Отечественные материалы для комплексной защиты мостовых конструкций от коррозии

Защита конструкций от коррозии – тема, неизменно сохраняющая актуальность по отношению к мостовым конструкциям. Техническое состояние этих сложных инженерных сооружений имеет стратегическую важность для экономики и безопасности страны, а их дизайн нередко определяет архитектурный облик городов и регионов. Поэтому совершенно обосновано, что требования к антикоррозионным покрытиям для мостовых сооружений в России постоянно растут, приближаясь к международным нормам. Современные покрытия мостов должны быть долговечными, красивыми, технологичными при окраске на заводе, на строительной площадке и в полевых условиях.

В настоящее время в отечественной практике строительства и эксплуатации мостов наблюдается весьма неоднозначная ситуация выбора покрытий для защиты от коррозии. При строительстве крупных автодорожных мостов предпочтение отдается современным долговечным покрытиям преимущественно (не менее чем на 80 %) зарубежного производства. Широкая экспансия импортных материалов позволила поднять в отрасли качество защиты от коррозии, но при этом привела к негативным для экономики страны последствиям: зависимости возведения стратегически важных объектов от зарубежных поставок, общему удорожанию строительства, торможению развития собственной индустрии защитных покрытий.

При строительстве и ремонте железнодорожных мостов отечественные лакокрасочные материалы используются нередко, но преобладают среди них, особенно в регионах, устаревшие материалы с низкой защитной способностью, что чревато частыми ремонтами (каждые 2-3 года), увеличением расходов на эксплуатацию, а главное — сокращением срока службы металла.

Между тем современные защитные материалы для разных сегментов транспортного строительства выпускаются и российскими предприятиями, среди которых одно из ведущих мест занимает научно- производственное предприятие «Высокодисперсные металлические порошки» (ВМП), имеющее более чем 15-летний опыт работы в отрасли. Антикоррозийное покрытие ВМП дают возможность найти эффективные технические решения антикоррозийной защиты мостовых конструкций, а широкий ассортимент выпускаемых материалов (табл. 1) позволяет выбрать оптимальную схему защиты для различных конструкций, условий нанесения и эксплуатации (табл. 2–4).

Покрытия ВМП получили положительную оценку ведущих исследовательских центров страны, в том числе отраслевого института ЦНИИС и аккредитованной лаборатории НИИ ЛКП с ОМЗ «Виктория» (г. Хотьково, Московская обл.). Они включены в основные государственные и отраслевые нормативные документы, регламентирующие защиту мостов от коррозии, в том числе в СТО 001-2006 «Группы компаний «Трансстрой», в руководство Росавтодора и в технологическое указание ОАО «РЖД» по защите от коррозии эксплуатируемых автомобильных и железнодорожных мостов.

Защита металлических конструкций от коррозии

Для защиты металлических конструкций разработаны системы покрытий повышенной долговечности со сроком службы от 15 до 25 лет в промышленной атмосфере, которые могут применяться во всех климатических зонах России. Как правило, это трехслойные схемы, состоящие из цинкнаполненной грунтовки, промежуточного слоя с антикоррозионными пигментами и финишной полиуретановой эмали с повышенной стойкостью к атмосферным факторам (табл. 2).

Мировая практика защиты от коррозии доказала, что именно такой состав систем покрытий обеспечивает наибольшую долговечность, поэтому использование цинкнаполненных грунтовок — обязательное требование стандартов по защите новых мостовых металлоконструкций во многих европейских странах и США. Необходимым условием реализации длительных сроков службы в этом случае является абразивоструйная очистка поверхности перед нанесением покрытий — до степени Sa 2,5 по ИСО 8501.

Защитные цинкнаполненные грунтовки с высоким содержанием порошка цинка — более 86 % — защищают сталь электрохимически по катодному механизму аналогично традиционным цинковым покрытиям. Такая технология называется «холодным» цинкованием. Последующие слои систем покрытий — промежуточный и финишный — изготавливаются на основе химически стойких полимеров — полиуретанов и эпоксидов. Они работают по барьерному механизму, препятствуя проникновению агрессивной среды к металлу, а также выполняют декоративную функцию. Повышенные барьерные свойства покрывных материалов обеспечиваются благодаря высокой химической стойкости полимерной основы и использованию в рецептуре чешуйчатых пигментов: алюминиевой пудры и «железной слюдки» (табл. 1).

Эмали серии ПОЛИТОН-УР тонируются с использованием современных технологий по каталогу RAL с высокой точностью воспроизведения цвета. Повышенной стойкостью к ультрафиолетовому излучению отличается эмаль ПОЛИТОН-УР (УФ), прекрасно сохраняющая цвет при эксплуатации. Покрытие АЛЮМОТАН отвечает современной тенденции строительства «серебряных» мостов (табл. 2, система № 2).

