Антикорозионна защита на стоманени мостовеЧаст I – превантивни и подготвителни работи Използването на метални конструкции в съвременните мостове значително нарасна през последните 25 години. Инженерите и проектантите оценяват предимствата на стоманата като строителен материал, който в комбинация с добре обмислени проекти дава добри резултати в доста забележителни мостове. Антикорозионната защита е съществен момент, който гарантира дълготрайност и естетичен вид на съоръженията.
текст инж. Вера Ангелова
Повече от 100 години стоманата се използва в изграждането на мостове. Забележителен пример е внушителният мост Forth Rail в Шотландия, който е построен през 1890 г. Мащабът и размерите на това значително съоръжение, наричано с право "една от международно признатите забележителности в Шотландия" са много голямо постижение в строителната практика, а и самата конструкция е издържала теста на времето. Подготовката на повърхността и защитното покритието с боя на този мост, както и на други подобни стари стоманени мостове са доста примитивни в сравнение със съвременните стандарти и затова се налага честа поддръжка, за да се осигури дълъг период на експлоатация.
Съвременните мостове обикновено имат проектен срок на ползване 120 години и изпълнението на защитната система се оказва критичен фактор. Освен това, намаляването на броя на пребоядисванията на повърхността се отразява значително на оценката на разходите за целия период на експлоатация.
Широко разпространено е мнението, че повечето стоманени мостове изискват специално внимание, за да се поддържа основното защитно покритие. В действителност, максималният срок на защитното действие на това покритие в последните години е нараснал значително - от 12 -15 години на 20 - 25 години.
С непрекъснатото развитие на технологиите за защитни покрития и модерното високотехнологично изпълнение на предпазните системи, може да се очаква срокът на експлоатация до първия основен ремонт да стане повече от 30 години. Също така, използването на атмосфероустойчива стомана и изолиращи системи предлагат много изгодни алтернативи за поддръжка.
Корозия на конструкционната стомана
Корозията на стоманата може да се разглежда като електрохимичен процес, който протича в няколко етапа. Първоначално от анодните участъци на повърхността се отделят железни йони. От анода се освобождават електрони, минават през металната структура на съседните катодни участъци, където се съединяват с кислорода и водата и образуват хидроксилни йони. Те от своя страна реагират с железните йони от анода и образуват железен хидроксид, който по-нататък се окислява във въздуха и се образува хидратиран ферооксид (т.е. червена ръжда).
Процесът изисква едновременно наличие на вода и кислород. Когато някое от тях липсва, не се стига до корозия. След определен период от време въздействията на поляризацията като нарастване на корозионните продукти по повърхността на материала водят до спиране на корозионния процес. Но може да се образуват нови, химически активни анодни участъци, които позволяват по-нататъшно протичане на процесите на корозия. В такъв случай, за големи периоди от време, загубата на метал обхваща цялата повърхност и обикновено се нарича "обща корозия".
Степени на корозия
Основните фактори, които определят степента на корозия на стоманата на открито са следните:
- Период на мокрота - това е част от общото време, през което повърхността е мокра, поради дъжд, кондензация и други. Оттук следва, че за незащитена стомана, която се намира в суха среда (т.е е изолирана) корозията е минимална, поради малкото наличие на вода.
- Атмосферно замърсяване - видът и количеството на атмосферно замърсяване и вредни вещества (като сулфати, хлориди, прах и др.) за критичен фактор за корозията. Сулфатите произлизат от серен диоксиден газ, който се отделя при изгарянето на изкопаеми горива, т.е. нефтопродукти с повишено съдържание на сяра и въглища. Серният диоксид реагира с вода или влага от въздуха и образува сериста или сярна киселина. Индустриалните зони са основен източник на серен диоксид. Хлоридите се срещат основно в морска среда. Най-голяма концентрация на хлориди има по крайбрежните региони, докато във вътрешните райони се наблюдава бързо намаляване на концентрацията.
