Главная >> Железнодорожный путь >> Защита от коррозии металлических конструкций

Защита от коррозии металлических конструкций

Основные принципы и главные требования. Подготовка поверхностей. Выбор материалов. Методы окраски

На срок службы металлических конструкций в решающей степени влияет защищенность их от коррозии.
Для объяснения причин коррозии железа и стали выдвинуты различные теории, в том числе теория окисления, углекислая, электролитическая и электрохимическая теории. Наиболее признанной является электрохимическая теория, основывающаяся на том факте, что на отдельных поверхностях металла имеет место небольшая разница потенциалов. Это обстоятельство не проявляется, пока поверхность сухая, но с появлением влаги начинается электрохимический процесс: отдельные частицы с анода переходят в раствор, вызывая коррозию.
Из того факта, что электрохимические процессы невозможны при отсутствии влаги, следует, что поверхность стали или железа необходимо защитить от соприкосновения с влагой, кислородом и газами, способствующими коррозии. Таким образом, защитная пленка должна быть образована из материалов, замедляющих электрохимические реакции.

Четыре основных соображения.

Коррозия железных и стальных железнодорожных сооружений зависит не только от влажного воздуха и воды, которые имеются везде, но также от сернокислых газов, выделяемых локомотивами, от рассола, вытекающего из вагонов-холодильников, от соляной пыли и туманов на прибрежных участках, от кислоты, содержащейся в дыме промышленных предприятий.
Применяя защитные покрытия против коррозии, необходимо обеспечить: 1) надлежащую подготовку поверхности; 2) выбор надлежащих материалов; 3) соблюдение правильных методов производства работ и надлежащих условий при нанесении защитного слоя и 4) надлежащую толщину пленки. Все эти факторы имеют важное значение для эффективной защиты металла от коррозии.
Пригодность для защитных покрытий и высокое качество стандартных красок на олифе и других связующих общепризнаны. Однако многие железные дороги, исходя из экономических соображений, применяют другие материалы. Сюда относятся составы, содержащие химические вещества, препятствующие ржавлению, и различные типы впитывающихся масел, в том числе рыбий жир и нефтяные масла. Рыбий жир, который сохнет очень медленно, признается прекрасным материалом для грунтовочного или отделочного слоя.

Очистка новых сооружений.

Поверхности новых стальных конструкций обычно очищают на заводе-изготовителе одним из следующих способов: 1) вращающимися механическими щетками (рис. 1); 2) пескоструйным аппаратом; 3) травлением в ванне с раствором кислоты; 4) пламенем горелок. Для очистки доступных мест поверхности часто применяют механические щетки и молотки, что дает хорошие результаты при умеренных затратах.

Обыкновенная ржавчина представляет собой водную окись железа, а окалина — обычно безводную окись. С изменением температуры окалина часто отстает, что может послужить причиной разрушения покрывающего ее слоя краски. Надежными средствами удаления окалины являются только обработка пескоструйным аппаратом или травлением.

Очистка пролетного строения
Рис. 1. Очистка пролетного строения пневматической щеткой
Для пескоструйной очистки применяют чистый, острогранный, сухой песок, подаваемый сжатым воздухом. При очистке нового металла обычно допускают образование легкого слоя ржавчины, который способствует удалению окалины. Последующая обработка пескоструйным аппаратом образует блестящую поверхность — идеальную для немедленной окраски. Если же эту поверхность оставить неокрашенной, она очень быстро покроется ржавчиной. Обработка пескоструйным аппаратом обычно обходится дешевле, чем обработка скребками, и позволяет очистить углы и другие труднодоступные места, не поддающиеся очистке инструментами.
Для очистки травлением металл погружают в ванну с раствором кислоты, обычно серной и выдерживают там до растворения или отслоения окалины. Этот метод широко применяют в Европе и, до некоторой степени, в США. Поверхность металла после такой обработки становится шероховатой и лучше подготовлена для грунтовки, чем гладкая поверхность с закругленными выступами и впадинами, образующаяся после обработки пескоструйным аппаратом.
Очистку и просушивание стали и железа, а также удаление окалины перед окраской и обработкой на заводе производят также автогенными горелками. Обычно для удаления почти всей окалины и для осушки поверхности достаточно одного прохода горелки. Те части окалины, которые при этом не отпадают, обычно достаточно хорошо связаны с металлом и могут быть оставлены под окраску.

Очистка существующих сооружений.

