2. Korozja gleby
Korozja gleby to niszczenie metalu pod
wpływem agresywnego środowiska
glebowego. Tego typu destrukcji korozyjnej
poddawane są metale oraz konstrukcje w
gruncie, czyli różnego rodzaju zbiorniki
podziemne, rurociągi, pale, kable itp.
3. Przyczyny korozji gleby
1) Zawartość wilgoci w glebie substancji organicznych, kwasów,
zasad
2) Niejednorodność powłoki kabla
3) Niejednorodność składu chemicznego gruntu stykającego się z
powłoką kabla
4) Nierównomierne przenikanie tlenu z powietrza do powłoki
kabla
4. Korozyjność gleby
Gleba jest bardzo agresywnym środowiskiem korozyjnym, na które składa się
wiele elementów. Agresywność korozyjna gleby (gleby) zależy od kilku
czynników: wilgotności, pH, napowietrzenia, składu gleby, porowatości,
przewodności elektrycznej.
Ze względu na działanie korozyjne wyróżnia się gleby: wysoka, średnia, niska
agresywność. Zawarta w glebie wilgoć przyspiesza przejście procesów
korozyjnych, zamieniając środowisko glebowe w elektrolit oraz przyczynia
się do przejścia precyzyjnie elektrochemicznych procesów korozyjnych.
Wilgoć łatwiej przenika przez glebę, jeśli gleba ma bardziej porowatą strukturę.
W obecności rozpuszczonych w glebie soli i różnych minerałów staje się ona
bardziej przewodząca prąd elektryczny, procesy elektrodowe na katodzie i
anodzie przebiegają łatwiej, co powoduje wzrost szybkości korozji gleby.
W glebach żyje wiele różnych mikroorganizmów, które mają bardzo duży wpływ
na korozyjność gleb. Zniszczenia korozyjne spowodowane obecnością i
żywotną aktywnością organizmów żywych nazywane są biokorozją.
5. Mechanizm korozji gleb
1) Korozja gleby prawie zawsze przebiega na zasadzie mechanizmu
elektrochemicznego (jedynymi wyjątkami są bardzo suche gleby).
2) Proces anodowy w korozji gleby polega na niszczeniu metalu. Na katodzie
zachodzi depolaryzacja tlenu. Najczęściej depolaryzacja tlenowa zachodzi przy
ograniczonym dostępie tlenu do powierzchni korodującego produktu.
3) W glebach mokrych proces przebiega z przewagą kontroli katodowej, aw
glebach suchych sypkich z kontrolą anodową. Czasami podczas pracy z
rozszerzonymi mikroparami można zaobserwować sterowanie katodowo-
omowe.
4) Korozja podziemna dzieli się na korozję gruntową i elektrokorozję (korozję
przez prądy błądzące). Korozja podziemna jest mniej niebezpieczna niż
zniszczenie pod wpływem prądów błądzących.
6. Wpływ różnych czynników na korozję gleb
WPŁYW WILGOTNOŚCI GLEBY NA KOROZJĘ GLEBY METALI
POROWATOŚĆ (PRZEPUSZCZALNOŚĆ POWIETRZA) GLEBY
KWASOWOŚĆ GLEBY
PRZEWODNOŚĆ GLEBY
SKŁAD MINERALOGICZNY I HETEROGENICZNOŚĆ GLEBY
WPŁYW MIKROORGANIZMÓW
7. WPŁYW WILGOTNOŚCI GLEBY NA KOROZJĘ METALI W
GLEBIE
Wilgoć w glebie jest obecna prawie wszędzie. Gdzieś jest więcej, a gdzie indziej
mniej. To wilgotność gleby ma duży wpływ na szybkość korozji gleby, zamieniając
glebę w elektrolit. Powoduje również korozję elektrochemiczną konstrukcji metalowych
w gruncie. Woda w glebie może być: kapilarna, grawitacyjna, związana. Wilgoć
kapilarna gromadzi się w porach gleby.
Związana wilgoć nie wpływa bowiem na szybkość korozji gleby występuje w postaci
uwodnionych związków chemicznych. Wraz ze wzrostem wilgotności gleby proces
anodowy jest łatwiejszy (ze względu na trudność pasywacji powierzchni metalu), a
proces katodowy jest trudniejszy (gleba jest nasycona wilgocią, jej napowietrzanie jest
trudne).
