывать химическую адсорбцию влаги
при относительной влажности значительно ниже 100%.
Кроме того, уже само наличие на поверхности металла
пленки раствора соли будет вести к конденсации влаги
изза того, что давление пара над растворами солей ниже, чем над чистым растворителем. Это свидетельствует
о том, что даже при благоприятных метеорологических
условиях на конструкциях будет образовываться пленка
водного раствора электролита, содержащая ионы хлора.
Со временем толщина электролитной пленки изза конденсации влаги увеличивается. В процессе циклически
повторяющегося смыва пленки дождями и последующе12

го нового просыпания сильвинита образуются продукты
коррозии. Это приводит к снижению критической относительной влажности и резкому возрастанию скорости
коррозионного процесса. Так, конденсация влаги из воздуха и усиление коррозии стали наблюдаются всего при
55%й относительной влажности воздуха, если сталь
предварительно прокорродировала в 3%м растворе NaCl.
Таким образом, условия эксплуатации сооружений и
других объектов железнодорожного пути в Республике
Беларусь в совокупности с климатическими и антропогенными факторами обусловливают чрезвычайно высокую интенсивность коррозионного разрушения этих
объектов и необходимость проведения противокоррозионных защитных мероприятий.

1.3. Êîððîçèÿ ñòðîèòåëüíûõ ìàòåðèàëîâ

При строительстве промышленных, гражданских,
транспортных и других зданий и сооружений большую
роль играют бетон и железобетон как основные строительные материалы. 
Значительная часть возведенных из бетона и железобетона зданий и сооружений подвергается в период эксплуатации действию агрессивных сред, которые могут
вызвать повреждение и выход из строя строительных
конструкций, если не выполнены мероприятия по предотвращению коррозии материала конструкции. Особенно это относится к промышленным сооружениям, где
жидкая и газообразная внешняя среда, соприкасающаяся со строительными конструкциями, загрязняется продуктами и отходами производства.
В цветной металлургии, химической, целлюлознобумажной и других отраслях промышленности от 20 до
70% общего числа сооружений подвергается воздействию различных агрессивных сред, вызывающих коррозию материалов конструкций, что требует специальных мер по борьбе с коррозией. К таким сооружениям
следует отнести и здания сельскохозяйственного производства, которые подвергаются воздействию агрессивных сред органического происхождения. Выбор проти
вокоррозионных мероприятий для защиты этих сооружений осложняется тем, что многие из противокорро13

зионных средств токсичны и по этой причине не могут
быть использованы.
Повреждение строительных конструкций в результате коррозии происходит тем быстрее и глубже, чем агрессивнее внешняя среда и чем менее учтены эти агрессивные воздействия при проектировании, возведении и
эксплуатации сооружений. По ориентировочным подсчетам зарубежных специалистов, потери от коррозии в
строительной индустрии составляют около 1,25% национального дохода. Они включают не только стоимость
материалов, расходуемых на ремонты и восстановление
сооружений, и стоимость самих ремонтов, но и ущерб
производству от не соответствующего требованиям эксплуатации состояния строительных конструкций и нарушения нормального эксплуатационного режима в период ремонтов, часто осуществляемых с остановкой производства.
Вышеперечисленные обстоятельства ведут к тому,
что увеличиваются расходы на трудоемкие, часто ручные, ремонтновосстановительные работы. Всевозрастающие средства отвлекаются от их прямого назначения – на капитальное строительство и развитие народного хозяйства. Снижение затрат на ремонтновосстановительные работы – важнейший фактор повышения
эффективности капиталовложений в народное хозяйство. Все работы в области антикоррозионной защиты
строительных материалов и изделий имеют общую
цель: уменьшение ущерба от коррозии в строительстве
путем повышения стойкости и долговечности конструкций в различных агрессивных средах и исключения необходимости делать частые ремонты строительных
конструкций.
Чтобы решить эту задачу технически грамотно и экономически обоснованно, необходимо знать суть процессов коррозии бетона и арматуры при воздействии агрессивных сред, учитывать особенности работы и напряженное состояние железобетонных конструкций, а
также номенклатуру и свойства средств противокоррозионной защиты. 
За последние годы в области изучения коррозии бетона и железобетона и их защиты сделано следующее:
создана теория коррозии бетона в агрессивных средах различного вида, позволяющая прогнозировать сро14

