Protikorozní ochrana ocelových konstrukcí duplexními povlaky

ÚVOD
Jak již bylo napsáno, duplexní povlaky jsou systémy skládající se z kovového povlaku (zinek, hliník, slitiny zinek-hliník, apod.) a nátěrového systému. V průmyslové oblasti ocelových konstrukcí se velmi často setkáváme s duplexním systémem skládajícím se z povlaku žárově zinkovaného ponorem a následným povlakem nátěrových hmot. Tato kombinace poskytuje ocelovému povrchu vysokou protikorozní ochranu i v oblastech s nejvyšším stupněm korozní agresivity prostředí. Abychom docílili takto vysoké protikorozní ochrany, je nutné dodržovat určité zásady, které se prolínají celým technologickým procesem zhotovení duplexního povlaku. Tzn. od procesu žárového zinkování ponorem, přes proces přípravy povrchu před aplikací nátěrů, návrh vhodného nátěrového systému až po samotnou aplikaci jednotlivých vrstev nátěrového systému, kontrolu nátěrového systému a v neposlední řadě ekonomiku.

V následujících kapitolách budou stručně probrány jednotlivé etapy.

ZHOTOVENÍ POVLAKU ŽÁROVĚ ZINKOVANÉHO PONOREM
Uvedená kapitola se nebude zabývat samotnou technologii žárového zinkování ponorem, podmínkami stavu povrchu ocelové konstrukce v černém stavu a dalšími nutnými podmínkami uvedenými v příslušných normách, technicko-kvalitativních podmínkách apod. Budou zde uvedeny určité zásady a doporučení, na které je nutné pamatovat, když se rozhodneme vyrobit ocelovou konstrukci, která bude chráněna duplexním povlakem.

V první řadě je nutné informovat žárovou zinkovnu o tom, že uvedený výrobek, který se bude zinkovat, bude následně chráněn nátěrovým systémem. To znamená, že:

• výrobek se nedoporučuje chladit ve vodě. Používaná chladicí voda nemusí být „čistá“ a v určitých případech může obsahovat zvýšené množství soli, popř. jiných látek, které následně můžou negativně ovlivnit životnost nátěrového systému,
• po provedeném zinkování se nedoporučuje, aby výrobek byl skladován v prostoru zinkovny. Technologická linka žárového zinkování se skládá z části předúpravy povrchu a z části samotného žárového zinkování ponorem. V části předúpravy se pro docílení technicky čistého povrchu využívá tzv. moření. Pro moření se nejčastěji používá kyselina chlorovodíková (HCl). Dále při samotném zinkování se používá tavidlo, tedy roztok chloridu zinečnatého (ZnCl₂) a chloridu amonného (NH₄Cl). Všechny tyto přípravky uvolňují v průběhu technologického postupu zinkování do ovzduší částice, které mohou výrazným způsobem negativně ovlivnit výslednou životnost nátěrového systému aplikovaného na zinkový povrch,
• stav povrchu povlaku žárově zinkovaného ponorem. V případě, že na povlak žárově zinkovaný ponorem bude následně aplikován nátěrový systém, není vhodné, aby u povlaku se na všech plochách (funkčních i nefunkčních) vyskytovaly následující vady: viditelné hrudky, drsné plochy, ostré výstupky, výrazně překročená tloušťka zinkového povlaku, nálitky, apod. (viz obr. 1 až 4). Všechny tyto vady jsou z pohledu aplikace nátěrového systému nepřípustnou vadou, a proto musí být odstraněny. Tyto vady výrazným způsobem snižují životnost nátěrového systému, resp. duplexního systému. Zde je důležitá komunikace mezi zinkovnou a aplikační firmou kdy je nutné si odsouhlasit stav povrchu zinkového povlaku a možnosti odstranění zjištěných vad.

