Антикорозионна защита на стоманени мостовеЧаст II – защитни покритияИнженерите-проектантите познават предимствата на стоманата като строителен материал и често я предпочитат за конструкции на мостове. Проблемът с корозията е единственият по-сериозен на този атрактивен строителен материал, затова в настоящия материал обръщаме внимание на конкретните мерки за антикорозонна защита.
текст инж. Вера Ангелова
Металните покрития и боите, понякога и в комбинация, се полагат за защита на стоманените мостове. Металните покрития на конструкционните елементи са или термално впръсквани или нанесени чрез горещо поцинковане. В случай на наличие на скрепителни елементи те обикновено се покриват по галваничен път или горещо поцинковане.
ПОКРИТИЕ С БОЯ
Тази система за защита на стоманените мостове от корозия е разработена преди много години, но в последните години се усъвършенства като отговор на технологичния напредък. Стремежът е да се постигне подобряване на изпълнението и дълготрайността, съобразно с прилаганото актуално законодателство в индустрията.
Използваните преди години 5 или 6 слоя покритие вече са заменени с алтернативните 3 и 4 слоя, а напоследък се проучват възможностите за полагане на още по-малък брой, но с по-голяма дебелина на всеки слой. Пример за това са покритията от слоеве епоксидно и полиестерно стъкло, които се проектират за много голяма дебелина и се полагат в един или два слоя. От 1988г. по някои мостове в Западна Европа се полага и еднослойно силно еластомерно покритие.
В съвременните спецификации, обикновено се изискват няколко слоя защитно покритие или алтернативни бои, които се полагат върху металната повърхност, за да се постигне двойна “duplex” защитна система.
Защитното покритие обикновено се състои от грунд, подслой (подслоеве) и краен слой. Всеки слой от покритието на дадена защитна система има специфична функция и различните видове се полагат в определена последователност – грунд, следван от междинен/градивен слой и краен/завършващ слой най-отгоре.
Грундове
Грундът се нанася директно върху почистената стоманена повърхност. Целта му е да се навлажни повърхността и по този начин да се осигури по-добро прилепване на останалите слоеве от покритието. Полагането на грунд върху стоманените повърхности е необходимо и за спиране на корозията, протичаща в етапа на изграждане на конструкцията.
Междинни слоеве /подслоеве/
Междинните слоеве се полагат, за да се изгради изцяло плътността на покритието на системата. Обикновено, колкото по-голяма е дебелината, толкова по-дълъг е експлоатационния живот при качествено нанасяне. Подслоевете се проектират специално за цялостно укрепване и имат за цел да намаляват пропускливостта на кислород и вода към елементите на конструкцията.
Вкарването на слоести пигменти като слюден железен оксид намалява или забавя проникването на влага от влажния въздух и влияе благоприятно върху якостта. В повечето съвременни спецификации на материали за междинните слоеве, често присъстват инертни пигменти.
Междинните слоеве трябва да са съвместими с крайните слоеве, които задължително се полагат отгоре.
Крайни слоеве
Те осигуряват необходимия външен вид и устойчивост на повърхността на системата. В зависимост от условията на средата трябва да осигуряват също защита от слънцето и неблагоприятните климатични условия, от излагането на открито и кондензът (който често се образува от долната страна на мостовете).
Боядисване
Различните слоеве, което се полагат един върху друг при боядисване, трябва да са съвместими един с друг. Могат да бъдат от един тип или различни, но всички покрития в рамките на една система е препоръчително да са от един и същ производител и да се полагат съгласно неговите изисквания.
МЕТАЛНИ ПОКРИТИЯ
Два от най-разпространените методи на полагане на металните покрития на конструкционната стомана са термално (метално) разпръскване и горещо поцинковане. Обикновено антикорозионната защита, която се състои от метални покрития, е силно зависима от избора на покриващ метал и неговата дебелина, като в по-малка степен се влияе от метода на полагане.
Термално разпръсквани покрития
При термалното разпръскване може да се използва цинк или алуминий. Металът, който е под формата на прах или тел се подава чрез специален спрей-пистолет, който съдържа топлинен източник с оксигаз пламък или електроволтова дъга. Разтопените капчици метал се издухват чрез струя от сгъстен въздух върху повърхността на стоманените конструктивни елементи.
