1. Нормативная база антикоррозионной защиты металлоконструкций
Антикоррозионная защита металлических строительных конструкций в Российской Федерации регламентируется комплексом взаимосвязанных нормативных документов. Основным сводом правил является СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии», который устанавливает общие требования к проектированию, выбору и применению методов защиты.
Для лакокрасочных покрытий применяются:
- ГОСТ 9.402-2004 – подготовка металлических поверхностей к окрашиванию, включая требования к степени очистки от окалины и продуктов коррозии
- ГОСТ Р ISO 8501-1-2014 – визуальная оценка чистоты поверхности с классификацией степеней очистки Sa 1, Sa 2, Sa 2½, Sa 3
- ГОСТ 9.032-74 – классификация лакокрасочных покрытий по группам и техническим требованиям
- Серия ГОСТ 34667 (ISO 12944) – защита стальных конструкций от коррозии при помощи лакокрасочных систем
Для защиты методом горячего цинкования действует ГОСТ 9.307-2021, который заменил ГОСТ 9.307-89 и введен в действие с 1 июня 2022 года. Этот стандарт устанавливает требования к цинковым покрытиям, нанесенным при температурах 430-460°C, определяет минимальную толщину покрытий в зависимости от толщины металла и методы контроля качества.
Международная классификация условий эксплуатации основана на стандарте ISO 12944-2, который определяет категории коррозионной активности атмосферы от C1 до C5 и категорию CX для экстремальных условий.
2. Категории коррозионной активности среды
Согласно ГОСТ 34667.2-2020 (ISO 12944-2:2017) и ГОСТ ISO 9223-2017, атмосферная коррозионная активность классифицируется по скорости потери толщины низкоуглеродистой стали. Категория коррозионной активности является определяющим фактором при выборе системы защиты.
| Категория | Характеристика | Потеря толщины стали, мкм/год | Типичные условия внутри помещений | Типичные условия снаружи |
|---|---|---|---|---|
| C1 | Очень низкая | ≤ 1,3 | Отапливаемые здания с нейтральной атмосферой: офисы, школы, магазины, гостиницы | Не применимо для наружных условий |
| C2 | Низкая | > 1,3 до 25 | Неотапливаемые помещения с переменной влажностью и низким загрязнением: склады, спортивные залы | Атмосфера с низким загрязнением: сельские районы |
| C3 | Средняя | > 25 до 50 | Производственные помещения с высокой влажностью: пищевые производства, прачечные, пивоварни | Городская и промышленная атмосфера с умеренным загрязнением SO₂, прибрежные зоны с низкой соленостью |
| C4 | Высокая | > 50 до 80 | Химические заводы, плавательные бассейны, прибрежные судостроительные верфи | Промышленные районы и прибрежные зоны с умеренной соленостью |
| C5-I | Очень высокая (промышленная) | > 80 до 200 | Здания с почти постоянной конденсацией и высоким загрязнением | Промышленные зоны с высокой влажностью и агрессивной атмосферой |
| C5-M | Очень высокая (морская) | > 80 до 200 | Здания в прибрежных зонах с высокой соленостью | Прибрежные и морские зоны с высокой соленостью |
| CX | Экстремально высокая | > 200 | Экстремальные условия с очень высокой влажностью и агрессивной атмосферой (редко встречается, требует специального проектирования) | |
3. Подготовка поверхности металла
3.1. Степени окисления поверхности
Перед выбором метода подготовки необходимо оценить исходное состояние поверхности. По ГОСТ Р ISO 8501-1-2014 выделяют четыре степени окисления металла:
| Степень | Обозначение | Состояние поверхности |
|---|---|---|
| A | Слабое окисление | Стальная поверхность полностью покрыта прочно сцепленной окалиной без видимой ржавчины |
| B | Среднее окисление | Стальная поверхность с начавшей ржаветь и частично отслаивающейся окалиной |
| C | Сильное окисление | Стальная поверхность, с которой окалина удалена или может быть соскоблена, с небольшой поверхностной коррозией |
