Tехника/ Альтернатива

Задача поддержания коррозионной стойкости в течение длительного времени решается путем применения специальных защитных покрытий различных типов, наносимых как до, так и после монтажа конструкции. При этом покрытие (одно- или многослойное) должно обеспечивать надежную и долговременную защиту сооружения от коррозии различных видов. А поскольку железобетон, например, подвержен почти десятку различных видов коррозионного разрушения, необходим тщательный выбор способа защиты конструкции в каждом конкретном случае. Спектр применяемых материалов и технологий для защиты от коррозии как железобетонных, так и металлических мостовых сооружений достаточно велик и постоянно расширяется. Исследования по данной тематике являются одним из приоритетных направлений в мостостроении.

Для железобетонных и металлических конструкций применяются, как правило, защитные покрытия различного типа. Однако в некоторых случаях для обоих типов конструкций могут быть использованы одни и те же материалы или же модификации одного материала.

Защиту стальных конструкций мостовых сооружений создают методом металлизации («горячей» или «холодной») либо путем нанесения химически- и атмосферостойких полимерных покрытий с высокой адгезией к основанию.

 - Полимерные лакокрасочные покрытия и мастики используются в качестве как грунтовочных, так и финишных . Покрытия данного класса могут наноситься методом пневматического или безвоздушного распыления, а также кистью или валиком. покрытий

 - «Горячая» металлизация применяется для получения цинковых, свинцовых и алюминиевых покрытий. Для нанесения таких покрытий используется несколько методов: гальванизация в специальной ванне с расплавом металла, напыление расплавленного металла специальным металлизатором, электродуговая металлизация и т.п.

 - «Холодная» металлизация, или «холодное цинкование», заключается в нанесении на подготовленную стальную поверхность цинконаполненной (содержание цинка в сухом слое – не менее 94%) полимерной композиции.

Для защиты бетонных и железобетонных конструкций мостов используются:

 - лакокрасочные покрытия;

 - мастики и герметики на основе цемента, полимеров, жидкого стекла и т.п.;

 - проникающая гидроизоляция на основе минеральных (цемента, кремния и др.) или полимерных композиций.

В ряде случаев до нанесения грунтовочного слоя под основное покрытие, с целью защиты открытых бетонных поверхностей от увлажнения водой и атмосферными осадками, а также образования конденсата, применяется гидрофобизация специальными проникающими составами.

Защитные покрытия металлических мостовых конструкций

 

Лакокрасочные покрытия (краски и эмали акриловые, каучуковые, алкидные и т.д.) являются наиболее распространенным способом защиты металлоконструкций от коррозии. Это обусловлено совокупностью положительных качеств применяемых лакокрасочных материалов: высокой адгезией, проникающей способностью и эластичностью, гидрофобностью и водоотталкивающей способностью, а также хорошими декоративными показателями. Лакокрасочные эмали образуют твердую атмосферостойкую пленку на поверхности защищаемой конструкции.

Однако требуемого качества окраски при их использовании можно достичь лишь при температуре окружающего воздуха не ниже +10 °С и относительной влажности до 80%. Поэтому нанесение ЛКМ производят в сухую и теплую погоду (как правило, в летнее время), т.е. данный вид работ является сезонным, что накладывает существенные ограничения по срокам его проведения.

Эпоксидные мастики и краски – материалы на основе синтетических полимеров, которые отверждаются при комнатной или повышенной температуре при введении специального отвердителя. Эпоксидные ЛКМ характеризуются хорошей адгезией к металлическим поверхностям (в том числе с налетом ржавчины) и высокой химической устойчивостью.

Эпоксидные составы используются в одно- или двухкомпонентных покрытиях. Допускается также их применение для бетона и железобетона.

Полиуретановые влагоотверждаемые покрытия характеризуются высокой адгезионной способностью к различным поверхностям и эластичностью, износостойкостью, термостойкостью до +150 °С, отверждением в зимних условиях при –12 °С (ниже «точки росы») при влажности воздуха до 99%, а также высокой устойчивостью к воздействию промышленных выбросов. Паропроницаемость образованной пленки в 15 раз ниже, чем у традиционных эпоксидных композиций.