Не се образуват примеси и покритието, което се получава, е поресто, като се състои от препокриващи се тънки пластове метал. Смята се, че прилепването на слоевете към стоманената повърхност трябва да стане механично по цялата повърхност. Затова е нормално покритието да се полага върху почистена “ограпавена” повърхност чрез песъкоструйно обработване с груб едрозърнест абразивен материал.
След това порите се слепват чрез полагане на тънко органично покритие, което прониква в дълбочина. Обикновено дебелината на покритието, определена в спецификациите се движи между 100-200 µm (микрона) за алуминия и 100-150 µm за цинка.
Термално разпръскваните покрития могат да се полагат фабрично или на обекта, като няма ограничение за размера на носещия стоманен елемент. При този метод повърхността на конструкционната стомана не повишава драстично температурата си, така че няма риск от възникване на проблеми с деформации.
Ръководство за проектиране на изделия с покрития, нанесени чрез термично впръскване се съдържа в БДС EN ISO 14713:2004: „Защита срещу корозия на чугун и стомана в конструкции. Цинкови и алуминиеви покрития. Ръководни принципи“.
Горещо поцинковане
Този процес се състои в потапяне на стоманения компонент във вана от разтопен цинк, байцване, почистване с флюс и изваждане, за да се получи на защитно покритие. Потопените повърхности се покриват равномерно с цинкова сплав и тези цинкови покрития образуват неделима връзка с основата (долния пласт).
При втвърдяване, цинкът обикновено придобива кристален метален блясък и са видими кристали цинк по повърхността. Дебелината на поцинкованото покритие зависи от различни фактори като размер и дебелина на изделието, подготовката на стоманената повърхност и химическия състав на стоманата. При по-дебелите стоманени парчета, които са били почистени чрез абразивно песъкоструйно обработване, обикновено се образуват сравнително тънки покрития.
Тъй като горещото поцинковане е процес, осъществяван чрез потапяне във вана, очевидно съществуват някои ограничения за размера на компонентите, които трябва да се поцинковат. Когато дължината и/или широчината на изделието са по-големи от ваната може да се прилага “двойно потапяне”.
При процеса на поцинковане трябва да се вземат под внимание някои аспекти от проекта на компонентите от конструкционна стомана, най-вече по отношение на улесняване на запълването, вентилация и дренаж и възможност за деформация. За да се получи добро покритие, вдлъбнатините трябва да са с подходящи отвори, за да има достъп разтопения цинк, движението на горещ газ и последващото оттичане на цинка. Повече информация за проектирането на изделията, които ще бъдат подложени на горещо поцинковане може да се открие в БДС EN ISO 14713:2004 (ISO 14713:1999). Пригодността на стоманата за горещо поцинковане също трябва да се провери при доставчика.
Горещото поцинковане се прилага, без да се налага допълнителна защита по-нататък. За да се осигури възможно най-дълга продължителност на живот или, когато има специални изисквания за външния вид, се нанася и боя. Комбинацията от метал и боя обикновено отговаря на “двойна” защита. Когато се нанася боя върху поцинковано покритие трябва да се извършва специална подготовка на повърхността, за да се осигури отлично прилепване. Тя включва фино песъкоструйно почистване, за да загрубее повърхността и след това по механичен начин се нанасят специални антиразяждащи грундове.
Дефекти по изработените стоманени изделия могат да се получат от диференциалното топлинно разширение и свиване и от възстановяването на небалансираните остатъчни напрежения по време на процесите на поцинковане.
Спецификациите за горещо поцинкованите покрития на строителните стоманени конструкции се намират в БДС EN ISO 1461:2002.
Винтове, болтове и шайби
Повърхностите, по които има скрепителни елементи като болтове и винтове, трябва да се предпазват поне на същото ниво като първоначалните елементи от стоманената конструкция. Отворите, свързвани с тези скрепителни елементи, са много уязвими. Краткотрайна защита на даден скрепителен елемент може да се постигне чрез спецификация на галванизирано или друго подобно покритие, но цялата защитна система трябва да се полага след монтаж. Горещо поцинкованите винтове и болтове обикновено са описани в спецификациите и трябва да се боядисат отгоре след монтажа. В препоръките за работи по пътища и шосета се изисква полагането на лентови покрития върху скрепителните елементи, включително и шайбите.
