Předmětem tohoto souhrnu informací a postupů je protikorozní ochrana ocelových konstrukcí vystavených atmosférickým a dalším vlivům, které mohou působit na tyto konstrukce během jejich života a používání. Zaměřuje se především na problematiku PKO (protikorozní ochrany) nových ocelových konstrukcí.
Pomůcka se věnuje návrhu a provádění protikorozní ochrany povlaky všech typů stavebních konstrukcí, například dopravních, vodohospodářských, průmyslových a zemědělských staveb, staveb pro potravinářskou výrobu, pozemních staveb, telekomunikačních staveb, energetických staveb z konstrukčních ocelí. Autoři, Ing. Jaroslav Korbelář, Ing. Zabývá se problematikou PKO nových ocelových konstrukcí.
Základní principy koroze a vlivy prostředí
Konstrukční oceli, jako jeden ze základních konstrukčních materiálů, bez vhodné a dostatečné protikorozní ochrany při vystavení atmosférickým a dalším vlivům během svého života korodují. To může vést ke snížení životnosti konstrukce, popřípadě k poruchám a haváriím.
Koroze je definována jako znehodnocení kovů fyzikálně-chemickými interakcemi s prostředím zemské atmosféry. Děje probíhají na rozhraní fáze kov-prostředí. Anodická reakce odpovídá oxidaci kovu (rozpouštění, korozi) a katodická reakce odpovídá současné redukci některé z oxidujících složek prostředí a tvorbě korozních produktů. Tyto elektrochemické děje probíhají při atmosférické korozi v tenké vrstvě elektrolytu, která se vyskytuje na povrchu kovu.
Faktory ovlivňující atmosférickou korozi
Základní podmínkou pro vznik a průběh atmosférické koroze je vytvoření vrstvy elektrolytu na povrchu kovu. Kromě zadržených dešťových srážek se jedná především o adsorpci a kondenzaci vzdušné vlhkosti na povrchu kovu. Tloušťka této vrstvy se v reálných podmínkách pohybuje mezi 5 - 150 nm. V této vrstvě pak probíhají chemické reakce, v jejichž důsledku dochází ke korozi.
Čtěte také: Recenze hydroizolačních nátěrů pro OSB desky
Ke kondenzaci vzdušné vlhkosti dochází, jestliže teplota povrchu a teplota rosného bodu je shodná, přičemž teplota rosného bodu je závislá na koncentraci vlhkosti ve vzduchu. V běžných atmosférách se uvádí jako kritická hodnota pro vznik korozního napadení relativní vlhkost 80 %. Hodnota kritické relativní vlhkosti je ovlivněna vlastnostmi atmosféry (teplota, relativní vlhkost, tlak vzduchu atd.) a znečištěním ovzduší. Tato hodnota se mění se znečištěním prostředí a s kvalitou, především čistotou a drsností povrchu. Při reálném korozním procesu v atmosférických podmínkách se vždy projevuje současně vliv několika faktorů.
Doba ovlhčení povrchu je závislá na teplotě, relativní vlhkosti vzduchu, množství a druhu srážek, rychlosti větru, intenzitě slunečního záření, tvaru povrchu, jeho drsnosti a čistotě, stupni zakrytí povrchu a dalších. Složení elektrolytu je závislé na povaze a koncentraci nečistot v ovzduší i na charakteru povrchu kovu. Korozní rychlost je silně ovlivňována koncentrací nečistot ve vzduchu, na některých typech konstrukcí se může projevit vliv chloridů z chemických rozmrazovacích solí.
Stupeň korozní agresivity prostředí
Stupeň korozní agresivity je technický údaj, který je základní informací pro výběr materiálů a systému ochrany proti působení atmosférického prostředí s přihlédnutím ke způsobům použití a k požadované životnosti systému ochrany či výrobku. Základem pro odvození stupně korozní agresivity jsou korozní úbytky standardních vzorků čtyř základních konstrukčních kovů (uhlíková ocel, zinek, měď, hliník) po prvém roce expozice, nebo průměrné roční hodnoty nejvýznamnějších činitelů prostředí, které působí na atmosférickou korozi, tedy teploty, relativní vlhkosti, depozice oxidu siřičitého nebo chloridů.
Na základě environmentálních parametrů jsou formulovány rovnice znehodnocení umožňující výpočty korozních rychlostí, respektive korozních úbytků, viz ČSN EN ISO 9223. Podle této normy je korozní agresivita atmosféry klasifikována stupni C1 až CX. Norma ISO 12944-2 klasifikuje prostředí podle korozní agresivity od C1 (velmi nízká) až po C5 (velmi vysoká) a extrémní (CX). Pro každou kategorii uvádí příklady ve vnitřních prostorách a venkovních prostředích. Toto zatřídění opět musí provést projektant. Kromě atmosférické expozice může být část konstrukcí uložena v půdě nebo částečně ponořená ve vodě. Stupně korozní agresivity těchto částí konstrukcí jsou velmi obtížně definovatelné.
