Антикоррозийная обработка металлоконструкций

Металлические конструкции являются очень важными для современного капитального строительства. Они отличаются массой технико-эксплуатационных преимуществ, поэтому на сегодняшний день применяются для возведения практически любых объектов. Металлоконструкции обладают очень длительными сроками службы, однако главным их недостатком является подверженность коррозионным процессам. Поэтому очень важным техническим заданием является антикоррозийная обработка металлоконструкций. Способы зависят от множества факторов, которые стоит учитывать при выборе материалов:

• условия эксплуатации, которые включают характер воздействий, климатические и сейсмические факторы, а также множество других;
• тип металлических конструкций и их функциональное назначение;
• размеры и область применения;
• воздействия внешних факторов негативного характера.

Коррозия является естественным явлением, которое означает разрушение твердых тел, вызываемое химическими или электрохимическими процессами на их поверхности при взаимодействии с факторами окружающей среды. Особую опасность представляет коррозия металлоконструкций, в частности различных сплавов стали. Эти процессы могут приводить к опасным и дорогостоящим повреждениям различных сооружений – начиная от небольших бочек и трубопроводов, заканчивая мачтами и мостами. Химическая природа коррозии предполагает выделение на поверхности корродирующих металлов анодных и катодных участков, которые, под воздействием повышенной влажности, начинают соединяться. Участки с затрудненным проветриванием могут подвергаться коррозионным процессам со скоростью от 0,4 мм в год. При этом она может возрастать при увеличении показателей относительной влажности, возникновении конденсатов и возрастанием загрязненности атмосферы – загрязняющие факторы могут взаимодействовать со сталью, формируя на поверхности разного рода налеты. Коррозионные процессы имеют место, если показатели относительной влажности превышают 85%, а температура – 0° С. Но, если наблюдается наличие загрязнителей, и/или гидроскопических солей, влажные пленки могут образовываться и при более низкой относительной влажности.

Чтобы корректно подобрать способы защиты металлов от коррозии, необходимо определить сам тип воздействия. Это позволит качественно обработать любую поверхность, обеспечив высокую протекцию металла и гарантировав:

• увеличение сроков эксплуатации конструкций до 50 лет;
• улучшение эстетического внешнего вида;
• обеспечение безопасности.

Правильно подобранная антикоррозийная защита позволит сохранить внешний вид конструкций и существенно снизить эксплуатационные затраты.

Классификация и особенности коррозионных процессов

Данные процессы классифицируют по различным факторам, на основании которых побираются методы защиты от коррозии. Это могут быть механизмы воздействия металлов с внешней средой, виды коррозионных сред и условия протекания процессов, характер деструктивных воздействий, которым подвергается металл.

Так, в зависимости от природы разрушений, вызываемых данными явлениями, она бывает:

• химической;
• электрохимической;
• биохимической;
• электрической.

Химическая коррозия представляет собой процессы взаимодействия металлов с коррозионной средой, при которых их окисление и восстановление окислительных компонентов протекают одновременно. Продукты взаимодействия в пространстве не разделяются. Что касается электрохимической коррозии, то она предполагает ионизацию атомов металла и восстановление окислительных процессов не в одном акте. Биохимическая – это коррозионные процессы, протекающие под воздействием жизнедеятельности микроскопических организмов.

В зависимости от характера разрушения металлоконструкций, различают такие виды коррозии:

