Specifické cyklické korozní zkoušky a PKO ocelových konstrukcí ochrannými povlaky

• Foto

Kvalitní povrchová úprava (PÚ) ocelových konstrukcí ovlivňuje významně mimo jiné také náklady na její údržbu a obnovu po celou dobu její životnosti. Jelikož jsou však materiály pro povrchovou úpravu OK předmětem neustálého vývoje a navíc jsou mnohé odzkoušené materiály vylučovány z dalšího používání ekologickou legislativou, není dost dobře možné opírat se pouze o minulé znalosti a o chování systémů PKO z existujících staveb, ale je nutné provádět dopředu selekci nových a nadějných systémů PKO vhodnými urychlenými laboratorními testy.

V tomto hledání nových systémů zastávají nezastupitelnou roli urychlené laboratorní korozní zkoušky. Tyto zkoušky však plní minimálně dvě odlišné funkce. Jednak tyto zkoušky slouží k ověření kvality PKO, tj. kvality materiálů včetně samotné technologie zhotovení PÚ a k jejich schválení pro deklarované použití příslušnými orgány (průkazní zkoušky). Za druhé tyto zkoušky slouží k vývoji nových povlakových materiálů a technologií. Součástí tohoto vývoje systémů PKO je také vývoj vhodnějších metod ověřování jejich antikorozní účinnosti.

LIMITY STANDARDU ČSN EN ISO 12944 [1] A ZKOUŠEK ZA USTÁLENÝCH PODMÍNEK
Ve světě zkoušení vlastností nátěrů a povlaků obecně se objevují dva základní typy norem a předpisů. První typ předpisů definuje samotný výrobek a následně specifikuje požadavky, na tento výrobek kladené. Pro oblast PKO ocelových konstrukcí ochrannými nátěrovými systémy je takovým všeobecným předpisem standard ČSN EN ISO 1294 [1].

Jak samotný standard, tak i v něm určené korozní zkoušky představují dosažený možný kompromis a mají tudíž i svá značná omezení. Tato omezení vyplývají však nejen z dosaženého kompromisu, ale také z mnoha skutečností věcné povahy, např. z toho, že:

• ocelový substrát i organický povlak jsou materiály zcela specifických a také odlišných mechanických a fyzikálně chemických vlastností,
• korozní poškození těchto samotných materiálů se odlišuje od průběbu jejich korozního poškození, jsou-li tyto materiály navzájem spojeny, tedy máme-li systém substrát povlak s vytvořenou mezifází,
• organický povlak je složitý kompozitní materiál, obsahujících mnoho složek odlišné povahy (pojivo, pigmenty, plniva atp.),
• samotné pojivo může být vytvářeno diametrálně odlišnými stavebními jednotkami; předpisy také zásadně nerozlišují, zda se polymer nachází ve sklovitém nebo kaučukovém stavu, tj.
• zda v nátěru pojivo funguje nad nebo pod teplotou jeho skelného přechodu,
• pro OK, vystavené zejména atmosférické korozi, jsou voleny převážně zkoušky v korozní atmosféře, viz níže, což např. u mostních konstrukcí nemusí odpovídat skutečným stanovištním podmínkám.

Předpis ISO 12944 v části 6 – Laboratorní zkušební metody pak v čl. 5.6 definuje metody urychleného stárnutí nátěrových systémů. Pro stupeň korozní agresivity atmosféry C2 až C4 a C5-M předpis určuje pouze atmosférické korozní testy a to zkoušku v neutrální solné mlze dle ČSN EN ISO 9227 NSS a zkoušku kontinuální kondenzace dle ČSN EN ISO 6270-1.

Zkouška v solné mlze představuje přitom v moderním zkušebnictví historicky nejstarší standardizovaný korozní test [2]. Obě uvedené zkoušky jsou však stále poměrně široce využívány ve zkušební praxi. Byly např. předepsány pro zkoušení systémů PKO OK ve zrušeném předpisu TP 84 [3]. Tyto zkoušky v novém předpisu TKP 19. B [4] nejsou již pro režim 2 uvedeny.

POSUN K CYKLICKÝM KOROZNÍM ZKOUŠKÁM
Z hlediska typu a provedení je možné obě zkoušky zařadit do skupiny zkoušek atmosférických, uskutečněných navíc za ustálených podmínek. Tzn., že faktory, ovlivňující poškození povlaku jsou u takové zkoušky neměnné a zkoušky probíhají např. při konstantní teplotě, vlhkosti, koncentraci polutantů apod. – viz také obr. 1 a tab. 2.