Klasifikace korozní agresivity prostředí dle ČSN EN ISO 12944-2
| Stupeň agresivity | Charakteristika | Příklady (Vnitřní prostředí) | Příklady (Venkovní prostředí) |
|---|---|---|---|
| C1 (Velmi nízká) | Vytápěné budovy s čistou atmosférou | Kanceláře, obchody, školy | Nevyskytuje se |
| C2 (Nízká) | Atmosféry s nízkým znečištěním | Nevytápěné haly, kde může vznikat kondenzace | Venkovské oblasti |
| C3 (Střední) | Atmosféry se střední úrovní znečištění | Výrobní prostory s vysokou vlhkostí a malým znečištěním vzduchu (potravinářské závody, pivovary) | Městské a průmyslové oblasti |
| C4 (Vysoká) | Průmyslové a přímořské prostředí se střední salinitou | Prostor s silnou korozí (chemické závody, plavecké bazény) | Průmyslové městské oblasti a pobřežní oblasti se střední salinitou |
| C5 (Velmi vysoká) | Průmyslové oblasti s vysokou vlhkostí a agresivní atmosférou | Budovy s téměř trvalou kondenzací a vysokým znečištěním | Pobřežní oblasti s vysokou salinitou |
| CX (Extrémní) | Přímořské oblasti s vysokou salinitou a průmyslové oblasti s extrémní vlhkostí a agresivní atmosférou | Průmyslové budovy s extrémní vlhkostí a agresivní atmosférou | Subtropické a tropické atmosféry, průmyslové oblasti s extrémní vlhkostí |
Pro části pod hladinou a uložené v půdě jsou stanoveny následující kategorie:
Čtěte také: Drátěný plot – návod
- Im1: sladká voda
- Im2: mořská nebo brakická voda (bez katodové ochrany)
- Im3: půda
- Im4: mořská nebo brakická voda (s katodovou ochranou)
Specifické podmínky korozní agresivity
Při stanovení stupně agresivity atmosféry v případě rozměrných konstrukcí a staveb je nutné vzít v úvahu rozdílné podmínky, které mohou působit na jednotlivé části konstrukce. Tyto podmínky vyplývají z konstrukčního řešení a způsobu jejich používání, například:
- část konstrukce mostu nad vodní hladinou,
- konstrukčně podmíněné nedostatečně provětrávané prostory,
- duté prostory konstrukcí,
- povrchy pod přístřeškem nebo částečně chráněné povrchy ve styku s agresivními látkami,
- povrchy vystavené kondenzaci, abrazivním vlivům, pohledové plochy.
Významně se projevuje i orientace jednotlivých ploch vzhledem ke směru působení větru, slunečního záření nebo dešťových srážek. Velmi specifické podmínky z hlediska korozní agresivity nastávají u tunelů, kde se často projevuje vliv průsaku vody a vneseného znečištění posypových solí a dalšího znečištění. Zvláštní pozornost je dále nutné věnovat částem konstrukcí, které jsou ponořené nebo částečně omývané vodou nebo uložené v půdě.
Materiály a jejich korozní odolnost
Nejdůležitějším konstrukčním materiálem je ocel. Oceli jsou slitiny železa s uhlíkem a dalšími prvky. Z korozního hlediska patří konstrukční oceli k materiálům málo odolným a bez povrchové úpravy mají omezené použití. V atmosféře korodují za vzniku rzi. Ta zhoršuje nejen vzhled oceli, ale i jeho elektrický odpor a tepelnou vodivost, hladkost, ztěžuje rozebíratelnost spojů a podobně.
Korozi ocelí do určité míry ovlivňuje druh a obsah legur. Například se stoupajícím obsahem síry roste mírně i korozní rychlost oceli, a naopak se stoupajícím obsahem uhlíku se rychlost koroze snižuje. Technický význam má přítomnost Cu, která v koncentraci 0,2 až 0,3 % zvyšuje korozní odolnost. Na dlouhodobý průběh atmosférické koroze nemá význam způsob tváření a stav povrchu, který může do jisté míry ovlivnit pouze kinetiku koroze v počátečním období. Korozní rychlost konstrukční oceli není během prvních deseti let konstantní, postupně se snižuje se vznikem vrstvy korozních produktů.