Изборът на защитно покритие зависи от необходимия срок на експлоатация на конструкцията, както и среда и достъп за поддръжка, което обикновено се определя като трудно, поради необходимостта от релсов достъп за извършване на работите.
Околната среда се класифицира съгласно БДС EN ISO 12944: 2003 „Бои и лакове. Корозионна защита на стоманени конструкции чрез защитни лаковобояджийски системи.“ Част 2: Класификация на околната среда (ISO 12944-2:1998). Категориите корозивност (С-степени) за външни условия се описват по следния начин: С2 – ниска, С3 – средна, С4 – висока и С5 – много висока. По-подробно описание на тези външни условия се съдържа в споменатия по-горе нормативен документ.
Срокът на експлоатация на предпазното покритие се определя съобразно вида и броя на слоевете в рамките на дадена система и в зависимост от категорията на средата.
АТМОСФЕРОУСТОЙЧИВА СТОМАНА
Това са високоякостни нисколегирани стомани, които при нормални атмосферни условия имат повишена устойчивост на ръжда в сравнение с обикновените въглеродни стомани. Описани са по-подробно в хармонизирания национален стандарт БДС EN 10025-5:2005 „Горещовалцувани продукти от конструкционни стомани. Част 5: Технически условия на доставка за конструкционни стомани с повишена устойчивост на атмосферна корозия“.
При наличието на влага и въздух, примесите в атмосфероустойчивата стомана изграждат слой патина, който прилепва към основния материал. Тази патина създава, в условия на редуващи се навлажняване и сушене, защитна бариера, която спира по-нататъшния достъп на кислород и влага. Като резултат степенната на корозия е много по-ниска, отколкото при обикновената стомана.
Мостовете от атмосфероустойчивата стомана не се нуждаят от боядисване. Единствената поддръжка за осигуряване на по-дълъг срок на експлоатация се състои в периодични инспекции и почистване. Следователно, използването на атмосфероустойчива стомана за мостове се препоръчква, когато достъпът е труден или опасен и когато трябва да се минимизират бъдещи нарушения в трафика.
Спестяването на средства за отстраняване на защитния слой боя облекчава допълнителните разходи за материали. Обикновено, първоначалните разходи за мостове от атмосфероустойчива стомана са с около 5% по-ниски от тези за обикновената боядисана стомана. Освен това, минималните изисквания за бъдещата поддръжка на мостове от атмосфероустойчива стомана намаляват както преките разходи за работите по поддръжката, така и непреките разходи поради закъснения.
Мостовете от атмосфероустойчива стомана са подходящи за повечето места. Има и условия, в които не е подходящо изграждането на такива мостове и те трябва да се избягват – това са морски среди (крайбрежни региони), условия на непрекъсната влажност или мъгла и при някои индустриални зони.
В някои крайни случаи използването на сол за отстраняването на леда по пътищата по и под мостове от атмосфероустойчива стомана също може да създаде проблеми. Такива крайности включват неплътни компенсационни връзки, където наситения със сол отток може да изтече директно върху стоманата и се създадат условия за компрометиране на носещата конструкция.
Външен вид
Привлекателният външен вид на напълно готовите мостове от атмосфероустойчива стомана се комбинира добре с обкръжаващия пейзаж, но е важно да се отбележи, че цветът и структурата се променят във времето под влияние на външните условия. Първоначално, мостовете от атмосфероустойчива стомана са в оранжево-кафяв цвят, който много хора приемат за непривлекателен, тъй като започва да се образува “патина”. Цветът потъмнява по време на строителството и обикновено в рамките на 2-3 години се получава характерния еднороден тъмнокафяв цвят, понякога с леко пурпурен оттенък. Скоростта, с която “патината” се образува и се оформя цвета зависи най-вече от излагането и условията на околната среда.
Вземане под внимание на проекта
Въпреки че корозията при атмосфероустойчивата стомана е много по-малка отколкото при обикновената въглеродна стомана, тя не може да не се вземе под внимание по време на експлоатационния период на моста. Дебелината на загубите от корозия зависи от характера на заобикалящата среда и за магистрални мостове се определя в БДС ISO 9223:1998 „Корозия на метали и сплави. Корозионна агресивност на атмосферните условия. Класификация“.
