Kemijski spojevi koji uzrokuju koroziju

Vrlo važnu ulogu u procesu nastajanja korozije ima i prašina, a nju ćemo pokušati malo više definirati u nastavku teksta. Prašina se djelomice pojavljuje u vrlo visokim koncentracijama tako da možemo slobodno govoriti o oslobađanju oko 45 tona prašine mjesečno na 1 km 2 u atmosferi i područjima industrijskih zemalja. Na stvorenu prašinu često se \’\’prilijepe\’\’ spojevi koji izazivaju koroziju, kao što su metalni oksidi, soli na primjer (NH3)2SO4 ili mikroorganizmi. Stupanj zagađenosti atmosfere presudan je čimbenik koji definira količinu klica u zraku.

Izrazito visoki udio agresivnih kemijskih spojeva ili mikroba u zraku zasigurno pospješuje koroziju. Stoga možemo reći betonski objekti u gradskim područjima u kojima je koncentracija prašine u granicama od oko 2 mg po m 3 zasigurno su manji ugroženi od korozije od onih objekata u području industrijske atmosfere u kojima se koncentracija prašine kreće oko 1000 mg/m 3.Danas sumporni dioksid predstavlja najvažniju korozivni element u sastavu atmosfere. On se u pravilu formira kao rezultat izgaranja ugljena (1 tona briketa mrkog ugljena sa udjelom sumpora od 1,8 do 2,4 % stvara oko 32 do 43kg SO 2 oslobađajući tijekom izgaranja i plinove), nafte i suvremenih pogonskih goriva.U Americi u gradu New York godišnje se prema procjeni izgaranjem ugljena i nafte oslobodi emisija od oko 1,5 milijuna tona SO 2.Visoki udio oštećenja korozije, od oko 80 do 90 posto otpada upravo na koroziju koja je prisutna u atmosferi – a taj korozivni udio uglavnom sačinjava sumporni dioksid. Koncentracije SO 2 u industrijskim područjima su vrlo visoke i s udaljenošću od takvih područja one opadaju što se vidi na nekim primjerima koje ovdje donosimo:

Grad Udaljenost u km
0-8 6-16 16-24
Detroit 0,023ppm 0,012ppm 0,006ppm
Philadelphia-Camden 0,030ppm 0,018ppm 0.016ppm
Pittsburg 0,060ppm 0,030ppm 0,015ppm/8/

U industrijskim područjima, prije svega iz kemijskih i kemijsko-prerađivačkih postrojenja, nerijetko u kontakt s atmosferom dolaze i vrlo agresivni mikroorganizmi.

Vrlo visoki pozitivan učinak u smanjenju gradske atmosfere postignut je u Moskvi i to dislokacijom industrijskih pogona iz grada. S obzirom na takve korake moguće je u sljedećih 20 godina smanjiti koncentraciju SO 2 za 66 do 75 posto mg/m3.

Posljedice i gubici koje izaziva korozija

Preciznu je granicu i okvir štetnog djelovanja i posljedica korozije vrlo teško definirati jer bi to zahtijevalo izradu vrlo široke i sveobuhvatne analize koja bi sasvim strogo izrazila brojke i činjenice koje govore o utjecaju i posljedicama koje korozija ostavlja na objekte, okoliš kao i gospodarstvo u cjelini a takva analiza nije dio ove teme. Ovdje prije svega nastojimo u sažetom pregledu definirati okvir direktnih i indirektnih gubitaka koje uzrokuje korozije na armaturi i armiranom betonu.

