1.6 Zinkens korrosion

Transkript

1 1.6 Zinkens korrosion Stål är vår tids mest använda material. Men stål har en stor nackdel och det är dess höga korrosionshastighet. Att skydda stålkonstruktioner och detaljer mot rost har därför stort ekonomiskt värde. Metallbeläggning på stål kan tekniskt utföras med de flesta metaller och även legeringar. Alla metaller har emellertid inte lika bra korrosionsskydd beroende på hög egenkorrosion eller att de är ädlare än stål. Metallerna måste också prismässigt vara acceptabla. Vid styckvis varmdoppning kan egentligen endast zink och tenn användas. Varmförtenning har i hög grad ersatts av andra ytbeläggningar. Aluminium skulle på den sura sidan (ph < 4.5) rent korrosionsmässigt vara ett bättre alternativ, men dess oxidationsbenägenhet vid doppning utan skyddsgas och i viss mån höga smältpunkt inskränker dess användbarhet till legeringselement i zinkbad. Genom att studera spänningskedjan erhålls en god uppfattning om hur olika metaller reagerar om de kombineras med varandra i en korrosionscell. Den metall (oädlare) som står under en annan (har lägre potential) skyddar den ädlare metallen mot korrosion. Bilden visar ett korroderat cykelstyre. Här har man förnicklat och förkromat stålet. Genom att dessa metaller står högre än järn i spänningskedjan blir det järnet som försöker skydda de andra metallerna och korroderar. Zink, som är en relativt oädel metall, skyddar således stål från att korrodera i ett korrosionselement. Detta kommer bl. a till användning när man använder offeranoder av zink för att t.ex skydda stålcisterner, kajanläggningar, skeppsskrov m.m. från korrosion. Att belägga ett stål med zink är således ett elegant sätt att skydda hela stålytan mot korrosion. Med en ädlare metall än järn (stål) t ex nickel blir således järn anod och korroderar d v s skyddar nicklet, varför en sådan beläggning måste vara helt tät för att inte fukt skall tränga in till stålytan Zinks korrosion i jord och vätskor Zinkens korrosion i vätskor är beroende av följande faktorer: - Typ av vätska, vattenbaserad eller organiskt baserad. - Temperatur - Koncentration

2 - ph-värde Korrosionen i organiska lösningsmedel bör studeras från gång till gång men generellt kan sägas, att ofta påverkas inte alls zink av dessa. När det gäller vatten eller vattenbaserade vätskor ar zinks korrosionsförlopp mycket komplext och här spelar den elektrokemiska korrosionen en stor roll. Största betydelse har ph-värdet. Zinkens korrosionshastighet är normalt relativt låg och stabil i ph-området 5,5-12,5 vid temperaturer mellan 0 och 20 grader C. Hårda vatten, som innehåller kalk och magnesium, är föga aggressiva. Tillsammans med kolsyra bildas svårlösliga karbonater på zinkytan, vilket hindrar korrosionen. Mjuka vatten angriper ofta zink eftersom salter saknas och därför kan inga skyddsskikt utbildas. Strömningshastigheten får inte vara över 0,5 m/s eftersom detta också hindrar skiktbildningen. Korrosionshastigheten når ett maximum vid 70 grader C. Vid denna temperatur kan också en polaritetsväxling ske så att zinken blir ädlare än stålet och risk för punktkorrosion uppstår. Syre, sulfater och klorider motverkar polaritetsväxlingen och problemet föreligger således i mycket rena vatten. Zinks korrosion i jord är liksom i vatten komplext beroende på vad jorden innehåller samt dess genomsläpplighet för luft och fukt. I tabell 1 visas aggressiviteten i vissa jordarter. Är jorden svavelhaltig kan zinkkorrosionen vara hög. Ett sätt att bestämma jordens korrosivitet är att mäta dess resistivitet. I tabell 2 visas resistiviteten i förhållande till jordtillståndet och det finns även ett rekommenderat korrosionsskydd i tabellen (Vattenfall). Många gånger är dock erfarenheten det bästa rådet. Tabell 1. Jordarters aggressivitet. Tabell 2. Resistivitet i jordtillstånd och rekommenderat korrosionsskydd.

3 ------Överkurs börjar Förzinkad armering Armerad betong är ett betydande material i dagens konstruktioner. Motorvägsbroar, parkeringshus, kontorsbyggnader, tunnlar m.m. är alla konstruerade för att nyttja fördelarna med armerad betong. I många fall behöver inte armerlngen något extra korrosionsskydd för att klara sig från rost. Den högre alkaliska miljön i betong ger en tunn oxidfilm på stålet, som "passiverar" eller skyddar stålet mot vidare korrosion. Emellertid händer det ofta att denna "passivering" inte fungerar eller fungerar dåligt. Till exempel då: betongen har sprickor, klyvningar, sandfickor eller tunt täckskikt. neutralisering av alkaliteten. kloridinträngning (saltning eller marin atmosfär). Framför allt gäller detta "ytarmeringen". Skador på armerad betong har ökat på grund av bland annat ökad saltning och luftföroreningar. Detta har lett till att uttrycket "betongcancer" används idag. Skador på olika betongkonstruktioner är mer förekommande än vad man tidigare trott. När korrosionen väl inträffar på armeringen är den mycket svår och kostsam att åtgärda. Behovet av att skydda armeringen från korrosion blir mer och mer nödvändigt för vissa applikationer Korrosionsskyddsskikt för armeringsstål Varmförzinkningens möjlighet att skydda armering från korrosion bekräftad genom praktisk användning i många länder. Många smäckra byggnadskonstruktioner har varmförzinkad armering just för att undvika sprängningar med kostsamt underhåll som följd. Det bör också påpekas den säkerhetsrisk, som nedfallande betong kan utgöra, framför allt i tättbebyggda områden.