ки службы конструкций и обосновывать необходимые
меры защиты;
исследованы процессы коррозии при действии сульфатов, благодаря чему расширена номенклатура сульфатостойких портландцементов и обоснованы меры по приданию железобетонным конструкциям стойкости в сульфатных водах, содержащих до 10 г/л сульфатов в расчете
на ион SO4
2–, а в некоторых случаях – до 20 г/л. Кроме
сульфатостойкого портландцемента промышленность выпускает низкоалюминатный и бариевый портландцементы и сульфатостойкий шлакопортландцемент;
разработаны комплексные добавки к бетонам, повышающие их коррозионную стойкость вследствие
улучшения структуры бетона, гидрофобизации внутренней поверхности цементного камня и снижения в связи с
этим капиллярного подсоса жидкостей, а также повышения плотности бетона;
исследована скорость протекания процесса карбонизации бетона и разработана количественная теория
процесса, что позволило сформулировать требования к
бетонам по их плотности и стойкости в атмосфере углекислого газа и разработать методику оценки сроков
службы бетона с учетом диффузионной проницаемости
для углекислого газа;
разработаны методы расчета термодинамической
устойчивости бетонов на различных вяжущих, работающих в разных средах;
исследованы бетоны на полимерных и других коррозионностойких вяжущих, а также цементные бетоны,
пропитанные полимерами; осуществляется их внедрение;
исследована стойкость бетонов на жидком стекле к
действию воды и разбавленных кислот и предложены меры, повышающие стойкость таких бетонов;
получены данные о степени агрессивности по отношению к бетонам различных природных и промышленных сред; 
исследована коррозионная стойкость бетонов на пористых заполнителях;
создана система нормативных документов по борьбе с коррозией бетона и железобетона в строительстве, в
частности изданы Нормы проектирования антикоррозионной защиты строительных конструкций. Имеется
большое количество республиканских и ведомственных

инструктивных документов, касающихся способов антикоррозионной защиты строительных конструкций в отдельных отраслях промышленности или отдельных способов защиты. Таким образом, создана база для получения долговечных коррозионностойких бетонных и железобетонных конструкций.
В нашей стране проектирование антикоррозионной
защиты строительных конструкций нормировано в государственном масштабе. В проектах зданий и сооружений
предусматривается специальный раздел по антикоррозионной защите конструкций, разрабатываемый специализированными отделами проектных организаций.
Все научноисследовательские работы в области борьбы с коррозией бетона и железобетона координируются
соответствующими научноисследовательскими учреждениями. Координация охватывает работы, проводимые
по следующим направлениям:
1) разработка теории коррозии бетона и железобетона;
2) исследование коррозионной стойкости бетона в
различных агрессивных средах;
3) изучение процессов коррозии арматуры, повышение
ее коррозионной стойкости, разработка способов защиты;
4) исследование работы железобетонных конструкций в агрессивных условиях и создание коррозионностойких конструкций;
5) защита железобетонных конструкций лакокрасочными и пленочными полимерными покрытиями;
6) техникоэкономическая 
оценка 
защиты 
конструкций;
7) изучение состояния конструкций в натурных условиях и разработка критериев перехода от результатов лабораторных испытаний к результатам, полученным в натурных условиях, а также усовершенствование методов
испытаний коррозионной стойкости.

1.4. Òåðìîäèíàìèêà è êèíåòèêà ïðîöåññà 
êîððîçèè ìåòàëëîâ

Коррозия металлов – самопроизвольный процесс.
Критерием самопроизвольного протекания процесса в
термодинамике является свободная энергия Гиббса
(изобарноизотермический потенциал) ΔG. Из термо16

