Zabezpieczenia antykorozyjne połączeń różnych materiałów
Korozja metali ma przede wszystkim mechanizm elektrochemiczny. Sama stal składa się z mikrokryształów, które nie są całkowicie jednorodne i jeżeli pojawi się na tych kryształkach elektrolit, np. woda deszczowa, to powstaje tzw. mikroogniwo korozyjne (rys. 1) i zaczyna się proces korozji.
Kiedy dochodzi do połączenia dwóch metali lub innych materiałów mogących pełnić funkcje elektrod, tworzy się tak zwane makro-ogniwo. To zjawisko wykorzystywane jest w technice przy budowie ogniw elektrycznych, np. baterii i akumulatorów, ale w przypadku materiałów budowlanych jest niepożądane, gdyż sprzyja korozji.
Fot. 1. Elektrody cynkowe chronią stalowy kadłub statku (źródło internet).
Każdy metal i materiał prądoprzewodzący ma pewien potencjał elektryczny względem tzw. elektrody odniesienia (tab. 1). W przypadku połączeń dwóch różnych metali należy sprawdzić różnicę ich potencjałów. Jeżeli występuje duża różnica potencjałów, to materiał o niższym potencjale eletrochemicznym będzie ulegał korozji, chroniąc materiał o wyższym potencjale. Zjawisko to jest wykorzystywane w ochronie elektrochemicznej. Tak działają elektrody cynkowe montowane na statkach (fot. 1) i tak działają powłoki cynkowe nanoszone na stal (fot. 2). Trzeba jednak pamiętać, że materiał chroniony jest dotąd, dokąd nie ulegnie rozpuszczeniu warstwa chroniąca, najczęściej cynkowa. A co zrobić z połączeniem dwóch metali, kiedy chcemy chronić je oba? Przyjmuje się, że jeżeli różnica potencjału elektrochemicznego dwóch chronionych metali wynosi więcej niż 50 mV, to należy zadbać o elektryczną izolację pomiędzy tymi materiałami.
Przykładowo, połączenie miedzi i stali tworzy ogniwo o potencjale +0,335 (miedź) - (-)0,44 (żelazo) = 0,775 V, czyli 775 mV i takie połączenie należy bezwzględnie zaizolować, aby nie było kontaktu elektrycznego na styku tych metali. Do izolacji stosuje się najczęściej przekładki z tworzyw sztucznych, w niektórych przypadkach można zastosować grubopowłokowe zabezpieczenia malarskie, np. z farb epoksydowych.
Rys. 1. Mikroogniwo korozyjne.
Specjalnej ochrony wymagają też połączenia stali i betonu. Beton w połączeniu ze stalą jest materiałem bardziej szlachetnym i to stal w pierwszej kolejności będzie narażona na korozję (fot. 3). Stal koroduje najsilniej blisko miejsca styku z betonem. Składa się na to kilka czynników:
- miejsce połączenia to miejsce mikropęknięć, które są nieuniknione tam, gdzie występują dwa materiały o zupełnie innej kurczliwości termicznej. Takie mikropęknięcia są z reguły penetrowane przez wilgoć, mają też zdolności utrzymywania wilgoci nawet przez dłuższy czas;
- na styku stali z betonem dzięki wspomnianym mikropęknięciom, choć nie tylko, gromadzi się również brud, który zatrzymuje jeszcze większe ilości wilgoci, ponadto nie jest obojętny chemicznie, przez co sprzyja korozji.
Jak więc poprawnie zabezpieczać takie połączenia? Norma PN-EN ISO 12944-3 zaleca przede wszystkim wykonanie połączenia o odpowiednim kształcie, a ponadto zabezpieczenie elementu stalowego powłokami malarskimi na co najmniej 5 cm w głąb w miejscu zatopienia w betonie (rys. 2). Warto zadbać o zastosowanie do takiego zabezpieczenia dobrych farb epoksydowych lub epoksydowo-bitumicznych.
Fot. 3. Stal koroduje najsilniej blisko miejsca styku z betonem.
Fot. 4. Kolumny egipskie "odrywano" od skały macierzystej przy pomocy pęczniejącego drewna.
Ostatnim zagadnieniem, które chciałem poruszyć jest połączenie betonu z drewnem. Połączenia takie są obecnie rzadko stosowane, może się zdarzyć przy budowie drewnianych pomostów na nabrzeżach zbiorników wodnych i przy budowie, znów modnego, pruskiego muru. Aby nie doszło do uszkodzeń betonu, należy zadbać o stabilne warunki wilgotnościowe w drewnie. Beton, którym zalano suche drewno, jeżeli drewno napęcznieje, ulegnie rozerwaniu. To zjawisko wykorzystywano w starożytnym Egipcie do kruszenia skał (fot. 4).
Dobra impregnacja drewna jest nie lada sztuką, ale to już temat na osobny artykuł.
Rys. 2. Łączenie stali z betonem.
Łączenie różnych materiałów zwiększa z reguły ryzyko korozji. Dbałość o połączenia różnych metali i metali z innymi materiałami wymaga szczególnej troski. Celem tego artykułu było nie tyle zaproponowanie gotowych rozwiązań, co zwrócenie uwagi czytelnika na wagę problemu.
Michał Jaczewski