Надлежащая очистка и подготовка поверхности существующих стальных сооружений перед возобновлением окраски так же важна, как и для новых сооружений. Как показал опыт, стоимость окраски сооружения сильно зависит от качества его конструкции. Очень важно, чтобы все части были доступны для надзора, очистки и окраски.
Перед возобновлением окраски стальных мостов и конструкций необходимо для предохранения от коррозии металла под новой пленкой краски удалить грязь, масло, жир и ржавчину до чистого металла. Окраску существующих мостов выгодно возобновлять, когда старый слой краски еще не начал разрушаться: один или два дополнительных слоя, наложенных на старую краску, обеспечат достаточную защиту стали и позволят впоследствии избежать затрат на ее очистку.
В зависимости от состояния сооружения объем работ и стоимость его очистки могут сильно колебаться (от очистки щетками отдельных мест до полной обработки всей конструкции пескоструйным аппаратом). Если очистку начать сразу после того, как начали появляться пятна ржавчины, то можно без больших затрат добиться удовлетворительных результатов, применяя ручные скребки и проволочные щетки. Разрушение слоя краски и его отставание от металла представляют собой основной результат практики несвоевременной окраски.
При надлежащих условиях эксплуатации стоимость очистки перед возобновлением окраски обычно колеблется в пределах 20—25% всей стоимости работы. В тех случаях, когда возобновление окраски откладывают на следующие годы, удельный вес стоимости очистки в общей стоимости работ возрастает, составляя: при отсрочке на один год —35—40%, на два года —50%, на три года —75%.
Методы очистки существующих сооружений. Для стальных конструкций в полевых условиях применяют следующие методы очистки: 1) ручным инструментом; 2) механическими инструментами; 3) пескоструйным аппаратом и 4) пламенем горелки.

Ручной молоток для очистки имеет длину около 15 см и снабжен двумя долотообразными заострениями. Одно из них находится на одной линии с рукояткой, а другое— под прямым углом к ней. В скребках обычно заостряют оба конца; один из них направлен прямо, а другой загнут приблизительно под прямым углом.
Проволочные щетки бывают двух типов: с обычными деревянными колодками и с узкими колодками для очистки углов и мест возле заклепок.
К механическим инструментам относятся вращающиеся круглые чашеобразные проволочные щетки, молотки для очистки и другой инструмент, очищающий металл легкими ударами молотка.
Наиболее полная очистка достигается при помощи пескоструйного аппарата. Этот метод является и самым дорогим. Обычно применяют агрегат из двигателя внутреннего сгорания с компрессором производительностью 4,5-6 м в минуту; давление в компрессоре составляет от 5,6 до 7 ати кроме того, требуются: пескоструйный аппарат производительностью 0,17 м3 в минуту, необходимые трубопроводы, выпускные шланги и насадки. Диаметры труб зависят от расстояния подачи; при расстоянии до 46 м хорошие результаты дают трубы диаметром 32 мм.
Для работы с пескоструйным аппаратом важное значение имеет выбор соответствующей конструкции наконечника. Несмотря на высокую стоимость, наконечники с внутренней обделкой повышенной прочности значительно более эффективны. Для хорошей очистки необходим острогранный кварцевый песок высокого качества или дробленый кварц. В трубопроводе, вблизи от входа в песчаный бак, следует установить водоотделитель, достаточный для того, чтобы предохранить выпускной клапан машины от забивки песком.
Очистка пламенем газовой горелки заключается в «прочесывании» поверхности металла рядом близко расположенных языков ацетиленового пламени, имеющих чрезвычайно высокую температуру и скорость истечения газа. Это пламя уничтожает старую краску, создает температурные удлинения, способствующие удалению наростов ржавчины, обезвоживает все остающиеся на металле чешуйки. Одновременно повышается температура металла, что облегчает нанесение грунтовки после очистки поверхности от посторонних частей.
Скорость перемещения горелки назначают в зависимости от состояния поверхности стали. Наилучших результатов достигают, как правило, если поверхность находится в таком состоянии, что для ее очистки достаточно одного прохода горелки.
Грязь и масло рекомендуется удалять с помощью растворителей, производя затем тщательную очистку поверхности от остатков реактивов. Экономически невыгодно пытаться применять пламя для удаления мощной корки ржавчины или старой краски, находящейся в хорошем состоянии. Однако, независимо от метода очистки, следует после нее использовать пламя для подготовки поверхности к окраске. Для очистки пригодны ручные щетки. Механические щетки приводят к полировке поверхности, что нежелательно.

ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ

Надлежащий выбор материалов для окраски имеет также весьма важное значение.
Отделка стальной поверхности должна удовлетворять ряду требований, зависящих от ее назначения. При выборе материалов для окраски необходимо сравнить различные индивидуальные свойства каждого из них, после чего составить мнение об их достоинствах.
Основные свойства. Значительную роль в оценке качеств различных покрытий играют лабораторные опыты и ускоренные испытания, имитирующие влияние атмосферных воздействий на окрашенные образцы. Однако окончательный выбор можно сделать на базе тщательного рассмотрения результатов длительного испытания образцов в реальных условиях работы.
Основными характеристиками грунтовки служат: непроницаемость для жидкостей и газов; 2) сопротивление коррозии и действию атмосферных агентов, независимо от защитного действия верхних слоев; 3) антикоррозийные свойства, проявляющиеся под верхними слоями; 4) сопротивление действию соленой воды и тумана; 5) достаточная клеющая способность и эластичность; 6) сопротивление истиранию; 7) достаточная укрывистость, качество растушовки и удобонаносимость; 8) гладкий, ровный розлив и выравнивание; 9) быстрое высыхание; 10) легкость перемешивания и устойчивость взвеси.
Промежуточные слои, наносимые по заводской грунтовке, и отделочные слои должны обладать, кроме перечисленных выше в пп. 1 и 5—10, следующими основными свойствами: 1) прочностью и долговечностью; 2) хорошим внешним видом и его сохранностью.
Важность пигментов для грунтовки твердо установлена; они должны замедлять корродирующее действие жидкости, проникшей к поверхности металла. Более того, грунтовочный слой должен обладать сопротивлением коррозии и воздействию атмосферных агентов, даже не будучи покрыт последующими слоями, так как часто во время монтажа он длительное время остается открытым. При отсутствии этих свойств грунтовки коррозия может появиться во время строительства, вследствие чего роль первоначальной подготовки будет потеряна и потребуется проводить очистку в полевых условиях.
Надлежащее сопротивление слоя краски действию соленой воды имеет важное значение; оно указывает на способность этого слоя противостоять необычным условиям, вызывающим коррозию.
Замедленное высыхание, особенно грунтовочного и промежуточного слоев, приводит к ряду недостатков. Сюда относятся: вероятность повреждения свежего слоя краски, накопления грязи и шлака, увеличение стоимости за счет необходимости длительного использования подмостей и удлинения срока окраски. Одним из выдающихся свойств новейших связующих, применяемых для окраски стальных конструкций, является их быстрое высыхание. Во многих случаях стоимость окраски значительно снижается за счет ускорения времени высыхания от нескольких дней до немногих часов. Краска просыхает, не собирая лишней грязи, до минимума сводится опасность неожиданных дождей во время высыхания, качество защитного слоя повышается в результате увеличения сопротивления истиранию.
Укрывистость и способность к растушовке вместе с удобонаносимостью являются важными факторами, оказывая существенное влияние на снижение стоимости работ и материалов. Важно, чтобы краска легко расплывалась и разравнивалась, образуя слой постоянной толщины и привлекательной внешности. Значение легкости перемешивания и устойчивости взвеси заключается в том, что стоимость работ, в числе прочих причин, зависит и от трудоемкости перемешивания материалов, а также включает в себя расходы на поддержание постоянства взвеси во время окраски.
Надлежащая клеющая способность, эластичность и сопротивление трению являются важными факторами, способствующими прочности и долговечности грунтовки и окраски. Отсутствие трещин в пленке краски ограничивает появление коррозии. Наоборот, при недостаточной клеющей способности и эластичности часто возникают трещины в слое окраски из-за неспособности его следовать за температурными деформациями металла. Слой краски, не сохраняющий эластичности, становится хрупким и теряет свои защитные свойства.
Срок службы слоя краски на металлических мостах и конструкциях изменяется в широких пределах в зависимости от климатических условий, загрязненности воздуха, от размеров и характера движения поездов. Так, продолжительность службы ненарушенной пленки краски составляет: у побережья Мексиканского залива — 2,5—3 года, в районах пустыни — 10—15 лет, в районах Среднего Запада —  7—8 лет, на Атлантическом побережье—4—7 лет, в восточных областях — 4—8 лет.
Составные части красок. Основными элементами, из которых составлены краски для металлических конструкций, являются пигмент и связующее. Для облегчения окраски иногда, особенно в холодную погоду, применяют летучий разбавитель. Однако, полностью испаряясь из краски, он не отражается на ее качестве, если количество разбавителя не слишком велико, что может приводить к уменьшению толщины пленки.
Пигменты придают красочному составу определенный цвет и укрывистость, способствуют его долговечности и коррозиеустойчивости. Связующее склеивает частицы пигмента между собой и с окрашиваемой поверхностью.
Основными ингредиентами связующего всегда были масла и смолы. Для этого длительное время практически применяли только льняное масло, а также естественные и ископаемые смолы, добываемые из существующих и доисторических деревьев. Около 1900 г. начали применять тунговое масло для изготовления лаков и связующего для красок высокого качества. В 1908—1915 гг. были изучены и проклассифицированы антикоррозийные пигменты, разработан новый белый пигмент — литопон, внесены некоторые улучшения в другие пигменты. Несколько позже появились титановые пигменты и тимонокс.
В качестве связующего для красочных составов применяли различные синтетические смолы, растворяемые или смешиваемые с маслом. Однако потребовалась длительная исследовательская работа для выделения синтетических смол типа алкидных и глифталевых.
На базе смол этого типа приготовляют эмалевые краски, отличающиеся прочностью и быстротой высыхания. Свойства алкидных смол зависят от методов их изготовления и применяемых материалов.
Нефтяные составы. Новейшие невысыхающие защитные покрытия, изготовленные из нефтяных составов и веществ, препятствующих коррозии, предназначены не только для механической защиты поверхности, но также и для создания химического препятствия коррозии под пленкой. Пластическая консистенция такой обмазки создает возможность для действия антикоррозийного состава и способствует поддержанию тесного контакта с защищаемой поверхностью. Существует большое количество различных составов этого рода, приспособленных для работы в разных условиях, в том числе составы, которые в случае надобности могут быть легко удалены. Эти пластические покрытия, увлажняющие защищаемую поверхность на протяжении всего срока службы, характеризуются высоким сопротивлением химическим воздействиям, низкой водопоглощаемостью и химической стойкостью.
Металлизация. Металлизация представляет собой покрытие стальных поверхностей металлами, почти не поддающимися коррозии, для создания эффективной и долговечной защиты от ржавления. Для этого металлическую проволоку расплавляют кислородными горелками и набрызгивают на защищаемую поверхность с помощью специальных пистолетов, снабженных резервуарами со сжатым воздухом.
Для металлизации стальных пролетных строений иногда применяют цинк. Стоимость оцинковки существующих пролетных строений сильно колеблется в зависимости от объема работ, необходимых для очистки металлизируемых поверхностей. При этом, помимо полного удаления всех следов старой краски с плоских поверхностей, ребер листов и заклепочных головок, необходимо тщательно очистить все места, пораженные ржавчиной, и сгладить оставшиеся раковины. В противном случае не удастся получить покрытие равномерной толщины и через короткий промежуток времени появятся пятна ржавчины вокруг заклепочных головок и на ребрах листов. Металлизация более применима для защиты новых стальных пролетных строений, имеющих мощные сечения и малое число соединительных элементов, что снижает до минимума стоимость работ по подготовке поверхностей.

