Д.т.н., проф. Абсиметов В.Э., к.т.н., доцент Калмагамбетова А.Ш.,
ст. преп. Аяпбергенова
Б.Е., преп. Дивак Л.А.
Карагандинский государственный технический университет,
Казахстан
Защита от коррозии
металлических пролетных строений железнодорожных мостов
Существующие
металлические мосты железнодорожной сети Казахстана эксплуатируются в различных
природно – климатических условиях. Ремонт и восстановление их антикоррозионной
защиты требуют дифференцированного подхода к назначению технологий подготовки
поверхностей и выбору антикоррозионных материалов. Опыту комплексного
выполнения таких работ посвящена настоящая статья.
В составе путевого
хозяйства железнодорожной сети Казахстана эксплуатируется в настоящее время
около двухсот мостов. Конструкции пролетных строений металлических
железнодорожных мостов, в основном, представляют собой либо балочные системы,
либо со сквозными решетчатыми главными фермами и различаются числом пролетов,
длиной пролетов и типом соединений элементов (Сварные, болтовые, заклепочные и
комбинированные). Период постройки мостов колеблется от 30-40 годов до нашего
времени.
Анализ коррозионного
состояния поверхностей металлических конструкций мостов и проводившихся
ремонтов антикоррозионной защиты показывает, что основная их масса не удовлетворяет
требованиям существующих нормативов. Связано это, в первую очередь с тем, что
антикоррозионные работы проводились до настоящего времени самими дистанциями
пути, то есть эксплуатирующими, а не специализированными организациями, которые
из-за недостаточного финансирования и технической оснащенности не были способны
выполнять их с должной требовательностью и эффективностью. Следует отметить,
что работы по ремонту и восстановлению антикоррозионной защиты являются весьма
трудоемкими и дорогостоящими, вследствие таких факторов как значительные
габариты конструкций и площади поверхности, их расположение на значительной
высоте, высокая влажность воздуха в течение большей части года, необходимость
выполнения работ без остановки движения поездов, наличие контактной сети под
напряжением 23 киловольт на большинстве железнодорожных дорог и ряд других.
В последние годы
руководством Национальной компании «Казахстан Темир Жолы» взят курс на
существенное повышение эффективности антикоррозионных работ и увеличение долговечности защитных покрытий
металлических мостов. В этих целях посредством тендерных торгов привлекаются
специализированные организации, фирмы и компании, способные предложить наиболее
эффективные материалы и технологии производства антикоррозионной защиты мостов.
Актуальность такой задачи обусловлена, в первую очередь, ем, что с увеличением
сроков службы защитных покрытий, повышается долговечность самих мостов,
сокращаются затраты на восстановление и ремонт покрытий вследствие удлинения
межремонтных периодов. Поставленные проблемы могут быть решены только при
тщательном обследовании коррозионного состояния как покрытий, так и защищаемой
поверхности, анализе агрессивных свойств окружающей среды, научно обоснованном
выборе материалов для покрытий, применении
современных, высокоэффективных технологий подготовки поверхности и нанесении
защитных покрытий.
Примером комплексного
подхода в решении проблем повышения долговечности металлических мостов могут
служить выполненные научно-производственной фирмой «Казантикор» (совместно с
инжиниринговой компанией «АстанаСтройКонсалтинг») работы по обследованию и
восстановлению антикоррозионной защиты металлоконструкций железнодорожного
моста на нечетном пути через реку Ишим на 425 км линии Карталы – Астана.
Металлический мост
построен в 1940 году и состоит из шести пролетов длиной по 33,3м. Общая длина
моста вместе с береговыми устоями составляет 224,26м. Низ несущих мостовых
конструкций расположен на высоте 10,0м над горизонтом меженных вод реки Ишим.
Конструкция моста клепанная.
Каждый пролет перекрывается двумя решетчатыми фермами, на нижние пояса которых
нагрузка от подвижного состава передается через систему продольных и поперечных
балок. Верхнее строение пути уложено на мостовые брусья, опирающиеся на
продольные балки. Общая площадь поверхностей металлоконструкций, подлежащих
защите, составляет 12 000 м2.
