Министерство энергетики Российской федерации

Акционерное общество открытого типа «Трест Гидромонтаж»

Утверждаю

Генеральный директор

«Трест Гидромонтаж»

Е.А. Белиев

21 марта 2002 г.

Согласовано

Начальник управления научно-

технического прогресса

Министерство энергетики

Российской Федерации

П.П. Безрук

21 декабря 2001 г.

Руководящий документ по защите от коррозии

механического оборудования и специальных стальных конструкций гидротехнических сооружений

РД ГМ-01-02

Авторский коллектив: Редреев С.Е., Бойко И.А., Андреев Э.М., Бабкина З.Ф.

Под общей редакцией Билева Е.А.

Коллектив авторов выражает благодарность специалистам ОАО "Трест Гидромонтаж", СПКТБ "Ленгидросталъ", СПКТБ "Мос-гидросталъ", ОАО "Чеховский завод Гидросталь" и других организаций за помощь в подготовке РД ГМ 01-02, а также лично И.О. Рыбаку, В.А. Дмитриеву, С.В. Леенсону и A.M. Орловскому за просмотр рукописи и ценные замечания.

Все замечания и предложения по содержанию руководящего документа просим направлять по адресу:

123423, Москва, Карамышевская наб., д. 37, ОАО "Трест Гидромонтаж", УПТК; тел./факс (095) 946-2839, тел. 191-6575, 191-8172; E-mail: info@uptk.ru.

РД ГМ-01-02 "Руководящий документ по защите от коррозии механического оборудования и специальных стальных конструкций гидротехнических сооружений" разработан ОАО "Трест Гидромонтаж" взамен РД ГМ-065-94 с учетом основных положений СНиП 2.03.11-85 "Защита строительных конструкций от коррозии" (с изменениями 1996 г.), СНиП 3.04.03-85 "Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии" и ГОСТ 15150-69 "Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды".

В РД ГМ-01-02 изложены основные требования и рекомендации по защите механического оборудования и специальных стальных конструкций гидротехнических сооружений от коррозии на стадиях проектирования, изготовления и монтажа, а также восстановления противокоррозионной защиты при ремонтах.

Рекомендации РД ГМ-01-02 базируются на использовании новейших лакокрасочных материалов, технологий и оборудования, появившихся в последние годы. Старые материалы, по которым имеется положительный опыт применения, также рассматриваются в Документе.

РД ГМ-01-02 дает рекомендации по временной защите элементов механического оборудования и специальных стальных конструкций, подлежащих заделке в бетон.

РД ГМ-01-02 предназначен для организаций и предприятий, занимающихся проектированием, изготовлением, монтажом и ремонтом (в период эксплуатации) механического оборудования и специальных стальных конструкций гидротехнических сооружений, а также для специализированных организаций, занимающихся разработкой технологических процессов и проектов противокоррозионной защиты гидротехнических сооружений.

РД ГМ-01-02 может быть также использован любыми другими организациями и предприятиями, которые нуждаются в надежной и долговременной защите от коррозии металлических конструкций и оборудования.

1. Введение

1.1. Определения. Термины. Сокращения

В тексте РД приняты следующие сокращения наиболее часто встречающихся терминов:

МО - механическое оборудование

СК - специальные стальные конструкции

ГТС - гидротехнические сооружения

ЛКМ - лакокрасочные материалы

ПКЗ - противокоррозионная защита.

Механическое оборудование гидротехнических сооружений - совокупность устройств, необходимых для пропуска воды при эксплуатации ГТС.

Состав МО:

- затворы всех типов, штанги затворов, сороудерживающие решетки, шлюзовые ворота и другие подвижные конструкции;

- закладные части (пазовые конструкции затворов и решеток), другие металлические конструкции и детали, заделываемые в бетон;

- подъемно-транспортные механизмы, предназначенные для маневрирования подвижными конструкциями (подъемные краны, стационарные подъемники, в том числе гидроподъемники).

- захватные балки;

- решеткоочистные машины;

- компенсаторы трубопроводов.

Основные СК:

- трубопроводы, облицовки и уравнительные резервуары;

- эстакады;

- подкрановые балки;

- мосты шоссейные, железнодорожные и служебные;

- металлические каркасы здания ГЭС, других зданий и сооружений.

Указанные МО и СК ГТС эксплуатируются, как правило, в условиях повышенной влажности, при постоянном либо периодическом погружении в воду. Вода может иметь различную степень агрессивности и иметь различную скорость потока. Эти условия предъявляют определенные требования к противокоррозионной защите, защите от абразивного износа и обрастания.

Термин противокоррозионная защита (в дальнейшем ПКЗ) подразумевает комплекс мероприятий, направленных на повышение долговечности и надежности МО и СК ГТС при длительной эксплуатации в средах различной агрессивности.

1.2. Понятие об агрессивности среды

Для ГТС основными факторами, определяющими агрессивность среды, являются:

- параметры климата в месте расположения объекта: холодный, умеренный, тропический (ГОСТ 16350-80, ГОСТ 9.039-74 и ГОСТ 24482-80);

- зоны влажности: сухая, нормальная, влажная или мокрая (СНиП II-3-79);.

- условия эксплуатации конструкции или оборудования: на воздухе, в воде, в воде и на воздухе попеременно;

- для воздушных сред: агрессивность газов в зависимости от их вида и концентрации, наличие солей, аэрозолей и пыли, степень их гигроскопичности;

- для водных сред: показатель рН, концентрация кислорода, суммарная концентрация сульфатов и хлоридов, жесткость (см. ниже), наличие биологических факторов, скорость потока и наличие в нем абразивных частиц.

На основе анализа перечисленных факторов и их комбинаций можно определить степень агрессивности среды: неагрессивная, слабоагрессивная, среднеагрессивная и сильноагрессивная.

Часть из приведенных факторов относятся к понятию "климатические условия эксплуатации" и обозначаются следующим образом:

- умеренный климат (У);

- умеренный и холодный (УХЛ);

- холодный (ХЛ);

- тропический влажный (ТВ);

- тропический сухой (ТС);

- тропический (Т);

- любой, кроме очень холодного (О);

- умеренный морской (М);

- тропический морской (ТМ);

- тропический морской и умеренно холодный (ОМ);

- любой (В)1.

________________

1 В скобках приводятся условные обозначения.

В РД ГМ-01-02 указанные выше климатические условия усреднены и сведены:

по климату - к трем основным районам (ГОСТ 9.104-79):

- районы с умеренным климатом "У"

(колебания температуры от -45 до +45°C)

- районы с холодным климатом "ХЛ"

(колебания температуры от -64 до +38°C)

- районы с тропическим климатом "Т"

(колебания температуры от -9 до +50°C)

и по условиям эксплуатации (ГОСТ 9.032-74*), из которых для гидросооружений имеют практическое значение следующие группы:

- группа 1 "Воздействие открытой атмосферы (солнечная радиация, атмосферные осадки)";

- группа 4/1 "Постоянное воздействие пресной (речной) воды или ее периодическое воздействие (вода-воздух)";

- группа 4/2 "Воздействие морской воды длительное или периодическое (вода-воздух)".

Для МО и СК ГТС первостепенное значение имеют условия эксплуатации в пресной воде, имеющей различные параметры, в разной степени активно влияющие на коррозионные процессы стали:

жесткость (содержание карбонатов), которая зависит от самых разных причин: дебита притоков промышленных и бытовых загрязнений, характера стока, природы подстилающих пород; показатели жесткости могут изменяться в пределах 250-500 мг/л;

солесодержание пресных вод, которое обычно колеблется в широких пределах (100-1000 мг/л). Значения рН этих вод близки к нейтральному значению;

содержание кислорода повышается летом (5-10 мг/л) и снижается зимой (1,5-5 мг/л). Это связано с уменьшением конвективного перемешивания в зимний период и зависит от солесодержания, а именно: больше хлоридов в воде - меньше кислорода;

концентрация ионов С1 и SO -2∕4 может изменяется от десятков до сотен мг/л;

удельное сопротивление; для пресных вод - в пределах 18-125 Ом/м;

временная жесткость - важнейший коррозионный показатель для естественных вод. Это связано с тем, что при высоком содержании в воде ионов кальция и магния на поверхности металла образуются сплошные плотные и прочные пленки карбоната кальция и гидрата окиси магния, препятствующие доступу кислорода (деполяризатора) к металлу и тормозящие коррозионные процессы. Пониженные концентрации кальция и магния смягчают воду и способствует ускорению коррозии.

1.3. Виды коррозионного разрушения

На МО и СК ГТС наблюдаются практически все основные виды коррозии: атмосферная коррозия в условиях влажной воздушной среды различной агрессивности, подводная коррозия при полном, неполном или переменном погружении, подземная коррозия или разрушение в грунтах.

В особую группу выделяют виды коррозии при воздействии механических нагрузок: коррозию под напряжением при одновременном воздействии коррозионной среды и постоянных или переменных нагрузок и коррозионное растрескивание.

Различают и такие специфические виды коррозии:

- коррозия при трении, развивающаяся при одновременном воздействии среды и трения;

- фреттинг -коррозия при колебательном перемещении двух металлических поверхностей относительно друг друга в условиях коррозионной среды;

- коррозионная кавитация или разрушение при ударном воздействии жидкой среды;

- коррозионная эрозия;

- контактная коррозия металлов, имеющих различные потенциалы в данной среде;

- коррозия блуждающими токами за счет посторонних источников постоянного тока.

Как самостоятельный вид коррозии может рассматриваться биокоррозия, инициаторами или стимуляторами которой являются микроорганизмы, грибковые образования, бактерии и пр.

По ГОСТ 5272-80 коррозия подразделяется на ряд видов с характерными особенностями локализации развития.

Местная (неравномерная) коррозия характеризуется разрушением отдельных участков поверхности металла, в т.ч. с образованием питтингов и язв, а сквозная - образованием перфораций.

Подповерхностная (расслаивающая) коррозия начинается с поверхности, но развивается преимущественно в направлении пластической деформации металла (например, вдоль текстуры прокатки).

Ножевая коррозия - локализованное разрушение металла в зоне сплавления и термического влияния сварных соединений, имеющее вид порезов.

Избирательная коррозия характеризуется разрушением одной структурной составляющей или неметаллических включений в стали.

Щелевая коррозия - усиление процесса разрушения стали в зазорах двух металлов или при неплотном контакте стали с коррозионно-инертным материалом.

На скорость и характер протекания коррозионных процессов на стали, кроме среды, оказывают влияние и некоторые металлургические факторы.

Влияние толщины проката на скорость коррозии стали. Тонколистовая сталь (меньше 12 мм) корродирует с относительно большей скоростью, чем толстолистовая, что подтверждается многочисленными наблюдениями за скоростями коррозии конструкционных сталей на гидросооружениях.

При равных других условиях,  данное явление,  можно объяснить относительно большей концентрацией дефектов структуры стали: скопления дислокаций (несовершенств структуры металла), содержание вредных примесей по границам зерен в удельном объеме стального фрагмента, прокатанного до относительно малых толщин, чем в удельном объеме толстого проката.

Присутствие окалины усиливает язвенный характер коррозии. Средняя скорость коррозии стали в воде без окалины не превышает 0,5-0,7 мм/год. С окалиной скорость коррозии Ст. 3 увеличивается во времени несколько медленнее, чем без окалины, но образовавшиеся язвы могут достигать глубины до 3-4 мм уже через 2-3 года.

2. Учет требований ПКЗ при проектировании МО и СК ГТС. Планирование работ

2.1. Общие положения

При проектировании МО и СК для гидросооружений необходимо обеспечить заданную их прочность и максимальную продолжительность безремонтной эксплуатации.

Общий ресурс МО и СК во многом зависит от комплекса противокоррозионных мероприятий, реализованных на стадиях проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации.

К таким мероприятиям относятся:

- правильный выбор проектных и конструкторских решений, позволяющих максимально снизить коррозионную нагрузку на МО и СК, что достигается совместной работой конструкторов и специалистов по коррозии;

- разработка технологии ПКЗ с привлечением специализированной организации; соблюдение технологических требований при строгом контроле со стороны заказчика и авторского надзора при выполнении ПКЗ.