МЕТОДЫ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

Работы по нанесению защитных покрытий необходимо выполнять тщательно, под компетентным надзором. В зимнее время в заводских условиях окраску следует проводить в хорошо вентилируемых и отапливаемых помещениях. Окраску в полевых условиях выполняют при благоприятной погоде.
После очистки поверхности следует безотлагательно проводить огрунтовку. Это особенно важно, когда очистку выполняют пескоструйным аппаратом или механическими инструментами. В таких случаях слой грунтовки следует наносить в тот же день, чтобы конденсация влаги, происходящая в ночное время, не смогла привести к возникновению коррозии на свежеочищенных поверхностях.
Окрашивать конструкции слоем неравномерной толщины неэкономно, так как необходимость возобновления окраски определяется износом мест с самой малой толщиной пленки. Наилучшие результаты при наименьшей стоимости дает равномерное нанесение слоя краски по поверхности, подготовленной надлежащим образом, при подходящих условиях для работы.
Для достаточной защиты металла требуется минимальная толщина от 0,4 до 1,6 мм при окраске пластичными антикоррозийными составами или три слоя хорошей краски толщиной по 0,09—0,13 мм.
Существуют покрытия типа обмазок на нефтяной основе, наносимые после предварительной очистки с помощью кистей или распылителей. Для обеспечения хорошей промазки всех неровностей поверхности применяют жесткие кисти с короткой щетиной. Обычно сначала наносят тонкий слой обмазки, который тщательно стирают щетками, после чего немедленно накладывают следующий слой требуемой толщины.
При набрызгивании состав обычно растворяют в нефти или бензине, благодаря чему появляется возможность подавать его через шланг. В некоторых случаях после нанесения обмазки возникает необходимость дополнительного покрытия отдельных мест, где в результате размягчающего действия впитавшейся обмазки отслаиваются чешуйки ржавчины.
Если по местным условиям требуется разжижить краску, то при выполнении этой работы следует руководствоваться указаниями изготовителя. Перед извлечением краски из тары ее следует тщательно перемешать. Каждый последующий слой при окраске наносят после полного высыхания предыдущего.
При любом осмотре моста необходимо тщательно фиксировать состояние окраски, уделяя особое внимание местам, где наблюдается образование пузырей или шелушение.
Окраска при помощи краскопульта
Рис. 3. Окраска при помощи краскопульта с люльки, подвешенной к крану небольшой деррик-тележки
Некоторые дороги находят возможным, используя материалы осмотров, практиковать систему ежегодного возобновления окраски отдельных мест конструкции, чем обеспечивается постоянное содержание окраски в надлежащем состоянии. Такая система дает известную экономию за счет отказа от периодической окраски всего сооружения в целом.
Рекомендовать определенные сроки возобновления окраски металлических сооружений невозможно. Эти сроки следует назначать, исходя из местных условий и данных
о физическом состоянии того или иного сооружения, полученных при его осмотре.