NÁVRH NÁTĚROVÉHO SYSTÉMU
Důležitou a nedílnou součásti v průběhu protikorozní ochrany ocelových konstrukcí duplexními povlaky je návrh nátěrového systému. Návrh nátěrového systému znamená důkladně prostudovat a zvážit všechny možné faktory, které můžou ovlivnit požadovaný výsledek. Mluvíme tady zejména o:

• požadované životnosti nátěrového systému – ČSN EN ISO 12944-5,
• požadované korozní agresivitě prostředí – ČSN EN ISO 12944-2,
• makro a mikroklimatických podmínkách v místě aplikace nátěru, resp. v místě expozice ocelové konstrukce – relativní vlhkost vzduchu, teplotní podmínky, apod.,
• technologických možnostech přípravy povrchu – zda neexistují omezení pro použití určité technologie přípravy povrchu,
• technologických možnostech aplikace nátěru – zda neexistují omezení pro použití určité technologie aplikace nátěru,
• ekonomice, apod.

Na českém trhu je mnoho výrobců nátěrových hmot. Z tohoto kvanta mají nesporně největší výhodu velcí nadnárodní výrobci průmyslových nátěrových hmot s bohatou historií v daném odvětví. Tito výrobci disponují nátěrovými hmotami, které mají obvykle certifikované nejenom na území ČR, dokáži poskytnout zhotoviteli optimální odborný servis apod.

Obecně platí, že při návrhu nátěrového systému musíme mít na paměti, že nejprve bychom měli vytvořit tzv. adhézní můstek, tedy vrstvu nátěru (základní nátěr), který zprostředkovává „spojení“ s následující vrstvou nátěrového systému (podkladovou vrstvou). Pro adhézní můstek a podkladové vrstvy se v současné době nejvíce využívají epoxidové nátěrové hmoty. Dále pak musíme mít na paměti, že pokud ocelová konstrukce je vystavená povětrnostním vlivům (zejména UV záření), je vhodné jako vrchní vrstvu použít právě takovou nátěrovou hmotu, která má proti těmto vlivům vysokou odolnost (např. polyuretanová nátěrová hmota). Výše uvedené schéma je obecné a nejvíce rozšířené u duplexních systémů. Přesto existuje i několik dalších variant a možností, které lze při protikorozní ochraně ocelových konstrukcí s výhodou využít.

PŘÍPRAVA POVRCHU ŽÁROVĚ ZINKOVANÉHO PONOREM
Velmi důležitou operací před zahájením přípravy povrchu je převzetí povrchu žárově zinkovaného ponorem. Účelem je posouzení, resp. kontrola povrchu, zda odpovídá všem parametrům kladených na jeho jakost. Hovoříme zde zejména o tom, zda se na povrchu nevyskytují nepřípustné vady, zda tloušťka povlaku žárového zinku odpovídá specifikaci apod.

Pokud je povrch žárového zinku v souladu s doporučením normy, popř. s doporučením technicko-kvalitativních podmínek, lze přistoupit k operaci přípravy povrchu před
aplikací nátěru duplexního systému. Pro dosažení co nejvyšší životnosti nátěrového systému se jako přípravu povrchu volí lehké abrazivní otryskání, tzv. sweeping. Účelem je odstranění korozních produktů zinku (bílá rez) a umožnění ukotvení následujících vrstev nátěru. Aby v průběhu tryskání nedošlo k poškození zinkového povlaku, je nutné správně zvolit technologii tryskání, parametry tryskání, použité abrazivo a v neposlední řadě zde velkou roli hraje také zkušenost pracovníka provádějícího tryskání. Povrch po lehkém abrazivním otryskání by měl vykazovat stejnoměrný matný vzhled. Drsnost povrchu a minimální zbytková tloušťka, resp. maximální úbytek zinku, musí být předem odsouhlaseny zainteresovanými stranami.

Další možnosti přípravy povrchu je ruční a/nebo mechanizované čištění povrchu. Toto je vhodné spíše pro malé plochy nebo pro opravu nátěrového systému. Ruční a/nebo mechanizované čištění se nedoporučuje tam, kde se požaduje vysoká životnost nátěrového systému, protože nedosáhneme požadované drsnosti povrchu (kotvícího profilu) a lidský faktor ovlivňující dosažení předepsaného stupně čistoty povrchu je zde nezanedbatelný.

Poslední možnosti přípravy povrchu je chemické čištění, resp. odmašťování povrchu. K tomuto účelu existuje mnoho přípravků a technologií. Odmašťováním docílíme odstranění z povrchu materiálu různých mastnot, prachu apod., ale nezajistí se požadované zdrsnění povrchu (kotvící profil), což se musí zohlednit při návrhu nátěrového systému. Přesto má příprava povrchu odmašťováním ve specifické oblasti strojírenství své uplatnění.

