08-12-22

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

1

Zabezpieczenia antykorozyjne

konstrukcji metalowych

KONSTRUKCJE METALOWE

08-12-22

2

PLAN WYKŁADU

PROCES KOROZJI

OCHRONA ANTYKOROZYJNA

- STAL TRUDNORDZEWIEJĄCA

- POWŁOKI MALARSKIE

- POWŁOKI METALOWE

- OCHRONA KATODOWA

BIBLIOGRAFIA

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

3

Korozja metali - stopniowe niszczenie metalu pod wpływem
chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania środowiska.
W wyniku procesu korozyjnego metal przechodzi ze stanu wolnego
w stan chemicznie związany [11]

Źródło [7]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

4

Podział z uwagi na charakter zjawiska:
- korozja elektrochemiczna,
- korozja chemiczna.

Podział z uwagi na rodzaj zniszczenia
korozyjnego:

- korozja ogólna (powierzchniowa),
- korozja miejscowa:

- wżerowa,
- podpowierzchniowa,
- międzykrystaliczna,
- naprężeniowa,
- zmęczeniowa.

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

5

Źródło [4]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

6

Źródło [4]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

7

metale nieszlachetne

metale szlachetne

Na < Mg < Al < Zn < Fe < Cd < Co < Ni < Pb < (H) < Cu < Hg < Ag < Au

wzrost potencjału normalnego

Szereg napięciowy - uporządkowanie zbioru metali wg kolejności, w której
metale wykazują zdolności do wypierania się nawzajem z roztworu. Im dalej
leżą od siebie metale, w tym szeregu tym pełniejsze jest wypieranie metalu o
wyższym potencjale normalnym przez metal o niższym potencjale np.:
Zn + Cd

2+

-> Zn

2+

+ Cd (...) [11]

Korozja elektrochemiczna - wynik reakcji elektrochemicznej towarzyszącej
działaniu roztworów elektrolitów lub wilgotnych gazów na metale.

W warunkach tych tworzą się ogniwa galwaniczne, w których anoda
(elektroda o niższym potencjale) ulega niszczeniu korozyjnemu (utlenienie),
a na katodzie (elektrodzie o wyższym potencjale) zachodzi, w ilości
chemicznie równoważnej , odpowiedni proces redukcji (...) [11]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

8

2

2

Fe

Fe

e

+

→

+ ⋅

2

2

1/ 2

2

2

O

H O

e

OH

−

−

⋅

+

+ ⋅

→ ⋅

2

2

2

1/ 2

(

)

Fe

O

H O

Fe OH

+

⋅

+

→

wodorotlenek żelaza

rdza

reakcja anodowa (utlenienie)

reakcja katodowa (redukcja)

Źródło [2]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

9

Zależy od [1]:
- warunków eksploatacyjnych,
- stopnia zanieczyszczenia atmosfery,
- czasu oddziaływania zanieczyszczonej atmosfery na metal,
- temperatury powietrza,
- stanu powierzchni konstrukcji,
- składu chemicznego stali (zawartość węgla i pierwiastków stopowych),
- wilgotności powietrza,
- wielkości naprężeń od obciążeń mechanicznych.

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

10

Źródło [4]

Źródło [2]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

11

Źródło [3]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

12

Źródło [3]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

13

Źródło [6]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

14

Źródło [6]

Korozja - stan powierzchni konstrukcji

Korozja - rozwiązania konstrukcyjne

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

15

08-12-22

15

Korozja – rozwiązania konstrukcyjne

PROCES KOROZJI

rozerwanie przekroju zamkniętego

brak spoiny obwodowej

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

16

Źródła prądów błądzących:
- trakcja kolejowa, tramwajowa (szczególnie niebezpieczna trakcja na prąd

stały - 100-krotnie większy efekt korozyjny niż przy równoważnym prądzie
przemiennym)

Konstrukcje narażone na działanie korozji wywołanej prądami błądzącymi:
- podziemne rurociągi,
- podziemne zbiorniki,
- kable,
- fundamenty,
- inne konstrukcje podziemne.