Примечание. Основным конструкционным материалом для изготовления МО и СК ГТС являются углеродистая и низколегированные стали. При проектировании в расчет принимаются только прочностные характеристики сталей и не учитывается их противокоррозионная стойкость.

Практика показывает, что почти все марки применяемых сталей корродируют примерно с одинаковой скоростью, поэтому в РД ГМ-01-02 при выборе схемы ПКЗ МО и СК марки сталей с точки зрения их сравнительной коррозионной стойкости не рассматриваются.

2.2. Основы рационального проектирования

Рациональное проектирование (на стадиях рабочих чертежей КМ и КМД) с целью повышения долговечности МО и СК заключается в том, чтобы изначально в проекте конструкции не было заложено причин, способствующих возникновению коррозии и ее развитию, а именно:

- элементы конструкции должны быть спроектированы так, чтобы их формы не создавали потенциально опасных для коррозии участков;

- конструкции должны быть легко обтекаемыми водой (для погруженных в воду постоянно) и хорошо продуваемыми воздухом (для находящихся в атмосфере);

- поверхности МО и СК должны быть доступными для нанесения защитных покрытий;

- поверхности МО и СК, подвергающиеся воздействию агрессивной среды, не должны иметь резких искривлений или острых ребер, на которых трудно сформировать качественные защитные покрытия;

- острые кромки, образующиеся в процессе обработки металла, должны быть закруглены, вокруг отверстий и вдоль обрубленных краев заусенцы удаляются (рис. 2.1);

Рис. 2.1. Обработка острых кромок. 1 - Металл; 2 - покрытие

- в конструкциях, перемещающихся относительно друг друга, места контактов должны проектироваться с учетом исключения механических повреждений защитных покрытий;

- при создании конструктивных форм необходимо учитывать, что на элементах конструкций не должны скапливаться гигроскопичная пыль, конденсат, вода, т.е. следует избегать застойных зон, пазух, карманов, щелей и т.д. (рис. 2.2, 2.3)

В элементах конструкций для предотвращения накапливания воды, загрязнений и продуктов коррозии должны применяться дренажные отверстия, желоба и разрывы для стока и максимально возможные зазоры (рис. 2.2 В, рис. 2.3 и 2.4);

Рис. 2.2. Уменьшение коррозионных нагрузок на узлы конструкции: А - за счет пространственного расположения элементов конструкций; Б - выборка в ребре для стока воды; В - отверстие для стока

Рис. 2.3. Предотвращение задерживания воды в соединении "фасонка"-уголки

Рис. 2.4. Увеличение опасных зазоров (щелей)

Рис. 2.5. а - плохо, б - лучше, в - хорошо

- сварные соединения более предпочтительны, чем болтовые (рис. 2.5)

- прерывистая и точечная сварка, а также сварка внахлест не должны применяться за исключением тех мест, где риск коррозии незначителен (рис. 2.6);

Рис. 2.6. Конструкции сварных соединений: а - плохо, б - хорошо

- следует избегать использования составных сечений из уголков (т.н. спаренные уголки) и швеллеров, в которых образуются щели, недоступные для возобновления защитных покрытий и где возможно возникновение нарастающего давления, вызванного образованием продуктов коррозии, которые могут разрушать фрагмент конструкции (см. рис. 2.4, 2.7, 2.8);

Рис. 2.7. Некоторые виды коррозионных разрушений

- элементы, где есть риск развития коррозии и которые после монтажа будут недоступны для осмотра и ремонта, должны быть запроектированы с использованием материалов, устойчивых к коррозии, или при изготовлении должна быть нанесена защитная система покрытий, сохраняющая свою эффективность на все время службы конструкции. Иногда в таких случаях могут применяться и допуски на коррозию;

- узкие промежутки, щели и стыки внахлест - потенциальные места усиленной коррозии, возникающей от скопления влаги и грязи, включая остатки абразивов, которые использовались при подготовке поверхности. Коррозии такого вида можно избежать способом герметизации, например, накладками (рис. 2.8);

Рис. 2.8. Герметизация щели в узле со спаренными уголками

- конструкции сварных швов должны способствовать получению качественной сварки: полный провар, отсутствие пористости, отсутствие зазоров и гладкая поверхность шва (рис. 2.9);

Рис. 2.9. Влияние вида поверхности сварного соединения на развитие коррозии

- выбирая и рассчитывая конструктивную форму, необходимо принимать во внимание не только коррозионную активность

эксплуатационной среды, но также и другие ее особенности, например, скорость потока воды и наличие абразивных частиц;

- выбирая толщину проката (особенно листового), следует учитывать относительно повышенную скорость коррозии стали толщиной менее 12 мм (см. п. 1.6);

- избегать усиления конструкций с применением накладок.

2.3. Разработка проекта (технологического регламента) противокоррозионной защиты

Основой для разработки проекта ПКЗ является указание автора проекта МО и СК в виде записи на сборочных чертежах, содержащее основные условия эксплуатации, влияющие на развитие коррозионных процессов, а именно:

- климатический район, в котором находится ГТС;

- характер и интенсивность коррозионного воздействия сред на МО и СК.

Эти условия регламентируются настоящим РД ГМ-01-02 и СНиП 2.03.11-85 "Защита строительных конструкций от коррозии".

Кроме того, необходимо указывать площадь поверхности защищаемой конструкции.

Пример записи на чертежах:

В соответствии с указанной записью выбирается схема противокоррозионной защиты (см. раздел 5) и разрабатывается проект ПКЗ.

Поскольку каждой записи могут соответствовать несколько схем защитных покрытий, а требования к покрытию не ограничиваются только соответствием его той или иной климатической зоне и воздействию среды, Исполнитель работ с привлечением специализированной организации разрабатывает проект ПКЗ и согласовывает его с Заказчиком.

В проекте ПКЗ учитываются следующие факторы:

- заданная Заказчиком долговечность покрытия;

- сроки выполнения, время года и погодные условия в период производства работ;

- агрессивность эксплуатационной среды (вода или воздух);

- совместимость выбранного покрывного материала с заводской грунтовкой или краской, состояние грунта и краски, наличие коррозии и окалины;

- особенности производственного процесса: работа на высоте с подвесных люлек, стесненность, работа вблизи действующего оборудования и т.п.;

- общий объем и фронт работ;

- наличие на объекте магистрали сжатого воздуха, компрессоров и специального оборудования и абразивного материала;

- особые требования заказчика: защита МО от обрастания, мероприятия по защите окружающей среды, колер покрытия;

- экономическая целесообразность выбираемой схемы ПКЗ и финансовые возможности Заказчика.

2.4. Планирование работ по противокоррозионной защите МО и СК

А. Планирование противокоррозионных работ на заводе-изготовителе

Б. Планирование противокоррозионных работ на строящемся гидротехническом сооружении

В. Планирование противокоррозионных работ на эксплуатируемом гидротехническом сооружении

3. Подготовка поверхности металла перед нанесением

противокоррозионных покрытий

3.1. Подготовка поверхности металла

Для большей устойчивости металла к воздействию агрессивной среды на его поверхность наносят защитные покрытия (лакокрасочные, металлические и т.д.).

В то же время покрытие на основе самого качественного материала не обеспечит надежной защиты, если нет прочного сцепления между покрытием и металлической поверхностью, которое напрямую зависит от качества подготовки поверхности. Горячекатаная сталь имеет слой окалины (FeO, Fe2O3, Fe3O4), который достаточно прочно сцеплен с поверхностью металла, но не является надежной подложкой для защитных покрытий, поэтому полное удаление окалины необходимо, несмотря на значительную трудоемкость.

Подготовка поверхности перед нанесением покрытий состоит из следующих основных операций:

- устранение дефектов поверхности;

- удаление масляных и жировых загрязнений;

- удаление прокатной окалины и продуктов коррозии;

- удаление прочих загрязнений (солей, пыли, остатков абразива и т.п.).

Для этих целей применяют механический, термический и химический способы очистки.

Выбор способа зависит от требуемого уровня чистоты и шероховатости (рельефа) поверхности (ГОСТ 2789-73), исходного состояния поверхности и планируемой долговечности покрытия.

Исходное состояние поверхности металла оценивается в соответствии с ГОСТ 9.402-80 и в последнее время со стандартом ИСО 8501-1.

По ГОСТ 9.402-80 существуют четыре степени исходного состояния металла:

А - поверхность покрыта плотно сцепленной с металлом не осыпающейся ржавчиной;

Б - поверхность покрыта осыпающейся ржавчиной; после очистки от ржавчины обнаруживается изъязвление основного металла;

В - поверхность покрыта прокатной окалиной; ржавчина занимает от 30 до 70% поверхности;

Г - поверхность покрыта прокатной окалиной; ржавчина отсутствует или занимает до 30% поверхности.

В соответствии с ИСО 8501-1 исходное состояние металла подразделяется на:

А - поверхность, полностью покрытая плотно прилегающей прокатной окалиной, без ржавчины;

В - поверхность с начинающейся ржавчиной;

С - поверхность, окалина которой, проржавев, уже отпала или может быть легко удалена, но на которой видимых невооруженным глазом язв и питтингов в значительной мере не образовалось;

D - поверхность, окалина которой, проржавев, уже отвалилась и на которой в значительной мере образовались видимые невооруженным глазом питтинги и язвы.

После оценки состояния поверхности металла проводят очистку металлической поверхности в соответствии с ГОСТ 9.402-85 и ИСО 8501-1.

По ГОСТ 9.402-85 установлены четыре степени очистки поверхности для стали (см. табл. 3.1).

По ИСО 8501-1 степень очистки поверхности зависит от методов очистки и подразделяется следующим образом:

Степени очистки при ручной обработке

Степени очистки при дробеструйной обработке

Окончательный выбор уровня подготовки поверхности производит специализированная организация - разработчик проекта ПКЗ с учетом технических характеристик выбранных ЛКМ.

Таблица 3.1

Степени очистки металлической поверхности от окислов перед нанесением покрытия (ГОСТ 9.402-85)

3.2. Оборудование для механической очистки

Для механической очистки поверхности металлов применяют:

1) аппараты струйной абразивной обработки;

2) ручной и механизированный инструмент.

Выбор того или иного оборудования определяется объемом работ, габаритами очищаемых изделий, характером загрязнений и требованиями к подготовке поверхности.

Аппараты струйной абразивной очистки

Принцип действия аппаратов струйной обработки основан на сообщении кинетической энергии частицами абразивного материала и их направленной подаче на очищаемое изделие. Это достигается за счет струи сжатого воздуха, воды или действия центробежной силы. При ударе о преграду (изделие) частицы, благодаря кинетической энергии, вызывают поверхностное разрушение и деформацию поверхностного слоя металла, следствием чего является удаление окислов и других загрязнений с поверхности.

Поверхность, очищенная струйной абразивной обработкой, обладает шероховатостью и повышенной поверхностной энергией, что способствует улучшенной адгезии и получению качественного покрытия.

В качестве абразивного материала применяют кварцевый песок, корунд, металлический песок и металлическую дробь разных видов (чугунную литую и колотую, стальную литую, колотую, рубленую). В зависимости от абразива и способа его подачи на поверхность различают аппараты для дробеструйной и пескоструйной обработки, аппараты для гидроабразивной обработки, дробеметные аппараты и термореактивные пескоструйные аппараты.

Аппараты для дробеструйной очистки

Аппараты для дробеструйной обработки наиболее широко распространены в промышленности. Их достоинства: относительно высокая производительность, отсутствие пыления (в отличие от пескоструйных аппаратов), многократное использование дроби. В зависимости от способа подачи абразивного материала к соплу струйной головки эти аппараты делятся на три типа: нагнетательного, всасывающего и гравитационного действия.

В аппаратах нагнетательного действия (рис. 3.1.а) абразивный материал или дробь под давлением подаются в камеру для смешения с воздухом, а затем по шлангу через сопло - на обрабатываемую поверхность.

Этот способ наиболее производителен, но требует применения сложных аппаратов и сопровождается быстрым износом сопла и шлангов.

