Полный текст

Безопасная эксплуатация зданий и сооружений всегда являлась актуальной задачей. Имеется множество научных публикаций, посвященных обрушению зданий вследствие коррозии металлоконструкций [1-4]. В целях предупреждения появления и развития коррозии необходимо производить качественную антикоррозионную защиту металлических поверхностей. Монтажные сварные швы, по сравнению с другими участками конструкций, больше всего подвержены коррозии, так как сварка разрушает качественную заводскую антикоррозионную защиту. Существует необходимость в условиях строительной площадки производить надежную и долговечную антикоррозионную защиту монтажных сварных швов. Существует ряд методов, которые могут применяться в качестве антикоррозионной защиты монтажных сварных швов: различные лакокрасочные материалы (эпоксидные, полиуретановые, акриловые и т.д.), цинконаполненные грунтовки, покрытия на основе алюминия, различные виды цинкования: горячее, термодиффузионное, газотермическое, гальваническое [5-9]. В данной статье рассматривается метод гальванического цинкования, антикоррозионная защита которым, как правило, выполняется в заводских условиях с применением ванн. Предлагается рассмотреть возможность применения гальванического метода непосредственно в условиях строительной площадки. Целью исследования является оценка эффективности метода гальванического цинкования для антикоррозионной защиты монтажных сварных швов металлических конструкций зданий и сооружений в условиях строительной площадки. В статье [10], посвящённой антикоррозионной защите сварных швов, авторы рассматривают различные методы антикоррозионной защиты и приходят к выводу о том, что метод гальванического цинкования является наиболее рациональным для защиты стальных изделий от коррозии. По сравнению с другими методами цинкования, гальваническое цинкование позволяет сократить расход цинка. Качество такого защитного слоя выше лакокрасочных антикоррозионных материалов. На основе известного устройства для нанесения электролитических покрытий (патент RU 2533476 от 25.12.12) [11], было разработано устройство (рис. 1), которое позволяет наносить цинковое покрытие электролитическим методом в условиях строительной площадки. Отличительные признаки от прототипа - источник тока вынесен в отдельный корпус; корпус с источником тока снабжен нагрузочными резисторами и тумблерами для выбора режимов работы. Разработанное устройство состоит из корпуса для источника тока с тумблерами для выбора режимов работы, рукоятки, которая представляет собой ёмкость с поршнем для электролита [12] и его подачи к цинковому наконечнику, который в свою очередь обёрнут в хлопковый тампон. Также имеется зажим для соединения с обрабатываемой поверхностью. Все элементы устройства связаны между собой многожильными медными проводами. Первый режим работы устройства служит для нанесения первого слоя цинка, для лучшей адгезии с металлом, второй режим необходим для ускорения нанесения последующих слоёв цинка. Рис. 1. Схема устройства для нанесения цинкового покрытия: 1 - корпус источника тока; 2 - источник постоянного тока, напряжением 11,1 В; 3 - тумблер первого режима работы (сила тока в цепи 0,09 А); 4 - тумблер второго режима работы (сила тока в цепи 0,45 А); 5 - нагрузка цепи мощностью 1 Вт; 6 - нагрузка цепи мощностью 5 Вт; 7 - химически стойкий корпус рукоятки с поршнем для подачи электролита; 8 - медный многожильный провод; 9 - электролит (раствор хлорида цинка с водой); 10 - анод, выполненный из цинка; 11 - материал (вата), пропитанный электролитом; 12 - зажим типа «крокодил»; 13 - обрабатываемая поверхность Fig. 1. Schematic diagram of the device for zinc coating: 1 - current source housing; 2 - DC source, voltage 11.1 V; 3 - tumbler of the first mode of operation (circuit current strength 0,09 A); 4 - tumbler of the second mode of operation (circuit current strength 0,45 A); 5 - circuit load of 1 W; 6 - circuit load of 5 W; 7 - chemically resistant body of