Полная окраска моста,
начиная с 1945 года, производилась 7 раз и дважды – частичная покраска. До 1983
года окраска производилась цинковыми белилами на различных видах олифы, а
начиная с 1983 – суриком на олифе. Окрашивание производилось ручным способом.
Количество и толщина наносимых слоев краски в журнале не зафиксированы. Записи
об очистке поверхностей металлоконструкций от продуктов коррозии и удалении
разрушенных покрытий отсутствуют. В 1987 году произведена реконструкция
бокового настила, в результате чего общий вес конструкций моста увеличился
с521,0 до 542,7охранившееся защитное лакокрасочное покрытие металлоконструкций
моста в момент обследования представляло собой многослойную пленку толщиной
1…2мм, в отдельных местах до 5…6 мм. Жировые загрязнения незначительны. На
горизонтальных элементах, пазухах и непродуваемых местах имеются отложения
влажной и сухой пыли.
Характер повреждений
покрытий в различных местах изменяется от полностью сохранившихся до полностью
разрушенных. Полностью сохранившиеся покрытия наблюдаются на вертикальных и
наклонных поверхностях верхних и нижних (в меньшей степени) поясах ферм,
раскосах решетки ферм, горизонтальных связей по верху ферм, элементах лестниц и
ограждений, в основном на поверхностях полностью или частично защищенных от
воздействия солнечного излучения. Остаточная адгезия таких покрытий оценивается
в 1-2 балла.
Значительная часть
защитных покрытий поверхностей продольных и поперечных балок, передающих
нагрузку от подвижного состава на нижние пояса ферм, подвержена таким видам
разрушений как выветривание, растрескивание, отслаивание от металла,
образование пузырей, сморщивание пленки. Верхние слои покрытия в этих местах
легко отслаиваются от ранее нанесенных слоев краски, которые все еще имеют
остаточную адгезию в 1…2 балла. Под такими покрытиями, трудно удаляемыми с
помощью остро заточенного стального лезвия, обнаруживаются плотные тонкие слои
окалины и ржавчины толщиной 10…20 мкм.
Наиболее существенные
разрушения защитных покрытий наблюдаются на поверхностях металлоконструкций
моста, подверженных постоянному воздействию
солнечного излучения, влаги воздуха и испытывающих наибольшие
механические напряжения. Такие полностью разрушенные покрытия наблюдаются в узлах ферм (особенно примыкающих к нижнему
поясу), на горизонтальных, потолочных и наклонных поверхностях продольных и
поперечных балок в 4, 5 и 6 пролетах моста, расположенных над открытым зеркалом
речных вод. В этих местах покрытие либо полностью отсутствует, либо остатки
покрытия легко отслаиваются шпателем до металла, на котором присутствуют продукты
коррозии, состоящие из двух слоев, структура которых характерна для процессов
коррозии железа в атмосферных условиях слабой степени агрессивности [1].
Верхние слои ржавчины имеют более рыхлую структуру, легко соскабливаются. Ниже
расположены более плотносцепленные слои ржавчины толщиной 30…60 мкм.
Площади поверхностей
защитных покрытий, различающихся степенью повреждения, составляют (в процентах
от общей площади):
- полностью
сохранившиеся …………………………30 – 40%;
- частично разрушенные
……………………………..40 – 50 %;
- полностью
разрушенные…………………………….20 – 30 %.
По результатам
проведенного обследования разработана дифференцированная технология подготовки
поверхностей металлоконструкций с различной степенью разрушений. При этом
экспериментально проверена возможность применения прогрессивной технологии
нанесения защитных покрытий непосредственно по плотносцепленным слоям ржавчины,
поскольку ее толщина не превышала 100 мкм.