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

KOROZJA WYWOŁANA PRĄDAMI BŁĄDZĄCYMI

- rodzaj korozji

ziemnej występującej w przedmiotach metalowych, znajdujących się w
glebie, pod wpływem elektrycznych prądów błądzących (...) [11]

Prądy błądzące - prądy, które płyną w innych obwodach niż prądy
właściwe lub inne prądy uboczna płynące do ziemi [2]

08-12-22

17

Źródło [2]

KOROZJA WYWOŁANA PRĄDAMI BŁĄDZĄCYMI

podstacja

pojazd szynowy

miejsce korozji

Szybkość korozji wywołanej prądami błądzącymi różnych metali

Źródło [2]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

18

Przykłady korozji chemicznej:
- tworzenie się warstewki zgorzeliny (tlenków żelaza) na wyrobach

walcowanych na gorąco,

- korozja kominów stalowych,
- korozja zbiorników chemicznych.

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

KOROZJA CHEMICZNA

- korozja metali w suchych gazach lub

nieelektrolitach. Jest ona wynikiem reakcji chemicznej (jednej lub kilku) na
granicy faz metal - środowisko agresywne. Najczęstszym przypadkiem jest
korozja gazowa, wywołana działaniem agresywnych gazów przy wysokiej
temperaturze. Przykładem korozji metali w nieelektrolitach jest działanie
niektórych substancji organicznych np. korozja stali w kwasach
tłuszczowych [11].

08-12-22

19

Ubytki korozyjne ścianek kominów stalowych [mm/rok]

Źródło [12]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

KOROZJA CHEMICZNA

08-12-22

20

1

1 0, 04

kor

e

t

t

α

=

+

⋅ ⋅+

0,1

i

i

t

S

=

⋅

∑

+

Wg PN-93/B-03201 działanie korozji na kominy stalowe należy
uwzględniać przez:

- zmniejszenie grubości ścianek o prognozowane ubytki korozyjne,

a następnie sprawdzenie ich nośności

- zmniejszenie wytrzymałości obliczeniowej stali przez zastosowanie

współczynnika określonego wzorem:

gdzie:
t

e

- planowany czas użytkowania komina w latach,

- ubytek korozyjny grubości ścianek w mm/rok

i

i

S

∑

powinna zawierać się w granicach od 0 do10.

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

KOROZJA CHEMICZNA

08-12-22

21

Stopnie zagrożenia korozyjnego S

i

wg PN-93/B-03201.

Źródło [12]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

KOROZJA CHEMICZNA

08-12-22

22

Naddatki korozyjne wg normy niemieckiej DIN 4133.

Źródło [12]

PROCES KOROZJI

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

KOROZJA CHEMICZNA

08-12-22

23

Sposoby ograniczania procesów korozyjnych [1]:

- odpowiedni dobór składu chemicznego materiału konstrukcyjnego,

- racjonalne projektowanie,

- prawidłowe stosowanie powłok ochronnych,

- właściwe wykonawstwo i eksploatacja.

OCHRONA ANTYKOROZYJNA

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

24

Zalecenia konstrukcyjne [1]:

- ustawienie kształtowników uniemożliwiające gromadzenie się

cieczy (deszczu, kondensatu),

- wykonywanie w elementach otworów na odpływ cieczy,

- konstruowanie przekrojów zamkniętych, szczelnych,

- wykonywanie elementów umożliwiających swobodny opływ

powietrza i szybkie odparowania cieczy (najlepsze - przekroje
rurowe i skrzynkowe, najgorsze - kątowniki i dwuteowniki
szerokostopowe),

- konstruowanie przekrojów o narożach i krawędziach zaokrąglonych,

- unikanie wklęśnięć i zagłębień w zespołach elementów, zwłaszcza

w połączeniach,

OCHRONA ANTYKOROZYJNA

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

25

Zalecenia konstrukcyjne [1]:

- stosowanie naddatków grubości elementów na korozję (kominy,

zbiorniki),

- unikanie połączeń spawanych montażowych (trudność

oczyszczenia powierzchni spawanych po scaleniu),

- projektowanie cokołów żelbetowych pod słupy stalowe o wysokości

min. 300 mm ponad poziomem posadzki lub utwardzenia.

OCHRONA ANTYKOROZYJNA

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

26

Stosuje się następujące gatunki stali: 10H, 10HA, 10HAV, 10 HAVP,
10HNAP, 12 HIJA, 12 PJA, 12 HNAP.