динамики известно, что условием принципиальной
осуществимости самопроизвольного процесса является
уменьшение свободной энергии Гиббса, т.е. условие
ΔG < 0. Для большинства соединений металлов ΔG имеет
отрицательные значения, что свидетельствует о возможности самопроизвольного протекания реакции окисления металла с образованием соответствующего соединения. Например: ΔG298 = –318,19 кДж/моль для реакции
Zn + 1/2O2 → ZnO свидетельствует о том, что цинк может
самопроизвольно окисляться. Чем ниже значение ΔG,
тем сильнее стремление металла к коррозии. Так, алюминий в щелочной среде будет корродировать более интенсивно (ΔG298 = –1141,3 кДж/моль), чем железо в соляной кислоте (ΔG298 = –304,2 кДж/моль). 
По степени термодинамической нестабильности Н.Д. Томашов разделил все металлы на пять групп.
1. Металлы повышенной нестабильности (неблагородные): Li, Rb, Cs, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Ti, Zr, Mn, Cr,
Zn, Fe. Могут корродировать даже в нейтральных водных средах.
2. Металлы термодинамически нестабильные (неблагородные): Cd, In, Co, Ni, Mo, Pb, W. Устойчивы в нейтральных средах в отсутствие кислорода.
3. Металлы промежуточной термодинамической стабильности (полублагородные): Bi, Sb, Re, Cu, Tc, Ag, Rh.
Устойчивы в кислых и нейтральных средах в отсутствие
кислорода.
4. Металлы высокой стабильности (благородные): Hg,
Pd, Ir, Pt.
5. Металл полной стабильности: Au.
Как видно из классификации, во влажной атмосфере
очень немногие металлы (4й и 5й групп) можно рассматривать как устойчивые. Почему же в таком случае
возможно техническое применение железа и его сплавов, а тем более алюминия и титана, магниевых сплавов?
Дело в том, что термодинамика, давая оценку принципиальной возможности протекания коррозионного процесса, не позволяет судить о его скорости, устанавливающейся в реальных условиях.
Реальная скорость коррозии определяется многими
факторами: состоянием поверхности металла и особенностями его структуры, температурой, составом и скоростью движения коррозионной среды, механическими на17

пряжениями и др. Скорость коррозионного процесса
определяется протеканием следующих основных стадий: 
1) доставка к поверхности металла коррозионноактивных частиц (ионов, молекул), осуществляемая посредством диффузии или конвекции. Скорость диффузии определяется уравнением

vд = kдSdc/dx,

где kд – коэффициент диффузии (возрастает с увеличением температуры); S – площадь сечения, через которое
протекает диффузия; dc/dx – градиент концентраций
диффундирующих частиц; 
2) взаимодействие частиц и металла (химическая реакция), протекающее во многих случаях многостадийно.
Скорость реакции (количество вещества, реагирующего
в единицу времени) определяют по формуле 

где kp – константа скорости реакции; C – концентрация
частиц; W – энергия активации; R – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура; 
3) отвод продуктов коррозии от поверхности металла,
осуществляемый за счет диффузии. 
Продукты коррозии часто играют решающую роль в
торможении коррозионного процесса, например путем
образования пленок на поверхности металлов, тормозящих проникновение коррозионноактивных частиц.

1.5. Âèäû êîððîçèè ìåòàëëîâ

П о  м е х а н и з м у  п р о т е к а н и я коррозию разделяют на химическую и электрохимическую.
П о  у с л о в и я м  п р о т е к а н и я различают коррозию:
газовую, обычно протекающую при высоких температурах;
в неэлектролитах (бензин, керосин и т.д.);
в электролитах (солях, кислотах, щелочах) при
полном, частичном или периодическом погружении, в
движущейся или покоящейся среде;

v
k C
W
RT
p
p
=
−
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
exp
,

в естественных природных условиях (атмосферную, морскую, подземную);
под воздействием внешнего тока (электрокоррозию);
радиохимическую (под воздействием радиоактивного излучения); 
биологическую (под воздействием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов);
фреттингкоррозию, или коррозионную эрозию
(при одновременном воздействии коррозионной среды и
сил трения);
при кавитации (ударном воздействии коррозионной среды);
контактную (при контакте металлов, имеющих
различные потенциалы);
щелевую, протекающую в узких щелях и зазорах
между отдельными деталями;
структурную, обусловленную структурной неоднородностью сплава;
термоконтактную, возникающую за счет температурного градиента, обусловленного неравномерным нагреванием поверхности металла.
П о  х а р а к т е р у  к о р р о з и о н н ы х  п о р а ж е н и й
различают сплошную (или общую) и местную коррозию.
Сплошная коррозия бывает равномерной (рис. 1.1, а)
и неравномерной (рис. 1.1, б). Сплошная коррозия охватывает всю поверхность металла и протекает на всей поверхности с одинаковой скоростью. 
Местная коррозия сосредоточивается на отдельных
участках поверхности. Наиболее часто встречаются
следующие ее разновидности: пятнистая (рис. 1.2, а),
язвенная (рис. 1.2, б), точечная (рис. 1.2, в), сквозная
(рис. 1.2, г), нитевидная под покрытием (рис. 1.2, д),
подповерхностная (рис. 1.2, е). Подповерхностная корроaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

Рис. 1.1. Виды сплошной коррозии