Пожиратели металлов

Это было в Ростове-на-Дону. Решили как-то начать ремонт старой водопроводной магистрали. Она многие годы снабжала водой значительный район города. Однако жители начали жаловаться на нехватку летом воды, а некоторые подвалы стали затапливаться. Отрыв траншею и увидев на ее дне магистраль, рабочие хотели извлечь трубу на поверхность. Но только они прикоснулись к ней, как металл рассыпался на мелкие кусочки. Стали вскрывать траншею дальше. Труба совсем исчезла. Вода шла просто по отверстию в грунтах. Это и явилось причиной больших утечек. Грунт буквально «съел» металл...

В 30-х годах Московская городская телефонная сеть страдала от разрушения в грунтах металлических кабелей. Число их повреждений, достигало за год 1520. Если бы кабели своевременно не защитили, то число повреждений достигло бы в 50-х годах более 0,5 млн/год.

Произведенные подсчеты показали, что в результате этого процесса в нашей стране выходит из строя до 3% заложенного в грунты металла. Это около 1 млн. т.

Явление разрушения металла или его ржавления получило наименование подземной коррозии. Она наносит большой ущерб народному хозяйству, поэтому борьба с ней является крайне важной задачей. Ведь в землю ежегодно укладываются тысячи километров труб газопроводов, нефтепроводов, водопроводных и канализационных магистралей; в грунтах лежат металлические электрокабели, в них заглубляются различные баки, емкости, заземления, строительные конструкции.

Для борьбы с коррозией металла в грунтах ежегодно затрачиваются миллионы рублей. Почему же грунты «съедают» металлы? Что является причиной подземной коррозии?

Начало научного изучения этого процесса было положено еще в XVIII в. работами великого русского ученого М. В. Ломоносова. В настоящее время процесс коррозии металла детально изучен в электрохимии. Было установлено, что его сущность заключается в образовании на поверхности металла так называемых микрогальванических элементов. Их деятельность и порождает основное коррозионное разрушение металлов. Кроме того, возможна также коррозия при химических реакциях между металлом и молекулами порогового раствора.

Однажды вследствие утечки газа из трубопроводов возник пожар. Когда вскрыли трубы, они оказались пробитыми целой серией круглых правильных отверстий. Казалось, что кто-то их специально сверлил. На самом деле это были последствия еще одного процесса — электрокоррозии. Исследования специалистов показали, что на трассах железнодорожных путей, по которым движется электричка, а также на участках трамвайных рельсов возникают блуждающие токи. В местах входа электротока в трубопроводы, уложенные в грунтах, образуется так называемая катодная зона, а на участках выхода — анодная. На последних и развивается интенсивный коррозионный процесс, который порождает своеобразные формы разрушения металлических труб, описанные выше.

Эти электрические, электрохимические и химические процессы и являются главными врагами металла в грунтах. Но грунты тоже не представляют собой «невинных» свидетелей, а служат средой, поставляющей растворы и газы.

Разрушение металлов также зависит от характера циркуляции воздуха и жидкостей. А она тесно связана с пористостью, которая, в свою очередь, зависит от генезиса (происхождения) грунтов. Немаловажную роль играют обменные процессы, протекающие между минералами и движущимися по порам растворами. Определенное значение имеет реакция среды рН. Она может быть щелочной, кислой и нейтральной. В зависимости от этого усиливается или ослабляется коррозионное разрушение металлов. А все приведенные факторы определяются составом глинистых минералов и генезисом грунта.

Еще один враг металлов, заложенных в грунтах и почвах, — микроорганизмы. Их жизнедеятельность порождает биокоррозию. Особенно опасны анаэробные бактерии (например, сульфатвосстанавливающие). Было обнаружено, что при их воздействии электрокоррозия усиливается почти в 20 раз. Эти бактерии любят иловатые, болотистые грунты. Пока еще этот вид разрушения металлов изучен недостаточно.

Как же разобраться во всем множестве действующих в грунтах коррозионных факторов? Как оценить их действие?

Наиболее простой способ — вскрытие уложенных в грунты трубопроводов и их осмотр. Если на металле, уложенном в грунты 5 лет назад, видимые коррозионные повреждения не превосходят 2 мм, то можно считать, что разрушающая способность среды низкая. Но если они превосходят глубину 6 мм, то грунтовая среда высококоррозионна.

Конечно, это хороший способ. Но нам нужно знать об агрессивности грунтов до укладки труб, чтобы принять соответствующие меры. Оказалось, что коррозионность грунтов зависит от их электрического сопротивления: чем выше сопротивление, чем меньше коррозионность.

Достаточно измерить удельное электросопротивление грунтов, и тогда можно легко назвать степень коррозионной опасности. Она определяется в омах на один метр. Если ее величина менее 5 Ом-м, то грунт оценивается как высокоагрессивный по отношению к металлам, а при значениях более 100 Ом-м коррозионность незначительна. Этот показатель определяется с помощью специальных методов электроразведки.

Рассматривая коррозию металла в грунтах, нельзя не сказать о том, что различные металлы разрушаются по-разному. Опыт показывает, что скорость разрушения железа, стали и чугуна колеблется от 0,1 до 2 мм/год. А такие металлы, как свинец, алюминий и медь, разрушаются значительно медленнее.

Возникает естественный вопрос: «Можно ли бороться с коррозией? Как защитить металл в грунтах?»

Прежде всего отметим, что человек научился эффективно бороться с этим процессом. Созданы десятки методов защиты металлических конструкций и труб, укладываемых в грунты. Наиболее простыми являются методы защитной изоляции трубопроводов при помощи различных покрытий: битумного, полимерного, специальными красителями и др.

Когда возникает необходимость охраны от коррозии важных объектов, приходится активно вмешиваться в деятельность электрохимических элементов. В этом случае используется специальная электрохимическая защита металлических конструкций в грунтах.

Широкое применение защитных антикоррозионных мероприятий позволило значительно сократить потери металлов за счет их коррозии в грунтах — на некоторых объектах до 99 %.