Полиуретановые материалы, отверждаемые влагой воздуха, привлекают особое внимание мостостроителей. Преимущества полиуретанов хорошо известны: удобство в работе; возможность нанесения в широком диапазоне погодных условий, в том числе при повышенной влажности, что особенно важно в российском климате; отличная адгезия к различным поверхностям и эластичность; высокая устойчивость к воздействию промышленных выбросов, осадков и других погодных факторов. Высокие защитные свойства покрытий этого класса позволяют прогнозировать сроки их службы. Так, в результате дополнительных исследований системы ЦИНОТАН+ПОЛИТОН-УР+ПОЛИТОН-УР (УФ) (табл. 2, система № 1) был увеличен срок ее службы с 15 до 24 лет. Испытания проводились в 2007 году НИИ ЛКП с ОМЗ «Виктория» при участии НИЦ «Мосты» (ЦНИИС) по ГОСТ 9.401, который является основным российским стандартом, позволяющим прогнозировать сроки службы покрытий. Необходимо отметить, что эмали ПОЛИТОН хорошо совместимы с импортными цинкнаполненными грунтовками, которые используют некоторые заводы-изготовители металлоконструкций, поэтому они могут успешно заменить в комбинированных системах значительно более дорогие эмали зарубежного производства (табл. 2, система № 3). Полиуретановые материалы ВМП существенно, на 30-50 %, дешевле широко применяемых в России зарубежных аналогов и при этом не уступают по качеству.

В настоящее время система ЦИНОТАН+ПОЛИТОН-УР+ПОЛИТОН-УР (УФ)
применяется при строительстве уникального транспортного объекта — мостового перехода через Волгу в Ульяновске. Фактические результаты эксплуатации грунтовки ЦИНОТАН на объекте с 1999 года, а в сочетании с эмалями — с 2006 года, доказали ее высокую надежность (рис. 2). Ранее полиуретановые материалы использовались, в частности, при строительстве пешеходного моста к храму Христа Спасителя в Москве и железнодорожного моста через р. Иртыш в Тобольске.

Помимо полиуретановых схем в мировой практике защиты мостовых конструкций традиционно используются эпоксидные системы покрытий (табл. 2, системы № 4 и № 7), преимущество которых заключается в возможности их применения в условиях пониженной (менее 40 %) влажности воздуха, особенно характерной для заводских цехов в зимний период, когда время сушки полиуретановых покрытий возрастает. Благодаря ускоренному процессу окраски эпоксидные системы можно наносить на конструкции еще на заводе-изготовителе, поскольку заводская окраска обеспечивает более высокие эксплуатационные характеристики покрытия.

Этилсиликатная цинкнаполненная композиция ЦВЭС используется в мостостроении более 15 лет. Этот материал предъявляет высокие требования к качеству выполнения окрасочных работ, особенно к очистке поверхности и соблюдению регламентированной толщины покрытия. Однако при выборе схемы покрытия, соответствующей ожидаемым условиям эксплуатации объекта, и правильном нанесении хороший результат гарантирован. Композиция ЦВЭС использовалась при возведении автомобильных мостов через р. Обь в Сургуте, через р. Кама в Березниках, железнодорожных мостов на дороге Беркакит — Томмот — Якутск и многих других сооружений. К примеру, в 2008 году при строительстве под Новосибирском моста через р. Обь у поселка Красный Яр (рис. 3) было проведено обследование грунтовки ЦВЭС, нанесенной на конструкции пролетных строений этого объекта в заводских условиях в период с 2001 по 2007 гг. Из-за затянувшегося строительства грунтовка простояла непокрытой эмалями на протяжении от 2 до 7 лет. Выяснилось, что при соблюдении проектной толщины не менее 80 мкм покрытие ЦВЭС сохранило высокие защитные и адгезионные характеристики. Локальные проявления коррозии явились результатом недобора толщины или повреждений покрытия, причем они не усиливались со временем благодаря защитным свойствам покрытия. Об этом же свидетельствует и отсутствие подпленочной коррозии под покрытием ЦВЭС.

Покрытие ЦВЭС отличается высокой адгезией к стали независимо от срока эксплуатации. Значения адгезии, измеренные методом нормального отрыва, в соответствии с ИСО 4624:2002 (Е) превышают 10 МПа, что значительно превосходит требования международных стандартов (не менее 5 МПа), регламентирующих выбор антикоррозионной защиты металлических конструкций. Адгезия по методу решетчатых надрезов по ГОСТ 15150-78 составила 1-2 балла, что соответствует требованиям СТО 001-2006 «Группы компаний «Трансстрой».

