Ochrana oceľových konštrukcií proti korózii

Všeobecne sa korózia chápe ako samovoľne prebiehajúci proces postupného rozrušovania a znehodnocovania materiálu vplyvom chemických a fyzikálno-chemických faktorov v danom prostredí. Podmienky expozície jednotlivých materiálov a významnosť ovplyvňujúcich činiteľov sa, samozrejme, výrazne líšia.

Na degradáciu organických materiálov má okrem kyslíka rozhodujúci vplyv aj slnečné žiarenie, teplota a jej zmeny spolu s vlhkosťou a znečisťujúcimi látkami. V prípade kombinácie jednotlivých vplyvov atmosféry môže dochádzať k synergickému efektu alebo vzájomnému ovplyvňovaniu faktorov. Jednotlivé prostredia sú potom charakterizované celým radom činiteľov, ktoré rozličným spôsobom ovplyvňujú stupeň agresivity prostredia.

A práve sledované korózne rýchlosti technicky významných kovov v závislosti od agresivity atmosféry viedli k vypracovaniu klasifikácie koróznej agresivity atmosfér. Zistené informácie sú dôležité pri výbere systémov ochrany proti korózii. Základné činitele atmosférickej korózie kovov a zliatin definuje norma ČSN ISO 9223 (zodpovedá STN ISO 9223). Pre základné konštrukčné materiály možno koróznu rýchlosť, resp. koróznu odolnosť v rozličných atmosférických prostrediach odvodiť na základe ČSN ISO 9223 a 9224 (zodpovedá STN ISO 9223 a 9224).

Hlavnými činiteľmi atmosférickej korózie kovov a zliatin sú: t (čas vlhnutia), P (znečistenie oxidom siričitým) a S (znečistenie vzdušnou salinitou). Stupeň koróznej agresivity sa potom udáva v stupňoch označených písmenom C a číslicou. Vychádza sa pritom z údajov o úrovniach pôsobenia vyššie uvedených troch činiteľov. Korózna agresivita atmosféry sa označuje piatimi stupňami od C1 (veľmi nízka) až po C5 (veľmi vysoká).

Vplyv výberu konštrukčného riešenia na koróziu
Hodnoty uvádzané normou sa týkajú rovnomernej korózie. V reálnych podmienkach ovplyvňujú životnosť nerovnomerné formy korózneho napadnutia (jamková korózia, korózne praskanie). Pri mnohých koróznych systémoch je vhodné skombinovať dve alebo viaceré metódy protikoróznej ochrany. Dôležitá je predovšetkým správna kombinácia materiálu s ochranným povlakom.

Významným faktorom pri zabezpečení odolnosti proti korózii je aj správne navrhnutie konštrukčného riešenia. Norma ČSN EN ISO 12944-3 (zodpovedá STN EN ISO 12944-3) stanovuje, ako projektovať oceľové konštrukcie so zreteľom na ochranu proti korózii a na koróznu odolnosť.

Všeobecné zásady pre konštrukcie z hľadiska protikoróznej ochrany
Návrh riešenia má byť taký, aby bolo možné udržať konštrukciu suchú a čistú. Treba zabezpečiť odvod dažďovej alebo kondenzačnej vody z konštrukcie. Plochy by teda mali byť naklonené alebo klenuté, profily otvorené smerom dole. Tam, kde to nie je možné, by mali byť odvodnené. Na členitých povrchoch s veľkým množstvom nepravidelností sa môže zhromažďovať prach, voda a najrozličnejšie kontamináty. To zvyšuje riziko vzniku korózie a ovplyvňuje expozíciu celej konštrukcie. Spoje musia vytvoriť rovnomerný povrch bez možnosti zatekania vody a ďalších agresívnych zložiek. Dôležité je, aby tvary konštrukcie vyhovovali z hľadiska odolnosti proti korózii. Preto sa uprednostňujú jednoduché tvary a obmedzujú sa ostré hrany a ďalšie detaily, ktoré komplikujú náterové práce.

Povrchy, ktoré nemožno ošetriť po montáži, by mali byť ošetrené pred ňou, prípadne by mali byť z materiálov odolných proti korózii. Škodlivé galvanické články možno z povrchu konštrukcie odstrániť, ak sa zachová väčšia oblasť menej ušľachtilého kovu oproti ušľachtilému. Rovnaký efekt sa dá dosiahnuť izolovaním oboch kovov, pokrytím menej ušľachtilého kovu povlakom s izolačnými vlastnosťami a tiež antikoróznou farbou či iným povlakom.

V návrhu riešenia sa musí počítať s nátermi po montáži, inštaláciou a ďalšou údržbou. Možnosti, ako naniesť ochranný povlak a vykonať údržbu, závisia v značnej miere od tvaru a umiestnenia konštrukcie. To má, samozrejme, vplyv na životnosť náterového systému, a preto musí byť povrch oceľovej konštrukcie vždy dostupný, aby sa mohol vopred upraviť, natrieť a skontrolovať. Pri plánovaní konštrukcie treba minimalizovať mechanické poškodenia – mohli by totiž zapríčiniť proces korózie.

Oceľové materiály a ich korózna odolnosť v rozličných atmosférických podmienkach
Oceľové materiály sú rôzne aj z hľadiska protikoróznej ochrany. Uhlíkové ocele majú bez povrchovej úpravy iba obmedzené použitie. Riešením pre tento typ materiálu môže byť náterový systém, ktorý sa skladá z antikorového základného náteru v kombinácii s vrchným náterom.

