Виды антикоррозионной защиты металлоконструкций

Металлические конструкции во время эксплуатации часто подвергаются негативным воздействиям со стороны окружающей среды. Химические, электрохимические контакты металла с грунтом, газообразными и жидкими веществами провоцируют коррозию изделий.

К наиболее уязвимым группам относятся железо, сплавы на его основе, алюминий. Коррозионные процессы ведут к уменьшению площади поперечного сечения отдельных элементов металлоконструкций. Следствием этого становится снижение их несущей способности, срока службы.

Для предотвращения нежелательных изменений структуры используются различные виды антикоррозийной обработки конструктивных частей или полностью всей металлической конструкции.

Коррозия классифицируется по двум основным аспектам:

• Природе возникновения;

• Типу поражения.

Природа появления коррозии

По природе возникновения различают химическую и электрохимическую. В первом случае она происходит при контакте металла с агрессивными газами и жидкими веществами. Во втором – при взаимодействии с электролитическими составами.

Тип поражения металлической поверхности

Коррозия, поражающая поверхность металлоконструкции, может быть:

• Сплошного типа – она покрывает всю поверхность. С течением времени коррозионные процессы начинают затрагивать его внутреннюю структуру. Такой вид поражения часто встречается у сталей, алюминия, цинковых, алюминиевых защитных покрытий из-за высокой агрессивности окружающей среды. Его легко заметить в узких щелях, зазорах, под метизами, в местах, где скапливается влага и пыль. Избавиться от сплошной ржавчины несложно. Достаточно зачистить пораженный элемент до чистого металла.

• Локальной – коррозионные точки, пятна, язвы. Пятна обычно проникают вглубь материала несильно. Если поверхность повреждена язвами, то повышается вероятность возникновения трещин. Материал становится более хрупким. Точечный (питтинговый) вариант чаще поражает сплавы на основе алюминия и нержавеющие стали. Причиной поражения здесь становятся хлоридовозбудители. Диаметр отдельных точек может быть совсем небольшим – до 2 мм. Но их глубина достигает значительных размеров.

• Межкристаллитной – образуется по границам зерен металла. Зерно крошится, образуя язвы, шелушение. На большой площади металлоконструкции образуются трещины.

• Контактной (гальванической) – образуется, если контактируют разнородные металлы и есть воздействие электролита на один из них. В зависимости от равномерности распределения электролитического вещества определяется зона распространения коррозии. Она более значительна во влажной среде и почве. В условиях атмосферного воздуха гальваническая коррозия затрагивает меньшие участки.

• Расслаивающейся – распространяется по плоскостям, которые параллельны горячему деформированию материала (прокатка, экструзия, прессование).

Также различают щелевую коррозию, коррозионное растрескивание. Структура материала может повреждаться из-за неравномерной аэрации, воздействия внешних токов.

Причины корродирования бывают разные. Но итог явления один и тот же. Прочностные характеристики металлической конструкции понижаются вплоть до полного разрушения изделия. Для реставрации или замены необходимы значительные финансовые вложения.

Металлические конструкции и изделия широко используются в промышленности, строительной сфере. Они не теряют своей актуальности даже в условиях появления все более практичных и легких материалов из композитов. Важную роль в этом случае играет антикоррозионная защита, технологии которой постоянно совершенствуются. Разные методы борьбы с появлением коррозии способны существенно увеличить срок службы металлоконструкций, сохранить их технико-физические и эксплуатационные характеристики.

Для металлических поверхностей применяются конструктивная, пассивная или активная защита, а также специализированное антикоррозийнное покрытие, часто с добавлением ингибиторов. Суть таких мероприятий заключается в создании слоя, который не допускает прямое взаимодействие с агрессивной средой, предотвращает негативные процессы, разрушающие структуру материала.

Наружная обработка может проводиться с использованием лакокрасочных составов, других металлов и сплавов. Универсальных методов антикоррозионной защиты металических конструкций нет. Их подбирают для каждого конкретного объекта, исходя из:

• Условий эксплуатации;

• Параметров защищаемого металла;

• Вида нагрузок на металлоконструкцию;

• Других факторов.

Так как спектр угроз для металлических поверхностей достаточно широкий, то и подходы к обеспечению его защиты от коррозии весьма разнообразны. Основой здесь является создание прочного и надежного барьера, отделяющего металл от механических, химических, биологических и других видов воздействий.

Проектирование

До начала проведения антикоррозионных мероприятий требуется разработать проект по защите конкретной металлоконструкции. Специалисты, занимающиеся проектированием, оценивают материал объекта, условия его эксплуатации. Руководствуясь нормативами, они подбирают наиболее подходящий способ.