Применительно к мостовым конструкциям композиция ЦВЭС имеет два неоспоримых преимущества для заводов-изготовителей: она позволяет ускорить процесс окраски и увеличить пропускную способность малярных цехов, поскольку время высыхания слоя «на ощупь» составляет всего 30 минут. С точки зрения строителей, композиция позволяет облегчить монтаж конструкций на строительной площадке, потому что относится к разряду так называемых фрикционных грунтовок и обеспечивает высокие значения коэффициентов трения контактных поверхностей фрикционных соединений на высокопрочных болтах (μ=0,58). Благодаря этому их пескоструйную обработку с последующим нанесением ЦВЭС (табл. 2), система № 8) можно выполнять на заводах-изготовителях, исключив эту сложную операцию при монтажных работах.

Цинкнаполненные грунтовки ЦВЭС и ЦИНОТАН хорошо сочетаются с различными типами гидроизоляционных покрытий, которые используются для защиты поверхности ортотропных плит проезжей части. Их совместное использование позволяет значительно поднять надежность защиты, поскольку хорошо известно, что в тех местах, где произошло механическое повреждение гидроизоляционного покрытия, нанесенного непосредственно на сталь, сразу же развивается подпленочная коррозия, представляющая значительную угрозу ввиду сложности обнаружения повреждения и ремонта (табл. 2,система № 9).

Иногда при ремонтных работах по восстановлению защитного покрытия выполнение качественной струйной очистки поверхности перед покраской проблематично по техническим, экономическим или экологическим причинам. В этих случаях использование цинкнаполненных грунтовок малоэффективно, требуются материалы других типов.

Для ремонтной окраски мостовых конструкций ВМП разработало два варианта защитных систем при условии механической очистки поверхности. Первая схема (табл. 3, система № 1) основана на использовании новой эпоксидной композиции мастичного типа ИЗОЛЭП-mastic, которая обладает высокой изолирующей способностью благодаря входящим в ее состав специальной смоле и алюминиевой пудре и позволяет наносить за один проход толстослойное покрытие (150-300 мкм), что снижает трудозатраты при окраске. Низкое содержание растворителей дает возможность наносить ИЗОЛЭП-mastic на поверхности с остатками ржавчины и старых красок.

Другая система (табл. 3, система № 2) основана на использовании полиуретановой пенетрирующей грунтовки ФЕРРОТАН-про и в большей степени предназначена для поверхностей с остатками ржавчины. Пропитывая ржавчину, грунтовка упрочняет ее и обеспечивает хорошую адгезию покрытия к стали.

Таблица 3. Системы лакокрасочных покрытий ВМП для ремонта металлических мостовых конструкций (подготовка поверхности — механическая очистка до степени St 2 — St 3

Защита железобетонных и бетонных конструкций от коррозии

В последнее время в России возрастает интерес к качественным покрытиям для бетонных конструкций, сочетающим высокие защитные и декоративные характеристики, как, например, полиуретановые системы на основе грунтовки ФЕРРОТАН-про (табл. 4, системы № 1–2). Грунтовка впитывается в пористую поверхность бетона и создает надежную подложку для последующих слоев. Результаты испытаний, проведенных в НИИЖБ, показали, что покрытия обладают высокой адгезией к бетону; значительно, на 7 ступеней, увеличивают марку бетона по водонепроницаемости; снижают водопоглощение бетона; увеличивают в 2 раза его морозостойкость. Срок службы этих покрытий составляет до 15 лет. Они рекомендованы для вторичной защиты бетонных и железобетонных конструкций в атмосферных условиях, а также для гидроизоляции подземных сооружений. Покрытия можно применять как для защиты новых сооружений, так и при ремонтных работах (рис. 5).

Таблица 4. Системы лакокрасочных покрытий ВМП для защиты бетонных и железобетонных мостовых конструкций

* при высоких требованиях к декоративному виду возможна замена верхнего слоя эмали на слой ПОЛИТОН-УР (УФ)

Обязательной защите от коррозии подлежат необетонируемые стальные закладные детали и соединительные элементы железобетонных конструкций транспортных сооружений. Основным и наиболее надежным способом защиты считается цинкование. Его вариантом является нанесение на сталь цинкнаполненных композиций, или «холодное» цинкование.

Таким образом, антикоррозионные материалы ВМП по техническим характеристикам и срокам службы отвечают российским отраслевым и международным требованиям и позволяют комплексно и эффективно решать вопросы антикоррозионной защиты мостовых конструкций. Технология их нанесения освоена многими предприятиями страны: заводами-изготовителями металлоконструкций, строительно-монтажными организациями, окрасочными фирмами.

В заключение хотелось бы напомнить о распоряжении РОСАВТОДОРа № ИС-155р от 14.03.2002, поддерживающем отечественного производителя. В нем записано: «Закупка материалов, изделий, конструкций и технологий, ввозимых из-за рубежа для нужд дорожного хозяйства, может осуществляться только в случае, если отечественное производство товаров (работ, услуг) для государственных нужд отсутствует или экономически нецелесообразно». Надеемся, что нам удалось убедительно показать наличие в России конкурентоспособного производства в области защитных покрытий.