Изисквания за образуване на патина
Образуването на ръждива патина по атмосфероустойчивата стомана протича само, ако стоманата е подложена на въздействието на редуващи се овлажняване и изсушаване. Затова мостовете от такава стомана трябва да са направени така, че да се осигури възможност всички части от конструкцията да остават сухи, избягвайки задържането на влагата и остатъци и осигурявайки подходяща вентилация.
Компенсационните връзки трябва да се избягват, когато е възможно, като се използват непрекъсната и цялостна конструкция или да бъдат така изработени, че всяко изтичане на вода да се отвежда далеч от стоманената конструкция. Трябва също да се внимава, когато локално се боядисват краищата на носещите греди директно между такива връзки на пътните платна.
Оттичащите се води от стоманената конструкция в първите години, когато се образува “патината” съдържат корозионни продукти, които могат да останат като основа. Този евентуален проблем може да се избегне чрез монтирането на отливник на долния ръб на носещите греди, осигуряващ голям наклон на носещите корнизи към вътрешната дренажна система.
Отстраняване на грешки
В много редки случаи е възможно мостовете от атмосфероустойчива стомана да не са изпълнени добре. Тогава се прави рехабилитация. Това обикновено включва залепване на пукнатини (процепи), песъкоструйно почистване за отстраняване на ръждивата “патина” и пребоядисване на някоя част или целия мост. Друго решение е и изолиране с подходяща система.
ИЗОЛИРАЩИ СИСТЕМИ
Тези системи предлагат алтернативен метод за предпазване на строителната стоманена конструкция на сложните мостове като едновременно осигуряват и непрекъснат достъп (по пътното платно) за преглед и поддръжка.
Идеята е да се обхванат стоманените носещи греди на моста с лек и здрав материал като по този начин се намалява корозивното въздействие на околната среда, на което непрекъснато е изложен моста.
Изпробване
Проведени са редица тестова на изолирани по такъв начин от околната среда мостове в продължение на няколко години. Правени са измервания на влагата, температурата, времето на мокрота, атмосферните хлориди и серните диоксиди. Измерва се нивото на корозия на тестови панели от неизолирана стомана. Резултатите от тези проби, проведени вътре и вън от изолацията потвърждават, че чрез методът се създава среда с ниска корозивност за неизолираната стомана със степен на корозия само от 2%, при до 11 % за измерванията извън изолациите. Това показва, че боядисаната стомана в рамките на изолиращата система може да не се ремонтира години наред. Изолационният метод може да се прилага и при небоядисана стомана и също води до удължаване на живота на експлоатация на мостовете от атмосфероустойчива стомана, изградени в неблагоприятна външна среда.
Примери за изолация
1. Rogiet Bridge, Monmounthshire
Изолиращата система е закачена за стоманената конструкция на този магистрален мост възможно най-близко до строителния обект, което намалява до минимум както нарушаването на движението, така и строителните разходи. Средата, в която се намира, е подходяща за използване на ограничена спецификация за боядисване (вътрешна кутиеобразна греда) на стоманената конструкция, което също намалява до минимум разходите и необходимата бъдеща поддръжка.
2. Hardy Lane, South Gloucestershire
Това е пътен мост над магистрала. Изолацията, закрепена по този мост позволява използването на ограничена спецификация за боядисване с допълнителна полза от по-малка поддръжка в бъдеще и следователно и по-ниски разходи. Също осигурява достъп до моста по всяко време без скъпи нарушения в движението по магистралата.
3. Tees Viaduct, Middlesbrough
Изолацията е закрепена като обратна сглобка за този виадукт над река Тийс, железопътна линия и пътища. Това е първото значително приложение (1988 г.) на панелна изолационна система GRP в Европа, която предоставя достъп за преглед, почистване на стоманената конструкция и платното на моста и с която се намалява разхода за бъдещата поддръжка.
Икономичност
Рентабилността от монтажа на изолиращите, обвиващи системи може да се види от оценката на размера, мястото и достъпността на моста, като се вземе предвид намаляването на разходите, свързани със строителния период, временните работи, нарушаването на пътния и железопътния трафик и защитните системи с боя. На вече съществуващи мостове могат да се реализират допълнителни ползи, тъй като обратната сглобка на изолиращата система намалява до минимум риска и позволява извършването на подробни прегледи и поддръжка.
Анализът на общите разходи по изграждането, последващата поддръжка и разходите, свързани с нарушаване на трафика доказват приложимостта на изолационните системи. 20/11/2008 |