Алюмо- и цинконаполненные полиуретановые влагоотверждаемые покрытия, содержащие высокодисперсный порошок цинка или алюминия, применяются и как самостоятельные однокомпонентные покрытия, и в качестве грунтовок в многокомпонентных системах. Введение металлического порошка усиливает защиту за счет образования нерастворимых окислов цинка в микропорах покрытия.

Использование цинконаполненных грунтовок является обязательным требованием стандартов по защите новых мостовых металлоконструкций большинства европейских стран и США.

Алюмонаполненные полиуретановые покрытия применяются для окраски и антикоррозионной защиты несущих металлоконструкций. Срок службы таких покрытий – до 20 лет.

Цинконаполненные полиуретановые материалы могут использоваться как в однокомпонентных покрытиях, так и в качестве грунтовки в двух- и трехслойных защитных системах.

Трехслойные полиуретановые покрытия различных компаний-производителей для защиты мостов, эстакад и гидротехнических сооружений имеют, как правило, сходную конструкцию и состоят из цинконаполненного грунтовочного слоя, промежуточного слоя с антикоррозионным пигментом и атмосферостостойкого полиуретанового финишного слоя. По заключениям ведущих европейских и американских лабораторий, такие покрытия способны служить без ремонта около 10-25 лет.

 

Представляет собой один из методов нанесения металлических защитных покрытий на стальные детали и конструкции различных механизмов и сооружений, в том числе мостов. Горячую металлизацию применяют для получения цинковых, алюминиевых и свинцовых покрытий. Для защиты транспортных сооружений применяют, как правило, цинковые покрытия. Нанесение расплавов цинка на подготовленные стальные конструкции может производиться несколькими способами.

Гальванизация стальных деталей конструкций производится путем осаждения на них цинка из расплава при окунании их в специальную ванну. Очевидно, что нанесение защитных покрытий таким способом целесообразно только для обработки деталей небольших размеров. Обработка крупногабаритных конструкций данным методом весьма проблематична, а сам процесс представляет серьезную угрозу для экологии.

При горячей металлизации напылением производится распыление (набрызг) расплава цинка с помощью специального прибора – металлизатора. Частицы расплавленного металла, вылетающие с большой скоростью из сопла аппарата, осаждаются на поверхности конструкции, создавая тонкослойное цинковое защитное покрытие.

Электродуговая металлизация (ЭДМ) заключается в нанесении покрытий на стальную поверхность путем напыления струей сжатого воздуха частиц расплавленного цинка из двух расходных электропроводных проволок, между которыми возбуждается электродуговой разряд.

Все вышеупомянутые технологии нанесения металлических покрытий включают следующие этапы:

– механическая обработка для очистки и создания шероховатой поверхности для хорошего сцепления;

– нанесение покрытия;

– сушка и окончательная механическая и лакокрасочная обработка покрытия.

Надо отметить, что все способы горячего цинкования весьма энергозатратны и трудоемки.

 

Метод "холодного" цинкования заключается в нанесении на стальную поверхность жидких полимерных композиций, содержащих высокодисперсный порошок цинка («жидкий цинк») и образующих после высыхания покрытие с содержанием цинка не менее 94%. Такие покрытия обеспечивают «активную» катодную защиту стали аналогично горячеоцинкованным, гальваническим и металлизированным покрытиям.

В настоящее время распространены двухслойные системы защиты, включающие «активный» нижний слой цинка и «пассивный» верхний (барьерный), характерный для обычных лакокрасочных покрытий. Верхний барьерный слой защищает первый («активный») цинковый слой от химических и механических воздействий, обеспечивая ему дополнительную устойчивость к повреждениям. Срок службы таких покрытий – до 25 лет.

Существуют и однослойные системы, сочетающие свойства «активной» катодной и «пассивной» барьерной защиты за счет прогрессирующей закупорки капилляров покрытия продуктами коррозии цинка в процессе эксплуатации. Благодаря указанному механизму защиты срок их службы может достигать 25-50 лет.

