В случае катодной защиты конструкций от коррозии ее потенциал должен постоянно отслеживаться с помощью электрода сравнения.  В случае катодной защиты применяют медно-сульфатный электрод, представляющий собой металлическую медь в растворе сульфата меди. Главное его достоинство возможность помещать во влажную почву. Для работы в условиях моря подходит активированный ртутью цинковый электрод. В современной практике все чаще пользуются хлорсеребряным электродом сравнения. В этом электроде хлорид серебра электролитически осаждается на поверхность металлического серебра. Он является хорошо воспроизводимым и особенно удобен в средах с постоянной концентрацией хлорид-ионов, таких как морская вода. Будучи помещённым в насыщенный раствор хлорида калия, хлорсеребряный электрод приобретает потенциал 0,224 В. В морских условиях потенциал, необходимый для катодной защиты железа, получается равным -0,80 В.

 Рекомендуется размешать электрод сравнения вблизи защищаемой конструкции, чтобы сопротивление среды между ним и конструкцией было как можно меньше. Эти электроды стараются разместить так, чтобы разница расстояний до разных точек конструкции не оказывала бы существенного влияния на падение напряжения, а значит и на измерения потенциала. Важно, чтобы почти всё время через электрод сравнения не протекало бы никакого тока. При слишком большой нагрузке на электрод сравнения он может перестать работать правильно и начнёт давать ошибочные результаты.

Часто конструкции с катодной защитой, которые почти всегда крупногабаритные, оказываются ещё и очень длинными (например, как в случае с трубопроводами). В этом случае размеры анода оказываются много меньше одного из линейных размеров защищаемой конструкции, что приводит к различию потенциалов в тех точках конструкции, которые находятся ближе к аноду, и тех, которые удалены от него на большое расстояние. В этой ситуации главное убедиться в том, что даже в самых отдаленных точках защищаемой конструкции потенциал, а значит и ток, достаточен для катодной защиты. Это условие вынуждает размешать множество анодов вдоль всей конструкции с катодной защитой. Следует помнить, что соотношение между потенциалом и расстоянием выражается гиперболической функцией.

При катодной защите трубопровода аноды размещают равномерно вдоль трубы. Формулы расчета сопротивления среды между анодом и катодом для разных типов анодов приведены ниже:

Тонкие плоские аноды, расположенные в 30 см друг от друга

Плоские аноды

Аноды иной формы

Для улучшения проводимости и контакта с почвой используют засыпку анода. Она представляет собой гидросмесь гипса и извести с взвешенными коксовыми частицами и железными опилками.

Значения тока, необходимого для защиты стали в различных средах приведены в табл. 1.

Таблица 1. Значения тока, необходимые для защиты стали в различных средах.

Защитные покрытия

Площадь поверхности конструкции, которую необходимо защитить от коррозии, можно уменьшить, нанеся на неё защитное антикоррозийное покрытие. Хотя нанесение антикоррозийного покрытия повышает плотность тока, общий ток, необходимый для защиты от коррозии, уменьшается. В случае нанесения покрытий воздействию коррозии подвергается только неокрашенная часть поверхности и пропуски. Прикладываемое напряжение защищает именно эти участки. Производство высококачественного покрытия без пропусков сопряжено с огромным повышением его стоимости. С другой стороны, катодная защита абсолютно незащищённой поверхности также экономически нецелесообразна. Таким образом, существует оптимальное сочетание обоих видов защиты от коррозии.

Со временем, по мере износа покрытия необходимо повышать значение тока для поддержания его защитных функций на необходимом уровне. Когда степень износа достигает предельной величины и повышение тока невозможно, то покрытие необходимо нанести заново.

Дефекты покрытия распределены по всей дине поверхности защищаемой от коррозии конструкции. При наличии качественного покрытия падение напряжения по длине конструкции будет относительно небольшим. Поэтому в этом случае возможно обеспечить защиту всей конструкции от коррозии при наличии всего лишь одного небольшого анода (рис. 1).

Рис. 1. Распределение потенциала с защитным покрытием и без него.

Проводимость среды является важным фактором, который требуется учитывать. Если среда является высокопроводящей (например, морская вода) то с одной стороны падение напряжение будет маленьким, но ток коррозии  существенен. Низкопроводящая среда электрически изолирует корродирующий элемент и проблемы коррозии просто не возникает. В табл. 2 приведена корреляция между электрическим сопротивлением грунта и опасностью коррозии.

Таблица 2. Корреляция между удельным электрическим сопротивлением грунта и опасностью коррозии.

Удельное сопротивление обычно измеряют 4-точечным датчиком Веннера (рис.3). Сущность этого метода в следующем. Четыре щупа погружают в грунт, располагая их в одну линию, на одинаковой глубине и на расстоянии а друг от друга. На два внешних щупа подают постоянное напряжение от источника тока. Протекающий между этими щупами ток I измеряют амперметром. Вольтметром же измеряется напряжение U между средними щупами. Удельное сопротивление грунта рассчитывают по формуле:

R=2paU/I

При необходимости измерить очень малые токи (несколько мкА) вместо источника постоянного тока используют источник переменного тока. В этом случае пользуются щупами большего размера.

Рис. 2. Измерение удельного сопротивления грунта 4-точечным датчиком Веннера.

В случае защиты от коррозии подземных конструкций проблемы могут возникать из-за неоднородности сопротивления почвы. Сопротивление почвы определяется многими факторами: температурой окружающей среды, увлажненностью, составом и др. Вблизи одних точек сопротивление может иметь одно значение, а около других быть выше или ниже. Соответственно, и участки защищаемых конструкций будут «недозащищены» или «перезащищены». И то, и другое нежелательно и ведет к негативным последствиям. Эта проблема преодолевается увеличением расстояния между анодами и защищаемой конструкцией (рис. 3).

Рис. 3. Схема расположения анодов с целью уменьшить вариации потенциала.

Коррозионная активность почвы также зависит от ее микробиологической активности. Микробиологическая активность почвы можно оценить измерением ее окислительно-восстановительного потенциала. Для этого инертный электрод (например, платиновый) погружают в почву и измеряют его потенциал относительно любого электрода сравнения (например, медно-сульфатного). Чем ниже окислительно-восстановительный потенциал, тем выше микробиологическая активность почвы и опасность коррозии (табл. 3).

Таблица 3. Окислительно-восстановительный потенциал почвы и опасность микробиологической коррозии в ней

Защита строительных конструкций от коррозии нормируется документом СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии».

Литература:

1.      Р. Ангал. Коррозия и защита от коррозии. Изд-во «Интеллект», 2013. – 344 с.