Сулфатите и хлоридите увеличават степента на корозия. Те реагират с повърхността на стоманата и образуват разтворими соли на желязото, които могат да се концентрират във вдлъбнатини и самите те са разяждащи (корозивни).
В дадена среда степента на корозия може да се променя в големи граници, в зависимост от това дали действат силни ветрове или обекта е на по-закрито. Следователно, промените в заобикалящия микроклимат определят степента на корозия.
Поради разнообразието на атмосферните условия, данните за обхвата на корозията не могат да се обобщят. Могат да се класифицират и отчетените измервания на степента на корозия са показател за вероятния обхват на корозията. Повече информация може да се намери в БДС EN ISO 12944, "Бои и лакове. Корозионна защита на стоманени конструкции чрез защитни лаковобояджийски системи" част 2: Класификация на околната среда и ISO 9223 -Корозия на метали и сплави. Корозионна агресивност на атмосферните условия. Класификация.
Влияние на проекта върху корозията
Проектът на конструкцията може да повлияе силно върху продължителността на експлоатационния живот на всеки защитен слой, който се нанася върху нея. Старите стоманени мостове, които са проектирани с много малки конструкционни компоненти и скрепителни елементи като скоби и нитове, се предпазват много по-трудно в сравнение с модерните проекти с големи и гладки повърхности.
Свързването на отделните конструктивни елементи на моста (артикулацията) също оказва влияние върху продължителността на експлоатационния му живот, тъй като пропускащите вода места, които най-често са местата на връзка на платната на моста, обикновено са в основата на корозионните проблеми. В идеалния случай, компенсационните връзки трябва да се избягват чрез използване на непрекъсната и цялостна конструкция. В случай, че компенсационните връзки са неизбежни, те трябва да се разполагат далеч от краищата на трегерите (носещите греди) и трябва да се осигури надеждна неметална дренажна система, за да може оттичащото се водно количество да се отвежда далеч от стоманената конструкция.
Достъпът до всички повърхности е много важен, за да се положи както първоначалното покритие, така и по-нататъшното му поддържане и подмяна. По възможност, трябва да се избягват тесни пролуки, труднодостъпни ъгли и скрити повърхности. Също така, луфтовете между свързващите части на съединенията и градусът на вътрешния ъгъл на скосените напречни усилващи елементи трябва да позволяват достъп за полагане на покритие и преглед.
По възможност трябва да се избягват детайли, които могат да улавят и задържат влага и отпадъци.
Трябва да се предвиди подходящо оттичане и проветрение, така че стоманата да остава суха, т.е. да се минимизира "времето във влажност". Трябва да се избягват близко разположени греди и оттичането от пътното платно трябва да се извежда далеч от стоманената повърхност. Освен това, се препоръчва използване на широки конзоли.
Наръчник с подробности за предпазване от корозия чрез успешен проект може да се види в част 3 "Изисквания към конструкцията" на БДС ISO 12944.
Подготовка за корозионна защита
Полагането на защитно покритие върху повърхността е обичайният начин за предпазване от корозия. Ефективността на системата зависи от първоначалното състояние на повърхността, материалите за покритие, процедурите на полагане, достъпът за полагане и средата, в която се извършва тази работа.
Елементите от конструкционна стомана в новоизградени мостове обикновено са горещо валцовани или (при по-големите мостове) фабрично изработени греди със съставно сечение. Първоначалната стоманена повърхност обикновено съответства на степен А или В за ръжда според БДС ISO 8501-1:2007: "Подготовка на стоманени повърхности преди нанасяне на покрития от бои и подобни продукти. Визуална оценка на чистотата на повърхността. Част 1: Степени на ръждясване и степени на подготовка на стоманени повърхности без покрития и на стоманени повърхности след отстраняване на предишните покрития върху цялата повърхност". Шуплест материал, тоест степен C или D за ръжда, трябва да се избягва по възможност, тъй като е трудно да се почистят корозионните продукти от неравностите при подготовката на повърхността.