Patinující oceli (Weathering Steel)
Tyto oceli jsou také označovány jako patinující nízkolegované oceli (weathering steel), popř. výrobním označením (Atmofix, Corten). Kvalita ocelí je specifikována normou ČSN EN 10025-5. Obsah legujících prvků nepřesahuje 2 %. Důležitá je vyváženost jednotlivých legujících prvků - kombinace Cu-P-Cr. Ve vhodných atmosférických podmínkách vzniká postupně pevná a přilnavá vrstva korozních produktů - patina, která zpomaluje korozní proces. Struktura, barva i ochranná funkce patiny závisí na klimatických faktorech a konstrukčním uspořádání. Počáteční korozní rychlost těchto ocelí je přibližně stejná jako nelegovaných ocelí a vyšší odolnost se projeví až po určité době. Vrstva patiny se vyvíjí postupně a ustálených vlastností dosahuje cca po 3 - 5 letech. Pro vznik ochranné vrstvy je nezbytné periodické střídání doby ovlhčení a vysušení povrchu. Na trvale vlhkých místech nedochází ke vzniku této patiny.
Čtěte také: Vlastnosti protiskluzového nátěru na beton
Nátěrové systémy jako protikorozní ochrana
Volba vhodného způsobu protikorozní ochrany se skládá z více kroků respektujících charakteristiky konstrukce / výrobku, jeho požadovanou provozní životnost a další požadavky spojené s jeho využitím - korozní prostředí a další činitele mimo vlastní korozní systém, například cenu (náklady). Optimální systém ochrany ocelové konstrukce je takový systém, který zabezpečuje požadovanou funkci a životnost v podmínkách odpovídající výroby, skladování, přepravy, montáže a používání.
Výběr nátěrového systému je ovlivněn celou řadou elementů. Kritéria jsou samozřejmě volena dle toho, kdo daný výběr provádí. Z pohledu člověka, který nátěr aplikuje je rozhodující rychlost aplikace, potřeba malého počtu vrstev nebo například využití nátěru s tolerancí k horšímu základu. Naopak v případě investora se jedná zejména o cenu nátěrového systému, jeho životnost a snadnou údržbu. Důležitým kritériem pro správnou volbu nátěrového systému je také podklad - tedy povrch materiálu, který bude ochrannou barvou opatřen.
Životnost nátěrových systémů
Dobou životnosti nátěrového systému se rozumí doba, po jejímž uplynutí je nutné provést první údržbu nátěru. Životnost není „záruční doba“. Životnost nátěrových systémů volí projektant ve vazbě na účel konstrukce, jednoduchost provádění oprav nátěru a společenský význam, který má plnit. Určení životnosti je zásadní pro sestavování plánu údržby konstrukce. Životnost nátěru tedy říká, jak dlouho by měl nátěr vydržet bez toho, aniž bychom ho opravovali.
Rozdělení životností nátěru dle ČSN EN ISO 12944-1
- Nízká (L): do 7 let
- Střední (M): od 7 do 15 let
- Vysoká (H): od 15 do 25 let
- Velmi vysoká (VH): přes 25 let
Je třeba mít na paměti, že uvedené životnosti nátěru slouží pouze jako pomocné kritérium pro volbu vhodného nátěrového systému. Nejsou spojeny s životností konstrukce! Ta je ovlivněna mnoha vnějšími vlivy: korozní agresivita prostředí, působení chemikálií, mechanické namáhaní apod. Dále samotná konstrukce (zamezení vzniku míst s vyšší kondenzací či nižší vrstvou laku, např. ostré hrany), povrchová předúprava, nátěrový systém a program údržby během životnosti celého systému.
Typy a složení nátěrových systémů
Hlavní složky nátěrových hmot jsou pojiva, plniva, pigmenty, aditiva. Odolnost nátěrové hmoty nejvíce závisí na zvoleném pojivu.
- Alkydová pojiva: pro jednosložkové nátěrové systémy, hodí se pro systémy používané v méně agresivních prostředích (C1-C2).
- Epoxidová a polyuretanová pojiva: pro dvousložkové nátěrové systémy, k vytvrzení dochází chemickou reakcí s tzv. tužidlem. Jsou vhodné pro systémy v prostředích s vyšší korozní agresivitou (C3-C5).
Jako nátěrový systém je označováno zvolené pořadí, typ a tloušťka jednotlivých vrstev nátěru. Je obecně tvořen základním nátěrem a jednou nebo více vrstvami dalších nátěrů. Počet vrstev nátěru se liší podle typu pojiva a stupně korozní agresivity. Obecně platí, že čím vyšší je korozní agresivita a žádaná životnost, tím více vrstev je potřeba.