Методом «холодного» цинкования можно обрабатывать конструкции со сварными швами, заусенцами, закатанной окалиной. Они ремонтируются просто путем нанесения дополнительных слоев «жидкого цинка». При этом срок их службы выше, чем у горячеоцинкованных, благодаря снижению скорости окисления цинка.

Защитные покрытия железобетонных мостовых конструкций

 

Применяются для защитной окраски железобетонных конструкций в открытой атмосфере. Окрасочные работы следует производить при температуре воздуха не ниже +5 °С. Применение органоразбавляемой акриловой краски позволяет вести окрасочные работы в температурном диапазоне от –20 °С до +35 °С в любое время года. Срок службы таких покрытий – более 10 лет.

Используется для окраски железобетонных конструкций, эксплуатируемых во влажной и морской атмосфере. Температура поверхности основания и окружающего воздуха должна быть не менее +10 °С. Срок службы покрытия составляет 8-12 лет.

Перхлорвиниловые краски (ПХВ) обладают хорошей адгезией к бетону. Недостатками являются склонность их к растрескиванию из-за высокой деформативности пленки и выцветания на солнце, а также выделение опасных для человека веществ при испарении летучего органического растворителя. Краски этого типа можно наносить только тонким слоем, что требует особо тщательной подготовки поверхности.

Цементные перхлорвиниловые краски (ЦПХВ) более экономичны по расходу смолы и создают более прочную пленку. Их также можно наносить на горячие и влажные поверхности более толстым слоем, чем краски ПХВ.

Хлоркаучуковые краски состоят из хлорированного каучука и антиомыляемых пластификаторов. Обеспечивают высокую степень кислотной и щелочной защиты металлических и бетонных поверхностей, подвергающихся воздействию высокой влажности или находящихся в соленой воде.

 

Для гидроизоляции железобетонных мостовых конструкций в атмосферных условиях применяются пенетрирующие влагоотверждаемые полиуретановые материалы в качестве грунта в многослойных системах покрытий. Грунт впитывается в пористую поверхность бетона и создает надежную подложку для последующих слоев эмалей.

Системы покрытий на основе полиуретановой композиции холодного отверждения используются для защиты железобетонных конструкций, допускающих в процессе эксплуатации образование и раскрытие трещин шириной более 1,0 мм на поверхности бетона. Этот класс полиуретановых материалов, состоящих из полиуретановой смолы и отвердителя, обладает регулируемой высокой деформативностью и трещиностойкостью, высоким сопротивлением к истиранию и адгезией к бетону.

Двухкомпонентные мастики холодного отверждения на основе смеси полярных каучуков применяют для защиты железобетонных и металлических конструкций мостов и эстакад от воздействия различных агрессивных сред и их комбинаций: кислотных дождей, выхлопных газов, солевых растворов, слабощелочных и слабокислотных водных растворов, жидкого топлива и масел, солнечного облучения и озона.

 

Состав проникающей гидроизоляции на цементной основе включает цемент, кварцевый песок и активные химические добавки. Проникновение содержащихся в материале химически активных минеральных добавок через капиллярную систему в структуру бетона инициирует осмотический процесс. В результате взаимодействия добавок с цементным камнем в капиллярных порах и микротрещинах бетона образуются нерастворимые кристаллы. Происходящая при этом химическая реакция полностью безвредна.

Материал проникает в бетон на 100-400 мм и делает этот слой полностью водонепроницаемым, сохраняя при этом его паропроницаемость. С течением времени все тело железобетонной конструкции становится водонепроницаемым, обеспечивая надежную гидроизоляцию и защиту от карбонизации.

В качестве проникающей гидроизоляции используют также гидрофобизирующие жидкости на основе концентратов силиконовых эмульсий, разбавляемых водой перед нанесением на бетонную поверхность. При взаимодействии гидрофобизирующего раствора с известью образуются нерастворимые химические соединения, закрывающие поры и останавливающие капиллярный подсос.

Пигментированные полимерные дисперсии используются для герметизации трещин в железобетонных конструкциях с каркасной арматурой. Она препятствует также карбонизации цементного камня при сохранении паропроницаемости защитного слоя.