Pokud se v průběhu zkoušky vyskytují časové úseky (fáze) s odlišnými podmínkami, hovoříme o vícefázovém korozním testu. Ve světové literatuře se pro tyto zkoušky vžil nepřesný termín „Cyclic corrosion tests“ (dále zkratka CCT) [6]. Takové zkoušky obecně však nemusí být cyklické, ale vždy se jedná o testy vícefázové.

Významně vyšší míra korelace [7] výsledků těchto laboratorních zkoušek s výsledky expozice povrchově upravených materiálů a výrobků v reálných podmínkách [8, 9] v porovnání s výsledky zkoušek provedených za konstantních podmínek je uváděna jako hlavní přednost těchto zkoušek. Tato přednost představuje také hlavní důvod pro zavádění uvedených zkoušek do praxe.

Oproti standardnímu testu za konstantních podmínek se však moderní CCT testy odlišují nejen vyšším počtem fází, ve kterých je nastavena odlišná úroveň degradačních faktorů, např. vlhkosti či teploty, ale i skutečností, že v jednotlivých fázích bývá navíc:

• použito odlišného počtu stresorů, např. v jedné fázi je použit specifický polutant (např. oxid siřičitý), ale v další fázi již nikoliv [5],
• použito odlišných způsobů korozního namáhání, např. atmosférická koroze může být doplněna postřikem [10] nebo ponorem do médií, viz také tab. 3.

Je logické, že vícefázové cyklické korozní testy si našly své uplatnění v první řadě v oborech dopravního strojírenství [11] a zejména těžké protikorozní ochrany v oboru těžby ropy a plynu a také námořní dopravy.

Mnohé specifické testy průmyslových sdružení a korporací se staly podkladem pro nové mezinárodní standardy, např. norma VDA-621-415 pro standard ISO 11997-1, postup B, metodika NORSOK Test 501 M pro standard ISO 20340 atp.

Je známo z praxe, že vícevrstvé nátěrové průmyslové systémy pro těžkou korozní ochranu jsou schopné velmi dobře odolávat krátkodobým nebo střednědobým expozicím v kondenzační komoře nebo neutrální solné mlze.

K tomu, aby urychlené laboratorní zkoušky byly schopny rozlišit mezi antikorozní účinností takových nátěrových systémů nebo systémů PKO obecně, musí být použity zkoušky, kombinující více degradačních faktorů na několika úrovních a také velmi dlouhá doba expozice vzorků.

Na základě vlastních zkušeností [12] je možné konstatovat, že řada známých a již dostupných vícefázových cyklických korozních testů [13] je vhodná a aplikovatelná i pro oblast PKO ocelových konstrukcí. Vhodné jsou zejména testy kombinující korozní zkoušku v solné mlze, případně „Prohesion test“ s urychlenou povětrnostní zkouškou nebo dalšími zkouškami.

Ukázku schopnosti dlouhodobé zkoušky NORSOK test M 501 způsobit odlišné korozní poškození dvou vzorků nátěrů [14] na oceli tryskané na stupeň Sa 2 ½ přináší obr. 2. Na obrázku je patrný diametrálně odlišný stupeň koroze v okolí řezu u dvou odlišně sestavených třívrstvých nátěrových systémů pro nátěry lodí v námořní dopravě.

PKO OCELOVÝCH KONSTRUKCÍ POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ A SPECIFICKÉ CYKLICKÉ KOROZNÍ TESTY
Se zcela specifickými standardy a požadavky se setkáváme u obranných standardů, drážních předpisů nebo předpisů úřadů, zajišťujících výstavbu dopravní infrastruktury.

Přesto, že jsou k dispozici zcela obecné předpisy pro PKO ocelových konstrukcí, viz např. zmíněný ISO 12944, existuje velká snaha těchto institucí vytvořit předpisy šité na míru té které skupině výrobků. Toto zacílení se týká nejen detailních požadavků na přípravu povrchu konstrukční oceli před pokovením nebo nanesením nátěrových hmot, ale také zejména vytvořením zcela specifických postupů zkoušení k ověření kvality PKO OK průkazními zkouškami. Jako příklad jsou níže uvedeny platné předpisy úřadů ČR [4] a Spolkové republiky Německo [15].

Předpis spolkového úřadu lze označit za výjimečně specifický. Metody, zkoušení PKO, které přináší, jsou zcela netradiční, ale zjevně patrně lépe napodobují podmínky, za kterých mostní konstrukce a jejich PKO vzniká.

Nový předpis TKP19.B pak na str. 28 zavádí pro zkoušení PKO konstrukcí pozemních komunikací tzv. režim 2, který již zahrnuje např. cyklickou korozně-povětrnostní zkoušku [16] dle standardu ČSN EN ISO 11997-2 a nahrazuje tak původně požadované zkoušky prováděné za konstantních podmínek [3]. Za zcela specifické lze pak označit průkazní zkoušky na odolnost PKO vůči chemickým rozmrazovacím látkám – viz tab. 4.