В аппаратах всасывающего действия (рис. 3.1.6) абразивный материал из бункера засасывается струей сжатого воздуха и по шлангу направляется через сопло на обрабатываемую поверхность. Аппараты просты по устройству и безотказны в работе, у них меньше изнашиваются сопла и шланги, но производительность их мала (менее 2-4 кв.м/час).

В аппаратах гравитационного (смешанного) действия (рис. 3.1.в) абразивный материал из бункера попадает к соплу под действием собственного веса и лишь перед самым выходом из сопла смешивается с воздухом.

Рис. 3.1. Дробеструйные аппараты нагнетательного (а), всасывающего (б) и гравитационного (в) действия

Гравитационные дробеструйные аппараты просты по устройству, бесперебойны в работе, потребляют мало сжатого воздуха. Наиболее целесообразно их использовать с неподвижно закрепленными струйными головками.

В аппаратах дробеструйной очистки, как и в аппаратах пескоструйной очистки, применяются струйные головки с соплами соответственно нагнетательного или всасывающего действия. Сопло является одной из наиболее ответственных деталей аппаратов струйной очистки. От его конструкции, диаметра проточной части и материала, из которого оно изготавливается, во многом зависят производительность и экономичность аппаратов струйного действия.

Диаметры проточной части сопел колеблются от 6 до 16 мм. Сопла меньших размеров применяются для очистки мелких и средних изделий сложной конфигурации, а сопла больших размеров - для обработки крупных изделий. Отношение длины сопла к его диаметру обычно в пределах от 10 до 15.

Стойкость рабочей части сопла, выполненной из стали или чугуна, составляет 3-7 ч, из минералокерамического сплава - 30-40 ч, из карбида вольфрама - 800-1000 ч. Стойкость усовершенствованного сопла с минералокерамической вставкой, в котором внутренняя поверхность подводящего канала в корпусе плавно без зазора переходит в рабочую часть сопла, составляет 100-200 ч.

Аппараты для дробеструйной обработки, а также аппараты очистки поверхности металлическим песком наиболее отвечают санитарно-гигиеническим нормам. При применении такой обработки  поверхность становится равномерно шероховатой и выступы имеют величину 40-60 мкм, что достаточно для получения качественного покрытия (чистота поверхности от Sa 2,5 до 3 по ИСО 8501-1 или степень от "1" до "2" по ГОСТ 9.402-85).

Аппараты для пескоструйной очистки

Аппараты для пескоструйной обработки применяют при наличии возможности снижения или полного исключения запыленности рабочего места и отсутствия воздействия пыли на обслуживающий персонал и действующие механизмы. Это достигается применением беспыльных пескоструйных аппаратов, аппаратов и установок дистанционного управления, работающих в автоматическом режиме, а также использованием хорошо вентилируемых камер или местных отсосов.

Беспыльные пескоструйные аппараты по конструкции аналогичны аппаратам для дробеструйной обработки. Они снабжены устройством для отсасывания отработанного абразивного материала и образовавшейся пыли и имеют автоматическую систему регенерации абразива с целью его многократного использования. Струйная головка таких аппаратов имеет на конце концентрично расположенные сопла - раструб и мягкую металлическую торцевую полую головку-щетку, прилегающую к обрабатываемой поверхности.

Установки и аппараты дистанционного управления применяют при конвейерных способах очистки однотипных изделий небольших размеров. Установка в этом случае, как правило, размещается в отдельном хорошо вентилируемом помещении.

Влажная пескоструйная очистка - еще один путь повышения производительности труда. Вода под давлением подается в специальную инжекторную насадку, смонтированную перед пескоструйным соплом, и смешивается с сухим абразивным материалом.

Производительность влажной очистки достигает, в зависимости от рабочего давления, 30-55 м2/час.

Игольчатый вентиль позволяет плавно регулировать содержание воды в абразивной струе и быстро переходить с влажного режима работы на сухой, а также очищать поверхность струей воды с воздухом или сушить поверхность воздухом под давлением. Вода на 95% подавляет облако пыли, образующееся при работе.

Инжекторная насадка (рис. 3.2) монтируется на стандартный соплодержатель перед пескоструйным соплом, что позволяет оборудовать ею любой пескоструйный аппарат сухой очистки. Насадка имеет внутреннюю износостойкую вставку, обеспечивающую длительный срок службы.

Рис. 3.2. Инжекторная водяная насадка

Аппараты гидроабразивной очистки

Аппараты гидроабразивной очистки поверхности изделий, применяемые в промышленности, весьма разнообразны и различаются системой приготовления водной суспензии абразивных материалов, способом подачи ее к соплу струйной головки и устройством ускорения движения струи.

Они имеют невысокую производительность и применяются при небольших объемах работ. Недостатком их является быстрый износ вращающихся частей и непостоянство состава рабочей водной суспензии абразивного материала.

Аппарат относится к двухкамерным аппаратам непрерывного действия и состоит из двух емкостей, предназначенных соответственно для абразивного материала и воды, шлангов и струйных головок. Абразив и вода раздельно подаются по шлангам к соплу струйной головки, причем абразив подается обычным способом, применяемым в пескоструйных аппаратах, а вода - под давлением сжатого воздуха.

Достоинствами аппаратов гидроабразивной очистки являются повышенная в 2-3 раза производительность по сравнению с механизированным инструментом для очистки, отсутствие пыления и лучшие условия труда. Однако применение этих аппаратов связано с повышенным расходом абразивных материалов; кроме того, возникает быстрая коррозия очищенных влажных поверхностей, вследствие чего требуется дополнительная промывка изделий с пассивацией их поверхности и последующей сушкой либо добавка в воду ингибиторов коррозии. В результате стоимость очистки повышается.

Дробеметные аппараты

Дробеметные аппараты (рис. 3.3) применяются в заводских условиях для очистки отливок, поковок, штампованных изделий и листового материала с толщиной стенок более 5 мм от окалины, ржавчины, формовочной земли, заусениц.

Они могут быть периодического и непрерывного действия.

Несмотря на отличие конструкций, и габаритов дробеметных установок, они имеют общее устройство и состоят из следующих основных элементов: приспособления для подачи изделий под струю дроби (столы, тележки, конвейеры), дробеметного аппарата, системы циркуляции отработанной дроби и системы сепарации дроби (сита, магнитные, воздушные или электронные сепараторы).

Рис. 3.3. Дробеметный аппарат: 1 - загрузочная воронка; 2 - распределительное колесо (импеллер); 3 - ротор; 4 - диски ротора; 5 - лопатки ротора; 6 - электродвигатель

В дробеметном аппарате дробь из бункера попадает в импеллер (турбинку), лопасти которого, вращаясь вокруг оси, передвигают дробь к окну, через которое она попадает на лопатки ротора и оттуда с большой скоростью на очищаемое изделие. В отличие от дробеструйных аппаратов в дробеметных аппаратах дробь выбрасывается с большой скоростью (70-80 м/с), в результате чего она оказывает не только скалывающее, но и частично абразивное воздействие на поверхностный слой очищаемого металла.

Основным узлом дробеметного аппарата является ротор, имеющий восемь или реже четыре лопатки. Ротор закрепляется между двумя крышками и получает вращение от электродвигателя.

Дробь загружается в приемную воронку, откуда через распределительную камеру она подается на лопатки ротора. По способу подачи дроби на лопатки аппараты подразделяются на импеллерные, гравитационные и всасывающие.

Дробеметные аппараты по сравнению с пескоструйными, характеризуются более высокой производительностью при меньшем расходе энергии. Они создают меньшую запыленность и позволяют механизировать и автоматизировать процессы очистки. Основным недостатком их является невозможность обработки тонкостенных изделий и изделий сложной конфигурации.

Термореактивные пескоструйные аппараты

Термореактивный пескоструйный аппарат для абразивной очистки предназначен для скоростной и высококачественной очистки металлических и неметаллических поверхностей от окалины, нагара, затвердевших и не затвердевших нефтепродуктов (в том числе битумных, эпоксидных и др.), старых лакокрасочных покрытий и других загрязнений, а также обработки поверхностей для различных металлизационных покрытий.

Степень очистки до степени 1-2 по ГОСТ 9.402-80 (Sa3-Sa2,5 по ISO 8501-1) подразумевает очистку металлической поверхности не только до "металлического блеска", но и устранение шероховатостей обработанной поверхности (разница между микровпадинами и микровыступами) не более 30 мкм.

Скоростные возможности и высокий уровень качества очистки достигаются за счет процессов, происходящих в горелке реактивного аппарата. Поступающий в камеру сгорания сжатый воздух вместе с воздушно-абразивной массой, а также энергия сгорания топлива позволяют производить разгон абразивных частиц на выходе из сопла до скорости 150-300 м/с (разгон абразивных частиц аппаратами пескоструйной обработки - 30-50 м/с).

Проходя тракт реактивной горелки, абразив разогревается до 60°C, что позволяет обрабатывать металлические поверхности при отрицательной температуре, покрытые слоем снега, льда, измороси, росы и т.д.

Термореактивные пескоструйные аппараты безопасны в работе, тепловой режим горелки работающими практически не ощущается, эксплуатируются в любых условиях. При необходимости аппараты могут использоваться как обычные пескоструйные аппараты. Для этого закрывается вентиль подачи топлива или отсоединяется емкость с топливом.

Устройство термореактивного пескоструйного аппарата для абразивной очистки показано на рисунке 3.4.

Аппарат состоит из узлов, соединенных между собой резинотканевыми рукавами: горелка реактивная, емкость для абразива (питатель), емкость для топлива (дизельное топливо или авиационный керосин).

Термореактивные пескоструйные аппараты по сравнению с пескоструйными характеризуются более высокой производительностью обработки и качеством получаемой поверхности, а также значительно меньшим расходом абразива. К недостаткам следует отнести высокий уровень шума.

Рис. 3.4. Термореактивный пескоструйный аппарат: 1 - горелка; 2 - емкость для абразива; 3 - емкость для топлива; 5,10 - крышки; 6 - штуцера; 4, 7, 8 и 9 - вентили; 11, 12, 13 и 14 - рукава

Таблица 3.2

Основные характеристики аппаратов струйной обработки

Абразивы для дробеструйной и пескоструйной очистки поверхности

Абразивы для работы в заводских условиях:

- на поточных линиях (дробеметным способом) используется металлическая дробь или металлический песок размером фракции не более 0,6-1,0 мм (ГОСТ 11964-66); применение более крупной дроби ускоряет очистку, но при этом степень шероховатости резко возрастает, отдельные пики имеют высоту 100-125 мкм; при окраске такие пики остаются неокрашенными или на них удается нанести слой краски небольшой толщины;

- в камерах (пескоструйным способом) очистка проводится с помощью металлического песка размером фракции не более 0,6-1,0 мм.

В условиях монтажной открытой площадки (пескоструйным способом) используется сухой кварцевый песок с размером фракций 0,8-1,5 мм

Ручной и механизированный инструмент

Ручной и механизированный инструмент наиболее часто используют при очистке участков поверхности крупногабаритных изделий, изделий сложного профиля, а также объектов, окрашиваемых и ремонтируемых в условиях эксплуатации. Рабочими органами инструмента служат металлические щетки, шлифовальные круги, шайбы и ленты с нанесенными на них абразивными материалами, бойки отбойных молотков и другие, приводящиеся в действие сжатым воздухом или электроэнергией.

3.3. Технология подготовки поверхности

В заводских условиях (в цеху) при применении дробеметного или пескоструйного способа очистки одновременно с удалением грязи удаляют окалину.

Указанные способы очистки дают хорошие результаты при обязательном соблюдении следующих технологических требований:

- очистку металлической поверхности нужно производить при расстоянии сопла от очищаемой поверхности в пределах 200-400 мм, при этом сопло держат под углом 60-80°;

- должно быть установлено и поддерживаться оптимальное соотношение между количеством поступающего абразива и подаваемого воздуха - лучшие результаты получаются при использовании дроби размером фракции 0,6-1,0 мм, подаваемой при давлении 0,7-0,75 кг/см2;

- дробь (металлический песок) необходимо своевременно очищать от загрязнений;

- дробеструйная очистка стальной дробью может применяться для подготовки любых конструкций, изделий или проката из стали при толщине стенки не менее 5 мм;

- сжатый воздух, используемый при дробеструйной очистке и обеспыливании (обдувка) поверхностей, необходимо предварительно пропускать через масловодоотделитель;

-  контроль чистоты сжатого воздуха производить по ГОСТ 9010-73.