ZHOTOVENÍ NÁTĚRU DUPLEXNÍHO SYSTÉMU
Zhotovení samotného nátěrového systému je proces, jehož základním a prvořadým cílem je dosažení nátěru vysoké kvality, předepsaných parametrů a dlouhé životnosti. Abychom toho docílili, je nutné v celém procesu aplikace dodržovat určitá základní pravidla, postupy, doporučení norem apod., mezi které např. patří:

• interval mezi tryskáním (sweeping) a aplikaci základního nátěru se doporučuje co nejkratší,
• před aplikaci základního nátěru je nutné odstranit zbytky tryskacího média ofoukáním, ometením nebo jinou vhodnou metodou,
• příprava nátěrových hmot a aplikační podmínky musí být v souladu s technickými údajovými listy nebo doporučením dodavatele nátěrových hmot,
• aplikace pásových nátěrů,
• dodržování intervalů přetíratelnosti používaných nátěrových hmot,
• během aplikace nátěru provádět kontrolní měření mokrého filmu hřebenovými měrkami,
• kontrola klimatických podmínek,
• měření suché tloušťky nátěru apod.

Soubor těchto základních podmínek je nepřeberný a není možné je všechny zde uvést, ale jejich nedodržení nakonec vede k předčasnému poškození nátěrového systému. Všechna uvedená pravidla představují určité zvýšení celkových nákladů na zhotovení nátěrového systému, ale ve srovnání s náklady vynaloženými na případné reklamační řízení a obchodní ztráty, způsobené nedůvěrou klientů, jsou zanedbatelné. 

OPRAVA VAD DUPLEXNÍHO SYSTÉMU
Uvedená kapitola se nebude zabývat příčinami vzniku vad nátěru duplexního systému z důvodu velké rozsáhlosti kapitoly nebo z důvodu doposud nezjištěných příčin vzniku konkrétních vad (puchýřky v nátěru vzniklé po aplikaci na žárově zinkovaný povrch). Také se zde nebudeme zabývat vadami žárově zinkovaného povlaku vzniklými v zinkovně. Uvedeme si zde pouze doporučení pro kvalitativní opravu vad vzniklých při/po aplikaci nátěru, při manipulaci, montáži apod.

V průběhu aplikace nátěru, v průběhu manipulace s dílci ve výrobním závodě, na montáži apod. dochází k různorodému poškození nátěru (mechanické poškození, nečistoty v nátěru apod.). Všechny tyto vady je nutné odstranit, resp. opravit. Pokud vady nátěru nebudou opraveny nebo budou opraveny neodborně, vystavujeme se velkému riziku přednostního poškození nátěru v daném místě. 

Vady duplexního systému lze obecně rozdělit do tří základních skupin:

1. vady duplexního systému až na podkladový ocelový povrch,
2. vady duplexního systému až na povlak žárového zinku,
3. povrchové vady nátěru duplexního systému.

Vady duplexního systému až na podkladový ocelový povrch
Norma ČSN EN ISO 1461 v kapitole 6.3 uvádí doporučený postup opravy povlaku žárového zinku. Opravu lze provést žárovým stříkáním zinku nebo nanesením vhodného nátěru obsahujícího pigment z práškového zinku, popř. vhodným povlakem ze zinkových mikrolamel nebo zinkovou pastou. K opravě lze použít i pájku ze slitiny zinku.

Technologicky nejpřijatelnějším a nejdostupnějším způsobem opravy duplexního systému je oprava pomocí nátěrových hmot. Specifikaci opravného nátěrového systému je vhodné vždy konzultovat se zástupcem dodavatele nátěrových hmot, popř. s korozním inženýrem, protože pro opravu nelze použit jakoukoliv nátěrovou hmotu plněnou zinkovým prachem. Zcela vyloučené je použití tzv. zinkového spreje. Zinkový sprej neposkytuje absolutně žádnou protikorozní ochranu podkladovému materiálu.

Min. požadavkem na přípravu povrchu před aplikací opravného nátěru je ruční a/nebo mechanizované očištění povrchu na stupeň čistoty povrchu St 3 dle ČSN EN ISO
8501-1 s hladkým a plynulým přechodem do neporušeného okolního povlaku s následující aplikaci opravného nátěrového systému.