• сплошная – способна охватывать всю поверхность металла. Процессы могут быть равномерными, если протекают с одинаковыми показателями скорости по всей поверхности металлов, и неравномерными, если скорости неодинаковы на разных участках. Равномерные явления наблюдаются, к примеру, при повреждении железных трубопроводов на открытом воздухе;
• местная – (локальная) – она способна охватывать отдельные зоны поверхности металлов. Она может выражаться в форме отдельных пятен, которые незначительно углублены в толщу материалов, или язв – раковинообразных разрушений, сильно углубленных в толщу поверхности, а также точек (питтингов), глубоко проникших в металл.
• Первый тип можно наблюдать, к примеру, при ржавчине латуни в условиях морской воды. Язвенная коррозия наблюдается у стали в грунтах, а питтинговая — у аустенитных хромоникелевых сплавов в морской воде;
• подповерхностная – начинается на поверхностях, однако после этого распространяется в глубину материала. Продукты коррозии сосредотачиваются в полостях металла и вызывают процессы вспучивания и расслоения металлических конструкций;
• межкристаллитная – отличается деструкцией стали по границе зерна. Ее опасность заключается в том, что общий вид металла не изменяется, однако материал начинает быстро терять прочностные характеристики и пластичность, легко разрушаясь. Связаны данные процессы с возникновением между гранулами рыхлой малопрочной продукции коррозии. Таким разрушениям особенно подвержены сплавы хромистой и хромоникелевой стали, сплавы никелевых и алюминиевых типов;
• щелевая – разрушает поверхности металлов под прокладками, между зазорами, резьбовыми креплениями и другими соединениями.

Отдельного внимания заслуживает ножевая коррозия, приводящая к ровным трещинам, расположенным параллельно сварочным швам.

Сложность в подборе корректных методов защиты металлов от коррозии представляет тот факт, что на корродирующих поверхностях могут одновременно наблюдаться один или несколько видов коррозии. Так, подпленочные процессы переходят в язвенные или местные, а они, в свою очередь, могут перейти в сплошные. Важным фактором является то, что все перечисленные типы коррозии металлоконструкций могут наблюдаться как на открытом воздухе, так и внутри помещений. При том, что коррозия поверхностей внутренних помещений, которые укрыты от внешнего воздействия, незначительна, а в частично укрытых зданиях процессы коррозии можно считать такими же, как и на открытом воздухе.

Способы защиты

металлоконструкций от коррозии

Антикоррозийная защита металлоконструкций – это одна из важнейших задач современного строительства промышленных и гражданских объектов. Однако, далеко не все подрядные организации уделяют данным вопросам должного внимания, не обеспечивая нужный уровень протекции конструкций из металла от агрессивного воздействия внешней среды. И это при том, что они постоянно подвержены коррозионным воздействиям – начиная от их производства и заканчивая транспортировкой, хранением и эксплуатацией. В результате металл не только теряет массу, но также и нарушается его структура, ухудшая функциональность металлических конструкций и снижая их прочность, долговечность и эксплуатационную безопасность.

В современном строительстве существует несколько методов защиты металлоконструкций от коррозии:

• улучшение химического состава металла для повышения антикоррозионных свойств;
• изолирование поверхности стали при помощи специальных материалов;
• уменьшение агрессивности среды, где осуществляются производство и эксплуатация металлических конструкций;
• наложение внешних токов, которые обеспечивают высокие показатели электромеханической защиты.

Это дает возможность защитить конструкции как до начала их использования, так и во время.

Наиболее простым и широко применяемым из них является применение специальных металлических защитных покрытий. Так, использования анодного метода позволяет увеличивать до максимума отрицательный электрохимический потенциал стали, исключая потенциальные риски возникновения коррозионных процессов. Катодные покрытия имеют менее выраженное действие и требуют нанесения более толстых слоев, однако при этом они способны значительно увеличить показатели твердости и износостойкости изделий. Все покрытия можно разделить на:

• термостойкие, которые используются для антикоррозионной обработки трубопроводов и оборудования, работающего при воздействии высокой температуры;
• цинконаполненные, которые после нанесения образуют слой цинка, защищающий от подпленочной коррозии;
• атмосфероустойчивые, которые применяются для антикоррозионной обработки металлоконструкций, которые располагаются полностью или частично под землей;
• кузнечные, необходимые для защиты конструкций, изготовленных из сплавов цветных металлов;
• специальные, которые необходимы для покрытия конструкций, применяемых для хранения или перевозки различных агрессивных веществ.

