Коррозия — главный риск надежности металлической сетки

На все металлические сетки, независимо от их способа выпуска - сварная, плетеная, тканая, просечно-вытяжная при эксплуатации влияет окружающая среда. Основной фактор, который ограничивает срок службы сетчатых метизов из углеродистой стали, это коррозия.

Во влажной атмосфере поверхность металла постоянно контактирует с кислородом, водой, растворенными солями и химически активными соединениями. На участках контакта начинается электрохимическая реакция, которая разрушает металл. Реакция образует оксиды и гидроксиды железа (ржавчину). Для строительных конструкций это ухудшает вид. Но, что намного опаснее, это снижение механической прочности сетчатых метизов. Даже относительно небольшая потеря толщины проволоки ведет к снижению площади поперечного сечения, то есть к снижению несущей способности, жесткости и сопротивлению нагрузкам.

Особенно быстро коррозия разрушает:

• в прибрежных районах;
• в производственных цехах;
• дорожные покрытия;
• в сочетании с противогололедными реагентами;
• в сельскохозяйственных сооружениях с высокой влажностью воздуха.

Поэтому при составлении проекта строительных конструкций инженер рассчитывает наряду с прочностью сетки и предполагаемый срок ее службы в конкретной среде эксплуатации.

Почему сталь начинает ржаветь

Как определяют коррозию? Это самопроизвольная деструкция металла из-за химической, электрохимической, физико-химической реакции со средой. 

Конструкционные стали, которые выдерживают большие нагрузки и удары, применяют для монтажа ответственных конструкций: каркасы зданий, опоры, мосты, балки, арматура для тяжелых сеток. Для таких сталей наиболее характерна электрохимическая коррозия. Как она проходит? На поверхности металла есть микроскопические неоднородности:

• зерна с разной структурой;
• включения неметаллов;
• остаточные напряжения;
• участки измененной структуры после сварки;
• микроскопические трещины на поверхности.

Когда влага, в которой есть растворенные соли, кислород и СО2, попадает на поверхность металла, она становится электролитом.

При этом кислород во влаге это сильный окислитель для поверхностных электронов атомов железа. Электроны легко отрываются от атома железа, так как у них слабая связь с ядром. 

На поверхности начинается электрохимический процесс или работа микрогальванических пар. В местах анода идет растворение железа. В местах катода электроны железа восстанавливают кислород. Соединяясь с кислородом и водой, они образуют гидроксиды и оксиды железа. Так начинает ржаветь металл. 

Тип коррозии разный:

• сплошная (по всей поверхности);
• местная (пятна, точки);
• межкристаллитная (внутренняя).

Какие факторы сильнее всего влияют на скорость коррозии

Как быстро будет корродировать металл определяют физико-химические процессы, которые могут проходить одновременно.

Влажность воздуха

Этот параметр чаще других провоцирует разрушение металла. Если влага в воздухе выше 60-70 %, то на открытых стержнях сетки начинает образовываться тонкая пленка воды. Этого будет достаточно для начала электрохимических реакций.

Если влажность повышается более 80 %, скорость коррозии значительно возрастает.

Поэтому металлические сетки, из которых монтируют металлоконструкции, армируют бетон:

• на фасадах;
• в подвалах;
• на мостах;
• возле водоемов;
• в теплицах,

нуждаются в антикоррозийном покрытии.

Температура

Ясно, что с увеличением температуры растет скорость электрохимических реакций. При этом увеличивается скорость диффузии кислорода в воде и растворенных в ней веществ. Плюс если есть чередование температуры, образование конденсата, то коррозия многократно усиливается.

Поэтому корродирование уличных сеточных конструкций (ограждений, заборов) быстрее проходит осенью и весной.

 Соединения солей

Натрий и кальций очень активные щелочные металлы, а их хлоридные соединения значительно увеличивают электропроводность влаги.

Такие соединения входят в дорожные реагенты, поэтому это агрессивный фактор для металлических сеток.

В условиях автомобильных дорог сетки с цинковым покрытием работают значительно эффективнее обычной окраски.

Кислотность среды

При увеличении кислотности среды показатель рН снижается, при этом скорость растворения железа растет.

Поэтому кислотные дожди, производственные выбросы и среда с агрессивными соединениями значительно сокращают срок службы незащищенной стали.

Загрязнение воздуха

В районах, где работают промышленные предприятия, в атмосфере есть химические соединения:

• оксиды азота;
• углекислый газ;
• кислотные аэрозоли;
• комбинации серы с другими элементами;
• аммиак.

Такие химические соединения, растворяясь в воде образуют слабые кислоты, которые ускоряют разрушение металла.

От чего зависит стойкость к коррозии самой сетки

Сколько времени будут служить сетчатые метизы зависит от технологии их выпуска, состава сплава, диаметра и состояния поверхности.

Химический состав сплава

На то, как быстро будет корродировать проволока или стальные стержни, влияет состав исходного металлопроката.

Для выпуска сварных сеток берут низкоуглеродистую проволоку или арматурную стержневую сталь по условиям ГОСТ 34028 - 16.

Чем выше качество стали:

• тем меньше неметаллических включений;
• тем однороднее структура сплава;
• тем ниже вероятность локальных разрушений.

Качество поверхности

Поверхность проволочного или стержневого проката перед нанесением защитного покрытия подготавливают. С поверхности убирают ржавый налет, царапины, окалину, так как это потенциальные центры коррозии.

Требования к обработке поверхности и покрытию защитными слоями есть в ГОСТ 9.301-86, который устанавливает общие требования к защитным металлическим и неметаллическим покрытиям. Качество подготовки непосредственно влияет на адгезию защитного слоя и его прочность.

Качество сварных соединений

Контактная сварка для сеток существенно обуславливает их качества.

При правильном режиме сварки:

• нет прожогов;
• не возникает излишнего перегрева;
• не меняется структура металла;
• снижается вероятность образования локальных очагов коррозии.

Автоматические линии сваривают стабильные соединения проволок практически без внутренних дефектов.

Диаметр проволоки

Тем больше диаметр проволоки, тем дольше прослужит сетка.

Пример. Предположим, коррозия ежегодно уменьшает толщину металла на одинаковую величину.

Для проволоки d 2 мм потеря толщины на 0,1 мм это сокращение площади сечения примерно на 10 %.

Для проволоки d 6 мм такая же потеря составляет лишь около 3 %.

Ясно, что более толстая проволока обладает большим запасом прочности, даже при равной скорости коррозии.

Остаточные напряжения

В холоднодеформированном прокате могут сохраняться остаточные напряжения. Они будут ускорять точечные разрушения, особенно в условиях агрессивной среды.

Поэтому технологии для выпуска стержневого проката проводят обработки, которые снижают внутренние напряжения металла.

Почему оцинкованная сетка работает значительно дольше

Правильно ли считать, что цинковый слой только изолирует металл от влаги? Нет. По сути цинк действует намного сложнее.

У цинка более отрицательный электрохимический потенциал, чем у железа. Поэтому при повреждении поверхности металла он вступает в реакцию первым, начинает разрушаться и выполняет роль протекторного анода. Слой цинка вокруг царапины начинает отдавать свои электроны, закрывать поврежденное место, замедляя развитие коррозии.

Этот принцип значительно продлевает срок работы оцинкованных сварных и плетеных сеток по сравнению с сетками без покрытия, особенно в условиях периодического увлажнения и на открытом воздухе.