... ...

Системы покрытий ВМП – современные решения проблем защиты металлоконструкций от коррозии

Системы покрытий ВМП – современные решения проблем защиты металлоконструкций от коррозии

Системы покрытий ВМП – современные решения проблем защиты металлоконструкций от коррозии
журнал
«Монтажные и специальные работы в строительстве» 01. 2004 год
авторы
Фришберг И.В., Субботина О.Ю., Ярославцева О.В., г. Екатеринбург
Полное описание

Применение лакокрасочных покрытий (ЛКП) – наиболее широко применяемый способ защиты металлических конструкций от коррозии. Правильный выбор покрытий позволяет максимально продлить сроки их службы и снизить эксплуатационные затраты. Особенно важен вопрос надежности ЛКП в случаях, когда конструкции эксплуатируются в сложных условиях (промышленная или морская атмосфера, регионы Севера, вода, нефть, грунт и т.д.), а к их техническому состоянию и безопасности предъявляются высокие требования.

Одним из немногих отечественных производителей современных антикоррозионных лакокрасочных материалов (ЛКМ) является научно–производственное предприятие «Высокодисперсные металлические порошки» (ВМП). На их основе разработаны системы покрытий для долговременной (как правило, более 10-15 лет) защиты различных объектов: металлоконструкций промышленных предприятий, мостов, дорожных ограждений, опор ЛЭП, антенно–мачтовых сооружений, закладных деталей, резервуаров для хранения воды, нефти и нефтепродуктов, гидротехнического оборудования и портовых сооружений, судов и т.д.

Системы покрытий ВМП построены в соответствии с общепринятыми в мировой практике принципами конструирования комплексных покрытий повышенной надежности. Во-первых, системы содержат слои с разным механизмом защитного действия (рис.1). В качестве грунта в них используются цинкнаполненные покрытия, защищающие сталь электрохимически (катодно). Покрывные слои действуют по барьерному механизму, препятствуя проникновению агрессивной среды. Это сочетание обеспечивает качественное повышение надежности всей системы в целом.

Во–вторых, в этих системах используются ЛКМ нового поколения, содержащие высокоэффективные антикоррозионные компоненты, например, такие как полиуретановые и акриловые сополимеры, пигменты чешуйчатой формы и т.д..

Все это позволяет говорить о соответствии систем покрытий ВМП требованиям международных стандартов, таких как ИСО 12944-5:1998 [1], к покрытиям для долговременной защиты в сложных условиях эксплуатации и, следовательно, о современности предлагаемых решений проблем коррозии.

Рис.1 Общая схема системы покрытия ВМП

По сравнению с традиционными ЛКМ (например, алкидными) системы покрытий ВМП имеют более высокие технико-экономические показатели за счет того, что обладают большим сроком службы и низкой стоимостью эксплуатации, а значит их применение как технически, так и экономически более целесообразно.

К сожалению, отечественные нормативные документы, регламентирующие выбор антикоррозионных покрытий, такие как СНиП 2.03-11–85, ГОСТ 9.401 и ряд других, существенно устарели по сравнению с международными нормами, что препятствует распространению в России материалов прогрессивного ассортимента.

Рассмотрим основные свойства компонентов систем покрытий ВМП.

Цинкнаполненные композиции.
В области цинкнаполненных композиций ВМП уже более 10 лет занимает лидирующие позиции в России. Для их изготовления используется высокодисперсный порошок цинка специального качества, выпускаемый с использованием оригинальных технологий и оборудования. Данный порошок обладает оптимальным сочетанием химического и гранулометрического состава с точки зрения защитных свойств покрытий, в том числе с точки зрения продолжительности катодной защиты [2]. В целом, использование собственного порошка имеет неоспоримые преимущества: отсутствует необходимость транспортирования и длительного хранения порошка, действует система жесткого контроля параметров технологического процесса и качества готового порошка, существует возможность модификации поверхности порошка для улучшения его совместимости с полимерными основами грунтов.

