איך להבטיח עמידות לטווח הארוך של מבנה פלדה לגשרים בסביבות ימיות

הבנת עוצמת הקורוזיה הימית: מדוע פלדת הגשרים נפגעת קשות בסביבות C5M

אבקת מלח, טביעה גאותית ומחזוריות לחות — שלושת מאיצי הקורוזיה העיקריים לבסיסי הגשרים

תת-המבנים של גשרים הממוקמים לאורך חוף הים מתמודדים עם שלושה אתגרי קורוזיה עיקריים הפועלים בו זמנית. ראשית, יש מלח באוויר שמשתנה על פני משטחים מתכתיים ומתחיל את התגובות האלקטרוכימיות שכולנו מכירים. שנית, יש את השיטפונות הסדירים מהגאות והשפל שמייצרים מה שמהנדסים מכנים 'תאי הפרשי חמצן', מה שמוביל לקציצות המטרידות בפלדה. ולבסוף, לא נוכל לשכוח את רמות הרטיבות הקבועות שנותרות מעל 85% יחסית, מה שגורם לフィלמ דק של אלקטרוליט להישאר על כל המשטח תמיד. שילוב זה גורם לקורוזיה להתרחש במהירות הגבוהה ב-5 עד אולי אפילו פי 10 מהמהירות הנצפית באזורים פנימיים. מבחני חשיפה ימית שנמשכו שנים הראו תבנית זו באופן עקבי, בהתאם לתקנים הבינלאומיים של ISO 9223 לבדיקת חומרים בסביבות קשות.

הסבר לסיווג ISO 9223 C5M: 200 גרם למטר ריבועי לשנה של הצטברות כלורידים כמדד עבור אזורי חשיפה קריטיים של גשרים

לפי תקן ה-ISO 9223, עוצמת הנזק הקורוזיבי בים תלויה בכמות המלח באוויר שמשתנה עם הזמן. הקטגוריה C5M מסמנת את התנאים הקורוזיביים הקשים ביותר האפשריים. כאשר אנו רואים קצב הצטברות של יותר מ-200 גרם למטר רבוע לשנה, מה שמעתיד בדרך כלל ממש ליד המקומות שבהם הגלים פוגעים במבנים, זה הרגע שבו הנזק הופך חמור במיוחד לגשרים באזורים הנגועים במפלצת (splash) ובאזור המareas המareas (tidal). פלדה שלא נמצאת תחת הגנה יאבדה בין 50 ל-80 מיקרומטר כל שנה בגלל הקורוזיה בלבד. סגירת החומר הזו איננה רק מטרד – היא מהווה איום ממשי על מבנה הגשר בשלמותו. לכן מערכות הגנה מפני קורוזיה אינן רק רצויות – הן הכרחיות לחלוטין כדי שהמבנים החשובים הללו יחזיקו לאורך זמן הפעולה הצפוי להם.

אופטימיזציה של מערכות ציפוי נגד קורוזיה לפלדה בגשרים בתנאי ים

ביצוע מערכת רב-שכבתית: אפוקסי–פוליאוריטן לעומת פרימר עשיר בזינק–אפוקסי בהבערה ממושכת בתנאי C5M

כאשר מדובר במערכים לסיוע למספנות ימיות, יש להתמקד הן ביכולתם להישאר עמידים בפני תגובות אלקטרו-כימיות והן ביכולתם לפעול כמחסומים נגד קורוזיה. מבחני שדה הראו שצירופים של טיפוסי פרימרים עתירי אבץ עם שכבות גלגלית אפוקסידיות מצליחים יותר מאשר מערכות אפוקסיד-פוליאוריטן מסורתיות בסביבות חוף קשות המסווגות כ-C5M. לאחר כעשור של חשיפה לתנאי ים אמיתיים, מערכות אלו מבוססות אבץ הפחיתו את הקורוזיה תחת השכבה ב-70–75% בערך, על פי נתונים שנאספו במבחנים מאיצים שדומים לתקנים של ISO 12944-9. הסיבה ליעילות זו נובעת מתפקידה של האבץ כמתכת קורבן. גם אם נוצרים סדקים קטנים בשכבה המגנה או קיימים פערים בהשכבה (בעיות נפוצות בסביבות דרמטיות כאלה), האבץ ממשיך לספק הגנה קתודית. עובדה זו הופכת קריטית במיוחד באזורים שבהם מצטברות הצטברויות מלח בקצב העולה על 200 גרם למטר רבוע בשנה.

אורתאנים מתקלפים ברטיבות ופרימרים עתירי אבץ — הדבקה מעולה ב-85% יחסית לחומרת או יותר באזורים של התנפצות ומחזור גאות ושפל

בעיות בקיטום מתרחשות כל הזמן באזורים שבהם יש לחות מתמדת, במיוחד כאשר רמת הרטיבות נותרת מעל 85%. הבעיה העיקרית שאנו רואים? כישלון הדבקה שמוביל להתפרקות הקיטומים הרבה לפני שהן אמורות להיפגع. קיטומי אורתנים המתקשים ברטיבות הראו תוצאות טובות מאוד במבחנים. הם שומרים על כ-94% הדבקה לאחר טביעה חוזרת לפי סטנדרט ASTM D4585. זהו הישג מרשים למדי בהשוואה לקיטומי אפוקסי רגילים, אשר שומרים על הדבקה רק בכ-78%. מה גורם לאורתנים האלה לפעול כל כך טוב? הם מגיבים עם הרטיבות באוויר ויוצרים קשרים חזקים, ויוצרים סרטים גמישים מסוגלים להתמודד הן בשינויי טמפרטורה והן בתנועה המתמדת הנובעת מהמareas של הים על מבנים פלדיים. כשמשתמשים בהם יחד עם פרימרים צינקריים באיכות גבוהה שמכילים יותר מ-92% אבקת צינק לפי משקל, מערכות אלו יוצרות מחסום נגד יוני כלוריד. מבחנים מראים כי הן מסוגלות לעמוד בקצב חדירה של כלוריד עד 5 מ"ג לסנטימטר רבוע לשנה. סוג זה של הגנה עונה על הדרישות של רוב הסביבות החופיות, הכוללות מחזורי גאות ושפל יומיים וחשיפה לאויר מלוח.