| D | Очень сильное окисление | Стальная поверхность, с которой окалина удалена в результате коррозии, с наличием питтинговой коррозии |
3.2. Степени очистки поверхности по ГОСТ Р ISO 8501-1-2014
Международная классификация степеней очистки абразивоструйным методом:
| Степень очистки | Характеристика | Применение |
|---|---|---|
| Sa 1 | Легкая абразивоструйная очистка | Удалены рыхлая окалина, ржавчина и посторонние вещества. Поверхность имеет серый цвет |
| Sa 2 | Тщательная абразивоструйная очистка | Удалена большая часть окалины, ржавчины и посторонних веществ. Поверхность имеет серый металлический цвет |
| Sa 2½ | Очень тщательная абразивоструйная очистка | Полностью удалены окалина, ржавчина и посторонние вещества. Допускаются лишь незначительные пятна изменения цвета. Наиболее распространенная степень |
| Sa 3 | Абразивоструйная очистка до визуально чистой стали | Полностью удалены все следы окалины, ржавчины и посторонних веществ. Поверхность имеет равномерный металлический цвет |
3.3. Степени очистки по ГОСТ 9.402-2004
ГОСТ 9.402-2004 устанавливает четыре степени очистки поверхности от окалины и продуктов коррозии:
| Степень | Характеристика поверхности | Условия эксплуатации |
|---|---|---|
| 1 | На любом участке площадью 25×25 мм окалиной занято не более 5%, окалина плотно сцеплена с металлом | Помещения с нормальной и пониженной влажностью |
| 2 | На любом участке площадью 25×25 мм окалиной занято не более 10% | Повышенная влажность, промышленная и морская атмосфера, покрытия высоких классов |
| 3 | Поверхность очищена до металлического блеска. Допускаются цвета побежалости | Особо агрессивные среды, морская атмосфера |
| 4 | Удалена рыхлая ржавчина и отслаивающаяся окалина | Только с грунтовками-преобразователями ржавчины или для изделий с коротким сроком службы |
4. Лакокрасочные покрытия
4.1. Системы лакокрасочных покрытий
Система лакокрасочного покрытия состоит из нескольких слоев, каждый из которых выполняет определенную функцию. По ГОСТ 34667.5-2021 выделяют три основные группы покрытий в зависимости от толщины и условий эксплуатации:
| Группа | Категория коррозии | Минимальная общая толщина, мкм | Типовая схема нанесения |
|---|---|---|---|
| I | C2 | 80-120 | Грунтовка (40-60 мкм) + эмаль (40-60 мкм) |
| II | C3 | 120-200 | Грунтовка (60-80 мкм) + промежуточный слой (40-60 мкм) + эмаль (40-60 мкм) |
| III | C4, C5 | 200-320 | Грунтовка цинкнаполненная (60-80 мкм) + эпоксидная грунтовка (80-120 мкм) + промежуточный слой (60-80 мкм) + эмаль (60-80 мкм) |
4.2. Типы лакокрасочных материалов
Выбор типа лакокрасочного материала зависит от условий эксплуатации и требуемых защитных свойств:
| Тип покрытия | Обозначение | Характеристики | Применение |
|---|---|---|---|
| Эпоксидные | EP | Высокая химическая стойкость, отличная адгезия, ограниченная атмосферостойкость | Грунтовки и промежуточные слои для всех категорий, финишные покрытия для помещений |
| Полиуретановые | UR | Высокая атмосферостойкость, хорошая химическая стойкость, стойкость к истиранию | Финишные покрытия для C3-C5, особенно для наружных конструкций |
| Алкидные | AK | Хорошая адгезия, простота нанесения, ограниченная химическая стойкость | Покрытия для C1-C3 в условиях без химического воздействия |
| Цинкнаполненные | ZN | Катодная защита стали, высокая коррозионная стойкость | Грунтовки для C4-C5, особенно для морской атмосферы |
| Акриловые | AY | Хорошая атмосферостойкость, сохранение цвета, экологичность | Финишные покрытия для C2-C4 |
4.3. Прогнозируемый срок службы покрытий
По ГОСТ 34667.1-2020 срок службы лакокрасочных покрытий классифицируется следующим образом:
| Класс долговечности | Срок службы | Применение |
|---|---|---|
| Низкая (L) | 2-5 лет | Временные сооружения, объекты с коротким сроком эксплуатации |