Wilgotność, przy której obserwuje się największą szybkość korozji, nazywana jest
krytycznym wskaźnikiem wilgotności gleby.
8. POROWATOŚĆ (PRZEPUSZCZALNOŚĆ POWIETRZA) GLEBY
Porowatość (oddychalność) gleby wpływa na zdolność
zatrzymywania wilgoci i napowietrzania przez długi czas.
Przepuszczalność powietrza zależy od składu gleby, jej gęstości,
wilgotności. Gleby dobrze przepuszczające powietrze
(piaszczyste) są bardziej agresywne. W glebach piaszczystych
proces katodowy przebiega z ulgą.
W praktyce zdarzają się przypadki, gdy długi podziemny rurociąg
przechodzi przez różne rodzaje gleby. Jeśli przechodzi kolejno
przez grunty piaszczyste, a następnie gliniaste, gdzie warunki
napowietrzania powierzchni metalu są bardzo różne, wówczas
powstają strefy korozji mikrogalwanicznej napowietrzania.
Powierzchnia rurociągu w strefie piaszczystej będzie pełnić rolę
katody, a strefa iłowa – anody.
Zniszczenie metalu nastąpi w obszarach anodowych, gdzie dostęp
tlenu do powierzchni jest utrudniony. Co ciekawe, strefy katody i
anody mogą znajdować się w odległości ponad stu metrów. W
takim przypadku proces korozji będzie charakteryzował się
hamowaniem rezystancyjnym.
9. KWASOWOŚĆ GLEBY
Dla większości gleb wartość pH wynosi 6,0 - 7,5. Silnie
korozyjne są gleby, których pH znacznie różni się od tej
wartości. Należą do nich gleby torfowe, podmokłe,
których pH wynosi 3 - 6. Oraz solonczaki i gliny
zasadowe, o pH gleby 7,5 - 9,5. Środowiskiem bardzo
agresywnym w stosunku do stali, ołowiu, miedzi, cynku
jest czarnoziem zawierający kwasy organiczne.
Jedną z najbardziej agresywnych gleb jest bielica.
Stal w bielicach koroduje 5 razy szybciej niż w innych
glebach.
Kwasowość gleb przyspiesza korozję gleby,
ponieważ. wtórne produkty korozji stają się bardziej
rozpuszczalne, istnieje możliwość dodatkowej
depolaryzacji katodowej przez jony wodoru.
10. PRZEWODNOŚĆ GLEBY
Przewodność elektryczna gleby zależy od jej składu
mineralogicznego, ilości wilgoci i soli w glebie. Każdy
rodzaj gleby ma swoją specyficzną wartość
przewodności elektrycznej, która może wahać się od
kilku jednostek do kilkuset omów na metr.
Zasolenie gleby ma ogromny wpływ na jej przewodnictwo
elektryczne. Wraz ze wzrostem zawartości soli procesy
elektrody anodowej i katodowej przebiegają łatwiej, co
zmniejsza opór elektryczny.
Prawie zawsze, po określeniu przewodności elektrycznej
gleby, można ocenić jej stopień agresywności
korozyjnej (dla stali, żeliwa). Wyjątkiem są gleby
nasycone wodą.
11. SKŁAD MINERALOGICZNY I HETEROGENICZNOŚĆ
GLEBY
Skład mineralogiczny i niejednorodność gleby mają duży wpływ (podobnie jak
wilgotność) na rezystancję omową. Wraz ze spadkiem rezystywności gleby wzrasta jej
agresywność.
Mineralizacja gleby może wahać się od 10 do 300 mg/l.
Niejednorodność gruntu prowadzi do powstawania par galwanicznych, które
tylko wzmagają korozję gruntu i powodują nierównomierność niszczenia.
Wpływ temperatury gleby na korozję glebową metali. Temperatura może wahać
się bardzo szeroko. Zimą, gdy wolna woda wypełniająca naczynia włosowate w glebie
zamarza, tempo korozji gleby nieznacznie spada. Wynika to również ze słabego
napowietrzenia powierzchni metalu. Latem, gdy na zewnątrz jest gorąco, tempo
korozji gleby może również ulec spowolnieniu, co tłumaczy się wysychaniem gleby.