Direktni gubici i troškovi prouzročeni djelovanjem i utjecajem korozije:

Oštećenja na materijalima, na primjer željezu, betonu… nastala razaranjem i štetnim djelovanjem korozije:

  • Materijali koje je u cijelosti potrebno zamijeniti zbog velikih oštećenja
  • Rad i radno vrijeme potrebno za sanaciju i popravak objekata
  • Radno vrijeme potrebno za projektiranjem objekata s adekvatnom zaštitom protiv korozije
  • Izdaci za materijale i dodatke koji beton štite od pogubnog kemijskog djelovanja korozije
  • Izdaci za zaštitne premaze i pokrovne paste koje korozivne medije drže podalje od zaštitnog betonskog sloja
  • Smanjena čvrstoća betona

 

Indirektni gubici prouzročeni korozijom:

Zastoj ili prestanak proizvodnje ili druge produktivne aktivnosti u objektima, pogonima, na strojevima ili u radnoj okolini zbog popravaka ili sanacije a kojemu je uzrok negativno i štetno djelovanje korozije (sanacija objekata, spremnika, cijevnih instalacija…)

Toplinski gubici kroz zidove objekata koje je počela \’\’nagrizati\’\’ korozija Drugi posredni gubici koji nastaju zatvaranjem ili prestankom funkcioniranja nekog objekta u njegovoj izvornoj funkciji, na primjer zatvaranjem mosta čije dijelove ili cijelu konstrukciju treba sanirati zbog korozije javljaju se dodatni troškovi svima onima koji su do tog trenutka koristili most kao najbliži put do svog odredišta – sad to više nije moguće i moraju koristiti dalje alternativne i obilazne putove a to znači veću potrošnju pogonskog gorivaU jednoj analizi stoji podatak da bi ukupni godišnji troškovi svih zemalja u svijetu, a koji su rezultat štetnog djelovanja korozije, njezina izravnog i neizravnog djelovanja na objekte i radnu okolinu kao i poduzetih mjera za zaštitu korozije, mogli iznositi oko 25 milijardi Eura.

Aktivne zaštitne mjere protiv korozije

Kad je riječ o preventivnim i zaštitnim mjerama protiv korozije možemo reći da postoji vrlo široka paleta mjera, koje doduše nisu sve navedene u ovom tekstu ali koje ćemo u ovom tekstu ipak spomenuti i o njima donijeti jedan opći pregled.

Možemo reći sljedeće: u aktivne zaštitne mjere protiv korozije ubrajamo sve one mjere i postupke koji aktivno sudjeluju u usporavanju djelovanja korozije odnosno aktivno sprječavaju nastajanje korozije i njezina djelovanja.Između ostalog u ove mjere možemo ubrojiti i nastojanje općenitog smanjenja i emitiranja štetnih tvari u okoliš. Projektiranjem pojedinih pogona uzimajući u obzir smjer djelovanja vjetra ili dislokacijom izravnih proizvođača štetnih tvari u neka druga područja , kao što je bio slučaj u Moskvi, moguće je također aktivno sudjelovati u zaštiti protiv utjecaja korozije.Vrlo značajna mjera aktivne zaštite protiv korozije je i ciljana upotreba određenih vrsta cementa i ciljana proizvodnja određenih vrsta betona.

Kao vrlo učinkoviti aktivni zaštitni materijali u borbi protiv korozije pokazali su se:

  • Portland cement
  • Cement troske
  • Aluminatni cement

Možemo reći da su napadi sulfata i ovih tvari na beton preko podzemnih voda izrazito pojačani u industrijskim područjima poglavito onim područjima gdje je razvijena kemijska industrija. U ovakvim područjima preporuča se uporaba određenih vrsti cementa siromašnih trikalcij-aluminatom, odnosno upotrebom vrsta cementa koje su otporne na točno određene koncentracije sulfata.

U daljnje metode zaštite možemo ubrojiti odvođenje korozivnih medija od objekata, a ovdje se misli prije svega na zaštitu od vlage i odvodnju oborinskih voda. Uklanjanjem agresivnih tvari i njihovih sastavnih dijelova uređajima za provjetravanje, pročišćavanje ili odvodnju mogu se također provoditi aktivne mjere zaštite od korozije. Zasigurno vrlo veliku ulogu igra i nastojanje zadržavanja određene pH-vrijednosti betona.