Если классифицировать типы покрытий по критерию их получения, то выделяется химическое и электролитическое осаждение, нанесение горячим и холодным способом, металлическое напыление, методы плакирования и термодиффузионной обработки. Наиболее популярным методом защиты металлоконструкций от коррозионных процессов является покрытие неметаллическими составами – пластиком, керамикой, каучуком, битумом, полиуретаном, лакокрасочными составами и другими. При этом ЛКП представлены на современном рынке в наиболее широком ассортименте и могут использоваться в зависимости от условий внешней среды эксплуатации – так, можно подобрать атмосферостойкие, гидрофобные, стойкие к химическим веществам и другие.

Чтобы смягчать воздействие коррозионных сред, также возможно введение в них небольшого количества ингибиторов, которые обеспечивают ее нейтрализацию или обескислороживание, образуя адсорбционную пленку, которая способна защитить поверхность металла.

В современной строительной сфере все больше значения уделяют разработкам стойких к коррозионных процессам сплавов металла. К примеру, показатели защиты существенно повышаются при введении в железные сплавы хрома и никеля. Магниевый сплав в этих целях может легироваться марганцем, а никелевый – медью.

Все методы защиты от коррозии можно разделить на несколько групп:

• конструктивные;
• пассивные;
• активные;
• электрохимические.

Первая представляет собой набор конструктивных методов. Они используются еще на этапе проектировки и производства изделий и заключаются в подборе материалов, которые способны противостоять негативным воздействиям внешних сред – нержавеющая сталь, коттеновская сталь с прочной окисной пленкой, высокополимерные материалы. Кроме того, защита металлоконструкций от коррозии в соответствии со СНИП и ГОСТ, предполагает правильную эксплуатацию изделий из металла, что заключается в :

• устранении щелей, швов и зазоров в конструкциях, куда может проникнуть влага;
• устранении застойных зон влаги и защита от брызг;
• введении ингибирующих добавок.

Пассивная защита от коррозионных процессов предполагает нанесение на металлические поверхности различных покрытий, которые бы препятствовали контактированию металла с кислородом и влажностью. Современные высокотехнологические лакокрасочные составы отличаются высокими эксплуатационными параметрами. В зависимости от структуры покрытия, они могут обладать разным функционалом – барьерным, протекторным, пассиваторным или преобразующим.

Так, барьерная защита позволяет механическим способом изолировать поверхность металла. Как правило, такие составы наносят только на черные сплавы, при чем, любое механическое нарушение целостности (даже микротрещины) приводит к попаданию агрессивной среды и появлению подпленочной коррозии.

Пассивирование поверхностей металлов осуществляется при помощи лакокрасочных материалов, в состав которых входит фосфорная кислота или пигменты хроматного типа, которые замедляют процессы коррозии. Антикоррозионное покрытие металлоконструкций пассивирующими грунтовками осуществляется при помощи распылителей – сам состав может быть как одно-, так и двухкомпонентным (перед нанесением смешиваются). Оно подходит как для черных, так и для цветных металлов.

Что касается активных методов защиты, то они также предполагают специальную антикоррозионную обработку металлоконструкций. Чтобы повысить устойчивость ферросплавов, используются:

• горячая оцинковка металлических изделий. Предварительно поверхность обезжиривают, подвергают пескоструйной обработке или травлению кислотами и покрывают тонкими слоями сплава цинка в специальных вращающихся резервуарах. Вследствие химических реакций, на поверхностях образуются защитные пленки, которые экранируют металл от проникновения влаги, образуя гальвано-пару со сплавом и обладая возможностью самовосстановления в результате небольших деформаций. Сырьем для горячей металлизации может служить и другой металлический сплав – данная методика особенно актуальна для небольших металлоконструкций;
• электрохимическая (гальваническая) оцинковка, которая основана на принципах диффузионного изъятия ионов цинка из слабокислых растворов во время электролиза. Обрабатываемая деталь помещается в ванну с электролитами, через которую проходит электроток. В результате происходит растворение цинка и оседание его на поверхности стали, придавая ей декоративный внешний вид;
• термодиффузионная оцинковка. Она заключается в проникновении атомов цинка из специального порошка в поверхность стали при очень высоких температурах (в диапазоне +270-460˚С).