Очистку поверхностей на открытых монтажных площадках не рекомендуется проводить в неблагоприятных погодных условиях, к которым относят: высокую влажность воздуха (более 75%), туман, моросящие осадки, дождь, резкие перепады температуры, при которых на поверхности могут появляться конденсат, иней.

Длительность перерыва между очисткой поверхности и нанесением грунтовочного слоя не должна превышать: в цехах - закрытых помещениях - 6 ч, на открытых площадках и под навесами при нормальной влажности воздуха (до 75%) - 3 ч, а при повышенной влажности воздуха (выше 75%) - 0,5 ч.

Расход дроби (металлического песка) составляет около 35 кг на очистку 1 м2. Дробь после очистки в сепараторе от пылевидных частиц и загрязнений можно использовать повторно 60-80 раз.

Расход сухого кварцевого песка фракции 0,8-1,5 мм составляет около 50 кг/м2. Кварцевый песок повторно не используется.

3.4. Химическая очистка

Обезжиривание и промывка

В процессе обезжиривания с поверхности металла удаляют различного рода загрязнения. После механической обработки, сварки и транспортировки на поверхности остаются флюсы, эмульсии и масла.

Классификация загрязнений в зависимости от их химического состава, характера воздействия и методов удаления носит условный характер, так как чаще всего загрязнения представляют собой смесь веществ, различных по составу и свойствам, поэтому выбор наиболее эффективного метода очистки зависит от природы загрязнений, воздействия химических компонентов моющего раствора на металлы, требуемой степени очистки, условий обеспечения безопасности при работе и его стоимости.

Широко распространены химические методы удаления загрязнений, к которым относят очистку органическими растворителями, щелочными, кислыми и нейтральными составами и специальными эмульсиями.

Обезжиривание органическими растворителями

При обезжиривании металлических поверхностей МО и СК органическими растворителями следует применять уайт-спирит, бензин марки Б-70, в крайних случаях ацетон. При обезжиривании изделия из металла поверхность протирают ветошью, смоченной растворителем, либо обрабатывают распылением. Ветошь для обезжиривания и растворитель нужно менять после протирания 25 м2 поверхности. Недопустимо производить обезжиривание в течение длительного времени, используя при этом одну и ту же ветошь на одну и ту же порцию растворителя.

Обезжиривание водными моющими растворами

Водные моющие средства экологически безопасны и не ухудшают адгезию и защитные свойства лакокрасочных покрытий. Вода обладает слабым моющим действием по отношению к масляным загрязнениям, и повысить ее моющую способность позволяют небольшие добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ).

В качестве добавок можно использовать каустическую и кальцинированную соду, силикаты натрия, соли фосфорной кислоты и сульфат натрия. Из фосфорных солей в качестве компонентов моющих средств применяют: тринатрийфосфат, тетрапирофосфат натрия, триполифосфат натрия и гексаметофосфат натрия.

Контроль степени обезжиривания (по ГОСТ 9.402-80)

Выбранный участок обработанной поверхности тщательно протирают салфеткой или ветошью, смоченной растворителем, и выдерживают до его полного высыхания. Затем другой чистой салфеткой или ветошью протирают 2-3 раза чистым растворителем участок и любой другой такой же по площади участок. При дневном свете или искусственном освещении сравнивают внешний вид обеих салфеток или ветоши.

Фосфатирование

Фосфатирование - процесс получения на металлах пленки нерастворимых фосфатов, которая увеличивает срок службы лакокрасочных покрытий, улучшает сцепление с металлом и замедляет развитие коррозии в местах нарушения лакокрасочной пленки.

Фосфатирование как метод подготовки поверхности перед грунтовкой широко применяется для изделий, которые эксплуатируются в жестких и особо жестких условиях.

Перед фосфатированием поверхность должна быть очищена от окалины, ржавчины, механических и жировых загрязнений. Качество фосфатного покрытия определяется как характером подготовки поверхности (применение механических методов, сильнощелочных или кислых растворов), так и технологией получения фосфатных покрытий (составом раствора, способом его нанесения, продолжительностью и температурным режимом).

Фосфатирование производят в растворах на основе солей цинка (цинк-фосфатные) или солей железа (железо-фосфатные). Для изделий, не подвергающихся деформирующим или ударным нагрузкам, допускается применение покрытий на основе солей марганца (марганцово-железо-фосфатные покрытия).

Фосфатирование производят методами окунания и распыления: цинк-фосфатные покрытия наносят методами окунания и распыления, железо-фосфатные - методом распыления, марганцово-железо-фосфатные - методом окунания.

Травление

Травление представляет собой операцию очистки металлических изделий от окалины и продуктов коррозии в растворах кислот, кислых солей или щелочей.

Травление производят методами окунания, аппликациями или распылением травильных растворов. Последний способ является наиболее прогрессивным и производительным, он обеспечивает лучшие условия труда, но предъявляет повышенные требования к оборудованию. Травление проводят растворами серной, соляной и ортофосфорной кислот.

Травление растворами ортофосфорной кислоты является наиболее рекомендуемым процессом. Образующаяся в процессе обработки на поверхности металла пленка фосфата железа способствует лучшей адгезии и коррозионной стойкости лакокрасочного покрытия.

Подготовка поверхности преобразователями (модификаторами) ржавчины

Грунтовки-преобразователи (модификаторы) ржавчины наносят на конструкции, с поверхности которых не удалены полностью продукты коррозии, а также окалина.

Большинство грунт-преобразователей ржавчины содержат ортофосфорную кислоту, которая превращает продукты коррозии в нерастворимые фосфаты железа. Ряд грунтовок одновременно с преобразованием ржавчины создают на поверхности металла полимерную пленку, обладающую коррозионной стойкостью длительное время.

Грунтовки-преобразователи наносятся на ржавую поверхность металла по плотно сцепленным с поверхностью продуктам коррозии при толщине последней не более 100 мкм.

Предварительно с поверхности удаляют рыхлую и пластовую ржавчину, а также отслаивающиеся старые лакокрасочные покрытия. Грунтовки-преобразователи эмалевого типа можно наносить как по частично опескоструенной поверхности металла, так и по поверхности, полностью покрытой ржавчиной

Срок службы лакокрасочных покрытий на основе грунтовок-преобразователей равен 60% от срока службы того же покрытия, но нанесенного по опескоструенной поверхности до степени "2" или "1" (ГОСТ 9.402-85).

4. Лакокрасочные материалы

4.1. Экономические аспекты защиты конструкций и оборудования ЛКМ

Основным средством противокоррозионной защиты являются лакокрасочные покрытия, поэтому вопросы выбора и квалифицированного применения лакокрасочных материалов и качественного их нанесения важны и актуальны.

Экономический анализ тех или иных вариантов систем защитных покрытий (см. ниже) строится на основе сопоставления затрат и конечной эффективности полученного покрытия, т.е. оценки комплекса функциональных свойств и долговечности.

Наиболее показательно сопоставлять затраты по стоимости окрашивания 1 м2 защищаемой поверхности с прогнозируемой долговечностью.

Следует иметь в виду, что окончательная стоимость покрытия - это сумма прямых, косвенных и непредвиденных расходов.

Прямые затраты включают:

- стоимость лакокрасочных материалов, растворителей, расходных материалов;

- стоимость использованного оборудования и технологической оснастки;

- амортизационные отчисления на восстановление оборудования и основных производственных фондов;

- полные затраты на выполнение подготовительных, очистных и окрасочных работ;

- полные затраты на выполнение мероприятий по технике безопасности и охране окружающей среды;

- затраты на осуществление контроля всех операций технологического процесса.

Косвенные затраты включают:

- затраты на обеспечение условий для проведения очистных и окрасочных работ (вентиляция, сушка, отопление, освещение и т.п.);

- затраты на возведение лесов, подмостей, транспортные расходы и т.п.

Непредвиденные расходы возникают в результате:

- прерывания работ по подготовке поверхности и окрасочных работ из-за погодных условий;

- вынужденных простоев по различным обстоятельствам: ремонт оборудования, необходимость проведения других неотложных работ в непосредственной близости от места окраски и т.п.;

- необходимости повторного выполнения подготовки поверхности и окрасочных работ вследствие низкого качества их первичного выполнения.

Как сказано выше, эффективность покрытия оценивается как комплекс функциональных свойств (защитных, противообрастающих, износостойких, декоративных и пр.), не меняющихся на протяжении заданного срока службы покрытия.

Таким образом, решающим фактором выбора системы покрытий должна быть ее долговечность. При этом надо учитывать, что затраты на восстановление покрытий часто превышают затраты на их первичное нанесение, а качество восстановленных покрытий, как правило, ниже первоначальных.

Из этого следует, что экономически целесообразно наносить долговечные покрытия на основе высококачественных лакокрасочных материалов, используя современные методы подготовки поверхности и нанесения материалов. Естественно, что первоначальные затраты при этом могут увеличиться. Эксплуатационные расходы будут уменьшаться за счет длительности срока службы защитного покрытия.

Гарантией высокого качества покрытий является и квалифицированный пооперационный контроль при нанесении покрытий: от контроля поступающих на предприятие материалов, приемки очищенной поверхности, контроля во время нанесения покрытия до приемки готового покрытия.

4.2. Критерии выбора лакокрасочных материалов (ЛКМ)

Основными критериями выбора ЛКМ для защиты МО и СК от коррозии являются следующие:

- соответствие материала конкретным эксплуатационным условиям (ГОСТ 9.104-79 и ГОСТ 9.401-91);

- прогнозируемый срок службы до первого ремонта;

- простота нанесения (минимальное число слоев);

- требования к подготовке поверхности под окраску;

- число компонентов для смешивания;

- допустимый уровень влажности, температуры воздуха и поверхности при нанесении;

- адгезионные свойства (ГОСТ 15140-78);

- достаточная эластичность покрытия при тепловом расширении металла;

- стойкость к воздействию речной и морской воды;

- стойкость к УФ-облучению;

- стойкость к воздействию химических веществ;

- сопротивление истиранию и удару;

- токсичность краски, растворителей и отвердителей;

- время твердения или полного высыхания при производстве работ;

- стойкость к воздействию бактерий (биокоррозии);

- простота текущих ремонтов покрытия;

- требования к цвету и внешнему виду покрытия;

- срок годности при хранении;

- стоимость системы защиты в целом с учетом затрат на подготовку поверхности.

4.3. Компоненты лакокрасочных материалов

Лакокрасочные материалы представляют собой многокомпонентные композиции, содержащие пленкообразующие пигменты, наполнители, пластификаторы, отвердители, растворители, разбавители, сиккативы, влаговытесняющие добавки и др.

Иногда рецептура лакокрасочного материала включает в себя до 20 и более компонентов.

Пленкообразующие

Основным компонентом любой лакокрасочной композиции является пленкообразующее, которое при нанесении на твердую поверхность образует пленку (покрытие) и в значительной мере определяет ее основные свойства: адгезию, механическую прочность, стойкость к химическим и физическим воздействиям внешней среды, таким, как перепады температур, пресная и морская вода, растворители, химические реагенты и др.

Пленкообразующие бывают на основе природных растительных масел (олифы) и на основе синтетических смол. В результате пленкообразования на поверхности металла происходит переход материала из жидкого или вязкотекучего состояния в твердое. Это происходит за счет физического испарения растворителей (хлоркаучукуковые, виниловые, сополимерно-винилхлоридные материалы), химической реакции отверждения с использованием сшивающих низкомолекулярных агентов (эпоксидные, полиуретановые) или химической реакции окисления кислородом воздуха (алкидные, масляные материалы).