W skład stali trudnordzewiejącej wchodzą takie składniki stopowe
jak Cu, Cr, Ni, P, Mo. Na powierzchni stali po dłuższym czasie
oddziaływania atmosfery wytwarza się cienka warstwa produktów
korozji, skutecznie hamująca dalszy przebieg rdzewienia stali [5].

Źródło [6]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

STALE TRUDNORDZEWIEJACE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

27

Są najczęściej stosowanym sposobem ochrony antykorozyjnej
konstrukcji metalowych. Skuteczność powłoki malarskiej jako
ochrony antykorozyjnej zależy od [1]:
- składu chemicznego zestawu malarskiego,
- liczby naniesionych warstw,
- całkowitej grubości powłoki,
- przygotowania i oczyszczenia powierzchni do malowania.

Rodzaje powłok malarskich:
- olejowe,
- poliestrowe,
- poliuretanowe,
- chlorokauczukowe,
- epoksydowe,
- silikonowe,
- bitumiczne,
- inne

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

28

Dobór powłok malarskich odbywa się na podstawie określenia
stopnia agresywności korozyjnej środowiska oraz ewentualnie
dodatkowych czynników mogących spowodować zmiany korozyjne.

Zalety powłok malarskich:
- duży wybór materiałów,
- różne metody aplikacji,
- proste metody aplikacji.

Wady powłok malarskich:
- ograniczona trwałość (konieczność odnawiania)

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

29

KLASYFIKACJA AGRESYWNOŚCI KOROZYJNEJ ŚRODOWISK

(wg PN-71/H-04651):

Stopnie agresywności korozyjnej środowisk:

B - środowisko o bardzo łagodnym działaniu korozyjnym,
odpowiadające najlżejszym warunkom użytkowania,

L - środowisko o lekkim działaniu korozyjnym, odpowiadające
najlżejszym warunkom użytkowania,

U - środowisko o umiarkowanym działaniu korozyjnym,
odpowiadające średnim warunkom użytkowania,

C - środowisko o silnym działaniu korozyjnym, odpowiadające
ciężkim warunkom użytkowania,

W - środowisko o bardzo silnym działaniu korozyjnym,
odpowiadające wyjątkowo ciężkim warunkom użytkowania,

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

30

MAKROKLIMAT (wg PN-68/H-04650)

N - strefa o klimacie umiarkowanym na lądzie,

F - strefa o klimacie zimnym na lądzie,

TH - strefa o klimacie tropikalnym wilgotnym na lądzie,

TA - strefa o klimacie tropikalnym suchym na lądzie,

M - strefa o klimacie morskim umiarkowanym,

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

31

MIKROKLIMAT (wg PN-68/H-04650)

1 - przestrzeń otwarta,

2 - otwarte pomieszczenie zadaszone,

3 - pomieszczenie zamknięte,

4 - pomieszczenie klimatyzowane,

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

32

DODATKOWE CZYNNIKI KOROZYJNE

Źródło [9]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

33

Ź

ród

ło [9]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

34

NARAŻENIA MECHANICZNE POWŁOK LAKIEROWYCH

Źródło [10]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

35

NARAŻENIA FIZYKO-CHEMICZNE POWŁOK LAKIEROWYCH

Źródło [10]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

36

NARAŻENIA BIOLOGICZNE POWŁOK LAKIEROWYCH

Źródło [10]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

37

NARAŻENIA TEMPERATUROWE POWŁOK LAKIEROWYCH

Źródło [10]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

38

Ź

ród

ło [10

]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

39

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

40

Klas

yfika

cja

ś

ro

d

o

w

iska ko

ro

zy

jn

eg

o

w

g

PN-E

N-ISO

1294

4-2

Ś

ro

d

o

w

iska atmo

sfe

ryczn

e

Źródło [4]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

41

Ź

ród

ło [4]

Przykłady zestawów malarskich wg PN-EN-ISO 12944-5

C2 - słaba agresywność korozyjna środowiska

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

42

Ź

ród

ło [4]

Przykłady zestawów malarskich wg PN-EN-ISO 12944-5

C5 - bardzo silna agresywność korozyjna - przemysłowa

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

43

OPIS STOPNI

CZYSTO

Ś

CI POWIERZCHNI

DO M

A

L

O

W

A

NI

A

W

G

P

N

-ISO 8501-

1

Źródło [4]

Ź

ród

ło

www

.szczo

dr

yp

ia

sko

w

an

ie

.co

m

.pl

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

44

FOTOGRAFICZNE WZORCE STOPNI CZYSTOŚCI

POWIERZCHNI DO MALOWANIA

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

45

Metody aplikacji powłok malarskich:

- malowanie pędzlem lub wałkiem,

- malowanie pistoletem pneumatycznym (powietrze pod ciśnieniem),

- malowania hydrodynamiczne (farba pod ciśnieniem),

- malowanie elektrodynamiczne (pole elektrostatyczne między

urządzeniem, rozpylającym i elementem malowanym).