| Средняя (M) | 5-15 лет | Большинство промышленных и гражданских объектов |
| Высокая (H) | 15-25 лет | Ответственные конструкции, труднодоступные объекты |
| Очень высокая (VH) | > 25 лет | Особо ответственные объекты, мосты, вышки |
Q = (S × H × ρ) / (C × 10)
где:
Q – расход материала, кг
S – площадь поверхности, м²
H – толщина сухого слоя, мкм
ρ – плотность материала, г/см³
C – содержание сухого остатка, %
Пример расчета: Для окрашивания 100 м² металлоконструкций эпоксидной грунтовкой толщиной 80 мкм (плотность 1,4 г/см³, сухой остаток 65%):
5. Горячее цинкование по ГОСТ 9.307-2021
5.1. Технологический процесс
Горячее цинкование представляет собой процесс нанесения защитного цинкового покрытия путем погружения стальных изделий в расплав цинка при температуре 430-460°C. Процесс включает следующие этапы:
- Обезжиривание – удаление масел, смазок и органических загрязнений
- Травление – удаление окалины и продуктов коррозии в растворе соляной кислоты
- Флюсование – нанесение защитной пленки для предотвращения окисления перед погружением в цинк
- Цинкование – погружение в расплав цинка на 2-10 минут
- Охлаждение – на воздухе или в воде для формирования покрытия
5.2. Требования к толщине цинкового покрытия
По ГОСТ 9.307-2021 (таблица 2) минимальные значения толщины покрытия зависят от толщины цинкуемого металла:
| Толщина металла, мм | Минимальная толщина покрытия при локальном измерении, мкм | Минимальное среднее значение толщины покрытия, мкм |
|---|---|---|
| До 1,5 включительно | 35 | 45 |
| Свыше 1,5 до 3,0 включительно | 45 | 55 |
| Свыше 3,0 до 6,0 включительно | 55 | 70 |
| Свыше 6,0 | 70 | 85 |
5.3. Требования к стали для горячего цинкования
Для получения качественного цинкового покрытия рекомендуется использовать низкоуглеродистые стали с содержанием углерода от 0,05% до 0,25%. По ГОСТ 9.307-2021 (таблица 1) рекомендуются следующие марки стали:
| ГОСТ 380 | ГОСТ 1050 | ГОСТ 27772 | ГОСТ 19281 |
|---|---|---|---|
| Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп | Ст05кп, Ст08кп, Ст08пс, Ст08 | С235, С245, С255, С275 | 09Г2С, 17Г1С, 17ГС |
| Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп | Ст10кп, Ст10пс, Ст10 | С285, С345К | - |
| СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп | Ст11кп, Ст15кп, Ст15пс | - | - |
| СтЗГпс, СтЗГсп | Ст18кп, Ст20кп, Ст20пс | - | - |
| Ст4кп, Ст4пс | Ст20, Ст25 | - | - |
5.4. Прогнозируемый срок службы цинкового покрытия
Срок службы горячего цинкового покрытия зависит от толщины покрытия и категории коррозионной активности:
| Категория коррозии | Толщина покрытия 45 мкм | Толщина покрытия 70 мкм | Толщина покрытия 85 мкм | Толщина покрытия 100 мкм |
|---|---|---|---|---|
| C2 | 30-40 лет | 50-70 лет | 60-85 лет | > 70 лет |
| C3 | 15-25 лет | 25-40 лет | 30-50 лет | 40-60 лет |
| C4 | 10-15 лет | 15-25 лет | 20-30 лет | 25-40 лет |
| C5-I | 5-10 лет | 10-15 лет | 12-20 лет | 15-25 лет |
| C5-M | 8-12 лет | 12-20 лет | 15-25 лет | 20-30 лет |
6. Выбор системы антикоррозионной защиты
6.1. Сравнение методов защиты
| Критерий | Лакокрасочные покрытия | Горячее цинкование | Дуплексная система (цинк + ЛКП) |
|---|---|---|---|
| Срок службы в C3 | 5-15 лет | 15-25 лет | 20-40 лет |
| Подготовка поверхности | Абразивоструйная очистка Sa 2½ | Химическое травление, степень очистки 1 | Химическое травление + легкая абразивная обработка |
| Ограничения по размеру | Отсутствуют | Ограничены размерами ванны (обычно до 14×2,4×3,5 м) | Ограничены размерами ванны |
| Защита кромок и сварных швов | Требует особого внимания, толщина может быть недостаточной | Равномерная защита всех поверхностей | Максимальная защита критических зон |
| Ремонтопригодность | Высокая, возможен локальный ремонт | Низкая, требует повторного цинкования | Высокая, возможен ремонт ЛКП |
