Kaip užtikrinti tiltų plieninių konstrukcijų ilgalaikę patvarumą jūros aplinkoje

Supraskime jūros korozinį aktyvumą: kodėl tiltų plienas susiduria su ekstremaliu susidėvėjimu C5M aplinkoje

Druskos aerosolis, potvynių panardinimas ir drėgmės ciklinis kaitaliojimasis – trys pagrindiniai tiltų postrukūrų korozijos pagreitinimo veiksniai

Tiltų pakrančių zonose esančios postruktūros susiduria su trimis pagrindinėmis korozijos problemomis, kurios veikia vienu metu. Pirma, ore esantis druskos kiekis nusėda ant metalinių paviršių ir inicijuoja elektrochemines reakcijas, kurias visi žinome. Antra, reguliarūs potvyniai sukuria tai, ką inžinieriai vadinama deguonies koncentracijos skirtumo elementais, dėl ko plieno paviršiuje susidaro nepatogūs įdubimai. Ir, žinoma, negalime pamiršti nuolatinio drėgmės kiekio, kuris išlieka virš 85 % santykinės drėgmės, todėl visus paviršius visą laiką dengia plona elektrolito plėvelė. Ši kombinacija reiškia, kad korozija vyksta nuo 5 iki net 10 kartų greičiau nei vidžemėje. Metų trukmės jūrinės ekspozicijos bandymai nuolat patvirtino šį modelį, laikydami standartinės ISO 9223 klasifikacijos reikalavimų medžiagų tyrimams agresyviose aplinkose.

ISO 9223 C5M klasifikacija paaiškinta: 200 g/m²·metai chloridų nusėdimo norma kaip kritinės tiltų ekspozicijos zonos rodiklis

Pagal ISO 9223 standartą jūros korozijos intensyvumas priklauso nuo druskingo oro nuosėdų kiekio laikui bėgant. C5M kategorija žymi blogiausias galimas sąlygas. Kai nuosėdų kiekis viršija 200 gramų kvadratiniame metre per metus – kas dažniausiai vyksta tiesiai ten, kur bangos plakasi į statinius – tai tampa rimta problema tiltams, esantiems vandens purskimo ir potvynių zonose. Nepasaugotas plienas dėl vien tik korozijos praranda nuo 50 iki 80 mikrometrų kiekvienais metais. Toks nusidėvėjimas yra ne tik nepatogus – jis iš tikrųjų gali pažeisti visą konstrukciją. Todėl tinkamos korozijos apsaugos sistemos yra ne tik pageidautinos, bet ir absoliučiai būtinos, jei šie svarbūs infrastruktūros elementai turi išlikti savo numatyto tarnavimo laikotarpiu.

Antikorozinės dengimo sistemų optimizavimas tiltų plienui jūros sąlygomis

Daugiasluoksnės sistemos našumas: epoksidinis–poliuretaninis dangos sluoksnis prieš cinko turtingą grunto sluoksnį–epoksidinį dangos sluoksnį ilgalaikių C5M sąlygų sąlygomis

Kai kalbama apie dengiamąsias medžiagas jūrų tiltams, dėmesys turėtų būti sutelktas tiek į jų atsparumą elektrocheminėms reakcijoms, tiek į jų gebėjimą veikti kaip korozijos barjeras. Lauko bandymai parodė, kad cinkuotų grunto sluoksnių ir epoksidinių viršutinių dengiamųjų sluoksnių kombinacijos veikia geriau nei tradicinės epoksidinės–poliuretaninės sistemos šiurkščiose pakrantės aplinkose, klasifikuojamose kaip C5M. Pagal pagreitintų bandymų protokolų duomenis, panašių į ISO 12944-9 standartus, po maždaug dešimties metų realiomis jūrinėmis sąlygomis šios cinko pagrindu sukurtos sistemos sumažino po dengiamuoju sluoksniu vykstančią koroziją apytiksliai 70–75 %. Šios efektyvumo priežastis slypi cinko veikimo kaip aukojamojo metalo principu. Net jei apsauginiame sluoksnyje susidaro nedidelės įtrūkimų arba yra dengimo trūkumų (tokios problemos dažnai pasitaiko tokiose ekstremaliomis sąlygomis), cinkas vis tiek užtikrina katodinę apsaugą. Tai ypač svarbu srityse, kur druskos nuosėdos kaupiasi greičiu, viršijančiu 200 gramų kvadratiniame metre per metus.

Drėgmės kietėjimo uretaniai ir aukšto cinko pirmosios dengimo medžiagos — puiki adhezijos išlaikymo savybės virš 85 % santykinės drėgmės purškiamose ir potvyninėse tiltų zonose

Dėklų problemos kyla nuolat drėgnoje aplinkoje, ypač tada, kai drėgmė išlieka virš 85 %. Pagrindinė matoma problema – sukibimo sutrikimai, dėl kurių dėklai suyra žymiai anksčiau, nei turėtų. Drėgmės kietėjimo uretano dėklai bandymų metu parodė labai gerus rezultatus: jie išlaiko apie 94 % sukibimo po daugkartinio panardinimo pagal ASTM D4585 standartą. Tai yra ganėtinai įspūdinga palyginus su įprastais epoksidiniais dėklais, kurie išlaiko tik apie 78 % sukibimo. Kodėl šie uretanai veikia taip gerai? Jie reaguoja su ore esančia drėgme, sudarydami stiprius ryšius ir kurdami lankstius plėvelės sluoksnius, kurie gali atlaikyti tiek temperatūros pokyčius, tiek nuolatinį jūros bangų sukeliamą judėjimą, veikiantį plienines konstrukcijas. Kai šie dėklai naudojami kartu su aukštos kokybės cinko gruntuose, kuriuose cinko miltelių masės dalis viršija 92 %, tokios sistemos sukuria barjerą prieš chlorido jonų prasiskverbimą. Bandymai rodo, kad jos gali atlaikyti chlorido prasiskverbimo lygį iki 5 mg kvadratiniame centimetre per metus. Toks apsaugos lygis atitinka daugumos pakrančių aplinkos reikalavimus, kuriose kasdien vyksta pajūrio potvynių ciklai ir pastoviai veikia druskingas oras.

