Většina kovových konstrukcí je chráněna nátěry, speciálně navrženými s ohledem na jejich použití a prostředí, ve kterém mají být exponovány. Organické nátěry, používané pro povrchovou úpravu kovových výrobků, mohou zajišťovat ochranu proti korozi několika mechanismy. Jsou to ochranné mechanismy inhibiční, adhezní, bariérový a elektrochemický.
Zinkové nátěry a jejich mechanismy ochrany
Vysoký obsah zinku v nátěrech zajišťuje vodivý kontakt mezi částicemi zinkového prachu a ocelovým povrchem. V organických zinkových základních barvách je zinek anoda a musí se obětovat, aby chránil ocelový podklad. Korozní odolnost je tedy závislá na průchodu galvanického proudu. To je možné tehdy, když zinkové částice jsou umístěny tak těsně, že se téměř dotýkají jedna druhé nebo ocelového podkladu, který má být chráněn. Přímý kontakt není možný, protože je přítomna monomolekulární vrstva pojiva, jež obaluje každou částici, jakož i podklad.
Tento povlak je nezbytný pro kohezi a adhezi filmu. Protože organické pojivo je dielektrické, kontakt musí být tak těsný, jak dovoluje povlak pojiva, a pigment ve filmu musí tudíž odpovídat nejtěsnějšímu naplnění jako při kritické objemové koncentraci pigmentu (KOKP). Při pigmentovém plnění větším než KOKP je objem pojiva mezi částicemi většinou nahrazen vzduchem nebo prázdným objemem. Zinkem bohaté nátěry jsou často pigmentovány nad KOKP.
Nicméně existují hranice, jak dalece nad KOKP se může v plnění zinkem jít. Když je poměr objemové koncentrace pigmentu (OKP) ku KOKP příliš vysoký a prostor mezi částicemi je zbaven pojiva, klesá flexibilita a odolnost proti úderu. Ve většině případů, jakmile je část objemu zinku nahrazena pigmenty a plnivy s větší spotřebou oleje, bude KOKP v porovnání se základními barvami plněnými jen zinkem nižší. Tudíž OKP musí být snížena kvůli normalizaci poměru OKP/KOKP. Pro náhradu zinku jinými pigmenty existují hranice, protože kontakt zinkových částic je poté omezen a elektrická vodivost začíná trpět.
Činnost anody je přímo vztažena na množství zinku ve filmu a na rychlost koroze, při které je kov spotřebován. Rychlost vyčerpání zinku nemusí být lineární, závisí na prostředí. Zinkové nátěry jsou do určité míry porézní. V průběhu stárnutí nátěrů dochází vlivem elektrochemických reakcí k vytvoření korozních produktů zinku, které utěsní póry v nátěrech. Elektrochemický mechanismus antikorozní ochrany zinkovými nátěry postupně přechází na mechanismus bariérový.
Čtěte také: Vlastnosti protipožárních oken
Kovový zinek reaguje s kyslíkem, vodou a oxidem uhličitým obsaženými v atmosféře a vznikají korozní produkty, jako jsou oxid zinečnatý, hydroxid zinečnatý a uhličitan zinečnatý. Tyto reakční produkty mají schopnost dokonale utěsnit všechny původní póry v nátěru. Vzniká velmi tvrdá kompaktní bariérová vrstva s velkou adhezí a s výtečnou odolností proti běžným atmosférickým vlivům. Pokud je nátěr s vysokým obsahem zinku poškozený až k ocelovému substrátu, zbývající kovový zinek se stává opět aktivním a chrání svým elektrochemickým potenciálem železo před korozí. V průmyslové atmosféře vznikají působením agresivních nečistot převážně rozpustné zinečnaté soli, které jsou postupně kyselými dešti vyplavovány a dále je obnažován kovový zinek přítomný v nátěru. Proces katodické ochrany se obnovuje do doby spotřebování kovového zinku. Ochranná funkce nátěru je tedy závislá na tloušťce a na korozní agresivitě prostředí.