תקנים להכנת המשטח: למה ניקוי בפיצוץ לפי SP10 הוא חובה מוחלטת לאריכות ימי המגנות על גשרים

כאשר מדובר בציפויים על מבנים באזורים של מים מלוחים, איכות ההכנה הראשונית של המשטחים לפני צביעה קובעת בפועל את משך החיים של הציפויים הללו. לגשרים שנמצאים מתחת למים או שמתיזים בהם באופן מתמיד גלים של מים מלוחים (מה שמכונה תנאי C5M), קיים סטנדרט מסוים הנקרא SP10 או 'ניקוי בפליטה כמעט כחומר מתכתי לבן', אשר הפך בימינו לכמעט חובה. תהליך זה משאיר על פני המתכת לא יותר מ-5% מהחומר הישן הדבוק למשטח, ומייצר את הגבעות והגיאות הקטנות בפלדה שמאפשרות לצבע להתחבר טוב יותר. אנו מדברים על פרופיל עוגן בעומק של 2–3 אלפית אינץ' (כ-50–75 מיקרון), מה שעובד מצוין עם ציפויי אפוקסי-א연 החזקים שכולם רוצים בימינו. רבות מהבעיות נגרמות כאשר אנשים מדלגים על עבודת ההכנה הנאותה. אנשי התעשייה טוענים כי בערך שמונה מתוך עשרה כשלים בציפויים מתחילים למעשה בגלל כך שלא בוצע ניקוי נאות מראש. קשקשים מפעליים שנותרו, פסיפסים של מלח או כתמים של חלד, מסתתרים בסופו של דבר מתחת לשכבות הצבועות החדשות ובסופו של דבר גורמים לבעיות חמורות בעתיד.

דרישות ההכנה הנמוכות יותר פוגעות קשות בביצועים:

מכיוון שחליפת השכבה המלאה על מבנים תת-ימיים של גשרים ימית עולמית עולה יותר מ-300 דולר למטר רבוע, העלות הארגונית היחסית למתן עמידה בתקן SP10 מספקת תשואה מעריכית (ROI) דרך אורך מחזורי התיקון ושמירה על אמינות המבנה.

בחינת חלופות נירוסטה مقاומת קורוזיה ליישומים בגשרים ימיים

הגבלות הנירוסטה המגינה ממטאורולוגיה (קורטן): היווצרות פטינה לא יציבה ותהליך קורוזיה מהיר יותר בצורות של חורים קטנים בסביבות גשרים עתירות כלורידים

פלדת התעכלות מצליחה בגלל שהיא יוצרת שכבת חלד יציבה לאורך זמן, אך תהליך זה כולו נפגע כאשר היא חשופה לסביבות של מים מלוחים. כאשר אנו בוחנים אזורים שבהם הצטברויות מלח פוגעות או עוברות את הסטנדרט ISO 9223 C5M (כ-200 גרם למטר רבוע לשנה), קורה משהו לפלדת קורטן. השכבה הواقית האוקסידית הופכת לא אחידה ומלאת חורים, ותולשת חלקיקי מלח בתוך השכבה. כתוצאה מכך מתרחשת הקורוזיה המנוקדת בקצב מהיר בהרבה מאשר באפליקציות פנימיות — אולי פי שלושה עד חמישה מהר יותר. בעיות אלו מתגלות במיוחד בנקודות קריטיות כגון צמתים מוגזמים, ברגים ומרחבים צרים בין רכיבים. בשל הבעיות הללו, מהנדסים בדרך כלל נמנעים משימוש בפלדת התעכלות כתומך מבנייני עיקרי במעbridges הנמצאים סמוך לקו החוף.

פלדות משופרות באגף: סף הסינרגיה Cr–Cu–Ni–P לפי ISO 14713-2:2020 להישג פסיבציה אמינה על מבנים עיליים של גשרים ימיים

פלדות משופרות באגף המותאמות כדי לקיים את סדרת הרכיבים של תקן ISO 14713-2:2020 מספקות פסיבציה ניבאית וארוכת טווח בסביבות ימיות. השילוב הסינרגי של כרום, נחושת, ניקל וזרחן מאפשר היווצרות שלフィילם חמצני עמיד ובעל יכולת שיקום עצמאי — גם תחת מתח כלורידי:

סגסוגות פלדה שמתאימות לתקנים אלו שומרות על קצב קורוזיה נמוך מ-0.1 מ"מ לשנה בעת צימוד לאזורי גאות ושפל, מה שמרשים בהשוואה לקצב הקורוזיה הנראה בפלדת פחמן רגילה. מה שמבדיל את חומרים אלו באמת הוא היכולת שלהם ליצור שכבות הגנה חדשות ממש בנקודות החיבור ובאזורים המוטלים תחת מתח. תכונה זו מקבלת חשיבות קריטית עבור גשרים מעל מים, שם הקורוזיה נוטה להתמקד ולגרום לבעיות. מבני עליונים של גשרים ימיים עומדים בפני סיכונים חמורים מסוג זה של נזק מקומי, מאחר שכך משפיע באופן ישיר על משך הזמן שבו יחזיק המבנה עד לדיוקן הראשון, וכן מחליש את שולי הבטיחות הכוללים שתוכננו לתכנון.