Благодаря высокому содержанию порошка цинка (как правило, более 82 мас.%) покрытия на основе цинкнаполненных лакокрасочных композиций осуществляют катодную защиту стали, подобно цинковым металлическим покрытиям: при воздействии агрессивной среды или при появлении на покрытии дефекта, цинк окисляется, предотвращая коррозию стали и «залечивая» повреждение (рис.2). Поэтому, по аналогии с горячим цинкованием, их применение называют «холодным» цинкованием.

В процессе эксплуатации в микропорах покрытия накапливаются нерастворимые продукты коррозии цинка, и его проницаемость уменьшается. В действие вступает барьерный (изолирующий) механизм защиты, типичный для обычных лакокрасочных покрытий. Его роль постепенно возрастает, однако, при нарушении сплошности покрытия возможность катодной защиты сохраняется в течение длительного времени.

Рис. 2 Особенности механизма защитного действия покрытий
а) – цинкнаполненных; б) традиционных лакокрасочных

Таким образом, цинкнаполненные покрытия сочетают достоинства металлических и лакокрасочных покрытий. Это обусловливает уникальность их свойств (табл.1) и целесообразность применения в системах для долговременной защиты.

Ассортимент цинкнаполненных материалов ВМП учитывает мировые тенденции в области антикоррозионных ЛКМ и включает широкую гамму материалов, отличающихся типом пленкообразующей основы и содержанием порошка цинка. Это композиции широкого назначения: ЦИНОТАН (полиуретановая, отверждаемая влагой воздуха); ЦВЭС (на основе этилсиликата); ЦИНЭП (эпоксидная); ЦИНОЛ (на основе термопластичного полимера); а также специальные составы: термостойкая кремнийорганическая композиция ЦИНОТЕРМ, межоперационная грунтовка ЦВЭС - МО, шпатлевки ЦИНМАСТИК.

Таблица 1

Преимущества цинкнаполненных покрытий

Сравнение цинкнаполненных покрытий:
с горячим цинкованием с традиционными ЛКМ
1. Более высокий срок службы при равном содержании цинка на  единицу площади поверхности за счет более медленного окисления цинка в покрытии, обусловленного изоляцией частиц порошка оболочками связующего и продуктами коррозии цинка. 1. Катодный механизм защиты, способность к «самозалечиванию» в местах дефектов покрытий при эксплуатации,  отсутствие подпленочной, в том числе нитевидной, коррозии (рис.2).  
2. Простота и удобство нанесения любыми лакокрасочными методами, возможность нанесения в заводских и полевых условиях. 2. Повышенная атмосферо- и водостойкость, более длительные (в 2-4 раза) сроки службы систем на их основе, как следствие – экономичность за счет сокращения затрат на ремонты.
3. Возможность нанесения на крупногабаритные конструкции. 3. Устойчивость в холодном климате и к перепадам температур  благодаря близким к стали коэффициентам температурного расширения.
4. Сравнительная экологическая безопасность технологии. 4. Электропроводность. Не накапливают статического электричества.
5. Ремонтопригодность с применением тех же материалов. 5. Пожаробезопасность. За счет большого содержания металла в покрытии не распространяют пламя по поверхности.

Лакокрасочные материалы для покрывных слоев.

Покрывные слои в комплексных системах покрытий ВМП выполняют две основные функции: защищают по барьерному механизму и обеспечивают заданные декоративные свойства.

Ассортимент выпускаемых покрывных ЛКМ включает полиуретановые эмали и композиции: ПОЛИТОН - УР, ПОЛИТОН – УР (УФ), АЛЮМОТАН, ФЕРРОТАН; полиуретановый лак ПУЛАК; акриловую эмаль ПОЛИТОН – АК, а также ряд алюминийнаполненных композиций на различной связующей основе: ПАЭС, АЛПОЛ и АЛЮМОТЕРМ (термостойкая).

Использование в рецептурах покрывных материалов пигментов чешуйчатой формы - железной слюдки и алюминиевой пудры обеспечивает повышенные барьерные свойства. Широкая цветовая гамма эмалей марок ПОЛИТОН достигается тонированием по системе Temacolor и Monicolor (CPS-Color, Финляндия).