Korozja gleby powoduje największe szkody poza sezonem, kiedy gleba jest
wystarczająco wilgotna, powstają optymalne warunki do przebiegu procesu korozji.
Temperatura gleby zależy od pory roku, szerokości geograficznej, pory dnia, pogody.
Znaczna różnica temperatur na konstrukcji o dużej długości (rurociąg
podziemny) może powodować powstawanie par korozyjnych termogalwanicznych,
które powodują miejscowe nasilenie korozji gruntu.
12. WPŁYW MIKROORGANIZMÓW NA KOROZJĘ METALI W
GLEBIE
W glebie żyją i rozwijają się dwa rodzaje mikroorganizmów: tlenowe (mogą
istnieć tylko w obecności tlenu), beztlenowe (tlen nie jest wymagany do
zapewnienia ich żywotnej aktywności). Mają ogromny wpływ na glebową
korozję metali. Korozja gruntów konstrukcji metalowych spowodowana
żywotną aktywnością żywych mikroorganizmów nazywana jest
biologiczną (biokorozją) lub biochemiczną.
Istnieją dwa rodzaje mikroorganizmów tlenowych (gleby): niektóre są
bezpośrednio zaangażowane w wytrącanie żelaza, inne utleniają siarkę.
Optymalne warunki do istnienia beztlenowych bakterii siarkowych to
środowisko kwaśne (3-6 pH). Bakterie siarkowe utleniają siarkowodór do
siarki, a następnie do kwasu siarkowego zgodnie z następującymi
równaniami:
2H2S + O2 = 2H2O + S2; S2 + 2H2O + 3O2 = 2H2SO4.
W miejscach o największej liczebności bakterii siarkowych stężenie
kwasu siarkowego może dochodzić do 10%. To znacznie
przyspiesza korozję gleby, zwłaszcza stali.
13. WPŁYW MIKROORGANIZMÓW NA KOROZJĘ METALI W
GLEBIE
Przy pH gleby około 4 - 10 rozwijają się bakterie przetwarzające żelazo. Bakterie te w
toku swojej aktywności życiowej absorbują jony żelaza i uwalniają
nierozpuszczalne związki zawierające Fe. W miejscach gromadzenia się bakterii
żelaza obserwuje się dużą ilość nierozpuszczalnych związków żelazistych, które
zwiększają niejednorodność powierzchni. Zjawisko to ma również duży wpływ na
szybkość korozji gleby.
Mikroorganizmy beztlenowe mogą wytwarzać węglowodory, siarkowodór, kwas
węglowy i wiele innych związków chemicznych. Mogą niszczyć powłoki ochronne,
wpływać na przebieg reakcji anodowych i katodowych oraz zmieniać właściwości
gleby.
Spośród mikroorganizmów beztlenowych za najbardziej niebezpieczne można uznać
bakterie redukujące siarczany. Optymalne warunki do ich bytowania, gleba o
odczynie pH 5,5 - 8 (gleby bagienne, gliniaste, muliste). Bakterie przywracają
siarczany zawarte w glebie. Proces ten można opisać następującym równaniem:
MgSO4 + 4H = Mg(OH)2 + H2S + O2.
Uwolniony tlen zapewnia reakcję na katodzie. Siarkowodór i siarczki w glebie są
przyczyną pojawiania się luźnej warstwy siarczku żelaza na powierzchni
eksploatowanej konstrukcji.
Korozja to wżery w przyrodzie.
14. CECHY KOROZJI METALI GLEBY
Istotny wpływ rezystancji omowej
gruntu;
Występowanie korozyjnych par mikro i
makro;
Wrzodziejący charakter zniszczenia
15. Szybkość korozji gleby
Szybkość korozji gleby w większości przypadków zależy od
rozpuszczalnych w wodzie składników gleby. Chociaż
zawartość tych substancji w glebie jest zwykle niewielka (nie
więcej niż 2%, rzadko sięgająca 5–6%), odgrywają one ważną
rolę w tworzeniu elektrolitu, tworzeniu jego rezystancji
omowej oraz wpływają na przebieg cały proces korozji.
