Сложные условия эксплуатации мостовых металлоконструкций в сочетании с повышенными требованиями к их техническому состоянию и безопасности определяют необходимость применения надежных средств противокоррозионной защиты.

Хорошо известно, что наиболее длительную защиту стали от коррозии в атмосфере обеспечивают цинковые покрытия, которые при необходимости могут перекрываться лакокрасочными материалами [1-2]. Однако, их нанесение традиционными методами (горячее цинкование, металлизация, электрохимическое осаждение) на крупногабаритные металлоконструкции, например такие как, мостовые, технически трудноосуществимо, и поэтому на практике не используется.

Единственным эффективным способом, позволяющим реализовать уникальные свойства цинка при защите подобных объектов, является технология «холодного цинкования» [3]. Она заключается в применении лакокрасочных материалов, которые в качестве пигмента содержат высокодисперсный порошок цинка. Пленкообразующая основа может быть различной: силикатной (органо/неорганической), эпоксидной, полиуретановой и т.д.

Такие цинкнаполненные композиции (ЦНК) наносят на конструкцию обычными лакокрасочными методами: распылением, валиком, кистью. После высыхания в естественных условиях они образуют на поверхности покрытие с высоким содержанием цинка (как правило, более 85 мас.%). Благодаря этому цинкнаполненное покрытие (ЦНП) способно защищать сталь катодно, подобно цинковым металлическим покрытиям: при воздействии на покрытие агрессивной среды или при появлении на нем дефекта окисляется цинк, предотвращая коррозию стали и обеспечивая «залечивание» повреждения (рис.1,а). Этот механизм защиты называют также протекторным.

Вместе с тем, ЦНП присущ и типичный для лакокрасочных покрытий барьерный механизм защиты: накопление в микропорах покрытия нерастворимых продуктов коррозии цинка препятствует доступу агрессивных агентов к стали. Роль этого механизма возрастает в процессе эксплуатации.

Таким образом, занимая промежуточное положение между металлическими и лакокрасочными покрытиями, ЦНП сочетают достоинства как тех так и других. Это обусловливает уникальность их защитных свойств (табл.1).

Таблица 1. Преимущества цинкнаполненных покрытий.

Преимущества ЦНП по сравнению:
с горячим цинкованием	с обычными лакокрасочными материалами
1. Более медленное окисление цинка в ЦНП за счет изоляции частиц порошка оболочками связующего и продуктами коррозии цинка. Как следствие – более высокий срок службы при равном содержании цинка на единицу площади поверхности	1. Протекторный (катодный) механизм защиты. Отсутствие интенсивной подпленочной и нитевидной коррозии в местах дефектов покрытия при эксплуатации (рис.1,б)
2. Простота и удобство нанесения любыми лакокрасочными методами, возможность нанесения в заводских и полевых условиях, возможность нанесения на крупногабаритные конструкции	2. Более длительные сроки службы (в 2-10 раз), как следствие – экономичность за счет сокращения затрат на ремонты
3. Ремонтопригодность	3. Пожаробезопасность покрытий за счет большого содержания металла в покрытии

Традиционно мостовые металлоконструкции защищают от коррозии лакокрасочными материалами по схеме: «грунтовка + покрывная атмосферостойкая эмаль». Считается [1,4], что наибольшую долговечность в атмосферных условиях обеспечивают системы лакокрасочных покрытий на основе ЦНП. Поэтому уже к концу 70-х годов за рубежом около 80% разрешенных для мостов лакокрасочных систем в качестве грунта содержали ЦНК на эпоксидной или силикатной основе [5]. ЦНК практически вытеснили в этой области алкидные и свинцово-суриковые грунты. Первые из них не отличаются высокими защитными свойствами, вторые - признаны экологически неблагоприятными. В настоящее время в мире доминируют системы на основе цинкнаполненного грунта на эпоксидной основе с полиуретановым покрывным слоем [5-7].

В отечественном мостостроении применение ЦНП началось только в начале 90 - ых гг.. и в значительной мере было связано с освоением промышленного выпуска композиции ЦВЭС на базе собственного порошка цинка особого качества предприятием АОЗТ НПП «Высокодисперсные металлические порошки» (ВМП), г. Екатеринбург. Начиная с 1991 г., данная ЦНК успешно использовалась для защиты таких крупных сооружений, как мосты через реки Чубук (Турция) и Обь (Сургут), многих объектов Московской кольцевой автодороги, Рублево - Успенского и Бережковского мостов, Октябрьского путепровода, комплекса Москва - Сити и др. (рис.2).