Pro zkoušku v Režimu I jsou používány ploché zkušební panely, pro zkoušku v režimu II pak svařence typu Vzorek A1, A2, A3, A4 a B – viz také obr. 3.

ZÁVĚR
Do praktického ověřování kvality PKO ocelových konstrukcí a to nejen pro pozemní komunikace jsou postupně zaváděny progresivní cyklické korozně-povětrnostní testy a to zejména pro svou příznivější korelaci [7] s výsledky poškození povrchových úprav v reálných podmínkách.

Tradiční zkoušky, prováděné za ustálených podmínek již nejsou postačující, jak je patrno i z novelizace některých předpisů. Specifickou pozornost v oblasti OK pro pozemní komunikace však zasluhuje vývoj metodiky zkoušení odolnosti PKO vůči působení chemických rozmrazovacích látek. Posouzení stávajících metodik a vývoj nových probíhá nyní v rámci projektu MD ČR.

K provádění výše uvedených zkoušek je zapotřebí kombinovat odlišná zkušební zařízení (korozní komory, komory pro povětrností testy, klimatické komory apod.), případně zkonstruovat specifická zkušební zařízení, schopná vyhovět požadavkům předepsaných zkušebních postupů. Zkušební laboratoř SYNPO disponuje takovými zařízeními i kvalifikovaným personálem.

LITERATURA:
[1] ČSN EN ISO 12944 – Nátěrové hmoty – protikorozní ochrana ocelových konstrukcí ochrannými nátěrovými systémy, část 1-8
[2] ASTM B 117:1939 Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus
[3] TP 84 – Ministerstvo dopravy Odbor pozemních komunikací Protikorozní ochrana ocelových konstrukcí TECHNICKÉ PODMÍNKY, Praha, prosinec 2003
[4] Technické kvalitativní podmínky staveb pozemních komunikací, kapitola 19, protikorozní ochrana ocelových mostů a konstrukcí, část B, vydalo MD ČR, odbor infrastruktury, Praha březen 2008
[5] DIN 50018 – Prüfung in Kondenzwasser-Wechselklima mit schwefeldioxidhaltiger Atmosphäre
[6] Cremer N.D.: Anticorrosion Methods and Materials, 43(3) (1996) 16
[7] Fizzi M.A., Aragon E.: JPLC, September (2002) 58
[8] Simpson C.H., Hicks R.C.D: Paint&Coating Industry, (May 1977), 76
[9] Simpson C.H a kol.: JPLC, 8 (May) (1991) 28
[10] ISO 11474 – Corrosion of metals and alloys – Corrosion tests in artificial atmosphere – Accelerated outdoor test by intermittent spraying of a salt solution (Scab tests)
[11] Herrmann F., Schiller M.: Parametry kvality povrchových úprav v automobilovém průmyslu, Sborník seminář TOP technology Brno, (2008) 40-44; ISBN 978-80-254-1943-4
[12] Herrmann et all.: nepublikované výsledky, projekt CG912-057-910
[13] Herrmann F., Schiller M, Schiller L.: Korozní zkoušky a protikorozní ochrana povlaky, sborník 6. mezinárodní odborný seminář „Progresivní a netradiční technologie povrchových úprav“, Brno (2009) 39-43, ISBN 978-80-904502-0-2
[14] Herrmann F, Schiller M.: Projekt GRD1-2000- 25496 – ECOPAINT (2003), 41 stran
[15] TL/TP-KOR-Stahlbauten – Technische Lieferbedingungen und Technische Prüfvorschriften für Beschichtungsstoffe für den Korrosionsschutz von Stahlbauten, Bundesanstalt für Strassenwesen, SRN, Dokument Nr. B 5259, Löer-Druck GmbH, Dortmund, vydání 2002
[16] ČSN EN ISO 11997 – Nátěrové hmoty – Stanovení odolnosti při cyklických korozních zkouškách – Část 2: Solná mlha/ sucho/ vlhkost/ UV záření

Specific cyclic corrosion tests and anti-corrosion protection of steel structures by protective coatings
Accelerated laboratory corrosion tests are an integral part of quality control of anti-corrosion protection (ACP) of steel structures (SS) by protective coatings and coatings in general. Over time and on the basis of knowledge development, traditional singlephase corrosion tests were losing their information capability and dominant position and are now being  replaced by internationally standardized cyclic corrosion tests. For very specific use of steel structures, e.g. for steel bridges, particular specific corrosion tests, which would reproduce the actual corrosion impacts under real conditions, are required. Finding such sophisticated methods however is still far from complete.

Autoři

• Ing. Herrmann František CSc.
• Ing. Schiller Marek