Особый интерес представляют полиуретановые составы. В ассортименте ВМП они представлены как одноупаковочными отверждаемыми влагой воздуха материалами (ЦИНОТАН, ФЕРРОТАН и т.д.), так и двухупаковочными эмалями (ПОЛИТОН – УР (УФ)), для которых характерна повышенная стойкость к воздействию атмосферных факторов, в том числе к УФ-излучению.

Наблюдаемый в последнее время не только в России, но и во всем мире рост популярности полиуретановых материалов объясняется присущим им уникальным комплексом свойств: они сочетают высокие прочностные характеристики с эластичностью, устойчивость к абразивному износу и повышенную химическую стойкость, в том числе к воздействию нефти, нефтепродуктов, растворов солей, кислот и щелочей. Полиуретановые покрытия могут применяться не только для защиты стали, но и бетона, железобетона, дерева, так как имеют хорошую адгезию к различным основам. Принимая во внимание высокую технологичность полиуретановых ЛКМ, можно говорить об их универсальности и больших перспективах использования при защите от коррозии объектов самого разного назначения.

Все ЛКМ производятся на ВМП в промышленном объеме. Разработка, технология и производство антикоррозионных материалов на предприятии сертифицированы по ISO 9001:2000 фирмой Aero Cert (Германия). Материалы имеют полный комплект необходимой нормативно–технической документации и гигиенические заключения

Технология нанесения.

ЛКМ производства ВМП – высокотехнологичные составы. Большинство из них одноупаковочны, что упрощает работу с ними и исключает возможность ошибок при смешивании компонентов.

Материалы наносятся обычными лакокрасочными методами (безвоздушное и пневматическое распыление, кисть, валик). Окрасочные работы могут производиться в заводских и полевых условиях в широком диапазоне погодных условий. Большинство ЛКМ допускает применение при отрицательных температурах вплоть до –15 оС и повышенной влажности воздуха – до 90 %, а полиуретановые материалы – даже до 98 %, что весьма важно в суровых климатических условиях России.

Оптимальным способом подготовки поверхности перед нанесением покрытий, обеспечивающим максимальные сроки их службы, является абразивоструйная очистка до степени Sa 2,5 по ИСО 8501-1:1988 (или 2 по ГОСТ 9.402-80). Это обусловлено необходимостью обеспечения хорошей адгезии и создания хорошего контакта между частицами цинка и сталью для полной реализации электрохимических свойств цинкнаполненных покрытий.

К сожалению, на практике, особенно в полевых условиях, соблюдение требуемого качества этой операции весьма проблематично. Однако, для ряда цинкаполненных покрытий в атмосферных условиях эксплуатации может быть допустима очистка до степени Sa 2,0 по ИСО 8501-1:1988, а при ремонтных работах в труднодоступных местах – и механическая очистка до St2 - St3.

Все ЛКМ высыхают в естественных условиях, цинкнаполненные грунты относятся к быстросохнущим материалам.

Системы покрытий ВМП.

Покрытия ВМП успешно выдержали испытания в ведущих отраслевых институтах и лабораториях, среди них такие организации как ЦНИИС, ЦНИИПСК им. Мельникова, НИИ ЖБ, ВНИИСТ, ВНИИ ЖТ, ЦНИИ КМ «Прометей», Трест «Гидромонтаж», НИЦИАМТ, Академия коммунального хозяйства им. Памфилова. На основании их результатов они введены в нормативные документы многих отраслей промышленности (табл. 2).

Таблица 2

Испытания и отраслевая сертификация систем покрытий ВМП

Отрасль

Объекты

Наименование отраслевых испытательных учреждений, нормативные документы

1. Транспортное строительство

Мосты

ЦНИИС, ВНИИЖТ.

СТП – 001-95* корпорации «Трансстрой»; руководство министерства транспорта  (Росавтодор) и технологические указания МПС (ЦПИ 6/32) по ремонту и эксплуатации автомобильных и железнодорожных мостов

Подвижной состав

ВНИИ ЖТ.

ГОСТ 12549 – 2002 «Вагоны пассажирские», технологическая инструкция МПС,  гигиеническое заключение на сварку № 77.01.03.231.П.30110.10.1

Дорожные ограждения

НИЦИАМТ, Уральский институт сварки.