4 Av någon anledning får varmförzinkaren ofta order om att inte lägga zink på den del, som skall gjutas in i betong. Förutom att denna åtgärd är helt onödig är kostnaden ofta högre för delvarmförzinkning än för normal behandling. Tester har visat att vidhäftningen mellan zink och betong i de flesta fall är så bra att släggan får tagas fram för att skilja dem åt. Sedan länge har man använt zink som offeranoder för att skydda båtskrov, kajanläggningar, cisterner m m mot korrosion. Att det skulle vara mindre lämpligt för samma sak när man täcker hela ytan med ett zinklager är väl svårt att inse. Tyvärr finns det många Iysande exempel på motsatsen. Av de tillgängliga metalliska skikten har varmförzinkade skikt visat sig vara de mest livskraftiga och tekniskt lämpliga. Varmförzinkning av stål, som används som armering i betong, har brukats i många år över hela världen. Även vid mycket svåra förhållanden har denna ytbehandling visat sig vara pålitlig för armeringsstål i betong. Detaljerade undersökningar bl. a i Australien och framför allt på Korrosionsinstitutet har visat att varmförzinkning ger följande fördelar: Korrosion sker endast under max 36 timmar och zinkförlusten är låg (2 5 µm) Zinken ger ett katodiskt skydd på exponerat stål, vilket kan erhålles vid avklippning, svetsning eller mekanisk åverkan. Vidhäftningen mellan armeringsstålet och betongen är god. Betongsprängning sker ej Risken för rostrinningar på betongen är eliminerad. Armerad betong kan användas mer frekvent i aggressivare miljö Varierande betongkvalitet (bl. a dålig komprimering) kan lättare tolereras Mindre täckskikt kan användas Operahusets tak i Sydney har varmförzinkad armering och efter ungefär 40 år finns inga tecken på sprängningsskador Varmförzinkad armering i kloridmiljö Utförda praktiska försök på Korrosionsinstitutet visar att zink klarar sig mycket bra i kloridhaltig miljö. Upp till 1.5 % klorid i betongen ger obetydlig korrosion på zinken medan det obelagda järnet har betydligt svårare att klara denna koncentration. Zink klarar även högre kloridhalter klart bättre än järn men livslängden minskar. Obelagt järn (stål) ger förutom allmän korrosion även punktkorrosion, vilket inte zink uppvisar. Även i karbonatiserad betong klarar sig zink bättre än obelagt stål.

5 Ekonomi Varmförzinkad armering är en pålitlig grund i bra betongteknologi. Den minimerar chanserna för stålkorrosion och därmed betongförstörelse Den ger ett starkt och kostnadseffektivt bidrag till betongens livslängd. När en korrosionsskadas kostnader och konsekvenser är analyserade för en utsatt byggnad är den extra kostnad, som varmförzinkningen innebär, mycket låg. Den kan närmast ses som en försäkringspremie, men en premie som är låg och endast behöver betalas en gång. Medan kostnaderna för att varmförzinka armering kan vara upp till 50 % högre än för obelagt stål är dock denna kostnad liten i förhållande till den totala byggkostnaden. Beroende på byggets utformning är kostnaden ofta en väldigt låg del av totalkostnaden Överkurs slutar Zinks korrosion i luft Zink korroderar liksom de fiesta metaller. Korrosionens hastighet är beroende av luftens innehåll av svaveldioxid. Genom att denna minskat markant under de senaste åren har också zinkkorrosionen avtagit var svaveldioxidhalten, se bild 1, vid Torkel Knutssonsgatan i Stockholm närmare 90 mikrogram per kubikmeter luft och 13 år senare var den nere under 2 µg I m 3. På motsvarande tid har zinkkorrosionen vid Stockholm Vanadis minskat från drygt 16 g/m 2 och år till under 4 g/m 2 och är (< 0,5 µm). Nyligen utförda undersökningar på KTH har visat att zinkkorrosion inte är detsamma som zinkavrinning. Till en början byggs korrosionsprodukter upp på ytan, vilket innebär att först efter 4-5 år har storheterna lika värde. Stor betydelse för zinkkorrosionen har också om det zinkbelagda föremålet är vindskyddat eller hur dess vinkel är i förhållande till lodlinjen. Horisontell yta ger högre korrosion än vertikal yta. Zinkens korrosionsprodukter är beroende av vad som finns i den aktuella luften, som den utsatts för. Vitrost eller vitblemma är ofta en zinkhydroxid/zinkoxid-baserad korrosion, som kommer i spalter genom kondens eller på ytor som inte torkat upp tillräckligt snabbt. En annan orsak till vitblemma är om kallt varmförzinkat gods förs in i en varm lokal t. ex efter en vintertransport. På den kalla godsytan utfaller vatten, kondens, som angriper zinkskiktet. Orsaken är att kondensvattnet vill ta åt sig joner från zinken som med hydroxid från vattnet bildar zinkhydroxid.

6 Bild 2. Vitrost (vitblemma) på varmförzinkat material När zinkbeläggningar korroderar i luft bildas efter en tid normalt zinkkarbonater på zinkytan. Zinkytor, som får detta skikt av korrosionsprodukter, angrips vanligen inte av vitblemma. Vid kusten och till havs påverkar klorider korrosionen och i närheten av kolkraftverk kan eventuellt förhöjda halter av svaveldioxid påverka korrosionshastigheten. Korrosionen i luft är normalt låg med det är viktigt att ta hänsyn till eventuell lokal påverkan, som kan höja korrosionshastigheten. Bild 3. Zinkens korrosionshastighet vid olika ph-värden. Som synes kan zink användas inom ph-området 5 till 12 utan större problem. (Kap 1.6.3)