Указанная технология
подготовки поверхностей металлоконструкций моста включала следующие операции:
А. Участки поверхности с
полностью разрушенным покрытием с помощью мокрой пескоструйной обработки под
давлением 1,0…1,2 Мпа очищались от следов старого покрытия и слабосцепленной
ржавчины. Плотно сцепленные слои ржавчины, не поддающиеся удалению механическим
способом, обрабатывались модификатором ржавчины МР-1 на основе ортофосфорной
кислоты. Применение модификатора ржавчины переводит активные фазовые
модификации продуктов коррозии в пассивные, труднорастворимые соединения
фосфатов железа, что позволяет отказаться от трудоемких операций по полному
удалению слоев ржавчины и наносить защитные покрытия непосредственно на
поверхность металла, покрытую модифицированными продуктами коррозии. Через
0,5…1,0 час после нанесения модификатора поверхность нейтрализовалась водой до
рН = 5…6.
Б. Участки поверхности с
частично разрушенным покрытием с помощью мокрой пескоструйной обработки под давлением
1,0…1,2 Мпа очищались от старых, отслаивающихся слоев покрытия и
слабосцепленной ржавчины. При наличии участков с продуктами коррозии, не
поддающимися удалению механическим способом, они также обрабатывались
модификатором ржавчины. После выполнения мокрой пескоструйной обработки, а
также после нейтрализации поверхности после применения модификаторов,
поверхность осушалась сжатым воздухом.
В. На участках с
полностью сохранившимся лакокрасочным покрытием производилась легкая сухая
пескоструйная обработка под давлением 0,2…0,3 Мпа с целью удаления загрязнений
и обеспечения сцепления с новыми наносимыми слоями лакокрасочных материалов.
Выбор лакокрасочных
материалов для создания эффективных защитных покрытий является сложной и во
многом компромиссной задачей, которая решалась, в данном случае, с учетом
следующих факторов:
- соответствие
требованиям СНиП 2.01.19-2004 «Защита строительных конструкций от коррозии» и
СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы»; кроме того, учитывались рекомендации,
изложенные в [2] и [3];
- доступность, то есть
возможность поставки материалов в сроки, обусловленные жестким графиком
выполнения работ на действующем железнодорожном пути;
- совместимость с
материалами прежде нанесенных покрытий в течение расчетного срока эксплуатации;
- способность к
высыханию «до отлипа» за время, не превышающее 8…10 часов, поскольку необходимо
исключить попадание на непросохшую пленку загрязнений с проходящих поездов, что
может явиться причиной несплошности покрытия и, как следствие, возникновения
очагов начала разрушения покрытий и коррозии металла;
- приемлемое соотношение
цены материалов и их качества, в первую очередь, необходимую атмосферостойкость
в заданных условиях эксплуатации.
Маркетинговыми
исследованиями рынка лакокрасочных материалов в Казахстане выявлен ряд
материалов, в той или иной степени удовлетворяющих предъявленным требованиям.
При этом наиболее выгодными и качественными из них оказались материалы фирмы
«К-Color», выпускаемые под торговой маркой «REMALUX». Эта компания
предлагает как грунтовочные материалы (антикоррозионная грунтовка на основе
красного железноокисного пигмента «Камаро»), так и материалы для покрывных
слоев (антикоррозионная краска на основе фосфата цинка «Камаро») на единой
пленкообразующей основе – глифталевых смолах. Существенным отличием
предлагаемых материалов является наличие в рецептурах грунтовок железноокисных
пигментов высокого качества, а в рецептурах красок для покрывных слоев –
фосфатов цинка. Такие пигменты, по данным исследований [4], являются
веществами, активно взаимодействующими с остаточными и модифицированными
продуктами коррозии, с образованием устойчивых соединений железа – оксидов с
высокой степенью кристалличности с преимущественным содержанием таких фазовых
модификаций, как гетит (α-FeOOH), кристаллический
магнетит (Fe3O4), а также акаганеит (β-FeOOH).
Присутствие фосфатов приводит к образованию на межфазовой границе
металл-покрытия защитных пленок, состоящих [5] из смеси γ – Fe2O3 FePO4·2H2O.