Typy zinkových pigmentů a pojiva
Výrobci zinkového prachu dodávají na trh produkty, které se mohou lišit tvarem a velikostí částic, spotřebou oleje, obsahem kovového zinku, chemickou čistotou. Na trhu se objevují i typy upravené dalšími přísadami - oxidem křemičitým, oxidem chromitým, oxidem železitým a slídou.
Zinkem plněné základní barvy se formulují na různé pojivové bázi. Používají se např. epoxidové pryskyřice, epoxyestery, etylsilikáty a také jednosložkové polyuretany. Velmi rozšířenými pojivy ve formulacích základních barev s vysokým obsahem zinku jsou epoxidové pryskyřice. Jejich vytvrzení může být rychlejší než u etylsilikátových základních barev a jsou také méně pórovité.
Zinksilikátové nátěry
Nátěry k protikorozní ochraně ocelových konstrukcí s vysokým obsahem kovového zinkového pigmentu sférického typu (75-95 % hm.) slouží k dlouhodobé protikorozní ochraně, minimálně jako tzv. dílenské základní vrstvy ("shop primery") k protikorozní ochraně čerstvě otryskaných ocelových profilů v tloušťkách 10-20 μm, s ochrannou funkcí v průběhu jejich dopravy, skladování a montáže.
První vodouředitelné formulace s dodatečným tepelným vytvrzováním na bázi sodných vodních skel existovaly již ve 40. letech minulého století v Austrálii (protikorozní ochrana potrubí Morgan - Whyalla). Později v 50. letech bylo tepelné vytvrzování nahrazeno dodatečným chemickým vytvrzováním. Ještě později byly dodatečně vytvrzované ZSN nahrazeny samovolně vytvrzovatelnými formulacemi na bázi vodních skel draselných a lithných. V 60. až 70. letech u všech typů zinksilikátových nátěrových hmot je pojivem gel kyseliny křemičité a antikorozní pigment kovový práškový zinek, obvykle sférického typu.
Čtěte také: Vše o sádrokartonových stropech
Při vytvrzování ZSN vstupuje do struktury gelu kyseliny křemičité i Zn, popř. i Fe v adhezní mezivrstvě a výsledný zinečnato-silikátový, popř. Obecně platí, že s rostoucím plněním zinksilikátových nátěrových hmot zinkovým pigmentem se ochranná funkce nátěru zvyšuje, ale při velmi vysokém plnění (nad 90 % hmotn.) dochází ke zhoršení mechanických a aplikačních vlastností nátěrů (např. náchylnost k suchému nástřiku), proto je nutné respektovat určitý kompromis. Doporučované hodnoty obsahu zinkového pigmentu jsou 80-90 % hmotn. Protikorozní mechanismus ochrany ZSN spočívá jednak v elektrochemickém mechanismu (podobně jako u kovových zinkových povlaků), a dále v bariérovém a filtrační mechanismu.
Kombinací zinksilikátových nátěrů s organickými vrchními nátěry dochází ke zvýšení celkové ochranné funkce, zejména při ponoru ve vodách, neutrálních roztocích a zvýšení chemické odolnosti nátěrového systému, zvýšení estetického funkce nátěrového systému, popř. zvýšení teplotní odolnosti při kombinací se silikonovými tepelně vytvrzovatelnými nátěry pigmentovanými lamelárním hliníkem o cca 100 °C. Modifikace ZSN relativně malými přídavky vhodných organických pryskyřic vede ke zlepšení některých méně příznivých vlastností ZSN při zachování jeho jedinečných vlastností (teplotní odolnost 400 °C). Dochází k výrazně lepší počáteční přilnavosti i na povrchu otryskaném kulatým abrazivem (granulátem), horní toleranční mez tloušťky modifikovaných ZSN se zvyšuje.
Protipožární nátěr typu Hempacore AQ 48860
Protipožární nátěr typu Hempacore AQ 48860 se může aplikovat jak ve výrobě, tak na stavbě v místě realizace ocelové konstrukce. Speciální nátěr se používá jako protipožární ochrana uhlíkové nebo žárově pozinkované oceli. Nejdříve se ocelová konstrukce natře základním nátěrem s tloušťkou 100 mikronů, poté se povrch dobře očistí a odmastí vysokotlakou vodou. Před aplikací protipožárního nátěru musí být povrch konstrukce dostatečně vysušen. Protipožární nátěr musí být aplikován pouze na základní nátěr, nikdy ne na samotnou ocelovou konstrukci.