Линии контактных сетей

ВНИИ ЖТ.

Указание МПС №5-145 у от 5.02.2001

2. Промышленное и гражданское строительство

Атмосферные металлоконструкции 

ЦНИИС, ЦНИИ ПСК им.Мельникова, ВНИИ ЖТ, ИЦ «Лакокраска», 

СИЦ (Сочи), КИС (Вьетнам).

Закладные детали

НИИ ЖБ, МГСН 2.08-01, ТИ 12288779.25173.00020

3. Нефтедобыча и нефтепереработка

Резервуары для хранения нефти, оборудование

ВНИИСТ, ИПТЭР.

ТИ 03.4.005.12288779-00, ТИ 03.4.006.12288779-00, ТИ 03.4.005.12288779-00, ТИ 002-12288779-00.

Сертификат Регистра Ллойда № MATS/1515/1, ЯКУТ 25-069-2001

Резервуары для хранения светлых нефтепродуктов

25 ГосНИИ МО, НИИПХ, ИПТЭР, ИЦ «Лакокраска».

Решение МВК № 347 Р от 23.10.2000 г. Сертификат Регистра Ллойда № MATS/1515/1, ЯКУТ 25-069-2001

4. Энергетика

Опоры ЛЭП, опоры контактных сетей

ЦНИИС, НИЦИАМТ, ВНИИ ЖТ,

ЦНИИ ПСК им. Мельникова

Баки – аккумуляторы для хранения воды

ТЭЦ разных регионов России, ОРГРЭС, ЦНИИ КМ «Прометей», ЦНИИ МФ.

РД 153-34.1-40.504-00 ОРГРЭС РАО ЕС, сертификат соответствия РОССRU.ПВ03.Н00849, гигиенические заключения № 66.01.15.231П001601.07.02, 78.2.2.231.П.959.5.00,  рекомендации по введению в ОСТ 5Р.9258, ЯКУТ –25-055-2000

5. Строительство гидросооружений, водное хозяйство

Металлоконструкции ГЭС, гидромеханич. оборудование, водоводы и т.д.

Трест «Гидромонтаж», ЦНИИ КМ «Прометей», СИЦ (Сочи), КИС (Вьетнам)

РД ГМ – 01-02 Треста «Гидромонтаж», рекомендации по введению в ОСТ 5Р.9258.

6. Судостроение и судоремонт

Подводный и надводный борт, балластные цистерны и цистерны для питьевой воды, трюмы, трубопроводы и др. конструкции

ЦНИИ КМ «Прометей», ЦНИИ МФ. 

Решения МВК при ЦНИИ КМ «Прометей» с рекомендацией введения в ОСТ 5Р.9258, ЯКУТ 25-063-2000, 25-069-2001, 25-055-2000, 25-073-2001, сертификат Регистра Ллойда № MATS/1515/1, разрешения Российского Речного Регистра, гигиенические  заключения № 78.2.2.231.П960.5.00, 78.2.2.231.П959.5.00, 78.1.8.Т.20267.12.99

Типовые системы покрытий для металлоконструкций различного функционального назначения приведены в табл.3.

Таблица 3

Строительные объекты и рекомендованные для них типовые системы покрытий ВМП

№ п/п

Наименование объекта

Наименование систем покрытий

Срок службы в умеренном климате, годы, более*

Цинкнаполненный грунт (кол-во слоёв, толщина,мкм)

Покрывной материал

(кол-во слоёв, толщина, мкм)

1

Мостовые металлоконструкции

ЦИНОТАН (2; 80)

ПОЛИТОН-УР (УФ) (1; 60) или ПОЛИТОН-АК (1; 60)**

15

ЦИНОТАН (2; 80)

Виникор-62 или ХП-7120 (2; 60)

10

ЦИНОТАН (2; 80)

Алюмотан (2; 60)

10

ЦИНОЛ (2; 80)

Алпол (2; 60)

10

2

 Антенно-мачтовые сооружения (опоры релейно-сотовой связи)

ЦИНОТАН (1; 40)

ПОЛИТОН-УР (УФ) (1; 50)**

15

ЦИНОТАН (1; 40)

ПОЛИТОН-УР (УФ) (1; 60)