Naopak, chrómové, chrómniklové a chrómmangánové ocele sú pri bežných atmosférických podmienkach úplne odolné proti korózii. Korózna odolnosť je pritom podmienená pasívnym stavom ich povrchu. Na vznik tohto pasívneho stavu je nevyhnutná prítomnosť chrómu v tuhom roztoku v železe v koncentrácii minimálne 12 %.

Tretím variantom oceľových materiálov sú patinujúce nízkolegované ocele typu Amofix/Corten. Ide o zvláštnu skupinu konštrukčných ocelí, vyrábaných v rozličných akostiach, a teda s mierne odlišnými koróznymi vlastnosťami. Vo vhodných atmosférických podmienkach postupne vzniká na ich povrchu pevná patina, ktorá následne bráni korózii. Spočiatku korodujú zvyčajne ako uhlíkové ocele a ich vyššia odolnosť sa prejaví až po určitom čase, keď na povrchu vznikne vrstva patiny s ochrannými vlastnosťami. Materiál potom už nekoroduje do hĺbky. Najviac používané sú stavebné konštrukcie z uhlíkových ocelí, t. j. z ocelí, ktoré vyžadujú prítomnosť ochranných povlakov, napr. náterov.

Voľba ochranných náterových systémov
Pri výbere ochranných systémov treba vymedziť funkciu ochrany pri súčasnom zohľadnení požiadavky na životnosť povlaku. Dôležité je pritom zhodnotiť všetky významné činitele, ktoré budú počas užívania na systém pôsobiť. Ide o posúdenie koróznej agresivity prostredia vrátane možnosti pôsobenia a vplyvu slnečného žiarenia, prítomnosti vlhkosti, teploty pôsobiacej trvalo na povrch, prípadne ďalších špeciálnych druhov namáhania.

Pri voľbe konkrétneho povlaku treba vychádzať vždy z odporúčania výrobcu, ktoré sa uvádza v technických pokynoch pre konkrétne systémy. V závislosti od dosiahnuteľného stupňa očistenia podkladu a požadovanej životnosti možno vychádzať z príkladov tabuliek normy ČSN EN ISO 12 944-5 Protikorozní ochrana ocelových konstrukcí ochrannými nátěrovými systémy. Část 5: Ochranné nátěrové systémy (zodpovedá STN EN ISO 12 944-5 Protikorózna ochrana oceľových konštrukcií ochrannými náterovými systémami. Časť 5: Ochranné náterové systémy).

Životnosť náterového filmu závisí najmä od týchto faktorov:

• správna voľba vhodného náterového systému,
• konštrukčné usporiadanie,
• stav povrchu oceľového podkladu, príprava podkladu,
• úroveň aplikácie a dodržanie odporúčaní výrobcu,
• podmienky prostredia a podmienky pri aplikácii.

Nátery sú pri správnej voľbe vhodné prakticky pre každé prostredie. Pre konkrétne podmienky však treba vybrať tú najvhodnejšiu skladbu náterového systému. Ochranné vlastnosti následne závisia aj od zodpovedajúcej voľby systému z hľadiska podkladového kovu, kombinácie jednotlivých vrstiev, vlastností základného náteru, priľnavosti, celistvosti systému a, samozrejme, aj od dodržania technologických postupov.

Náterové systémy sú povlaky tvorené viacerými vrstvami jednotlivých náterov. Bežnú skladbu (od podkladového kovu) tvorí základný náter, tmelová vrstva, podkladový náter a vrchný náter. Funkciou základného náteru je zabezpečiť najmä antikoróznu ochranu podkladu a zodpovedajúcu priľnavosť následných vrstiev náteru. Tmelové vrstvy sa aplikujú v prípade, že treba vyplniť nerovnosti či utesniť škáry. Vrstvy musia byť navzájom kompatibilné a tmely musia vykazovať potrebnú tvrdosť, brúsiteľnosť a vhodnú pružnosť s ohľadom na vlastnosti kovového povrchu. Vrchné nátery (farby alebo emaily) sú poslednou vrchnou vrstvou náterového systému. Musia byť rovnako ako ostatné vrstvy kompatibilné s o zvyšnými použitými nátermi, odolné proti prostrediu vrátane UV-žiareniu a zároveň musia spĺňať dekoratívne a estetické požiadavky. 

Pred aplikáciou základného náteru treba skorodované miesta čo najdôkladnejšie očistiť od hrdze, starých farieb a mechanických nečistôt, najlepšie až na kov. Ako základný náter možno zvoliť antikoróznu farbu, pričom v exponovaných miestach je nevyhnutná aplikácia vo viacerých vrstvách (základná antikorózna farba obsahuje látky zamedzujúce vzniku korózie; je nevyhnutné, aby v celej ploche mala potrebnú hrúbku, jej povrch neprebrusujeme). Potom prichádza na rad vrchná farba (pred aplikáciou sa musí dôkladne premiešať), v exponovaných miestach opäť vo viacerých vrstvách. Vrchná farba ochraňuje základnú antikoróznu farbu a zabraňuje prenikaniu vody k podkladu. Treba dodržiavať interval medzi jednotlivými vrstvami odporúčaný výrobcom (24 hodín pri teplote 23 °C a relatívnej vlhkosti vzduchu 50 % pri syntetických produktoch, 2 až 5 hodín pri vodou riediteľných farbách).

Ing. Petr Pešek
Foto: Primalex

Autor pracuje vo vývoji spoločnosti Primalex ako technológ aplikácií výrobkov. Študoval na SvF ČVUT v Prahe, odbor pozemné stavby so zameraním na fyzikálnu analýzu stavieb a rekonštrukcie stavieb.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.