Химические реакции обычно протекают одновременно с физическим процессом испарения растворителей. Внешним проявлением пленкообразования служит постепенное или скачкообразное увеличение вязкости нанесенного лакокрасочного материала.

Пигменты

Сухие красящие вещества минерального происхождения. Пигменты вводят в состав грунтовок, шпатлевок, красок, эмалей, чтобы придать им нужный цвет. Вместе с тем пигменты влияют и на защитные свойства покрытий. Они повышают твердость и прочность пленки, уменьшает ее водо-, кислородо- и солепроницаемость, оказывают влияние на высыхание пленкообразующей основы. Некоторые пигменты придают покрытию дополнительные противокоррозионные свойства.

Наполнители

Инертные вещества, вводимые в лакокрасочный материал для снижения расхода пигментов, а также для улучшения механических и защитных свойств.

Ингибиторы

Органические или неорганические вещества, введение которых в небольших количествах в лакокрасочный материал позволяет улучшить его защитные свойства.

Пластификаторы

Вещества, которые повышают эластичность пленки покрытия. В качестве пластификаторов применяют растительные масла невысыхающего типа и различные смолообразные вещества. Пластификаторы должны хорошо совмещаться с пленкообразующей основой и не изменять цвет покрытия под влиянием солнечных лучей.

Отвердители

Вещества, используемые для отверждения термореактивных лакокрасочных материалов (эпоксидных, полиэфирных, полиуретановых и др.). В результате взаимодействия реакционноспособных групп пленкообразующей основы и отвердителя образуется твердая нерастворимая пленка с трехмерной молекулярной структурой.

Растворители

Органические летучие жидкости, способные растворить пленкообразующую основу. Вводят в состав лакокрасочных материалов для придания им такой консистенции, при которой их можно наносить на окрашиваемую поверхность тонким равномерным слоем. После нанесения покрытия растворитель улетучивается из пленки.

Разбавители

Органические, летучие жидкости, не растворяющие пленкообразующую основу, но способные разводить лакокрасочный материал до рабочей вязкости. Одно и то же вещество, например, ацетон или скипидар, может быть растворителем для одних пленкообразовате-лей и разбавителем для других.

Сиккативы

Вещества, ускоряющие высыхание растительных масел и лакокрасочных материалов, содержащих эти масла. Сиккатив поглощает кислород воздуха и быстро передает его маслу, благодаря чему сокращается время, необходимое для образования твердой пленки покрытия. Сиккативы представляют собой соли различных металлов: кобальта, марганца, кальция, свинца и др. В некоторых случаях сами пигменты являются ускорителями высыхания красок (например, свинцовый сурик, свинцовые белила и др.).

4.4. Классификация лакокрасочных материалов

Лакокрасочные материалы классифицируют по следующим признакам:

- назначению;

- областям применения (см. п. 4.5);

- типу пленкообразующего вещества (см. п. 4.6);

- консистенции.

По назначению лакокрасочные материалы разделяются на грунтовки, шпатлевки, эмали, краски и лаки.

Грунтовки

Чтобы обеспечить эффективную защиту металлических изделий от коррозии и увеличить срок службы покрытия, необходимо учитывать не только природу защищаемой поверхности и способ ее подготовки под окраску, но также и вид лакокрасочных материалов, которые будут наноситься на подготовленную поверхность.

Первый слой лакокрасочной системы называется грунтовочным, а применяемый для этой цели материал - грунтовкой.

Грунтовка - это суспензия пигментов или их смесей с наполнителями в связующем, образующая после отверждения твердую однородную пленку.

Основное назначение грунтовки - обеспечение высокой адгезии покрытий к защищаемой поверхности и связь с верхним слоем. На металлических поверхностях грунтовка выполняет также защитные функции, оказывая существенное влияние на электрохимические и диффузионные процессы, протекающие на границе металл-покрытия.

Свойства грунтовки определяются ее химическим составом: природой пленкообразующего, видом пигментов и наполнителей, характером применяемых специальных добавок. С другой стороны, свойства грунтовок во многом зависят от природы поверхностей, подлежащих окраске, и качества подготовки этих поверхностей перед нанесением покрытий.

Для придания грунтовкам коррозионной стойкости в них вводят специальные добавки, ингибиторы, поверхностно-активные вещества и др.

Существуют пять типов грунтовок: изолирующие, пассивирующие, протекторные, фосфатирующие и грунтовки - преобразователи ржавчины.

Изолирующие грунтовки содержат пленкообразователи, обеспечивающие низкую проницаемость пленки, препятствующую проникновению влаги и других агрессивных сред к поверхности металла. Обычно в такие грунтовки добавляют желтый сурик, мумию, оксид цинка и др.

Пассивирующие грунтовки содержат в своем составе пигменты, способные пассивировать металл. К таким пигментам относятся в первую очередь хроматы и фосфаты, при введении которых в грунтовку даже в небольших количествах на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка.

Протекторные грунтовки содержат в своем составе до 90% (по массе) металлических пигментов (порошок цинка, алюминия и сплавов цинка с магнием). Их защитные свойства проявляются благодаря катодной поляризации покрываемого металла.

Фосфатирующие грунтовки применяются для фосфатирования поверхности изделий из черных и цветных металлов. Обычно такие грунтовки состоят из двух компонентов: основы и кислотного разбавителя. Основа представляет собой суспензию пероксохроматов цинка в спиртовом растворе поливинилбутираля. Кислотный разбавитель представляет собой спиртовой раствор ортофосфорной кислоты с добавкой воды.

Фосфатирующие грунтовки облегчают пассивацию металла, фосфатируют его и значительно повышают адгезию пленки как к черным, так и к цветным металлам. Применение фосфатирующих грунтовок может исключить трудоемкую операцию фосфатирования изделий, что особенно важно для крупногабаритных изделий.

Грунтовки-преобразователи (модификаторы) ржавчины одновременно с преобразованием ржавчины создают на поверхности металла полимерную пленку, придающую коррозионную стойкость всему покрытию. Грунтовки-преобразователи могут наноситься на ржавую поверхность металла при толщине продуктов коррозии, плотно сцепленных с поверхностью, не более 100 мкм.

Однако срок службы лакокрасочных покрытий на основе грунтовок-преобразователей равен примерно 60% от срока службы того же покрытия, нанесенного по опескоструенной поверхности.

Из наиболее известных грунтовок-преобразователей можно отметить ГРЕМИРУСТ, ЭП-0199, КОРНИКА и т.д. (см. таблицы 5.1-5.3).

На заводах грунтовка наносится тонкой пленкой (до 20-30 мкм) на подготовленную абразивным способом сталь, что обеспечивает временную защиту от коррозии на время механической обработки, транспортировки, монтажа и хранения стальных конструкций. На заводскую грунтовку затем наносится окончательная система покрытий, которая, как правило, включает еще один дополнительный грунтовочный слой.

Таблица 4.1

Совместимость заводской грунтовки с системами лакокрасочных покрытий

Примечания: «+» - совместима; «-» - несовместима; «*» - надо проверять

Материалы для заводской грунтовки должны обладать следующими свойствами:

- быстротой высыхания;

- высокими механическими свойствами, позволяющими осуществление обычных погрузочно-разгрузочных работ;

- обеспечивать защиту в течение регламентированного промежутка времени (до нанесения финишного покрытия);

- обеспечивать высокую адгезию с финишными покрывными слоями;

- не влиять на качество сварочных работ.

Шпатлевки

Шпатлевки - это густая, вязкая масса, состоящая из смеси пигментов с наполнителями, диспергированных в пленкообразующем веществе; предназначена для заполнения неровностей и сглаживания поверхности. Шпатлевку, как правило, наносят на предварительно загрунтованную поверхность (реже - на очищенный металл) для устранения неровностей и исправления таких дефектов, как вмятины, раковины или царапины.

Лаки

Лаки представляют собой раствор пленкообразующих веществ в органических растворителях или в воде, образующий после отверждения твердую прозрачную однородную пленку.

Лаки имеют различные функциональные свойства: химстойкие, для защиты консервной тары, термостойкие, электроизоляционные, декоративные и т.д.

Эмали

Эмаль - суспензия пигментов или их смесей с наполнителями в растворе синтетического пленкообразующего, формирующая после высыхания твердую непрозрачную однородную пленку с различными блеском и фактурой поверхности. Эмали предназначены для нанесения последних (верхних) слоев системы покрытия. Эмали придают покрытию необходимый цвет, обеспечивают декоративные и защитные свойства.

Краски

Краски представляют собой суспензию пигментов в натуральных пленкообразующих типа масел, олиф и дисперсий. Масляные краски - в качестве пленкообразующего используются масла или олифы. Если в качестве растворителя или разбавителя используется

вода, то получаются соответственно водорастворимые и водно-дисперсионные (водоэмульсионные) краски. Существуют также порошковые краски - сухие мелкодисперсные композиции, состоящие из смеси твердых пленкообразователей, пигментов, наполнителей и т.д. В отличие от обычных красок они не содержат растворителей.

4.5. Области применения лакокрасочных материалов (ЛКМ)

В зависимости от области применения ЛКМ в соответствии с ГОСТ 9.032-74* подразделяются на:

- атмосферостойкие (1);

- ограниченно атмосферостойкие (2);

- консервационные (3);

- водостойкие (4);

- специальные (5);

- масло- и бензостойкие (6);

- химически стойкие (7);

- термостойкие (8);

- электроизоляционнные и электропроводные (9).

Атмосферостойкие - образуют покрытия, стойкие к атмосферным воздействиям в различных климатических условиях и эксплуатируемые на открытых площадках, стойкие к ультрафиолетовым из-лученияим.

Ограниченно атмосферостойкие - образуют покрытия, эксплуатируемые под навесом и внутри неотапливаемых и отапливаемых помещений.

Водостойкие - формируют покрытия, стойкие к действию пресной воды и ее паров, морской воды.

Химически стойкие - образуют покрытия, стойкие к действию минеральных и органических кислот, щелочей и др. жидких агрессивных реагентов и их паров.

Масло - и бензостойкие - образуют покрытия, стойкие к действию минеральных масел и консистентных смазок, бензина, керосина и др. нефтяных продуктов.

Термостойкие - стойкие к действию высоких и знакопеременных температур.

Электроизоляционные - устойчивы к действию электрического напряжения, дуговому и поверхностному, разрядам при эксплуатации в широком интервале температур и при воздействии влаги.

Специальные - образуют покрытия, стойкие к рентгеновским и другим излучениям, светящиеся, противообрастающие при эксплуатации в морской и речной воде.

Консервационные - используются для временной защиты окрашенных изделий в процессе их транспортировки и хранения.

4.6. Пленкообразующие лакокрасочных материалов

В зависимости от химического состава пленкообразующего лакокрасочные материалы подразделяют на:

- акриловые (АК);

- алкидные (пентафталевые ПФ и глифталевые ГФ);

- битумные (БТ);

- канифольные (КФ);

- каучуковые (КЧ);

- кремнийорганические (КО);

- перхлорвиниловые и поливинилхлоридные (ХВ);

- поливинилацетальные (ВЛ);

- полиуретановые (УР);

- сополимерно-винилхлоридные (ХС);

- эпоксидные (ЭП);

- эпоксиэфирные (ЭФ).

Ниже приведены краткие характеристики основных типов лакокрасочных материалов, отличающиеся химсоставом пленкообразующей основы.

Эпоксидные лакокрасочные материалы представляют собой двухкомпонентные системы, состоящие из эпоксидного связующего (смолы) и аминосодержащего органического соединения (отвердителя) с добавлением пигментов, наполнителей, пластификаторов.

Преимуществами эпоксидных лакокрасочных материалов являются низкое содержание растворителей, хорошая адгезия к металлу, высокая твердость, стойкость к химическим средам, воде (речной и морской), нефти и нефтепродуктам и многим растворителям.

К недостаткам эпоксидных лакокрасочных материалов можно отнести повышенные требования к подготовке металлической поверхности (до степени "2" по ГОСТ 9.402-80)1, двухкомпонентность, ограниченную жизнеспособность после смешения основы и отвердителя, нанесение при температуре не ниже 10°C, а также определенную токсичность отвердителей.