Tloušťka suchého filmu
Důležitým parametrem nátěrového systému je jeho tloušťka, která se měří v suchém stavu pomocí speciálního měřiče. Může se měřit tloušťka jednotlivých vrstev nebo typů vrstev. Např. je zadán požadavek na celkovou tloušťku všech základních nátěrů a další požadavek na tloušťku všech dalších vrstev. Počet vrstev, pomocí kterých je žádané tloušťky dosaženo, je ponechán na zhotoviteli.
Normy a dokumentace pro protikorozní ochranu
Pro ochranu ocelových konstrukcí proti korozi vycházíme z normy ČSN EN ISO 12944, jejích částí 1 až 9. Tato norma se zabývá ochranou od samotné konstrukce, předcházení vzniku defektů již při samotné přípravě výkresové dokumentace, až po zhotovení nátěru.
Části normy ČSN EN ISO 12944
- Část 1: popisuje obecné zásady ochrany ocelových konstrukcí a výrobků nátěrovými systémy.
- Část 2: definuje kategorie korozní agresivity vnějšího prostředí.
- Část 3: se zabývá konstrukčními aspekty a popisuje vhodná či nevhodná řešení z pohledu protikorozní ochrany nátěrovými systémy. Zde se mimo jiné dozvíte, jak konstrukcí zamezit shromažďování vody a nečistot. Jaký je ideální rádius hran, aby nedocházelo ke koroznímu napadení od hran.
- Část 4: popisuje postupy přípravy povrchu a požadavky na jeho výslednou kvalitu.
- Část 5: doporučuje nátěrové systémy a jejich vrstvy vhodné pro jednotlivé kategorie korozní agresivity prostředí.
- Část 6: specifikuje laboratorní metody zkoušení nátěrových systémů.
- Část 7: určuje provádění a dozor při zhotovování nátěrů.
- Část 8: určuje zpracování pracováních specifikací pro nové a údržbové nátěry.
- Část 9: upravuje laboratorní metody pro extrémně korozivní atmosféry.
Je však důležité si uvědomit, že tato norma nezohledňuje další faktory, jako jsou odolnosti vůči působení chemikálií, mikroorganismům, mechanickým vlivům a vysokým teplotám / ohni.
Příprava povrchu
Kvalitní příprava povrchu je základním předpokladem pro dosažení zamýšlené živostnosti nátěrového systému. Zanedbání přípravy povrchu může zkrátit životnost nátěrového systému i více než o polovinu. Mezi základní pravidlo patří zbavit povrch nečistot a mastnoty. Uvedené příklady životností jsou vždy na podklad očištěný na stupeň SA 2 1/2. Celý proces pro zajištění co nejdelší životnosti začíná již u předúpravy povrchu materiálu. A to jak mechanické přípravy, tak i chemické. Chemická technologie může být pouze odmaštění, nebo také odmaštění s mořením pro zlepšení adheze, či rozšířena o další ochranné mezivrstvy jako jsou povlaky na bázi titanu či zirkonia pro zlepšení korozní odolnosti.
Testování a ověřování nátěrových systémů
Norma předepisuje testy, které nám pomohou prověřit teoretickou odolnost nátěru tak, abychom byli schopni říci, zda je záruka reálná. Takovým testem je například korozní test dle ČSN EN ISO 9227. Je však třeba mít na paměti, že jednotlivé laboratorní zkoušky umělého stárnutí neodpovídají přesně skutečnému prostředí, testuje se jeden faktor, a proto je potřeba tyto testy různě kombinovat. Tato kombinace testů by měla co nejvíce napodobovat reálné prostředí zahrnující další faktory, jako je mechanické či chemické namáhání, které nám mohou životnost nátěrového systému ovlivnit.
Příklad volby nátěrového systému
Pro ilustraci si ukážeme jednoduchý příklad. Naším úkolem je výběr optimálního nátěrového systému pro ocelovou konstrukci, která je umístěna ve venkovním městském prostředí. Vzhledem k těmto podmínkám projektant stanovil stupeň korozní agresivity prostředí na úrovni C3. S ohledem na požadavek zákazníka na minimalizaci nákladů na údržbu byla životnost nátěrového systému stanovena projektantem jako velmi vysoká. Pro určení vhodného nátěrového systému musíme nejprve určit, na jaký povrch bude systém aplikován. Část 5 normy ČSN EN ISO 12944-5 se zabývá volbou optimálních nátěrových systémů. Norma obsahuje tabulky, ve kterých jsou pro dané korozní prostředí a žádanou životnost nátěru doporučené konkrétní nátěrové systémy. Ty jsou pro jednoduchou orientaci a komunikaci v obchodním vztahu pojmenované unikátním číslem. Např. C3.05 je pojmenování nátěrového systému pro korozní agresivitu prostředí C3 a střední očekávanou životnost za použití polyuretanových barev.
tags: #agresivita #prostredi #natery