Pasivne mjere zaštite protiv korozije

U pasivne mjere zaštite ubrajamo one postupke preventive odnosno nanošenja zaštite na materijale koje ugrožava korozija i koji predstavljaju djeljivi i zaštitni sloj između medija koji izaziva koroziju i materijala kojeg želimo zaštiti od korozije.

Postoji cijeli niz zaštitnih mjera koje možemo okarakterizirati kao pasivnu zaštitu od korozije. Tako impregnacija materijala može značiti zatvaranje pora i formiranje kemijske postojanosti tih istih materijala naspram štetnih tvari kao što je SO2. Ili oblaganjem ugroženih mjesta klinkerom ili keramičkim pločicama može materijalima omogućiti znatno veći stupanj zaštite od korozije. Daljnje moguće je u borbi protiv korozije koristiti zaštitne paste, elastične premaze, zaštitne boje i slična sredstva…U posebnu kategoriju zaštitnih mjera protiv korozije ubraja se zaštita od kiselina. Ove mjere sadržavaju obloge, premaze i navlake na objekte ili dijelove pogona i zgrada snažno izložene utjecaju korozije.

Mikrobiološka korozija – ponašanje betona i željeza pod djelovanjem mikroorganizama

Često se mogu vidjeti pojave korozije koje se ne identificiraju odmah kao rezultat mikroorganizama. Bakterije, gljivice, alge, lišajevi ili sitne praživotinjice mogu gotovo sve prirodne proizvode i industrijske proizvode napasti, oštetiti i razložiti. Energija koja se pri tome stvara troši se za izgradnju staničnog tkiva.

Ovi procesi su s obzirom na svaku pojedinu vrstu mikroba vrlo različiti. U svakom slučaju mikroorganizmi napadaju drvo, papir, kožu, celulozna vlakna, gumu , tekstil, vunu, ulje, parafin, vosak, goriva, ulja i maziva, kosti, staklo, kamen, građevne materijale, ljepila, boje i lakove, bitumen, umjetne i plastične materijale i metale.Određene vrste mikroorganizama (bakterije, gljivice…) nastanjuju i šire se samo na određenim mjestima (staništima). Mikroorganizmu su za razvoj potrebni određeni životni uvjeti, ka što je okoliš s određenom pH-vrijednošću, određena temperatura i aerobni i anaerobni milje.Ukoliko su ove pretpostavke ispunjene odnosno zahtjevi zadovoljeni onda napad mikroorganizma na materijal može početi – potrebno je istaknuti: mjesto koje mikroorganizam napada njemu istovremeno predstavlja životni i hranidbeni okoliš.Mikroorganizmi mogu materijal napasti direktno ili indirektno. Direktni napad definiran je kao čisto mehaničko djelovanje na metal, a indirektni predstavlja lučenje i izmjenu tvari i proizvode razgradnje mikroorganizama – na taj način mogu se stvoriti agresivni plinovi, kiseline…

Posljednjih godina upravo se ovoj vrsti korozije poklanja osobita pozornost. Struka nekih zapadnih zemalja stvorila je posebno znanstveno područje pod imenom \’\’Organizmi i materijali\’\’, a ovo se znanstveno područje u prvom redu bavi pojavama i problemima koji se pojavljuju kao rezultat utjecaja živih organizama na određene materijale.