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI MALARSKIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

46

Źródło [6]

Metody aplikacji powłok metalowych:
- zanurzeniowa (ogniowa),
- natryskowa,
- galwaniczna.

Rodzaje powłok metalowych:
- cynkowe - Zn (> 419

o

C),

- aluminiowe - Al (> 660

o

C).

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI METALOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

47

Zalety powłok metalowych:

- metoda zanurzeniowa - duża trwałość,
- metoda zanurzeniowa - może być stosowana samodzielnie,
- metoda natryskowa - doskonała warstwa podkładowa pod powłoki

malarskie,

- ochrona katodowa (niski potencjał elektrochemiczny powłoki).

Wady powłok metalowych:

- metoda zanurzeniowa - aplikacja tylko w specjalistycznych zakładach,
- metoda zanurzeniowa - wymiary elementów ograniczone wymiarami

wanien,

- metoda natryskowa - stosowana łącznie z powłokami malarskimi.

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI METALOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

48

Źródło [6]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI METALOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

49

Źródło [7]

Źródło [3]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI METALOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

50

Źródło [7]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI METALOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

51

Źródło [7]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI METALOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

52

Źródło [7]

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

POWŁOKI METALOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

53

Stosuje się w przypadku konstrukcji, dla których inne metody nie są
możliwe do zastosowania (rurociągi, zbiorniki podziemne,
konstrukcje off-shore).

Zasada działania:
Konstrukcję poddaje się polaryzacji katodowej za pomocą protektora
lub zewnętrznego źródła prądu. Jeżeli potencjał chronionej
konstrukcji osiągnie lub nieco przewyższy wartość potencjału
najbardziej elektroujemnych anod na korodującej powierzchni
metalu, to mikroanody, których istnienie wywołuje korozję metalu,
stają się katodami. W takich warunkach na całej powierzchni
chronionej konstrukcji przebiegają procesy katodowe (redukcja tlenu)
[3].

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

OCHRONA KATODOWA

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

54

Stosuje się:

- protektory (rozpuszczalne anody np. stopy MgAl6Zn3, ZnAlCd),

- stacje katodowe (nierozpuszczalna anoda + dodatkowe źródło prądu

przesunięcie potencjału chronionej konstrukcji w zakres
odpowiadający ochronie katodowej).

OCHRONA ANTYKOROZYJNA –

OCHRONA KATODOWA

Konstrukcje metalowe - Wykład 23

08-12-22

55

1. J. Żmuda „Podstawy projektowania konstrukcji metalowych” Wydawnictwo Arkady,

Warszawa 1997

2. W. Jankowiak „Konstrukcje metalowe” Wydawnictwo PWN, Warszawa-Poznań 1983
3. J. Ziółko „Utrzymanie i modernizacja konstrukcji stalowych” Wydawnictwo Arkady,

Warszawa 1991

4. J. Bródka, M. Broniewicz „Projektowanie konstrukcji stalowych zgodnie z Eurokodem

3-1-1 wraz z przykładami obliczeń”, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok
2001

5. M. Łubiński, A. Filipowicz, W. Żółtowski „Konstrukcje metalowe. Część I” Wydawnictwo

Arkady, Warszawa 2006

6. Materiały edukacyjne ESDEP
7. Materiały informacyjne „Mostostal Siedlce S.A.”
8. PN-68/H-04650
9. PN-71/H-04651
10. PN-71/H-04653
11. Praca zbiorowa „Encyklopedia techniki. Metalurgia” Wydawnictwo Śląsk, Katowice

1978

12. M. Łubiński, W. Żółtowski „Konstrukcje metalowe. Część II” Wydawnictwo Arkady,

Warszawa 2007

BIBLIOGRAFIA

Konstrukcje metalowe - Wykład 23