_______________

1 За исключением материалов, в рецептуру которых входят специальные добавки для улучшения адгезии к плохо подготовленной поверхности.)

Полиуретановые лакокрасочные материалы получаются на основе полиуретановых смол с добавлением пигментов, наполнителей и др. добавок. Полиуретановые смолы - это продукты взаимодействия полиэфирных, феноло-формальдегидных, эпоксидных и других гидроксилсодержащих соединений с полиизоцианатами.

Полиуретановые лакокрасочные материалы бывают двухкомпонентными и однокомпонентными (отверждаемые влагой воздуха).

Покрытия на основе полиуретановых материалов стойки к воздействию кислот, щелочей, растворителей, воды (речной, морской), обладают высокой устойчивостью к воздействию ультрафиолетового излучения, атмосферостойкостью, наносятся при низких температурах.

Однокомпонентные составы более технологичны по сравнению с двухкомпонентными эпоксидными и полиуретановыми составами. Отверждаясь за счет влаги, однокомпонентные полиуретаны более эффективно решают проблему защиты от коррозии, устраняя саму причину возникновения коррозии под пленкой покрытия, используя влагу, адсорбированную на окрашиваемой поверхности, на свою полимеризацию.

Однако полиуретановые покрытия токсичны при нанесении и имеют высокую стоимость.

Алкидные лакокрасочные материалы на основе алкидных смол представляют собой полиэфиры разветвленного строения, получаемые взаимодействием многоосновных спиртов, многоосновных кислот и жирных масел. В зависимости от спирта, используемого при изготовлении, различают глифталевые, пентафталевые и другие смолы.

Алкидные лакокрасочные материалы чаще всего однокомпонентные, для ускорения сушки и отверждения в них перед применением рекомендуется вводить сиккативы. Алкидные лакокрасочные материалы не требуют тщательной подготовки поверхности перед нанесением.

Алкидные покрытия обладают достаточно высокой атмосферостойкостью, эластичностью, хорошей адгезией к металлу, дереву, бетону и высокой межслойной адгезией. Недостатками алкидных покрытий являются низкая водостойкость и химстойкость, сравнительно большой срок высыхания (до 24 ч. при 20°C), необходимость сушки при температуре воздуха не ниже 5˚С.

Акриловые лакокрасочные материалы на основе акриловых смол, получают в результате полимеризации акриловой и метакриловой кислот или их производных. Покрытия на основе данных материалов обладают высокой атмосферо- и светостойкостью, эластичны, стойки к удару, имеют хорошую адгезию. К недостаткам акриловых лакокрасочных материалов относятся низкая стойкость к растворителям, небольшая толщина лакокрасочного покрытия (20-30 мкм), получаемая за один "проход".

Кремнийорганические лакокрасочные материалы представляют собой соединения, состоящие из чередующихся атомов кремния и кислорода и называемые силоксанами. Исходным продуктом для получения кремнийорганических соединений служит четырех-хлористый кремний, из которого синтезируют кремнийорганические хлориды. Гидролиз последних приводит в конечном счете к образованию линейных полимеров - полиорганосилоксанов.

Отечественной промышленностью освоено производство кремнийорганических лакокрасочных материалов с использованием полиорганосилоксанов. Последние представляют собой полимеры или олигомеры линейного или циклического строения, в цепях которых чередуются атомы кремния и азота.

Основными преимуществами кремнийорганических покрытий являются способность высыхать в естественных условиях, сохранение твердости и защитных свойств при длительном воздействии повышенных температур (до 300°C и выше), а также высокие физико-механические показатели.

Недостатком кремнийорганических материалов является низкая адгезия покрытий на их основе к недостаточно хорошо подготовленной поверхности.

Лакокрасочные материалы, получаемые на основе сополимеров винилхлорида (85% по массе) и винилацетата. Винилацетат позволяет увеличить растворимость сополимера. В сополимере на каждые девять молекул винилхлорида приходится одна молекула винилацетата.

Лакокрасочные материалы на основе сополимеров винилхлорида обладают высокой водостойкостью, атмосферостойкостью, механической прочностью. Эти материалы физического отверждения, следовательно, их можно наносить при отрицательных температурах (до-10оС).

Недостатком данных лакокрасочных материалов является низкий сухой остаток (30-45% по массе), следствием этого является небольшая толщина однослойного покрытия (40-50 мкм); необходимо тщательно подготавливать поверхности.

Лакокрасочные материалы на основе хлоркаучуков, которые получают путем хлорирования натурального и синтетического каучуков газообразным хлором. Они однокомпонентны и являются материалами физического отверждения, их можно наносить при отрицательных температурах (до -15°C), и у них относительно непродолжительное время междуслойной сушки.

Покрытия на основе хлоркаучуковых материалов обладают хорошей водо-кислото- и щелочестойкостью, пониженной горючестью.

Недостатками хлоркаучуковых материалов являются ухудшение физико-механических свойств под воздействием солнечного света, низкая стойкость к воздействию растворителей и нефтепродуктов, необходимость тщательной подготовки поверхности.

По консистенции лакокрасочные материалы разделяют на жидкотекучие, тиксотропные, безрастворителъные и порошковые.

Маркировка ЛКМ

Наименование (маркировка) лакокрасочного материала включает его название, буквенное обозначение в зависимости от природы пленкообразующего (БТ, ХВ и т.д.) и несколько цифр, из которых первая указывает назначение материала (атмосферостойкие "1", консервационные "3", водостойкие "4" и т.д.), а остальные - порядковый номер, присваиваемый материалу при его регистрации, а последней указывается цвет материала.

В наименование грунтовок и шпатлевок вместо цифры, указывающей назначение, ставятся соответственно 0 и 00. Это связано с тем, что покрытия из грунтовок и шпатлевок самостоятельно не эксплуатируются и для них не проставляется среда эксплуатации.

4.7. Совместимость Л КМ

Современные лакокрасочные покрытия представляют собой систему лакокрасочных материалов, наносимых на защищаемую поверхность в определенной последовательности.

Лакокрасочные покрытия представляют собой системы лакокрасочных материалов, которые состоят из грунтовок и покрывных ЛКМ. При этом лакокрасочные материалы могут быть разнообразными не только по пигментной части, но и по пленкообразующей основе.

При составлении защитных систем лакокрасочных лучше всего использовать материалы с одним типом связующего. Особенно это касается материалов химического отверждения (эпоксидных и полиуретановых)

(Для обеспечения междуслойной адгезии при нанесении ЛКМ необходимо всегда точно выполнять рекомендации по времени межслойной сушки).

В состав эпоксидов и полиуретанов входят активные растворители (ксилол, ацетон, циклогексанон), поэтому эти материалы нельзя наносить по покрытиям физического отверждения (хлоркаучуковым, виниловым, сополимерно-винилхлоридным, нитроцеллюлозным и т.п.), так как может произойти растворение покрытий и образование дефектов. При нанесении эпоксидных или полиуретановых покрытий на материалы, отверждающиеся кислородом воздуха (алкидные и масляные), может произойти набухание и подрастворение этих покрытий и отслоение всего покрытия от металла.

Полиуретановые эмали наносятся по полиуретановым, поливинилбутиральным или эпоксидным грунтовкам и эмалям, соблюдая требования по условиям межслойной сушки для обеспечения межслойной адгезии.

Эпоксидные эмали можно наносить только по эпоксидным, поливинилбутиральным, цинксиликатным и этилсиликатным грунтовкам и эмалям.

Кремнийорганические и силикатные лакокрасочные материалы не рекомендуется наносить по другим видам лакокрасочных материалов, так как большинство из них являются материалами термического отверждения.

Алкидные и масляные эмали можно наносить практически по всем лакокрасочным материалам физического отверждения, кроме битумных и пековых. В случае применения алкидных и масляных эмалей по покрытиям, содержащим битумы и пеки, возможны миграция последних в верхние слои и изменение их цвета.

Виниловые, сополимерно-винилхлоридные и хлоркаучуковые материалы наносятся по поливинилбутиральным, акриловым, эпоксиэфирным, цинксиликатным и эпоксидным материалам.

При выборе лакокрасочных материалов для ремонта покрытий в период эксплуатации в первую очередь необходимо уточнить тип лакокрасочных материалов, использовавшихся при предыдущим окрашивании, и использовать лакокрасочные материалы на том же пленкообразующем.

Для исключения ошибок следует провести экспериментальную проверку совместимости.

Далее приведена таблица совместимости ряда лакокрасочных материалов.

4.8. Специальные покрытия

Протекторные лакокрасочные материалы

Основная роль противокоррозионных покрытий состоит в создании барьера, уменьшающего проникновение воды, кислорода и агрессивных газов к поверхности металла.

Применяемые для окраски лакокрасочные материалы обычно состоят из тонко размолотых твердых частиц, называемых пигментами, рассеянных в жидкой связующей среде. Пигменты добавляют в лакокрасочные материалы для получения цвета, непрозрачности, увеличения срока эксплуатации и выполнения специальных функций.

Перспективными пигментами, используемыми в лакокрасочных материалах, являются цинковая и алюминиевая пудра (шаровидная, рисовидная или чешуйчатая), которая дополнительно обеспечивает и электрохимическую защиту стали, т.е. значительно повышает долговечность покрытия.

Таблица 4.2

Совместимость лакокрасочных материалов

Примечания: «+» - наносить можно; «-» - наносить нельзя; Можно, но при определенных условиях:

1 - если эпоксиэфирное пленкообразующее разбавлено уайт-спиритом;

2 - если не пробиваются битумы и пеки к поверхности;

3 - при нанесении противообрастающей эмали целесообразно использовать промежуточный слой для

предотвращения диффузии токсинов в битумные (пековые) нижележащие слои;

4 - после проверки межслойной адгезии из-за разнообразия входящих пленкообразующих;

5 - после придания шероховатости или по отлипу;

6 - после эксплуатации не менее 3-х месяцев.

Алюминиевую пудру применяют в покрывных материалах с целью повышения их водо- и влагостойкости. Частицы алюминиевой пудры легкие и имеют форму чешуек, при отверждении покрытия они имеют склонность "всплывать" к поверхности, за счет чего в приповерхностном слое покрытия формируется дополнительный барьерный слой.

Цинк (порошок) применяют в качестве пигмента в грунтовочных материалах для придания грунтовке протекторных свойств. Поскольку стационарный потенциал цинка более отрицателен по сравнению со сталью, при электрическом контакте со стальной подложкой цинк в водной среде становится анодом, растворяется в воде, предупреждая, таким образом, коррозию стали.

Протекторные грунтовки наносят исключительно по качественно подготовленной поверхности, т.е. по чистому металлу.

Использование ингибиторов для защиты закрытых полостей МО

Перспективным следует считать комбинированный метод защиты закрытых полостей, включающий использование различных осушителей и ингибиторов комплексного действия. Сущность метода заключается в том, что в замкнутом пространстве наряду с силикагелем помещают носитель летучего ингибитора. Наличие последнего позволяет осуществлять длительное (в зависимости от природы ингибитора) хранение изделий при высокой относительной влажности.

Ингибирование осуществляют нанесением водных или органических растворов ингибиторов на поверхности конструкций, насыщением воздуха парами ингибитора, внесением в замкнутое пространство пористого носителя ингибитора коррозии или полным заполнением этого пространства носителем ингибитора.

Химические составы, применяемые для защиты черных металлов в описанных условиях, содержат нитрит натрия или нитрит-ион, входящий в состав других соединений. Например, летучие ингибиторы: нитрит натрия + уротропин, нитрит натрия + карбамид, нитрит натрия + бензонат натрия или аммония, нитрит дициклогек-силамина (НДА) или контактные ингибиторы, водные растворы нитрита натрия и вязкие (глицериновые) растворы нитрита натрия.

При нанесении ингибиторов из водных или спиртовых растворов стальные емкости омывают ингибированными растворами и просушивают горячим воздухом с температурой 70-90°C. На внутренней поверхности создаются тончайшие пленки ингибиторов, которые длительно (более 10 лет) защищают изделия от коррозии. Ввиду летучести ингибитора нет необходимости в контроле сплошности такого покрытия.