Mikrobiološka industrija u budućnosti će imati sve veću ulogu. Postojeći objekti i pogoni će se rekonstruirati i proširiti a izgradit će se i potpuno novi pogoni. Ovi pogoni u prvom redu slični su s pogonima kemijske industrije jer u određenim procesima (fermentacija) koriste hranjive otopine sastavljene od različitih kemikalija i supstrata (na primjer alkanola, sulfata i slično). Biološki su procesi prije svega potrebni u proizvodnji bjelančevina, dobivanja ili pročišćavanja željeza, mangana, bakra… iz siromašnih ruda, zatim u industriji i proizvodnji namirnica (na primjer sir, pekarski proizvodi), zatim farmaciji za na primjer proizvodnju penicilina…Tijekom uzgoja mikroorganizama može se uslijed povoljnih uvjeta pojaviti velika koncentracija ovih mikroorganizama i izvan pogona. U kontaktu s kemikalijama mikroorganizmi mogu na betonskim građevinama prouzročiti pojavu korozije. Ovakve pojave nije moguće odmah primijetiti nego tek nakon nekoliko godina. Tako je betonski pod jednog pogona za fermentaciju (Seelow) bio tijekom samo jedne godine u tolikoj mjeri oštećen da su ga morali prevući dodatnim slojem zaštite.Materijali kao što su bitumen, premazi, umjetne tvari i plastika i staklo mogu se uspješno koristiti u zaštiti od kiselina, no i ove materijale mogu nastanjivati i razgrađivati određeni mikroorganizmi.

Beton – mikroorganizmi i pH-vrijednost

Općenito možemo kazati da je porozni beton izloženiji štetnom utjecaju od betona koji je po svom sastavu gušži. Bakterije posjeduju vrlo široki životni prostor kad je riječ o pH-vrijednosti, tako da u slučaju nestanka jedne kulture isti taj prostor vrlo brzo nastani neka druga kultura mikroorganizama.

U slučaju da neka mjesta na betonu nastanjuje kultura čiji životni prostor nosi pH-vrijednost od oko 4, moguće je na takva mjesta izvršiti \’\’pH-šok\’\’ i tako usporiti ili u potpunosti uništiti kulturu mikroorganizama. Druga mogućnost je stvaranje određene za mikroorganizme odbojne zone koja ima pH-vrijednost od 12,6 – na ovaj način sigurno ćemo betonsku površinu zaštiti od kiselina i mikroorganizama.Daljnja mogućnost u borbi predstavlja direktni napad na bakterije virusima. No ovakva je mogućnost iako učinkovita donekle i ograničena. Određeni virusi mogu inficirati i uništiti samo određene vrste bakterija. No ovakav način zaštite od bakterija jamčio bi jednostavnu i dugotrajnu zaštitu betona od korozije jer su virusi vrlo otporni i izdržljivi organizmi koji bi svojom nazočnošću sprječavali pojavu bakterioloških kultura koje izazivaju koroziju.Korozija betona u stvari predstavlja kemijsku reakciju u kojoj se energijom bogati sojevi pretvaraju u spojeve siromašne energijom.

Kod mikrobiološke korozije kemijski se spojevi iskorištavaju za dobivanje energije potrebne mikroorganizmima za izmjenu tvari u organizmu i njihov hranidbeni proces. U svakom slučaju bakterijama je i mikroorganizmima potrebno određeno pH-okružje, isto tako određena temperatura i aerobni ili anaerobni milje kako si se nastanili i normalno razvijali.

No, ukoliko se mikroorganizmi u jednom trenutku nastane i nesmetano počnu razvijati na nekoj betonskoj površini onda oni mogu za beton i druge građevne materijale predstavljati vrlo veliku opasnost.Osim toga neke kulture mikroorganizama svojom nazočnošću mijenjaju aktualnu pH-vrijednost i ostacima svoje razgradnje omogućavaju drugim kulturama stvaranje klime, okoline i uvjeta za razvoj – dolaskom nove kulture mikroorganizama nastavlja se daljnja biokemijska razgradnja betona i betonskih površina.Beton će i u budućnosti pronaći svoje mjesto u mnogim područjima života suvremenog čovjeka. Kombinacijom različitih dodataka i vrsta cementa moguće je proizvesti vrlo čvrste ali i vrlo mekane betone. U pogledu proizvodnje, primjene i zaštite betona do sada zasigurno nisu iscrpljene sve mogućnosti.