Подготовката на повърхността е най-важният базов етап от обработването на стоманената основа, преди нанасянето на каквото и да покритие и обикновено се приема за най-важният фактор за качество на антикорозионната защита.
Полагането на защитно покритие е повлияно значително от възможността полаганият материал да прилепва плътно към повърхността. Остатъчният валцовъчен обгар по стоманената повърхност е неблагоприятна основа за полагане на съвременните, високотехнологични защитни покрития и следва да се премахне с песъкоструйно почистване (обработване). Нежелателно е наличието и на други замърсяващи повърхността на валцованата стомана средства като масла и грес. Те също трябва да се отстранят преди процесът на песъкоструйно почистване.
При процеса на подготовка на повърхността трябва не само да се почисти стоманата, но и да се получи подходящ профил за нанасяне на защитно покритие.
В БДС ISO 8501-1:2007, са представени различни методи и степени на чистота. В основата си този стандарт показва как трябва да изглежда повърхността на стоманата след песъкоструйното почистване и описва точно степените на чистота. Стандартните степените на чистота при песъкоструйно обработване са следните:
- Sa 1 - леко песъкоструйно почистване
- Sa 2 - дълбоко песъкоструйно почистване
- Sa 2 1/2 - много дълбоко песъкоструйно почистване
- Sa 3 - песъкоструйно почистване до видимо чиста стомана.
Почистената повърхност трябва да се сравни с подходящата снимка за справка от стандарта, в съответствие със спецификацията.
Видът и размерът на абразивното средство, което се използва при песъкоструйното почистване, оказва значително влияние върху получените профил и амплитуда. Освен степента на чистота при подготовката на повърхността трябва да се вземе под внимание и "грапавостта" спрямо покритието, което трябва да се полага. Добре положеното покритие от боя или горещо положеното метално покритие се нуждаят от грапав повърхностен профил, за да се осигури сигурността на механичната връзка. Това се постига чрез използването на едрозърнести абразивни средства.
Сачмоструйното обработване се използва за тънки слоеве покрития с боя (като предварително изработени грундове), но такива покрития се използват рядко при мостовете.
В спецификацията за повърхностно обработване е описана необходимата "грапавост", обикновено като показател за средната амплитуда, която се постига с песъкоструйно почистване. Разработени са няколко метода за измерване или оценка на разстоянието между връхните точки и падините на повърхността, обработена с песъкоструйка. При тях се използват уреди за сравняване на постигнатия резултат със стандарта, специални индикаторни часовници, мостри и уред с измерителен щифт.
При процесът на песъкоструйно почистване се получават големи количества прах и отпадъци, които трябва да се отстранят от обработената повърхност. Автоматичните уреди обикновено са оборудвани с механични четки и въздушни компресори. При други методи се използват дълбоко и вакуумно почистване. Резултатът от това почистване обаче може да не е видим веднага и наличието на фин остатъчен прах, който може да се смеси с покритието се проверява чрез полагане на самозалепваща лента плътно върху повърхността, почистена с песъкоструйка. След това лентата се отстранява заедно с полепналия по нея прах и се поставя на бял фон за сравнение. Този метод е описан в БДС EN ISO 8503: "Подготовка на стоманени повърхности преди нанасяне на покрития от бои и подобни продукти. Характеристики на грапавостта на стоманени струйно почистени подложки. Част 5: Метод с лентов отпечатък за определяне на профила на повърхността".
В зависимост от състоянието на стоманената конструкция, преди песъкоструйното почистване може да има и други повърхностни замърсители освен валцовъчен обгар и ръжда. Малко вероятно е първоначалното състояние на стоманените повърхности от степен А до С да бъде засегнато. Степен D (стоманени конструкции, които са напукани) могат да задържат замърсяващи елементи в тези пукнатини, които не могат да се отстранят чрез песъкоструйното почистване, но това се среща рядко при нови мостове. Съществуват методи за тестване на разтворими повърхностни замърсители на новопочистени повърхности с песъкоструйна обработка и обикновено се разработват като стандарти.