В 1995 году на основании результатов испытаний в НИИ транспортного строительства (ЦНИИС, г. Москва) и многолетнего опыта применения композиция ЦВЭС введена в отраслевой стандарт «Корпорации Трансстрой» СТП - 001 - 95 «Защита металлических конструкций мостов от коррозии методом окрашивания» и на сегодняшний день является единственным отечественным ЦНК, входящим в последнюю редакцию этого документа [8] (табл.2). Технология нанесения ЦВЭС освоена многими заводами - изготовителями мостовых металлоконструкций.

Таблица 2. Системы покрытий для защиты мостовых металлоконструкций.

№	Грунтовочный материал		Покрывная эмаль		Общая толщина покрытия, мкм	Срок службы в различных условиях эксплуатации, года, не менее		Стоимость ЛКМ на 1 м2 (в ценах на декабрь 2001 г.), руб.
	Марка	Толщина, мкм	Марка (кол-во слоев)	Производитель		У1	УХЛ1, ХЛ 1
1	ЦИНОТАН	80-100	ХП – 7120	ОАО НПФ «Спектр ЛК», г. Москва	140-180	10	10	90
2	ЦИНОТАН	80-100	Виникор (2)	ООО НВПФ «Экор–Нева», г. С-Петербург	150-190	10	10	97
31)	ЦВЭС	80-100	Виниколор (2)	НИПРОИНС НПФ «Пигмент», г. С-Петербург	140-160	10	10	98
41)	ЦВЭС	80-100	ХВ – 16 (2-3)	Различные производители	120-140	8	7	85
51)	ЦВЭС	80-100	Steеlpaint – Mica (2)	Фирма Stelpaint, Германия	220-250	12	10	181
6	ЦВЭС	80-100	Виникор (2)	ООО НВПФ «Экор–Нева», г. С-Петербург	150-190	10	10	105
7	ЦВЭС	80-100	ПАЭС (2)	НПП ВМП, г. Екатеринбург	120-160	10	10	98
82)	ЦВЭС	80-100	ХС –119 (2)	Рижский ЛКЗ, Латвия	120-160	10	10	98
9	ЦИНОЛ	80-100	АЛПОЛ (2)	НПП ВМП, г. Екатеринбург	120-160	10	10	99
101)	ФЛ – 03 К	40-50	ХВ - 16	Различные производители	90-120	5(фактически – меньше)	Применение не допускается	19
111)	ГФ - 0119	40-50	ХВ - 16	Различные производители	90-120	5 (фактически – меньше)	Применение не допускается	15

Примечания:¹⁾ - системы, введенные в СТП – 001 – 95*, остальные – рекомендованы ЦНИИСом. Однако, СТП – 001 – 95* допускает применение не упомянутых в нем систем, при их согласовании с ЦНИИСом. ²⁾ - система была введена в первую редакцию СТП – 001 -95.

Некоторые характеристики композиции ЦВЭС и покрытия на ее основе приведены в табл.3 - 4. Несмотря на ряд очевидных достоинств, отдельные свойства композиции, обусловленные химической природой пленкообразователя (двухупаковочность, повышенная чувствительность к качеству подготовки поверхности) снижают ее привлекательность для потребителей.

В связи с этим в последние годы на НПП ВМП разработаны и производятся в промышленном объеме новые ЦНК, учитывающие мировые тенденции развития в области антикоррозионных ЛКМ: полиуретановая композиция ЦИНОТАН; краска ЦИНОЛ на полимерной основе; эпоксидная грунтовка ЦИНЭП (табл. 3-4). Кроме того, разработана шпатлевка ЦИНМАСТИК для заделки стыков металлоконструкций, также содержащая порошок цинка.

Таблица 3. Характеристики ЦНК производства НПП ВМП

Марка	Кол-во упаковок, шт.	Тип пленко образователя	Условия нанесения		Условная вязкость по ВЗ 246-4, ГОСТ 8420-72, с	Время высыхания до степени 3 по ГОСТ 19007, часы, не более	Толщина сухого слоя, мкм	Теоретический расход на 1 слой покрытия, г/ м2
			Темпе ратура, оС	Относи тельная влажность, %
ЦИНОТАН	1	Полиуретан, отверждаемый влагой воздуха	От –15 до +40	30 - 98	20-80	3	40-60	200-290
ЦВЭС	2	Модифици рованный этилсиликат	От –15 до +40	30 - 80	17-32	0,5	20-40	130 - 230
ЦИНОЛ	1	Высокомо лекулярный полимер	От –15 до +40	До 90	15-30	0,5	30-50	200 - 320
ЦИНЭП	2	Эпоксидный	От +10 до +40	До 80	25-55	1,5	40-60	200 –300