10

3

Резервуары для хранения нефти (внутренняя поверхность)

ЦИНОТАН (2; 100)

ФЕРРОТАН (2; 180)

10

4

Резервуары для хранения светлых нефтепродуктов (внутренняя поверхность)

ЦВЭС №1 (4-5; 160)

-

10

5

Резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов (наружная поверхность)

ЦИНОТАН (2; 80)

ПОЛИТОН-УР (УФ) (1; 60)**

15

6

Опоры линий электропередач или контактных сетей

ЦИНОЛ (2; 80)

АЛПОЛ (2; 40)

20

7

Баки–аккумуляторы ТЭЦ

ЦВЭС № 2 (4-5; 160)

-

6

8

Гидросооружения

ЦИНОТАН (2; 100 )

Алюмотан (2; 60)

10

ЦИНОЛ (3; 120)

Алпол (2; 40)

10

ЦИНЭП (2; 100)

Алюмотан (2; 60)

10

 9

Подводная часть судов

ЦВЭС № 2 (2; 80)

ХС-5226 (2; 100) ***

6

10

Здания и сооружения, закладные детали

ЦИНОЛ (2-3; 100)

-

20

11

Портовые сооружения

ЦИНОТАН (2; 100) или ЦИНЭП (2,100 )

ПОЛИТОН-УР (УФ) (1; 60)****

10

12

Дорожные ограждения

ЦИНОЛ (2; 80)

АЛПОЛ (2; 40)

20

13

Подвижной состав МПС :

ЦИНОЛ- СВ (1; 40)

-

15

- пассажирские вагоны

- цистерны, наружная поверхность

ЦИНОТАН (1; 40)

ПОЛИТОН-УР (УФ) (1; 60)

10

14

Металлоконструкции химических производств

ЦИНОТАН (2; 100)

или ЦИНЭП (2; 100)

ПОЛИТОН-УР (УФ) (1; 60) или ПОЛИТОН-АК (1; 60)****

10

15

Выхлопные трубы, газоходы

ЦИНОТЕРМ (1; 60)

АЛЮМОТЕРМ (2; 100)

5

16

Объекты межоперационной защиты , грунт при конвейерном производстве

ЦВЭС-МО (1; 15)

-

1

* - подготовка поверхности перед нанесением до степени Sa 2,5 по ИСО 8501-1:1988.
** - промежуточные слои - ПОЛИТОН-УР (1; 60)
*** - промежуточные слои - ХС-436 (2; 120)
**** - промежуточные слои - ПОЛИТОН-УР (2; 120)

Эффективность применения систем покрытий ВМП в различных отраслях промышленности подтверждена многолетним опытом их практического использования. В настоящее время потребителями выпускаемых предприятием ЛКМ являются более 500 предприятий. Среди крупных объектов, на которых применялись материалы ВМП, можно выделить металлоконструкции мостов через реки Обь (г. Сургут) (рис.3), Чубук (Турция), Москва; сооружения Московской кольцевой автодороги и многих других дорог федерального назначения, опоры высоковольтных ЛЭП на Урале и в Сибири (рис.4), резервуарное оборудование на нефтяных месторождениях Сибири, Татарии, Удмуртии и Башкирии (рис.5), баки–аккумуляторы для холодной и горячей воды в системах теплоснабжения во многих российских регионах.

Для повышения качества защиты от коррозии строящихся и реконструируемых объектов ЗАО НПП ВМП приглашает организации и мероприятия к взаимовыгодному сотрудничеству.


Рис. 4 Опоры ЛЭП – 220 кВт (Ишим – Тобольск) с покрытием ЦИНОЛ + АЛПОЛ

Рис. 5 Резервуар для хранения нефти РВС-5000 (ОАО Удмуртнефть) с покрытием ЦИНОТАН + АЛЮМОТАН

Литература

  1. ИСО 12944-5:1998 Pains and varnishes. Corrosion protection of steel structures by protective paint systems. Part 5. Protective paint systems.
  2. Фришберг И.В., Субботина О.Ю., Павлюкова О.Н. и др. // Промышленная окраска. 2003. №1. С.8-15.