За да се гарантира качество на покритието, често се налага и допълнително обработване на повърхността.
Видимите и изрязаните с оксижен ръбове създават трудности на определени места и затова трябва да се отстранят, за да се даде възможност за пълно прилепване на защитния слой и достатъчна, равномерна дебелина.
Съществува проблем с външните ръбове, свързан с осигуряването на подходящо покритие на ъглите. Затова е редно те да бъдат изглаждани чрез шлифоване или запълване. Обикновено се счита, че даден ъгъл е достатъчно заоблен, ако е с радиус около 2mm; скосяване под 45о също е ефективно, но така е трудно да се избегне оставането на някои остри ръбове, когато това се прави с ръчни инструменти.
Често е необходимо лентово покритие за ъглите и ръбовете, за да се осигури добро покриване и дебелина, максимално близка до тази при гладка повърхност.
Ъглите на валцованите участъци обикновено не изискват шлифоване, тъй като са гладки в резултат на валцоващия процес.
Често съединенията от греди и свързващите елементи не осигуряват пълна защита от завода, като зоните на свързване остават да се направят на обекта. Случва се тези зони да не са направени и защитени добре и стават първият знак за повреда. Затова е много важно да се отдели специално внимание на антикорозионната защита на тези места.
При заваръчните шевове, ключовият фактор е осигуряването на ефективно покритие и защита преди крайния защитен слой. Обикновено местата на заваръчните шевове се прикриват, за да се предпазят от боядисване. Прикриването остава изпълнението на заваръчния шев; това не е идеалният вариант за защита, ако е налице продължително излагане преди заваряването.
След заваряването е много важно тези части от повърхността, в които се намира шева да се подготвят според стандарта за чистота и профил. Поради замърсяването, което се причинява от заваръчния флюс, трябва да се обърне специално внимание на отстраняването на всички отпадъчни продукти.
Повърхността на самите шевове не се нуждае от никакво шлифоване, ако е в съответствие с изискванията за гладкост и сливане с изходния метал, посочени в БДС EN 1011: "Заваряване. Препоръки за заваряване на метални материали. Част 2: Електродъгово заваряване на феритни стомани". Но грапави профили, лошо оформени старт-стопове, остри врязвания и други дефекти като лепкави заваръчни пръски трябва да се отстранят чрез внимателно шлифоване. Специално внимание трябва да се отдели на почистения с песъкоструйка профил, защото завареният метал е по-здрав и песъкоструйното почистване е много по-трудно да се прави на обекта, отколкото в завода.
Болтовите връзки заслужават специално внимание, както на повърхността, която ще остане открита, така и там, където е закрито (като плътно прилягащите повърхности). Триещите се повърхности обикновено не се боядисват или са метализирани чрез впръскване без уплътняващо покритие. Затова се нуждаят от защита (обикновено чрез прикриваща лента), докато частите окончателно се свържат с болтове.
Трябва да се обърне внимание на отстраняването на всяко слепващо вещество, използвано за защита на тънките пластове на плътно прилягащите повърхности и на отстраняването на всяко смазочно масло, използвано по нарезите на болтовете. Трябва да се внимава също да се избягва замърсяване на повърхностите по време на поставянето на болтовете. Например, по-старите пневматични гаечни ключове могат да образуват фина/замъглена пара, която може да се задържи по повърхността.
Обикновено, повърхностите, които са в допир с бетон, са от неизолирана стомана, почистена чрез песъкоструйка. Те трябва специално да се защитят с материали, които осигуряват добро сцепление между бетона и стоманения елемент, като същевременно не трябва да реагират химически с бетона.27/09/2008 |