Таблица 4. Характеристики ЦНП производства НПП ВМП

Марка	Адгезия по ГОСТ 15140-78, баллы, не более	Эластичность при изгибе по ГОСТ 6806-73, мм, не более	Прочность при ударе по ГОСТ 4765-73, см, не менее	Содержание цинка в покрытии, мас. %
ЦИНОТАН	1	2	50	83-86
ЦВЭС	1	3	50	89-92
ЦИНОЛ	1	5	50	95-96
ЦИНЭП	1	3	50	86-89

Среди достоинств новых ЦНК можно отметить следующие:

• ЦИНОЛ и ЦИНОТАН - одноупаковочны, что повышает их технологичность;
• нанесение ЦИНОЛа и ЦИНОТАНа возможно при повышенной влажности воздуха (табл.3). Для ЦИНОТАНа такие условия даже более предпочтительны с точки зрения времени сушки покрытия;
• композиции ЦИНОЛ, ЦИНОТАН и ЦИНЭП менее требовательны к качеству подготовки поверхности по сравнению с ЦВЭС. Для них допускается дробе-(песко-)струйная очистка до степени Sa 2,0 по ИСО 8501-1:1988, а при ремонтных работах в труднодоступных местах - и механическая очистка до степени St 2- St 3.

Системы покрытий на основе ЦИНОТАНа и ЦИНОЛа прошли успешную проверку в ЦНИИСе и рекомендованы для защиты мостовых металлоконструкций (табл.2).

Все ЦНК производства НПП ВМП отличаются прочным сцеплением со сталью, стойкостью к механическим повреждениям, эластичностью (табл.4), высокими защитными свойствами (табл.2), а также технологичностью при нанесении как в заводских условиях, так и на строительной площадке.

Кроме того, эти материалы отвечают современным экологическим нормам: они содержат либо малотоксичный растворитель (ЦВЭС), либо небольшое его количество - менее 25% (другие композиции).

ЦНК производства НПП ВМП весьма привлекательны и с точки зрения их применения в суровых климатических условиях России:

• большинство из них, за исключением ЦИНЭП, можно наносить в условиях пониженных температур, вплоть до -15 оС;
• в отличие от обычных лакокрасочных покрытий для ЦНК не характерно растрескивание и отслаивание, возникающее при перепаде температур в холодном климате [9].

И в дополнение ко всему вышесказанному, ЦНП относятся к группе материалов, не распространяющих пламя по поверхности [9]. Это делает предпочтительным их использование в местах большого скопления транспорта и людей.

В целом, при выборе надежной системы защиты мостов следует придерживаться принятой в мире практики: чем сложнее ожидаемые условия эксплуатации моста (высокая степень загрязнения атмосферы, повышенная влажность, холодный климат и др.), тем больше оснований в пользу выбора ЦНП в качестве грунта.

Несмотря на то, что все ЦНК производства НПП ВМП, в целом, полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к грунтам для защиты мостовых металлоконструкций, по нашему мнению, в этой отрасли наиболее эффективно применение композиции ЦИНОТАН. Этот материал специально разрабатывался для мостостроения с целью замены композиции ЦВЭС. При этом последняя не потеряла своего значения в ряде отраслей, где применение других материалов невозможно.

ЦИНОТАН обладает всеми общепризнанными достоинствами полиуретанов [10], удобен в работе, доступен, экономичен, имеет надежные покрывные атмосферостойкие эмали. Его физико- механические и защитные свойства не уступают характеристикам известных аналогов, например, грунту Steelpaint - PU-Zn. Выпуск ЦИНОТАНа на НПП ВМП базируется на собственном производстве специального полиуретанового лака, что во многом гарантирует его независимость от импорта.

ЦИНОТАН уже применялся для защиты ряда крупных объектов, среди них - мост через р.Волгу (Ульяновск). Работы по окраске пролетного строения проводились в 1999-2001 гг. непосредственно на строительной площадке вблизи воды (рис.3). В качестве покрывной эмали использована ХП - 7120. Кроме того, композиция ЦИНОТАН прошла неоднократную апробацию на заводах ОАО «Мостоиндустрии»: «Курганстальмост», Чеховский завод мостовых металлоконструкций. В ходе этих работ технологические характеристики материала были приведены в соответствие с требованиями предприятий отрасли.

Несмотря на неоспоримые достоинства ЦНК, объем их использования в отечественном мостостроении не очень высок. Безусловно, это связано с более высокой стоимостью ЦНК по сравнению с обычными грунтами (табл. 2), а также с необходимостью более тщательной подготовки поверхности перед их нанесением. В то же время, стоимость материалов для системы покрытий на основе ЦНК составляет всего около 30-40% от общих затрат по ее нанесению даже в заводских условиях, а в условиях монтажной площадки и того меньше.