Při aplikaci nátěru musí být prostory dostatečně větrané, aby nátěr dobře uschnul. Vrchní nátěr se na konstrukci nanáší po úplném zaschnutí a musí se zejména dbát na ochranu konstrukce před vlhkostí a kondenzací. Doba zaschnutí se liší dle teploty, tloušťky filmu a dalších podmínek zasychání. Protipožární nátěr se může aplikovat buď stříkáním, nebo štětcem či válečkem. Během natírání je dobré průběžně měřit tloušťku nátěru. Po aplikaci se ještě tloušťka nátěru přeměří na suché konstrukci. K měření se využívá speciální elektronický měřák pro nátěry.
Speciální nátěrový HEMPACORE AQ 48860 je jednosložkový vodou ředitelný, bezchlorový, zpevňující nátěr na ochranu ocelové konstrukce v průmyslových halách, sportovních halách, prodejních halách apod. před požárem. Nátěrový systém je určen pro protipožární ochranu ocelových nosných konstrukcí ve vnitřním i vnějším atmosférickém prostředí. Funkční vrstvu tvoří bílý, souvislý povlak, vrchní nátěr protipožárního systému lze tónovat dle vzorkovnice odstínů RAL. Jako základní a vrchní nátěry lze použít výhradně nátěrové hmoty HEMPEL, které jsou součástí certifikovaného systému a které nelze zaměňovat jinými nátěry. Nátěr Hempafire Pro 315 se nanáší v tloušťce podle dimenzační tabulky od 200 do cca 2000 μm.
Čtěte také: Průvodce instalací podkladové lepenky pro optimální ochranu
Nátěrový systém je primárně určen pro protipožární ochranu ocelových nosných konstrukcí s předepsanou požární odolností R15 až R45. Zároveň byl systém zkoušen na dlouhodobou protikorozní odolnost v prostředí s korozní agresivitou C4. Použití je možné pouze v rámci průkazně odzkoušených a schválených nátěrových systémů, tj. základního a krycího nátěru HEMPEL.
Vliv žárového zinkování na požární odolnost
Ocelové konstrukce bez dodatečných protipožárních opatření často nesplňují požadovanou třídu požární odolnosti R30 (dříve F30), která vyžaduje dostatečnou nosnost po dobu nejméně 30 minut v případě požáru. To vyžaduje dodatečná pasivní protipožární opatření pro ocelové konstrukce, jako jsou obklady, stříkané omítky nebo protipožární nátěry, s nimiž jsou spojeny další náklady. Požadované třídy požární odolnosti R30 lze často dosáhnout žárovým zinkováním ocelových prvků. Studie prokázaly, že žárové zinkování ocelí kategorie A a B může mít pozitivní vliv na teplotu součásti v případě požáru. Je proto vhodné pro dosažení požární odolnosti R30.
Zlepšení požární odolnosti je založeno na nižší emisivitě povrchu žárově zinkovaných ocelí. Při teplotách nižších než 500 °C absorbují žárově pozinkované konstrukční oceli pouze 35 % sálavé energie, zatímco neošetřená konstrukční ocel absorbuje 70 % sálavé energie, a proto se v případě požáru rychleji zahřívá. Při teplotách nad 500 °C je absorpce tepla žárově pozinkovaných konstrukčních ocelí podobná jako u nepozinkovaných ocelí, ale zejména v počáteční fázi požáru vykazují pozinkované oceli kategorií A a B výrazně opožděné zahřívání. Základním předpokladem pro použití žárově pozinkované oceli pro požární odolnost R30 je prokázání vhodnosti měřením žárového zinkování podle Eurokódu 3 ve spojení s pokynem DASt 027.
Porovnání absorpce sálavé energie
| Teplota | Žárově pozinkovaná ocel | Nepozinkovaná ocel |
|---|---|---|
| pod 500 °C | 35 % sálavé energie | 70 % sálavé energie |
| nad 500 °C | podobná absorpce | podobná absorpce |
tags: #protipozarni #nater #na #ocel #zinek