Эффективны ингибиторы на основе производных молекулярных аминов: ИФХАН (1, 2, 3, 5, 7, 8, 10, 20 и 40), разработанные Институтом физической химии АН РФ. Их следует считать весьма перспективными для защиты крупногабаритных сложных конструкций с разветвленной системой застойных полостей, щелей и зазоров.

Противообрастающие лакокрасочные материалы

Биоповреждения (биокоррозия) - это особый вид разрушения материалов конструкций, связанный с воздействием на них микроорганизмов (бактерий, грибков и др.). Один из видов биокоррозии - обрастание.

Основную массу обрастателей составляют водоросли (зеленые, бурые, красные) и зоообрастатели (балянусы, мидии, гидроиды, лешанки, трубчатые черви).

Для эксплуатируемых под водой стальных сооружений характерен наиболее опасный вид поражения - язвенная коррозия, связанная с микробиологическими процессами. В местах скопления микроорганизмов происходит локальное изменение коррозионной агрессивности среды продуктами их жизнедеятельности за счет подкисления. Это приводит к увеличению энергетической неоднородности поверхности металла и вследствие этого - к усилению его язвенного поражения.

Способы защиты от обрастания подразделяют на механические, химические, физические, физико-химические и другие.

Механические способы: применение специальных микрофильтров; увеличение вблизи обрастающих поверхностей скоростей потока до 2 м/с и более, при которых обрастание не происходит при любой ориентации поверхности в пространстве.

Анаэробный способ, основанный на уничтожении обрастателей путем создания дефицита кислорода в водоводах; очищение конструкций от обрастателей скребками и обработка струей воды под давлением.

Химические способы широко применяются для защиты от обрастания систем водоснабжения: хлорирование и купоросование, насыщение воды азотом или озоном.

Защита металлов от биокоррозии лакокрасочными материалами со специальными биоцидными добавками относится к химическому способу защиты.

Применяемые в настоящее время противообрастающие лакокрасочные материалы можно разделить на материалы контактного типа, растворимые материалы и самополирующиеся лакокрасочные материалы (ХВ-750, ХВ-5153, КФ-5225 и др.).

Следует считать перспективной и катодную защиту, которая ингибирует рост микроорганизмов.

Металлические покрытия

Основными металлическими покрытиями, используемыми в гидростроении, являются цинковые, кадмиевые и, реже, алюминиевые.

Цинковые покрытия обладают высокой стойкостью в атмосферных условиях и водной среде. Цинк является анодом по отношению к стали, он растворяется на поверхности стали, защищая ее. В настоящее время практически все метизы строительной номенклатуры цинкуются либо горячим (в расплаве), либо термодиффузионным способом.

Кадмий также образует анодное покрытие более стойкое в морской воде, чем цинковые.

Алюминиевые покрытия обладают некоторым анодным эффектом по отношению к стали. Наиболее распространенным и относительно недорогим методом нанесения покрытий является электродуговое и газопламенное распыление.

Алюминиевые покрытия предпочтительнее цинковых в нейтральных и слабокислых средах, но уступают им по стойкости в щелочных средах (см. раздел 6).

Неорганические покрытия

Неорганические покрытия получаются в результате химической реакции непосредственно на поверхности металла. К основным неорганическим покрытиям, применяемым для защиты металла, относятся фосфатные, хроматные и др.

Фосфатные покрытия применяют для улучшения физико-механических и антикоррозионных свойств лакокрасочных покрытий на углеродистых и низколегированных сталях. Несмотря на усложнение технологии подготовки поверхности за счет введения еще одной операции и удорожания подготовки поверхности, применение фосфатирования является экономически целесообразным, так как позволяет увеличить срок службы лакокрасочного покрытия на 30-50%.

Фосфатирующие составы представляют собой смесь фосфорной и азотной кислот, оксида цинка и целевых добавок. В последнее время появились универсальные обезжиривающе-фосфатирующие составы, которые позволяют сократить процесс обезжиривания и удешевить процесс подготовки поверхности.

Наряду с фосфатированием для создания на поверхности металлов неметаллического неорганического покрытия используется хроматирование.

Хроматные покрытия обладают более высокой коррозионной стойкостью и физико-механическими свойствами в сочетании с ЛКМ, чем фосфатные покрытия.

4.9. Средства временной защиты

Консервация - это специальная защита МО и СК от коррозии на период их хранения или транспортировки, т.е. на период их нахождения в нерабочем состоянии. Консервацию часто называют "временной защитой", имея в виду не краткость времени хранения или транспортировки, а возможность достаточно легкого удаления защиты в момент, когда изделие следует перевести из законсервированного состояния в рабочее.

Требование простоты и быстроты расконсервации имеет большое практическое значение. Именно этим средства и методы консервации отличаются от постоянных мер защиты.

Консервируют изделия на различные сроки, от нескольких дней до нескольких лет.

При выборе способа консервации учитывают особенности хранения и транспортировки изделий. В зависимости от этого установлены четыре категории условий хранения и транспортировки МО и СК (см. табл. 4.3).

Таблица 4.3

Условия хранения и транспортировки МО и СК

Особый вид временной защиты - защита элементов МО и СК ГТС, подлежащих заделке в бетон (обетонированию).

Поверхности МО и СК после изготовления очищаются пескоструйным способом от окалины и ржавчины, обезжириваются и на период транспортировки консервируются. Используемые в таких случаях материалы не должны ухудшать адгезии бетона к стальной поверхности.

Наиболее целесообразно использовать для этих целей "цементное молочко", в которое для увеличения сроков консервации могут добавляться ингибиторы коррозии стали, используемые в железобетонных конструкциях, например, нитрит натрия.

4.10. Технология и оборудование для подготовки лакокрасочных материалов

По консистенции и реологическим свойствам лакокрасочные материалы разделяют на жидкотекучие, тиксотропные, безрастворительные и порошковые.

Поступающие от поставщика и какое-то время хранящиеся на складе лакокрасочные материалы в большинстве случаев (все, кроме порошковых) нуждаются в подготовке перед их нанесением, т.е. в доведении их до рабочего состояния. Комплекс краскоподготовительных работ включает в себя ряд технологических операций, причем в каждом конкретном случае используется не обязательно весь комплекс, а только операции, которые необходимы.

Перемешивание в транспортной таре. В процессе хранения лакокрасочных материалов может происходить осаждение и коагулирование пигментов и наполнителей, в результате чего на дне тары образуется осадок различной плотности. Материал перемешивается сначала в транспортной таре до однородной консистенции и полного исчезновения осадка. Для этого используются различные стационарные и передвижные перемешивающие установки, кантователи, ручные и механизированные мешалки и т.п.

Перекачивание в раздаточные емкости с фильтрованием. Для этого используются стационарные и передвижные насосные установки, оборудованные устройствами для фильтрования и измерения расхода материалов. Эта операция также может быть выполнена вручную.

Приготовление многокомпонентных материалов. В том случае, если материал поставляется в виде нескольких компонентов (например, основа и отвердитель при поставке эпоксидных материалов), то смесь приготавливается непосредственно перед нанесением. Приготовление производится в раздаточных емкостях, где смешиваются все компоненты, и готовая композиция доводится до рабочей вязкости.

В случае применения однокомпонентного материала производится только доведение его до рабочей вязкости. Тип и количество вводимого разбавителя должны строго соответствовать рекомендациям изготовителя лакокрасочного материала, т.к. чрезмерное количество растворителя может изменить структуру пленкообразующей основы и свойства сформированного покрытия. После введения всех необходимых компонентов и разбавителя смесь тщательно перемешивается в раздаточной емкости и разливается в технологические емкости.

Время для приготовления лакокрасочных материалов устанавливается обязательно с учетом жизнеспособности композиции. Это особенно важно для материалов химического отверждения, у которых период жизнеспособности может составить менее одного часа.

4.11. Контроль качества лакокрасочных материалов

Входной контроль. При применении лакокрасочных материалов необходимо проверять пригодность материалов к употреблению, т.е. осуществлять входной контроль.

Входной контроль производится в следующих случаях:

- если у потребителя возникли сомнения в качестве Л КМ;

- истек гарантийный срок хранения;

- по требованию заказчика.

Входной контроль лакокрасочных материалов, поступивших от поставщика или со склада, производится обычно исполнителем окрасочных работ либо контролером ОТК, и прежде чем дать разрешение на использование материала, необходимо окончательно убедиться в его качестве.

Входной контроль лакокрасочных материалов включает в себя проверку сопроводительной документации, осмотр транспортной тары и установление соответствия свойств материала требованиям, указанным в технической документации на материал.

Сопроводительная документация, подтверждающая соответствие полученного материала заказанному и его качество (сертификат, паспорт, информация на транспортной таре), должна содержать следующие сведения:

- марку материала;

- наименование фирмы-поставщика;

- цвет материала и номер колера по каталогу;

- дату изготовления и срок годности;

- количество материала в каждой тарной упаковке;

- основные технические характеристики материала;

- особые свойства материала (токсичность, пожаро- и взрывоопасность);

- условия хранения.

При осмотре транспортной тары необходимо убедиться в ее целостности, наличии необходимой маркировки, полной комплектности поставки.

Наиболее информативными показателями, объективно характеризующими качество и технологические свойства лакокрасочных материалов и не требующими длительных и трудоемких испытаний, являются:

- вязкость (ГОСТ 8420-74);

- содержание нелетучих веществ (ГОСТ 17537-72);

- степень перетира (ГОСТ 6589-74);

- цвет и внешний вид пленки покрытия (ГОСТ 19266-79);

- укрывистость (ГОСТ 8774-75);

- время высыхания (ГОСТ 19007-73);

- прочность пленки при ударе (ГОСТ 4765-73);

- прочность пленки при изгибе (ГОСТ 6806-73);

- толщина нестекающего слоя (для тиксотропных материалов);

- твердость пленки (ГОСТ 5233-89);

- адгезия покрытия (ГОСТ 15140-78);

- жизнеспособность композиции (для многокомпонентных материалов).

Указанные в скобках ГОСТы рекомендуют проведение испытаний.

Обязательному контролю подвергаются также используемые в процессе подготовки лакокрасочных материалов растворители, разбавители, сиккативы и другие компоненты.

Пробы материалов для испытаний отбирают согласно требованиям ГОСТ 9980-80. Пробы анализируют непосредственно после взятия во избежание изменения свойств материалов (особенно содержащих воду или после хранения при повышенной температуре).

При этом отмечают:

- наличие поверхностной пленки и ее особенности (сплошная, твердая, мягкая, тонкая, толстая и т.д.);

- наличие желатинизации (гелеобразование);

- разделение на слои;

- тип осадка (мягкий, твердый, твердо-сухой);

- наличие и вид примесей.

ЛКМ, в образцах, которых наблюдаются же латинизация, выпадение твердо-сухого осадка или присутствие недопустимых примесей, бракуют и не допускают до испытаний.

Образцы красок наносят на стандартные пластины, которые изготавливают из различных материалов в соответствии с ГОСТ 8832-76. Особое внимание должно уделяться подготовке поверхности пластин перед нанесением испытуемых материалов.

Вязкость лакокрасочных материалов определяется по методике ГОСТ 8420-74, основанной на определении времени истечения определенного объема материала, через сопло заданного размера.

Этот метод применим для оценки реологических свойств большинства лакокрасочных материалов.

Основная аппаратура для проведения испытаний: вискозиметр ВЗ-246 (ГОСТ 9070-75) с диаметром сопла 2,4 или 6 мм, термометр, секундомер и термостат, в котором воронка и образец материала могут быть выдержаны при рекомендуемой постоянной температуре.

Вискозиметром ВЗ-246 с соплом диаметром 4,0 мм определяют вязкость материалов в пределах 15-100 с; вискозиметр ВЗ-246 с соплом диаметром 2,0 мм предназначен для материалов вязкостью ниже 10 с; вискозиметр ВЗ-246 с диаметром сопла 6,0 мм - для материалов вязкостью выше 100 с.