Vady duplexního systému až na povlak žárového zinku
Při poškozeném nebo vadném nátěru až na povlak žárového zinku je doporučené provést ruční a/nebo mechanizované očištění povrchu na stupeň čistoty povrchu P St 3 dle ČSN EN ISO 8501-2 s hladkým a plynulým přechodem do neporušeného okolního nátěru, následně provést ruční nátěr štětcem/válečkem na požadovanou mikronovou tloušťku nátěrovými hmotami dle specifikace daného systému. Aplikaci základního nátěru válečkem se nedoporučuje a to z důvodu možného předčasného poškození opravného nátěrového systému.

Povrchové vady nátěru duplexního systému
Povrchové poškození a vady se doporučuje opravit přebroušením smirkovým papírem s hladkým a plynulým přechodem do neporušeného okolního nátěru, následně provést ruční nátěr štětcem/válečkem na požadovanou mikronovou tloušťku nátěrovými hmotami dle specifikace daného systému.

U všech třech základních skupin vad je uvedeno „s hladkým a plynulým přechodem do neporušeného okolního nátěru“. Tato formulace je při opravných pracích velmi důležitá, neboť každý ostrý přechod, každá ostrá hrana, která není odstraněná, představuje potenciální riziko předčasného poškození nátěru. Navíc se v místě poškození může vytvořit kapsa pro záchyt nečistot – korozních stimulátorů. Tyto nečistoty jsou dalším potenciálním rizikem pro předčasné poškození nátěru.

ŽIVOTNOST DUPLEXNÍHO SYSTÉMU
Na začátku této kapitoly je velmi důležité rozlišit životnost ochranného systému a záruční dobu. Životnost je technický předpoklad, který umožňuje sestavit program údržby. Záruční doba je předmětem smluvních ustanovení mezi zúčastněnými stranami.

Životnost duplexních systémů se skládá s životnosti žárově zinkovaného povlaku a životnosti ochranného nátěrového systému. Zpravidla má mnohem delší životnost než jeden i druhý povlak samostatně. Hovoříme zde o tzv. synergickém efektu obou povlaků, neboli o společném působení, součinnosti obou povlaků. Výsledkem synergie je životnost, která je větší než součet obou životností povlaků.

Výše uvedená věta představuje teoretickou životnost duplexního systému. Výsledná životnost je v praxi ovlivňována různými faktory:

• typ ochranného systému,
• konstrukční řešení,
• stav podkladového materiálu před jeho přípravou,
• stupeň přípravy povrchu – přítomnost solí, mastnoty, prachu, znečištění povrchu oceli před provedením PKO,
• kvalita prací při přípravě povrchu,
• úroveň prací při nanášení povlaku,
• podmínky při nanášení povlaku,
• podmínky vytvrzení povlaku,
• podmínky expozice po nanesení povlaku (makro a mikroklimatické podmínky, specifické korozní zatížení, apod.),
• způsob, kvalita a četnost údržby ocelové konstrukce, apod.

Výše uvedené faktory nám celkovou životnost duplexního systému snižují. I přes toto negativní ovlivnění nám duplexní systémy poskytují dlouhodobou a vysoce kvalitní ochranu ocelových konstrukcí před působením koroze.

ZÁVĚR
Současné využití duplexních povlaků v protikorozní ochraně ocelových konstrukcí je velmi rozšířené, neboť dokáži poskytnout ocelovému povrchu dostatečnou a dlouhodobou ochranu proti vzniku a dalšímu šíření koroze. Mluvíme tady o kombinaci velmi účinné bariérové a katodické ochraně ocelového povrchu. Uvedený článek se nezaobíral principy vzniku ochranného účinku duplexního povlaku ani principy vzniku povlaku zinku, ale cílem bylo přiblížit technologické záležitosti procesu zhotovení nátěrového systému na povlak zinku. Tento proces vyžaduje samostatnou pozornost, neboť nevhodně zvolené technologické podmínky můžou mít za následek nejen předčasné poškození nátěrového systému aplikovaného na povlak žárového zinku, ale i předčasné poškození samotného povlaku zinku.

Autor

• Ing. Siostrzonek René Ph.D.