the handle with a piston for electrolyte feeding; 8 - copper stranded wire; 9 - electrolyte (zinc chloride solution with water); 10 - anode made of zinc; 11 - material (wool) soaked in electrolyte; 12 - alligator clamp; 13 - processed surface Толщина цинкового покрытия, полученная при помощи разработанного устройства, соответствует требованиям СП 72.13330.2016. Внешний вид цинкового покрытия соответствует требованиям ГОСТ 9.301-86. Технические характеристики разработанного устройства представлены в табл. 1. Таблица 1 Технические характеристики устройства Table 1 Device specifications Наименование Значение Производительность, м2/ч 0,15 Источник постоянного тока ёмкостью, мАч 3600 Время бесперебойной работы, ч 8 Время полного заряда источника тока, ч 3 Возможность регулировки плотности тока Да Масса устройства, г 300 Габаритные размеры корпуса с источником тока, мм Длина 75 Ширина 70 Высота 25 Габаритные размеры рукоятки, мм Высота 120 Диаметр 35 Длина гибких проводов от корпуса до рукоятки, м От корпуса до рукоятки 1,30 От рукоятки до зажима 0,70 Для оценки эффективности существующих типов защиты от коррозии металлических конструкций, а именно, монтажных сварных швов, было проведено испытание различных защитных покрытий. Испытание подразумевало под собой визуальное сравнение следующих антикоррозионных покрытий: лакокрасочных покрытий II, III и IV групп, согласно СП 28.13330.2017; цинковых покрытий, выполненных методами гальванического и холодного цинкования. Для сравнительного анализа покрытий применялись металлические равнополочные уголки из стали Ст3сп по ГОСТ 8509-93, размером 40 ´ 40 ´ 4 мм, с нанесенными сварными швами электродуговой сваркой, электродами ОК-46, по ГОСТ 9467-75. Типы антикоррозионных покрытий (рис. 2), нанесенных на металлические образцы, используемые для сравнения, были следующие: 1. Холодное цинкование (ТУ 20.30.22-328-49404743-2017), толщина покрытия 60 мкм. 2. Фосфатирующий (кислотный) грунт, III группа лакокрасочных материалов, толщина покрытия 150 мкм 3. Эпоксидный грунт IV группа лакокрасочных материалов, толщина покрытия 50 мкм. 4. Грунт ГФ-021 II группа лакокрасочных материалов, толщина покрытия 300 мкм. 5. Гальваническое цинкование с помощью заявленного мобильного устройства, толщина покрытия около 30-35 мкм. Рис. 2. Нанесенные покрытия: 1 - холодное цинкование; 2 - фосфатирующий грунт; 3 - эпоксидный грунт; 4 - грунт ГФ-021; 5 - гальваническое цинкование с помощью заявленного мобильного устройства Fig. 2. The applied coatings: 1 - cold galvanizing; 2 - phosphating primer; 3 - epoxy primer; 4 - primer GF-021; 5 - galvanizing with the declared mobile device Испытание включало следующие операции: 1. Изготовление образцов со сварными швами. 2. Механическую подготовку поверхности сварных швов (очистка швов от загрязнений, окалины, шлака) с последующим обезжириванием образцов. 3. Нанесение антикоррозионных покрытий на подготовленные образцы. 4. Измерение толщины покрытия. 5. Выдержку пластин в растворе хлорида натрия. 6. Визуальный осмотр и сравнение антикоррозионных покрытий образцов после выдержки. Толщина лакокрасочных покрытий была получена при помощи электронного толщиномера. Толщина цинкового покрытия, нанесённого при помощи мобильного устройства, составляет 30-35 мкм, и определена за счет известной производительности устройства. Все толщины покрытий соответствуют СП 28.13330.2017. На каждое антикоррозионное покрытие использовалось по два образца. Всего было изготовлено десять образцов, и все они выдерживались 20 сут в 20 % растворе хлорида натрия, при окружающей температуре воздуха 23 градуса, каждый в отдельной ёмкости, объём раствора в течение всего срока поддерживался. Внешний вид покрытий после выдержки представлен на рис. 3. Антикоррозионное цинковое покрытие, выполненное методом гальванического цинкования с помощью мобильного устройства, показало себя на порядок устойчивее по сравнению с лакокрасочными покрытиями II, III, IV группы и холодным