Кроме того, срок службы систем покрытий на основе ЦНП в целом составляет не менее 10-12 лет, в то время как для традиционных в России систем на основе грунтовок ГФ - 0119 и ФЛ - 03 К, введенных в СТП - 001- 95*, прогнозируемый срок службы в два раза ниже (табл.2). Фактически же известно, что переокраска конструкций, защищенных лакокрасочными покрытиями на основе ГФ - 0119 и ФЛ - 03 К, производится через 1-2 года. Учитывая это, применение ЦНК позволит многократно уменьшить последующие затраты на эксплуатацию и ремонт.

Если рассматривать вопрос об экономической целесообразности применения ЦНК с точки зрения снижения отложенных затрат, то следует обратить особое внимание на применяемые покрывные эмали.

ЦНП производства ВМП совместимы с большим количеством различных атмосферостойких эмалей известных российских и зарубежных производителей. В ассортименте ВМП имеются и собственные покрывные материалы на основе алюминиевой пудры (ПАЭС, АЛПОЛ, АЛЮМОТАН) (табл.2).

В отечественном мостостроении доступность и относительно низкая стоимость определили широкое распространение в качестве покрывных слоев перхлорвиниловых материалов (ХВ-16). Однако, с точки зрения эффективности защиты наиболее перспективны эмали на основе модифицированных эпоксидов (Виникор, Виниколор), хлорсульфированного полиэтилена (ХП-7120), полиуретанов, акрилов, способных обеспечить сроки службы 15 лет и более. Материалы двух последних типов в России в настоящее время практически не выпускаются, использование же зарубежных - приводит к повышению затрат на систему в целом в 1,6 - 2 раза.

В связи с этим на НПП ВМП подготовлены к выпуску собственные полиуретановые и акриловые эмали для атмосферных условий эксплуатации. Ожидаемое при этом снижение стоимости материалов, например, для системы «ЦНК + полиуретановая эмаль» по сравнению с импортной, составит не менее 30-40%.

В заключение необходимо отметить, что за годы работы НПП ВМП утвердилось на рынке, и на сегодняшний день занимает в России лидирующее положение в области разработки и производства цинкнаполненных материалов для защиты от коррозии. Производственные мощности по их выпуску составляют порядка 5000 тонн в год и способны удовлетворить потребности любых крупных заказчиков. Предприятие непрерывно развивается, расширяя ассортимент продукции и вводя в строй новые производственные мощности. В частности, в 2002 году вводится линия по выпуску покрывных материалов для комплексных систем покрытий.

ЦНК производства НПП ВМП и системы на их основе введены в стандарты многих отраслей хозяйства. В сферу деятельности предприятия входит и технологическое сопровождение продукции, которое включает предоставление необходимой документации и всестороннюю помощь в освоении материалов. НПП ВМП готово к расширению сотрудничества с предприятиями мостоиндустрии в целях повышения качества антикоррозионной защиты строящихся и реконструируемых мостов в России.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Окрасочные работы в машиностроении: Справочник / Искра Е.В., Луковский А.М., Петров Ю.С. и др. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. С.256
2. Розенфельд И.Л. и др. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями. М.: Химия, 1987, 224 с.
3. Фришберг И.В., Юркина Л.П., Субботина О.Ю., Посохин Ю.В. Современные отечественные цинкнаполненные краски. Опыт их применения. Лакокрасочные материалы, 1997, № 2, с. 8-13.
4. ИСО 12944 «Лаки и краски. Антикоррозионная защита стальных конструкций с помощью защитных лакокрасочных систем».
5. Высококачественные покрытия для стальных мостов - Журнал Тиккурила коутингс. №1, 1999. С. 12-15.
6. Oresund project protected by International Protective Coatings - Anticorros. Meth. And Mater. - 1999 - 46, №3, с. 222-223.
7. International protects Oresund crossing - Corros. Manag. - 1999, №28, с.13.
8. СТП 001-95*. «Защита металлических конструкций мостов от коррозии методом окрашивания». М.: Корпорация «Трансстрой», 2000.
9. Субботина О.Ю., Пирогов В.Д., Самсонова А.И., Балахнина Л.А. Цинкнаполненные покрытия ЦВЭС и ЦИНОЛ для защиты от коррозии в судостроении и судоремонте. Лакокрасочные материалы, 1998, № 9, с.25-30.
10. Ямский В.А. Полиуретановые лакокрасочные материалы. Лакокрасочные материалы, 1995, №2, с.19-22.