| Экологичность | Зависит от типа материалов, возможны летучие органические соединения | Высокая, отсутствие летучих веществ при эксплуатации | Средняя |
6.2. Рекомендации по выбору метода защиты
| Условия эксплуатации | Рекомендуемый метод защиты | Обоснование |
|---|---|---|
| C2 - помещения, сельские районы | ЛКП группы I (80-120 мкм) | Экономически оптимальное решение для низкой коррозионной активности |
| C3 - городская атмосфера | ЛКП группы II (120-200 мкм) или горячее цинкование | Выбор зависит от габаритов изделия и требований к сроку службы |
| C4 - промышленные районы | Горячее цинкование или ЛКП группы III (200-320 мкм) | Требуется усиленная защита, цинкование предпочтительно для компактных изделий |
| C5 - прибрежные зоны, агрессивная атмосфера | Дуплексная система (цинк + ЛКП) | Максимальная защита за счет сочетания барьерной и катодной защиты |
| Крупногабаритные конструкции | ЛКП соответствующей группы | Ограничения по размерам ванн цинкования |
| Решетчатые конструкции, опоры ЛЭП | Горячее цинкование | Равномерная защита всех поверхностей, включая труднодоступные |
| Мосты, эстакады | Дуплексная система или ЛКП группы III | Долгий срок службы, минимизация затрат на обслуживание |
7. Контроль качества антикоррозионной защиты
7.1. Контроль лакокрасочных покрытий
Контроль качества лакокрасочных покрытий включает следующие параметры:
| Параметр | Метод контроля | Нормативные требования |
|---|---|---|
| Толщина покрытия | Магнитный толщиномер по ГОСТ 31993-2013 | Не менее минимальных значений для соответствующей группы покрытия |
| Адгезия | Метод решетчатых надрезов или метод отрыва по ГОСТ 31149 | Не ниже 2 баллов (не более 5% отслоений) |
| Степень подготовки поверхности | Визуальная оценка по ISO 8501-1 или фотоэталонам ГОСТ Р ISO 8501-1-2014 | Не ниже Sa 2½ для покрытий групп II и III |
| Внешний вид | Визуальный осмотр | Отсутствие потеков, кратеров, пузырей, морщин, посторонних включений |
| Сплошность покрытия | Электроискровой дефектоскоп (для покрытий толщиной более 250 мкм) | Отсутствие пор и пропусков |
7.2. Контроль цинковых покрытий
По ГОСТ 9.307-2021 цинковое покрытие подвергается контролю по следующим параметрам:
| Параметр | Метод контроля | Объем контроля |
|---|---|---|
| Внешний вид | Визуальный осмотр при освещенности не менее 300 лк | 100% изделий |
| Толщина покрытия | Магнитный метод (п. 8.2.1) или металлографический метод (п. 8.2.2) по ГОСТ 9.307-2021 | Элементы стальных конструкций – до 1%, но не менее 3 шт.; сварные узлы – до 5%, но не менее 1 шт.; крепежные детали – до 0,5%, но не менее 3 шт. |
| Прочность сцепления | Метод нанесения сетки царапин (для толщины до 50 мкм) или метод крацевания, метод нагрева, метод удара поворотным молотком (п. 8.4) | По требованию заказчика или при сомнениях в качестве |
| Химический состав расплава | По ГОСТ 19251.1, ГОСТ 19251.2, ГОСТ 19251.3, ГОСТ 19251.5 | По требованию заказчика. Массовая доля цинка должна быть не менее 98,5% |
8. Часто задаваемые вопросы
Для эпоксидных грунтовок рекомендуется степень очистки Sa 2½ по ГОСТ Р ISO 8501-1-2014 (очень тщательная абразивоструйная очистка). Это обеспечивает удаление всей окалины, ржавчины и посторонних веществ, при этом допускаются лишь незначительные пятна изменения цвета.
Минимально допустимая степень очистки для эпоксидных материалов – Sa 2 (тщательная абразивоструйная очистка), однако она применяется только для категорий C2-C3 и снижает прогнозируемый срок службы покрытия на 20-30%.
Да, нанесение лакокрасочного покрытия на оцинкованную поверхность (дуплексная система) значительно увеличивает общий срок службы защиты. Эффект синергии: срок службы дуплексной системы в 1,5-2,5 раза превышает сумму сроков службы отдельных систем.