Вследствие такого
взаимодействия указанные грунтовки и покрывные материалы обладают хорошими
пропитывающими, комплексообразующими ингибирующими, связывающими и изолирующими
свойствами.
Совместимость материалов
«Камаро» с существующими лакокрасочными покрытиями на основе олиф проверялась
экспериментально, путем пробных открасок непосредственно на конструкциях моста за один месяц до начала работ. После
высыхания открасок и через 30 дней спустя замерялась адгезия методом отрыва с
помощью электронного измерителя адгезии ПСО-5 МГ4 СКБ» Стройприбор»
(Челябинск). Испытания показали хорошую совместимость этих материалов, величина адгезии составляла 0,1…0,15 Мпа и в
течение 30 дней не изменилась.
Для создания защитного
покрытия применялась система, состоящая из одного слоя грунтовки толщиной 60…80
мкм и двух покрывных слоев толщиной по 50…70 мкм. Общая толщина покрытия
составляла около 200 мкм. Грунтовка «Камаро» имеет красно-коричневый цвет, а
антикоррозионная краска «Камаро» на основе фосфата цинка – светло-серый, что
значительно облегчает визуальный контроль качества при производстве
антикоррозионных работ.
Нанесение
антикоррозионных материалов производилось с помощью агрегата безвоздушного
распыления высокого давления «Wagner», при температуре
воздуха не ниже 5 градусов тепла и относительной влажности воздуха не более 75%.
В случае мокрой
пескоструйной обработки, в местах полной очистки металла от продуктов коррозии
грунтовка наносилась не позднее, чем через три часа после пескоструйной
очистки.
При производстве
антикоррозионных работ контролировались следующие технологические нормы и
параметры:
- температура воздуха;
- влажность воздуха;
- вязкость
антикоррозионных материалов и степень их разбавления растворителями, с целью
контроля соответствия их вязкости требуемой для нанесения агрегатами высокого
давления;
- сплошность нанесения
слоев антикоррозионных материалов – визуально;
- толщину нанесенных
слоев – магнитным толщиномером Константа- К5
(ЗАО «Константа», г. Санкт-Петербург) с точностью не менее 10 мкм;
- отсутствие или
наличие нанесенного покрытия.
Указанные параметры, а
также время и виды выполняемых работ ежедневно фиксировались в журнале
производства антикоррозионных работ.
Опыт восстановления анти
коррозионной защиты металлических железнодорожных мостов показал, что такие
работы могут быть выполнены наиболее рационально и экономически эффективно
только на основе тщательного и
всестороннего обследования коррозионного состояния металлоконструкций и
защитных покрытий, подбора оптимальной технологии и научно обоснованного выбора
наиболее эффективных материалов, с привлечением специализированных организаций,
располагающих соответствующим технологическим и контрольно-измерительным
оборудованием, квалифицированным персоналом и опытом работы в данной области.
Следует отметить
необходимость разработки отраслевых республиканских нормативов (Руководства,
Технологических указаний и т.п.) по ремонту и восстановлению антикоррозионной
защиты металлических железнодорожных мостов, основой которых могут служить
материалы обследования и опыт производства таких работ.
Литература
1.
Кукурс
О., Упите А. и др. Продукты атмосферной коррозии железа и окраска по ржавчине.-
Рига: Зинатие, 1980.- 152 с.
2.
Руководство
«Конструкции мостовые металлические. Покрытия лакокрасочные».-Минтранстрой»,
МПС, 1975 г
3.
Технологические
указания по окраске металлических конструкций эксплуатируемых железнодорожных
мостов, ЦПИ 6/32, МПС Российской федерации, М., 2002 г.
4.
Абсиметов
В.Э. Развитие теории и практики повышения стойкости антикоррозионных покрытий и
металлических строительных конструкций. Автореферат, Алматы, 2002 г.
5.
Розенфельд
И.Л., Рубтинштейн Ф.И. Антикоррозионные грунтовки и ингибированные
лакокрасочные покрытия.-М.: Химия, 1980.- 199 с.