цинкованием. Первые дефекты начали образовываться на образце 4 с покрытием грунт ГФ-021, в виде питтинговой коррозии [13-15] и вздутий покрытия в области сварного шва. Далее, во время выдержки в растворе хлорида натрия, точечная коррозия начала образовываться на образце 1 с покрытием «цинконаполненная грунтовка». Также дефекты начали проявляться на образцах 2 (фосфатирующий грунт) и 3 (эпоксидный грунт) в виде вздутий и отслоений покрытий. На образце с цинковым покрытием, нанесенным гальваническим методом, образовался тонкий матовый слой в виде гидроксида цинка, который не является дефектом и защищает от дальнейшего окисления. Толщина гальванического покрытия, по сравнению с остальными покрытиями, имеет самое малое значение (30-35 мкм), такая толщина недостаточна для защиты от механических воздействий. При эксплуатации существует возможность повредить цинковое покрытие и оголить металлическую поверхность, вследствие чего будет происходить коррозия в месте повреждения. Поэтому необходимо производить дополнительное нанесение лакокрасочного покрытия материалами I или II групп по СП 28.13330.2017. Рис. 3. Внешний вид покрытий после проведения испытания: 1 - холодное цинкование; 2 - фосфатирующий грунт; 3 - эпоксидный грунт; 4 - грунт ГФ-021; 5 - гальваническое цинкование с помощью заявленного мобильного устройства Fig. 3. The appearance of coatings after the test: 1 - cold galvanizing; 2 - phosphating primer; 3 - epoxy primer; 4 - primer GF-021; 5 - galvanizing with a mobile device Анализ результатов после выдержки образцов в растворе хлорида натрия представлен в табл. 2. Таблица 2 Сравнительный анализ различных типов покрытия Table 2 Comparative analysis of different types of coating № п/п Тип покрытия Группа лакокрасочных покрытий по СП28.13330.2017 Внешний вид антикоррозионного покрытия после проведения испытания Визуальная оценка повреждения пластин, % 1 Холодное цинкование (ТУ 20.30.22-328-49404743-2017) - Малое количество точечной коррозии 5 2 Фосфатирующий грунт III Вздутия по периметру сварного шва, редкое отслоение покрытия 9 Окончание табл. 2 № п/п Тип покрытия Группа лакокрасочных покрытий по СП28.13330.2017 Внешний вид антикоррозионного покрытия после проведения испытания Визуальная оценка повреждения пластин, % 3 Эпоксидный грунт IV Многочисленные вздутия в области сварного шва и по периметру 15 4 Гунт ГФ-021 II Вздутия покрытия по всей пластине, местами отслоение покрытия от пластины 18 5 Гальваническое цинкование с помощью предложенного мобильного устройства - Образование тонкого слоя гидроксида цинка (который также является защитным) 1 Выводы Удалось создать рабочий прототип мобильного устройства, который позволяет выполнять электролитическое цинкование на локальных участках металлических поверхностей и имеет малые габариты для удобства нанесения покрытий в условиях монтажа строительных конструкций. Толщина цинкового покрытия, нанесенного методом гальванического цинкования, составляет 30-35 мкм и удовлетворяет требованиям СП 72.13330.2016. Внешний вид цинкового покрытия соответствует требованиям ГОСТ 9.301-86. При проведении сравнительного анализа типов антикоррозионных покрытий метод гальванического нанесения цинкового покрытия с помощью заявленного мобильного устройства показал себя на порядок лучше лакокрасочных покрытий II, III, IV группы и холодного цинкования. Все покрытия, за исключением гальванического, имели дефекты в виде питтинговой коррозии и вздутий. Цинковое покрытие, нанесённое с помощью мобильного устройства, имеет толщину 30-35 мкм. Для защиты монтажных сварных швов строительных конструкций от механических воздействий необходимо предусматривать дополнительное окрашивание поверхности лакокрасочными материалами I или II групп по СП 28.13330.2017.

Об авторах

М. С Казаков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

А. С Гришина

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 76

PDF (Russian) - 91

Ссылки

• Ссылки не определены.