Единые подходы к защите строительных конструкций от коррозии, старения лакокрасочными средствами нормируются ГОСТом 9.401-2018. При разработке проекта также необходимо учитывать требования СНиПа 2.03.11-85, других нормативных документов.

Конструктивный метод

При проектировании, изготовлении металлических конструкций выбирается материал, который способен сопротивляться неблагоприятной среде будущей эксплуатации изделия. Это нержавеющие стали, стали, у которых присутствует прочная, не разрушаемая пленка (кортеновские стали), другие виды.

Также данный способ антикоррозийной защиты металлических конструкций подразумевает рациональную эксплуатацию конструкций:

• Своевременную заделку дефектов, где может скапливаться влага – трещины, щели, зазоры.

• Введение в агрессивную среду ингибиторов.

• Устранение мест, где застаивается влага, защита металлических элементов от капель и брызг воды.

Пассивная антикоррозийная защита металлоконструкций

Пассивная методика от корродирования заключается в нанесении на поверхность элементов специальных покрытий. Они создают механический барьерный слой, отделяющий металл от неблагоприятной среды. Исходя из состава и требований, различают протекторные, барьерные, преобразующие и пассиваторные лакокрасочные материалы.

Пассивирование металла выполняется ЛКМ, содержащими в составе фосфорную кислоту, соли хромовой кислоты (хроматные пигменты), другие вещества, активно замедляющие процессы коррозии. Такая технология будет эффективна только при тщательной предварительной подготовке поверхности конструкции.

Активные способы обработки от корродирования

К таким методикам относят различные способы специальной обработки. Это:

• Горячее цинкование – покрытие из тонкого слоя расплава цинка. Защитная пленка, образующаяся на поверхности в результате химической реакции, выступает барьером для влаги.

• Гальваническое цинкование – в емкость с электролитом погружаются обрабатываемые элементы, источник цинка. Пропускается электрический ток, вызывающий растворение и осаждение цинка.

• Нанесение цинкового слоя термодиффузным способом – атомы цинка под воздействием высокой температуры (+290 ℃ - +450 ℃) проникают в структуру металла, образуя твердое и износоустойчивое покрытие. Метод весьма эффективен и долговечен, но мало производителен, требует применения специального оборудования (роторные печи).

Технологий обработки поверхности металлоконструкций довольно много. Есть простые методы, которые можно использовать даже в бытовых условиях, например покрытие лакокрасочными материалами. Они недорогие и достаточно эффективные.

Но в промышленных масштабах применяют более технологичные методики:

• Холодное цинкование;

• Алитирование;

• Фаолитирование;

• Электрохимическую обработку от коррозии;

• Нанесение «жидкой резины».

Такая защита обходится дороже и экономически не всегда оправдана.

Нанесение лакокрасочных покрытий

Для антикоррозийной защиты различных металлов часто используют традиционные лакокрасочные составы. Но на их основе разрабатываются и специализированные ЛКМ. Для этого добавляются особые пластификаторы, растворители, пигменты, что позволяет достигать нужного качества покрытия.

Основными требованиями к таким материалам являются высокая степень адгезии к металлической поверхности, создание покрытия, устойчивого к механическим повреждениям. Наносятся лакокрасочные составы при помощи ручного или автоматического малярного инструмента.

Холодная оцинковка

Метод холодного цинкования очень распространен и эффективен. Его суть заключается в погружении металлической детали в расплав цинка. Образовавшийся на поверхности слой надежно защищает металл от неблагоприятных внешних воздействий, вызывающих появление ржавчины.

Технология отлично подходит для изделий из стали, метизов. Здесь можно применять дополнительные мероприятия по обработке, которые способствуют усилению антикоррозионной защищенности металлоконструкции. Это может быть кадмирование, хроматирование. На финишном этапе на поверхность наносится защитно-декоративный слой из ЛКМ.

Алитирование

Применение порошкообразных составов на основе ферроалюминия дает возможность повысить сопротивляемость металла корродированию. Метод заключается в образовании на поверхности металлоконструкции алюминиевого напыления.

• Объект покрывается металлизированным порошком.

• Далее производится изоляционная обмазка.

• Конструкцию подготавливают к диффузному отжигу, обрабатывая специальными красками, основой которых выступает алюминий.

• Изделие погружается в алюминиевый расплав. Время выдержки зависит от конкретных требований.

Алитирование является эффективным способом антикоррозионной защиты металла. Кроме того, оно придает поверхности конструкции высокие параметры по стойкости к износу.

Фаолитирование

Создание защитного барьера от коррозии по методике фаолитирования заключается в нанесении специальных средств, в состав которых входит термореактивная кислотоупорная пластмасса. Результатом такой обработки становится покрытие, отличающееся:

• Высокими антикоррозионными параметрами;

• Улучшенными теплозащитными свойствами;

• Стойкостью к химически агрессивным соляным средам;

• Возможностью использования для защиты металлоконструкций, работающих при высоких температурах.