Нанесение лакокрасочного покрытия – это наиболее доступный способ защиты металлоконструкций, который требует обновления каждые 5-8 лет, поэтому очень трудоемкий. Гальваническая защита обеспечивает протекцию ржавчины на 50 и более лет, однако процесс очень затратный. Поэтому на рынке существует инновационный способ антикоррозионной обработки металлоконструкций – это «жидкая резина». Она представляет собой двухкомпонентный эластомер в виде сплошной бесшовной прослойки, которая наносится на поверхность посредством распыления. Очень важно, что для использования его никакой подготовки поверхности не потребуется. После попадания на поверхность металла, битумная эмульсия застывает за секунду, не делая подтеков и неровностей даже на скользких и гладких основах. Производители гарантируют, что данные покрытия на протяжении первых 25 лет не только не теряют свои свойства, но даже обретают большую прочность. Материал отлично подходит для обработки труб, строительных конструкций любой конфигурации, поверхностей цистерн и даже кровли. Металлы, защищаемые с помощью резинового покрытия, совершенно индифферентны к факторам высокой влажности и обладают широким температурным диапазоном эксплуатации. Однако резиновые покрытия еще не получили должного распространения, поэтому наиболее актуальными продолжают оставаться лакокрасочные (ЛКП).

Технология антикоррозионной обработки металлоконструкций

Обработка начинается с оценки технического состояния конструкций, пораженных коррозионными процессами. В первую очередь определяется вид воздействия, что позволяет корректно провести полный комплекс мероприятий по выбору способа очистки и восстановления конструкции.

Среди большого количества различных методов защиты от разрушительного воздействия коррозии, одним из наиболее эффективных, экономичных и долговечных является антикоррозийная обработка металлоконструкций при помощи специальных покрытий, защищающих поверхности от воздействий внешних сред. Эти составы бывают мембранного типа, напылительного или представленные в виде лакокрасочных составов. Как показывает практический опыт, именно последние создают надежный барьер от коррозии. Кроме того, ЛКП обладает и рядом других преимуществ:

• легко и быстро наносится;
• обеспечивает декоративные функции;
• обладает оптимальной стоимостью.

Выбор лакокрасочного покрытия должен осуществляться исключительно на особенности металлических поверхностей, их площади, условиях окружающей среды и многих других. Однако, антикоррозийная обработка металлических поверхностей только на 30% зависит от качества красящих составов, в то время, как остальные 70% составляет уровень подготовки поверхностей к окрашиванию. Если их должным образом не очистить, то коррозионные процессы будут продолжать развиваться под слоем ЛКП. Поэтому обязательными этапами перед нанесением краски являются:

• зачистка, которая может быть проведена различными способами, в том числе механическим и химическим. Механический предполагает применение специальных аппаратов (как правило, пескоструя) и очистку до голого металла либо поверхностную, при этом обезжиривание поверхностей осуществлять не нужно. Подходит только для небольших поверхностей, поэтому чаще всего используют химическую очистку;
• грунтовка – проводится как при помощи оборудования безвоздушного нанесения, так и вручную, с помощью кистей и валиков.

В современных условиях антикоррозийная обработка металлоконструкций относится к категории наиболее востребованных во многих отраслях. Различные предприятия промышленности, строительные объекты и другие здания имеют на своем балансе много сооружений, где металлические конструкции являются несущим каркасом, поэтому они требуют специальной обработки и защиты. Качественная антикоррозионная обработка дает возможность продлить сроки эксплуатации объектов и предохранить их от негативных воздействий внешней среды.