Paviršiaus paruošimo standartai: kodėl tiltų dengimo ilgaamžiškumui būtina SP10 švarinimo sprogstamąja medžiaga technologija

Kai kalbama apie dengimus ant konstrukcijų druskingose vandens zonose, paviršiaus paruošimas dažymui iš tikrųjų nulemia, kaip ilgai šie dengimai tarnaus. Tiltams, kurie yra po vandeniu arba nuolat būna užpilami jūros vandeniu (vadinamosiomis C5M sąlygomis), yra nustatyta speciali norma – SP10 arba „beveik baltosios metalo švaros“ sprogstamoji valymo technologija, kuri šiuo metu tapo beveik privaloma. Šis procesas palieka ne daugiau kaip apie 5 % senų medžiagų prilipusių prie metalinio paviršiaus ir sukuria mažus kalnus bei slėnius plieno paviršiuje, kad dažai geriau priliptų. Kalbame apie šaknų profilius apie 2–3 tūkstantosios colio gylio, kurie puikiai veikia kartu su šiais atspariais epoksidiniais cinko dengimais, kuriuos šiuo metu nori visi. Daugelis problemų kyla tuomet, kai žmonės praleidžia tinkamą paruošiamąjį darbą. Pramonės specialistai teigia, kad maždaug aštuoni iš dešimties dengimų gedimų iš tikrųjų prasideda dėl to, kad pirmiausia nebuvo tinkamai išvalyta. Gamykloje susidaręs skalės sluoksnis, druskos nuosėdos ar rūdžių dėmės lieka pasislėpusios po naujais dažų sluoksniais ir galiausiai sukels rimtų problemų ateityje.

Žemesni paruošimo standartai drastiškai pablogina našumą:

Atsižvelgiant į tai, kad visiškas dengimo keitimas jūrų tiltų atraminėse konstrukcijose viršija 300 JAV dolerių už kvadratinį metrą, SP10 atitikties papildoma kaina suteikia eksponentinį grąžinimą dėl ilgesnių techninės priežiūros ciklų ir išsaugotos konstrukcinės patikimumo.

Korozijai atsparių plienų alternatyvų vertinimas jūrų tiltų taikymui

Oro sąlygomis nusidėvinėjančio plieno (Corten) apribojimai: nestabili patinos susidarymas ir pagreitėjęs duobuotasis korozijos procesas chloridais prisotintoje tiltų aplinkoje

Oro poveikio plienas veikia todėl, kad laikui bėgant jo paviršiuje susidaro stabilus rūdžių sluoksnis, tačiau šis procesas sutrinka esant druskos vandens aplinkai. Kai aptinkamos vietos, kuriose druskos nuosėdos pasiekia arba viršija ISO 9223 C5M standarto reikšmę – apie 200 g kvadratiniame metre per metus, su Corten plienu įvyksta tam tikri pokyčiai. Apsaugos oksidų sluoksnis tampa netolygus ir įtrūkęs, viduje užsandarinant druskos daleles. Dėl to susidaro daug greitesnė duobutinė korozija nei įprasta sausumos sąlygomis – galbūt net tris–penkis kartus greitesnė. Šios problemos ypač akivaizdžios kritinėse vietose, pvz., suvirintuose mazguose, varžtuose ir tarp komponentų esančiuose siauruose tarpuose. Dėl šių problemų inžinieriai dažniausiai vengia naudoti oro poveikio plieną kaip pagrindinį tiltų, esančių pakrantės zonose, konstrukcinį elementą.

Lydiniai patobulinti plienai: Cr–Cu–Ni–P sinergijos ribos pagal ISO 14713-2:2020 patikimai pasyvinant jūrų tiltų viršutines konstrukcijas

Lydiniai, pagerinti plienai, kurie atitinka ISO 14713-2:2020 standarto sudėties ribas, užtikrina numatytą ir ilgalaikį pasyvinimą jūros aplinkoje. Chromo, vario, niklio ir fosforo sinerginė kombinacija leidžia formuotis stipriam, saviremontuojamam oksidų plėvelės sluoksniui net chloridų poveikio sąlygomis:

Plieno lydiniai, atitinkantys šiuos standartus, korozijos naikinimo tempą panardinimo zonose laiko žemiau nei 0,1 mm per metus, kas yra daug geriau nei įprastojo anglies plieno atveju. Tai, kas iš tikrųjų skiria šiuos medžiagų tipus, – jų gebėjimas formuoti naujus apsauginius sluoksnius būtent jungties vietose ir įtemptose srityse. Ši savybė tampa kritiškai svarbi tiltams per vandens objektus, kur korozija dažnai koncentruojasi ir sukelia problemas. Jūros tiltų viršutinės konstrukcijos susiduria su rimtais pavojais dėl šio lokalizuoto pažeidimo, nes jis tiesiogiai veikia konstrukcijos tarnavimo trukmę iki pirmojo remonto ir sumažina visuminius saugos rezervus, įtrauktus į projektavimą.