Sole mineralne i niektóre substancje organiczne są zwykle
rozpuszczane w wodzie glebowej. Szybkość korozji gleby,
która jest zwykle określana albo przez kinetykę dyfuzji, albo
kinetykę procesów elektrodowych, będzie również generalnie
wzrastać wykładniczo wraz ze wzrostem temperatury, zgodnie
ze wskazanym równaniem.
16. METODY OCHRONY GRUNTÓW PRZED
KOROZJĄ
Powłoka ochronna, izolacja
Tworzenie sztucznej
atmosfery
Ochrona elektrochemiczna
Specjalne metody stylizacji
17. NAKŁADANIE POWŁOK OCHRONNYCH. IZOLACJA
W celu ochrony przed korozją gruntu (gruntu)
najskuteczniejsze i najszerzej stosowane jest stosowanie
ochronnych powłok izolacyjnych. Na takie powłoki
nakładane są następujące wymagania: musi być ciągła,
bez pęknięć, zadrapań; mają dobrą przyczepność do
podłoża metalowego; być odporny chemicznie; mają
wysokie właściwości dielektryczne; zachowują swoje
właściwości ochronne pod wpływem dodatnich i
ujemnych temperatur (od -50 do +50°C); nie zawierają
środków powodujących korozję metalu nieszlachetnego;
mają wysoką biostabilność, wytrzymałość mechaniczną.
Powłoki ochronne mogą być polimerowe i mastyksowe.
Mastyks obejmuje węgiel, bitum. Do polimerowych -
powłoki z lepkich taśm izolacyjnych, stopionych,
walcowanych emalii itp.
18. TWORZENIE SZTUCZNEJ ATMOSFERY
Ta metoda jest stosowana dość rzadko, głównie w przypadku
długich rurociągów. Wynika to z wysokich kosztów
transportu, trudności jego realizacji (duża liczba
pracowników, potrzebny sprzęt, dużo czasu).
Rozbudowane konstrukcje podziemne mogą przechodzić
przez różne rodzaje gruntów, co nasila proces korozji. Istotą
metody jest stworzenie jednorodnego gruntu na całej
długości obiektu (wypełnienie np. całego rurociągu gruntem
piaszczystym) lub zmniejszenie agresywności gruntu w
określonych miejscach. Aby to zrobić, kwaśne gleby mogą
wapno.
19. ELEKTROCHEMICZNA OCHRONA
METALI PRZED KOROZJĄ GLEBY
Ochrona elektrochemiczna polega na wymuszonym wytworzeniu
polaryzacji katodowej lub anodowej. Przy łącznym zastosowaniu
ochrony elektrochemicznej i powłok ochronnych koszt pierwszej jest
bardzo mały.
W praktyce ochrony metali przed korozją gruntu bardzo często stosuje
się ochronę katodową. Konstrukcje metalowe zgłaszają pewien ujemny
potencjał elektryczny, co komplikuje termodynamikę utleniania metali.
To znacznie zmniejsza (minimalizuje) tempo korozji gleby. Polaryzację
katodową można przeprowadzić za pomocą specjalnych instalacji:
ochronnej, katodowej.
Ochrona protektorem polega na podłączeniu elektrod wykonanych z
metalu do produktu, który w tym środowisku jest bardziej
elektroujemny. Aby chronić stal przed korozją pod ziemią, aluminium,
jego stopy, cynk i magnez mogą służyć jako ochraniacze.
Ochrona katodowa - tworzenie polaryzacji katodowej za pomocą
zewnętrznego źródła prądu (generatory prądu stałego, akumulatory,
prostowniki). Na całej długości rurociągu instalowane są specjalne stacje
ochrony katodowej.
20. SPECJALNE METODY INSTALACJI
Bardzo często podczas układania rurociągu, a także
innych konstrukcji, stosuje się specjalne metody
układania, aby chronić je przed działaniem wód
gruntowych, samej gleby. Rurociąg lub kabel można
umieścić w specjalnym kolektorze (w tym przypadku
kabel układany jest na niemetalowej wykładzinie),
osłonie ochronnej (często wykonanej z płyt
żelbetowych lub metalu).