Воронку выбирают с таким расчетом, чтобы время истечения материала находилось в пределах от 30 до 100 с. За время истечения материала при стандартной температуре принимается промежуток времени в секундах от момента начала истечения материала из сопла до момента первого прерывания струи.

Имеется ряд лакокрасочных материалов, представляющих собой тиксотропные коллоидные системы, время истечения которых из воронок получается неопределенным и различным. В таких случаях вязкость материала определяется с помощью вискозиметров, работающих при высокой скорости сдвига.

Толщина нестекающего мокрого слоя тиксотропных лакокрасочных материалов также характеризует их особые свойства. Максимальное (предельное) ее значение является величиной, нормируемой для тиксотропного материала.

Для определения предельной толщины нестекающего слоя используется аппликатор длиной 50 мм со щелями 0,3-0,8 мм. Лакокрасочный материал наносят на пластинки с помощью аппликатора, начиная с большей высоты щели. Затем пластину ставят в вертикальное положение, и после выдержки в течение 1 ч осматривают состояние пленки. За предельную толщину нестекающего мокрого слоя принимают максимальную высоту щели аппликатора, при которой не наблюдается стекание, т.е. перемещение слоя материала относительно подложки.

Содержание нелетучих веществ в лакокрасочном материале - это отношение массы веществ, остающихся в пленке после испарения летучих веществ, к общей массе испытуемого материала, выраженное в процентах. Определение данного показателя производится в соответствии с ГОСТ 17537-72. Методика основана на испарении летучих веществ (растворителей, разбавителей) при нагревании навески этого материала при заданной температуре в течение определенного периода времени (2-3 часа).

Степень перетира, характеризующая степень измельчения содержащихся в лакокрасочном материале пигментов и наполнителей, оценивается по ГОСТ 6589-74. Для этого используется специальный прибор с клинообразной откалиброванной по глубине канавкой, имеющей шкалу с делениями.

Обычно степень перетира наиболее часто применяемых лакокрасочных материалов составляет от 30 до 70 мкм.

Цвет и внешний вид пленки покрытия определяется по ГОСТ 19266-79 путем визуального сравнения его с цветом соответствующих образцов (эталонов) цвета при естественном или искусственном рассеянном свете.

Сравниваемые образцы должны находиться в одной плоскости на расстоянии 300-500 мм от глаз наблюдателя под углом зрения, исключающим блеск поверхности.

Укрывистость лакокрасочных материалов, обусловливающая их расход при нанесении, определяется в соответствии с ГОСТ 8774-75. Метод основан на определении степени (коэффициента) контрастности, т.е. соотношения количества света, диффузно отраженного от черной и белой поверхностей, на которые нанесен лакокрасочный материал. Поверхность считается укрытой, когда коэффициент контрастности достигнет величины, близкой к единице.

Коэффициент контрастности определяется при помощи фотометра. Расход материала (в г/м2), соответствующий значению контрастности К=0,98, и является показателем укрывистости данного материала.

Адгезию покрытий наиболее просто контролировать методом решетчатого надреза по ГОСТ 15140-78. На испытываемом покрытии бритвенным лезвием или скальпелем делают не менее пяти параллельных надрезов до подложки и столько же перпендикулярных к первым.

Ширина надрезов зависит от толщины проверяемого покрытия: на покрытия толщиной менее 60 мкм наносят решетку с единичным квадратом 1x1 мм, на покрытия толщиной от 60 до 120 мкм - 2×2 мм, на покрытия толщиной от 120 до 200 мкм - 3×3 мм.

После нанесения надрезов для удаления отслоившихся кусочков покрытия проводят мягкой кисточкой по поверхности решетки в диагональном направлении по пять раз в прямом и обратном направлении.

Адгезию оценивают в соответствии с нижеприведенной таблицей, используя при необходимости лупу.

Таблица 4.4

Оценка адгезионной прочности покрытий методом решетчатого надреза

Совместимость с растворителем определяют визуально следующим образом. В пробу лакокрасочного материала массой 50 г, помещенного в стакан, при непрерывном размешивании вливают 2,5; 5 и 10 г растворителя, отмечая, при каком количестве в краске появляются хлопьевидные сгустки или образуются комки. Отсутствие их указывает на совместимость материала с растворителем.

Прочность пленки при ударе (ГОСТ 4765-73) характеризует стойкость покрытия к растрескиванию или отслаиванию от подложки при мгновенной деформации под воздействием ударной нагрузки.

Прочность пленки при изгибе (ГОСТ 6806-73) устанавливает эмпирический метод оцени стойкости лакокрасочного покрытия к растрескиванию или отслаиванию от металлической поверхности при изгибе окрашенного образца вокруг цилиндрического стержня в стандартных условиях.

Твердость (ГОСТ 5233-89) лакокрасочной пленки характеризует механическую прочность покрытия после высыхания лакокрасочного материала, поэтому часто данный показатель используется для определения степени высыхания покрытий.

Жизнеспособность многокомпонентных лакокрасочных материалов определяется после смешения компонентов.

Стандартный метод определения жизнеспособности заключается в измерении условной вязкости материала по воронке (ГОСТ 8420-74) сразу после смешения компонентов, затем после выдержки испытуемой пробы при заданной температуре в течение времени, указанного в технической документации на материал.

Материал считается пригодным к использованию, если вязкость пробы, измеренная по истечении заданного времени, не превышает исходную или превышает в допустимых пределах.

Выполнение контрольных операций и результаты контроля оформляются документально на всех стадиях подготовки лакокрасочных материалов.

Контроль, проводимый перед нанесением и в процессе нанесения лакокрасочных материалов

До начала окрасочных работ необходимо проконтролировать состояние поверхности.

Перед нанесением лакокрасочных материалов и в процессе работы проводится тщательный пооперационный контроль всего технологического процесса, включая:

- качество используемых материалов (см. выше);

- работоспособность оборудования, технологической оснастки, приборов контроля;

- квалификацию персонала;

- соответствие климатических условий требованиям технологической документации на проведение окрасочных работ;

- параметры технологического процесса;

- качество выполнения отдельных технологических операций;

- соблюдение правил техники безопасности и охраны окружающей среды.

Контроль в процессе нанесения лакокрасочных материалов

обычно проводится по следующим показателям:

- сплошность покрытия по всей площади поверхности;

- толщина сырого слоя;

- толщина сухого слоя;

- количество слоев покрытия;

- адгезия;

- степень высыхания каждого слоя покрытия перед нанесением последующего слоя.

Сплошность покрытия т.е. равномерное, без пропусков распределение лакокрасочного материала по поверхности оценивается визуально (по укрывистости) при хорошем рассеянном дневном свете или искусственном освещении.

Однако при формировании лакокрасочных покрытий на ответственных конструкциях сплошность контролируется инструментальными способами. Для определения сплошности применяются дефектоскопы ("КОНСТАНТА ЭД2" и др.). В основу работы приборов положен принцип определения электропроводности покрытия при определенном напряжении. Покрытие предварительно увлажняется водой, затем с помощью губки, перемещаемой по поверхности со скоростью приблизительно 30 см/с, по звуковому сигналу отмечаются те места, где сплошность покрытия неудовлетворительна.

Толщина покрытия. В процессе нанесения лакокрасочных материалов обязательно должна контролироваться толщина пленки каждого слоя и общая толщина покрытия. Это делается путем измерения толщины мокрого слоя, затем (перед нанесением последующего слоя) сухой пленки. Контроль мокрого слоя осуществляется непосредственно после нанесения лакокрасочного материала с помощью двух простейших устройств: колесного толщиномера или калиброванной гребенки.

Методика определения толщины мокрого слоя с помощью колесного толщиномера заключается в прокатывании колеса толщиномера по свеженанесенному слою лакокрасочного материала. При этом определяется точка первого соприкосновения эксцентрически расположенного на колесе обода с краской. По шкале диска определяют толщину мокрой пленки. Используя комплект толщиномеров, можно измерять толщины мокрого слоя в разных диапазонах (от единиц до сотен микрометров).

При использовании калиброванной гребенки толщина слоя определяется по зазору между измерительным зубом, касающимся краски, и крайним (базисным) зубом гребенки. Над каждым зубом на гребенке отмечена величина зазора, по которой и определяется толщина слоя. Гребенку необходимо устанавливать перпендикулярно к плоскости поверхности.

Следует отметить, что указанные методы весьма приблизительны и используются не столько инспекторами, сколько самими рабочими для уточнения режимов нанесения лакокрасочного материала. Инспектор использует эти методы для эпизодического предварительного контроля толщины наносимого покрытия.

Для измерения толщины сухой пленки покрытий на магнитной подложке (сталь) используются приборы, работающие на принципе измерения магнитного потока между магнитом (постоянным или электромагнитом) и магнитной подложкой или силы отрыва постоянного магнита от магнитной подложки.

На рабочих местах чаще всего используются электромагнитные приборы для магнитных металлов ("КОНСТАНТА К5", "КОНСТАНТА-МК1", магнитный толщиномер-карандаш и др.). При использовании этих приборов следует иметь в виду, что их показания могут быть искажены на краях исследуемого образца, поэтому измерения следует производить на расстоянии не менее 25 мм от края.

При проведении измерений на шероховатых поверхностях необходимо делать большее количество измерений на одном и том же участке подготовленной поверхности (как минимум 10).

Все приборы перед применением, а также через каждый час во время применения должны быть откалиброваны на "0", верхний предел и те значения толщин, которые предпочтительно будут контролироваться. Для этого используют набор эталонных образцов.

При контроле толщины покрытия в производственных условиях количество и местоположение участков для измерений должны быть такими, чтобы получить убедительные данные о реальной толщине лакокрасочного покрытия. Это должно быть предметом соглашения между заинтересованными сторонами и отмечено в технологической документации (рабочем журнале).

Количество слоев наносимого покрытия контролируется визуально; оно не должно быть меньше, чем указано в технологической документации.

Адгезия покрытия определяется в соответствии с ГОСТ 15140-78 (раздел 4.11, стр.65). Методы определения адгезии по указанному стандарту являются разрушающими и требуют восстановления покрытия на разрушенных участках. Поэтому количество измерений (минимум 3) согласовывается и отмечается в документации.

Степень высыхания (ГОСТ 19007-73) каждого слоя покрытия контролируется для определения возможности нанесения последующего слоя. Ориентировочно о степени высыхания можно судить по значениям времени сушки одного слоя данного материала определенной толщины при определенной температуре, которые рекомендуются поставщиком краски или технологической документацией.

Различают следующие степени высыхания: 1-ю степень, при которой к пленке пыль не пристает, но пленка еще недостаточно окрепла; 2-ю - промежуточную; 3-ю, когда пленка допускает нанесение на нее последующих слоев покрытия; 4-ю и 5-ю степени, когда покрытие полностью высохло и конструкция может быть сдана в эксплуатацию.

Степень высыхания покрытия может контролироваться тактильными методами (прикосновением пальцев рук). Как правило, на практике пользуются такими показателями, как "высыхание до отлипа" и "высыхание на ощупь". Под этими выражениями понимают:

- высыхание до отлипа - легкое нажатие на покрытие пальцем не оставляет следа и не дает ощущения липкости;

- высыхание на ощупь - тщательное ощупывание покрытия руками не вызывает его повреждения.

Контроль сформированного лакокрасочного покрытия производится в том же объеме, что и контроль в процессе нанесения лакокрасочных материалов.

Однако в данном случае за срок высыхания покрытия принимается срок выдержки до ввода в эксплуатацию, т.е. до достижения покрытием оптимальных физико-механических и защитных свойств.

Кроме того, у декоративных лакокрасочных покрытий контролируется цвет, который определяется визуально сравнением с эталоном по стандарту (сертификату на данный материал).

После полного формирования покрытия оно подлежит 100%-ному визуальному контролю внешнего вида (ГОСТ 9.407-84) и выявлению дефектов.

Перечень наиболее распространенных дефектов, их причины и методы устранения приведены ниже в таблице 4.5.

Таблица 4.5

Дефекты лакокрасочных покрытий, причины их возникновения и рекомендации по их устранению