Окраска кистями.

Основное требование, предъявляемое к обоим наиболее распространенным способам окраски— с помощью кистей и распылителей, заключается в применении хорошего инструмента и оборудования, в высокой квалификации рабочей силы.
Типы и размеры кистей весьма разнообразны, но обычно пользуются плоскими кистями из черной китайской щетины грубых сортов.
В настоящее время появились кисти из сравнительно жесткой нейлоновой щетины, которая благодаря прочности и высокому сопротивлению истиранию специально приспособлена для окраски металлических поверхностей.

Механическая окраска.

В настоящее время существует много конструкций аппаратов для нанесения краски способом распыления (рис. 3). Это оборудование пригодно для всех мостов и конструкций. Почти во всех случаях темпы окраски при этом методе выше, чем при ручной, благодаря чему значительно снижается стоимость работ. Внешний вид поверхности не отличается от получаемого при ручной окраске, если применять надлежащее оборудование и поручить окраску опытным рабочим.

ДРУГИЕ ЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

Положительные свойства стали заключаются в ее низкой стоимости, гибкости конструктивных форм и легкости монтажа. Однако разрушительное действие коррозии требует осуществления надлежащего наблюдения. Недостаточный учет важной роли такого фактора, как интенсивность коррозии, может привести к неэкономичным методам защиты металла.
Выше изложены меры защиты от ржавчины конструкций, находящихся в благоприятных условиях. Однако ряд мостов находится в таких условиях, где требуются специальные меры защиты от коррозии. К таким сооружениям относятся путепроводы, подвергающиеся воздействию дыма и кислотообразующих локомотивных газов, а также элементы пролетных строений, на которые из вагонов вытекают рассол и другие жидкости, способствующие усиленной коррозии.
Для защиты путепроводов применяют следующие меры: установку дымозащитных листов; обетонирование металлической проезжей части и защитных элементов вдоль линии действия дыма; покрытие торкретом отдельных элементов проезжей части или применение пропитанного леса вместо металлических элементов проезжей части.
Для защиты от коррозии, вызываемой рассолом, пользуются следующими мерами: 1) применением легированных сталей для изготовления соответствующих элементов;

  1. металлизацией слоем цинка, алюминия, олова, свинца или кадмия; 3) значительным увеличением площади поперечного сечения элементов проезжей части для продления срока их службы между ремонтами; 4) применением балластной проезжей части с водонепроницаемым настилом, эффективным водоотводом и увеличенной толщиной балласта; 5) применением железобетона с гибкой или жесткой арматурой для малых пролетов.

Для защиты существующих пролетных строений с ездой на поперечинах от повышенного воздействия коррозии, возникающего в некоторых местных условиях, отдельные дороги применяют различные способы, которые эффективны в течение ограниченного времени.
Один из таких способов заключается в том, что по верхним поясам балок под поперечинами укладывают полосы плотной парусины, которые предварительно в течение 1—2 дней пропитывают в свинцовом сурике и просушивают. Ширина указанных полос на 30 см превышает ширину поясов, от которых вода благодаря этому отводится Имеются сведения, что такая защита может служить до 10 лет.
Другой способ, применяемый с успехом для защиты горизонтальных поверхностей, на которые попадают коррозирующие жидкости, заключается в покрытии этих поверхностей специальными нефтяными составами плотной и вязкой консистенции с прокладками из ткани или войлока, которые препятствуют стеканию обмазки.
Более эффективную и долговечную защиту обеспечивает укладка листов из сварочного железа или другого коррозиеустойчивого металла на верхние пояса продольных и поперечных балок, для которых сохранение сечения особенно важно.

 
« Защита древесины против возгорания   Защита откосов железнодорожных путей »
железные дороги