Качественный защитный слой можно получить только после предварительного нанесения на поверхность металла лака на бакелитовой основе.

Электрохимическая защита от коррозии

Антикоррозионная защита металлов может производиться электрохимическим способом. На обрабатываемой детали размещается протекторный металлический анод, электроотрицательные свойства которого более сильные. Аноды изготавливаются из железнокремниевых сплавов, платинированного титана, графипластов, электропроводящих полимеров и других материалов.

Метод «жидкая резина»

Надежно и на длительный срок металлоконструкцию можно защитить при помощи двухкомпонентного эластомера (жидкая резина). Здесь не требуется предварительная подготовка поверхности конструкции. Состав наносят распылительным пистолетом. Результатом обработки является получение сплошного, бесшовного покрытия.

Применяемая для защиты металла от коррозии битумная мастика имеет много достоинств:

Она быстро застывает.

• На обрабатываемой поверхности не образуются неровности и подтеки.

• Ее можно наносить на сколькие, гладкие, влажные основания.

• Гарантированно работает на протяжении не менее 20-ти лет.

Со временем «жидкая резина» становится только прочнее. Обработанный металл будет устойчивым к критическим температурам, высокой влажности.

Защитные ЛКП – это наиболее простой, эффективный и недорогой способ защиты от коррозии металлоконструкций разного назначения. Технология обработки поверхности состоит из двух этапов:

• Подготовительные работы – поверхность металла зачищается от старых ЛКП, ржавчины, загрязнений. Очищение выполняется вручную или механизированным инструментом. Используются абразивный, пескоструйный, дробеструйный и другие методы зачистки. Поверхность конструкции получается шероховатой, что улучшает адгезию с лакокрасочным составом.

• Окрашивание металлоконструкции – проводится в основном с применением специализированного оборудования. Обычно это безвоздушные распылители, обеспечивающие равномерное нанесение защитных составов. При таком способе не образуются подтеки, исключается высыхание частиц смеси до соприкосновения с поверхностью металла. ЛКМ наносятся в несколько слоев (минимум – два). В процессе окрашивания требуется строго контролировать толщину покрытия по мокрому слою, толщину сухого слоя и другие параметры.

Проведение различных процедур по защите металлоконструкций от коррозии нормируется различными документами:

• СНиП 2.03.11-85 – Регламентирует защиту строительных конструкций от коррозии. Рассматриваются вопросы проектирования антикоррозийной защиты стальных, алюминиевых конструкций, эксплуатирующихся при температуре от -70 ℃ до +50 ℃ в условиях агрессивных сред.

• СНиП 3.04.03-85 – Требования к защите сооружений, строительных конструкций от коррозии.

Ряд ГОСТов нормируют единую систему защиты от старения и коррозии при помощи лакокрасочных покрытий:

• 9.401-2018 – Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов;

• 9.014-78 – Общие требования к временной противокоррозионной защите изделий;

• 9.032-74 – Группы, обозначения, технические требования к лакокрасочным покрытиям;

• 9.045-75 – Ускоренные методы определения светостойкости ЛКП:

• 9.050-2021 – Методы лабораторных испытаний на устойчивость лакокрасочных покрытий к воздействию плесневых грибов;

• 9.072-2017 – Термины и определения ЛКП;

• 9.104-2018 – Группы условий эксплуатации защитных лакокрасочных покрытий;

• 9.105-80 – Классификация, основные характеристики методов окрашивания;

• 9.301-86 – Общие требования к металлическим, неметаллическим, неорганическим покрытиям;

• 9.308-85  - Методы ускоренных коррозионных испытаний металлических, неметаллических неорганических покрытий;

• 9.402-2004 – Подготовка металлических поверхностей к окрашиванию ЛКМ;

• 9.403-80 - Методы испытаний на стойкость ЛКП к статическому воздействию жидкостей;

• 9.407-2015 – Методы оценки внешнего вида антикоррозийных лакокрасочных покрытий;

• 9.409-88 – Методы ускоренных испытаний на стойкость ЛКП к воздействию нефтепродуктов;

• 6992-68 – Методы испытаний лакокрасочных покрытий на стойкость в атмосферных условиях.

Антикоррозионные средства регулярно обновляются. Их стоимость становится более доступной. Появляются новые технологии обработки металла, усовершенствуются процессы нанесения защитных покрытий. Поэтому предупреждение возникновения коррозии становится проще. Но доверять подбор оптимальных составом, материалов, проведение таких мероприятий стоит только квалифицированным специалистам.