Подготовка оцинкованной поверхности под окрашивание включает:
- Удаление белой ржавчины и загрязнений
- Легкую абразивную обработку для создания шероховатости (класс шероховатости G по ISO 8501-1 или степень очистки St 2)
- Обезжиривание
- Нанесение специальных грунтовок для цинка или систем с высокой адгезией к цинковым поверхностям
Для морской атмосферы (категория C5-M) наиболее эффективна дуплексная система защиты: горячее цинкование с последующим нанесением лакокрасочного покрытия группы III. Рекомендуемая схема:
- Горячее цинкование толщиной не менее 85 мкм
- Подготовка цинковой поверхности (легкая абразивная обработка)
- Эпоксидная грунтовка 80-100 мкм
- Промежуточный эпоксидный слой 60-80 мкм
- Полиуретановая эмаль 80-100 мкм
Общая толщина системы: 85 мкм (цинк) + 220-280 мкм (ЛКП). Прогнозируемый срок службы: 30-50 лет без капитального ремонта.
Согласно п. 5.12.9 ГОСТ 9.402-2004, время между окончанием абразивоструйной очистки и началом нанесения грунтовки не должно превышать 24 часов при хранении в помещении с относительной влажностью не более 80%.
В условиях повышенной влажности (более 80%) или при наличии агрессивных газов в атмосфере это время сокращается до 6-12 часов. Превышение указанных сроков приводит к повторному окислению поверхности и значительному снижению адгезии покрытия.
При невозможности соблюдения указанных сроков рекомендуется применение временной противокоррозионной защиты по ГОСТ 9.014-78.
Для категории коррозионной активности C3 (средняя) минимальная общая толщина лакокрасочного покрытия составляет 120 мкм согласно ГОСТ 34667.5-2021. Рекомендуемая система нанесения (группа II):
- Грунтовка эпоксидная или алкидная: 60-80 мкм
- Промежуточный слой (при необходимости): 40-60 мкм
- Эмаль финишная: 40-60 мкм
Общая толщина системы: 120-200 мкм. При выборе системы с толщиной 120 мкм прогнозируемый срок службы составляет 5-10 лет, при толщине 200 мкм – 10-15 лет.
Не рекомендуется или требует специальной технологии цинкование следующих сталей:
- Высокоуглеродистые стали (содержание углерода более 0,25%) – риск образования трещин из-за внутренних напряжений
- Стали с высоким содержанием кремния (Si более 0,37% или (Si+2,5P) более 0,37%) – образуется хрупкое покрытие с плохой адгезией
- Стали с низким содержанием кремния ((Si+2,5P) менее 0,2%) – возможно образование очень толстого неравномерного покрытия
- Закаленные и высокопрочные стали (предел текучести более 650 МПа) – высокий риск водородного охрупчивания
Для таких сталей рекомендуется лакокрасочная защита или термодиффузионное цинкование.
Да, полиуретановые эмали совместимы с эпоксидными грунтовками и могут наноситься непосредственно на них. Эта комбинация является одной из наиболее эффективных для наружных конструкций в категориях C3-C5:
- Эпоксидная грунтовка обеспечивает высокую адгезию к металлу и барьерную защиту
- Полиуретановая эмаль обеспечивает стойкость к УФ-излучению, атмосферным воздействиям и сохранение цвета
Время межслойной выдержки между эпоксидной грунтовкой и полиуретановой эмалью: минимум 4-6 часов, максимум 7 суток при температуре 20°C. При превышении максимального времени межслойной выдержки требуется дополнительная подготовка поверхности.
Прогнозируемый срок службы цинкового покрытия рассчитывается по формуле:
где:
T – срок службы, лет
H – толщина цинкового покрытия, мкм
Vcorr – скорость коррозии цинка в данной среде, мкм/год
Типичные значения скорости коррозии цинка:
- C2 (сельские районы): 0,7-1,5 мкм/год
- C3 (городская атмосфера): 1,5-3,0 мкм/год
- C4 (промышленная атмосфера): 3,0-6,0 мкм/год
- C5-I (промышленная, высокая влажность): 6,0-10,0 мкм/год
- C5-M (морская атмосфера): 4,0-8,0 мкм/год
Пример: Покрытие толщиной 85 мкм в условиях C3 (скорость коррозии 2,5 мкм/год):
T = 85 / 2,5 = 34 года
