Системи покриттів для металоконструкцій: цинк, порошок, ґрунтовка з емаллю, дуплекс

Чотири способи захисту й чим вони різняться

Гаряче цинкування, порошкове фарбування, рідка система з ґрунтовки й емалі та дуплекс захищають сталь по-різному, тому й обмеження в них різні. Вибір починається не з улюбленого покриття, а з трьох запитань: де працюватиме конструкція, який у неї розмір і форма, чи потрібен колір.

Гаряче цинкування дає металевий шар, зрощений зі сталлю: за ДСТУ EN ISO 1461:2024 мінімальна середня товщина покриття від 45 до 85 мкм залежно від товщини сталі (докладніше в статті про товщину цинкового покриття). Порошкове покриття — суцільна полімерна плівка, яку запікають у печі. Рідка система складається з кількох шарів, що тверднуть на повітрі. Дуплекс поєднує цинк із порошком або рідкою системою.

Таблиця порівнює способи в принципі. Для конкретного виробу вирішують розмір, форма, середовище й вимоги проєкту.

Що з цього виконуємо ми

Компанія ПОЛІГОНАЛЬ виконує гаряче цинкування за ДСТУ EN ISO 1461:2024 і порошкове фарбування, а також наносить у цеху рідкі системи з ґрунтовки та емалі за вимогами проєкту, зокрема й на цинк. Піскоструменеву обробку виконуємо з виїздом на об’єкт, а якщо цього вимагає технічна вимога проєкту, то й перед фарбуванням: піскоструй. Матеріали, кількість шарів і товщини задає проєкт. Рідкі системи ми наносимо переважно безповітряним розпиленням.

Вузли однієї конструкції можуть мати різний захист, і тоді в КМД потрібен перелік, що саме чим покрито.

Категорії корозійності атмосфери

Атмосферу ділять на категорії за тим, скільки металу втрачає контрольний зразок за перший рік. ISO 12944-2 виділяє C1 (дуже низька), C2 (низька), C3 (середня), C4 (висока), C5 (дуже висока) і CX (екстремальна). Межі втрат у ній ті самі, що в ISO 9223, на якій побудовано розрахунок строку служби цинку в статті про строк служби цинкування.

Це втрата стандартних зразків за перший рік, а не швидкість зношення конкретної конструкції. Значення відповідають ISO 9223.

Макроклімат і мікроклімат

Категорію задає макроклімат місця будівництва, але мікроклімат може її підняти. Місце, де вода не висихає, зона під водостоком, закрита порожнина з конденсатом, ділянка під бризками реагентів з дороги: у таких вузлах конструкція працює в агресивнішій категорії, ніж район у цілому. Про те, що робить з перерізом уже розвинена корозія, див. корозійний знос елементів.

У категорії C1 захист у принципі не потрібен; якщо фарбують лише заради вигляду, беруть систему для C2. Для CX стандарт типових систем не дає: їх визначають окремо для кожного об’єкта.

Класи довговічності: low, medium, high, very high

ISO 12944-1 називає чотири класи довговічності захисної системи. Довговічність тут — це розрахунковий час до першого капітального ремонту покриття, а не гарантійний строк і не час до першої іржі. Це планова величина для графіка обслуговування.

Клас довговічності задає проєкт разом із категорією корозійності. Це орієнтири для планування, а не гарантія виробника.

Від чого залежить фактична довговічність

Стандарт називає вісім чинників: тип системи, конструкція виробу, стан основи до підготовки, ступінь і якість підготовки, стан швів, кромок і з’єднань перед підготовкою, якість нанесення, умови під час нанесення й умови експлуатації. Матеріал із них лише перший. Решта лежить на проєкті й виконавцеві, і товстіша фарба погану підготовку не компенсує.

Для фарби на цинку довговічність пов’язана зі зчепленням плівки з цинковою поверхнею. Якщо плівку пошкоджено, цинк під нею продовжує захищати сталь, тож дуплекс не «обнуляється» від подряпини. Скільки служить сам цинк у кожній категорії, показано в статті про строк служби покриття, а чим цинкування відрізняється від гальванічного й холодного — у статті про способи цинкування.

Підготовка вуглецевої сталі під рідку систему

Для сталі зі ступенями корозії A–C за ISO 8501-1 мінімальний ступінь очищення під цинконаповнену ґрунтовку — Sa 2½ із середнім профілем поверхні (G) за ISO 8503-1, якщо технічний лист матеріалу не вимагає іншого. Sa 2½ означає очищення струменем абразиву, після якого лишаються тільки ледь помітні сліди у вигляді тіні чи смуг. Таблицю ступенів Sa наведено на сторінці про піскоструй.

Ступінь корозії D (окалина відшарувалася, на поверхні видно виразки) стандарт виділяє окремо: через вищу шорсткість треба збільшити товщину плівки або кількість шарів і порадитися з виробником матеріалу.

Чистота важить не менше за ступінь Sa. На поверхні не повинно бути розчинних солей, пилу, мастила. Свіжоочищена сталь починає іржавіти за години, тож ґрунтують одразу після очищення.

Якщо технічна вимога проєкту — піскоструменеве очищення, ми виконуємо його перед фарбуванням.

Шви, кромки, краї після різання

Фарба стягується з гострої кромки, і плівка там тонша, ніж на площині. Тому гострі краї знімають шліфуванням, а кромки, шви й кути перед загальним шаром проходять додатковим смуговим шаром кистю. Краї після газового, лазерного чи плазмового різання зачищають; бризки зварювання, підрізи й шлак прибирають до фарбування. Ступені підготовки швів і кромок P1–P3 описує окрема частина ISO 8501 (ISO 8501-3), потрібний ступінь вказують у проєкті.

Виробнича ґрунтовка

Якщо профіль очищують і покривають тонким шаром (зазвичай 15–30 мкм), що швидко сохне, ще до різання й зварювання, цей шар захищає лише на час виготовлення, перевезення й монтажу. Зазвичай він не входить до системи, і за потреби його знімають; якщо залишають, його вважають частиною системи й випробовують разом з нею. Не кожна виробнича ґрунтовка сумісна з ґрунтовкою системи, сумісність підтверджує виробник матеріалів. У КМД вказують, чи є виробнича ґрунтовка, яка саме, або вимагають її зняття.

З чого складається рідка система

Рідка система — це послідовність шарів різного призначення. Ґрунтовка зчіплюється зі сталлю й тримає наступні шари, проміжний шар додає товщину й бар’єр, покривний визначає колір, блиск і стійкість до світла. Якщо шар у системі один, він виконує і роль ґрунтовки, і роль покривного.

Це перелік типів, а не рекомендація торгових марок. Матеріал підбирають під вимоги проєкту за підтвердженням виробника фарби.

Двокомпонентні матеріали

Епоксидні й більшість поліуретанових матеріалів постачають у двох ємностях: основа й затверджувач. Після змішування суміш придатна обмежений час (життєздатність), який скорочується із зростанням температури. Протерміновану суміш не використовують. Етилсилікатні цинкові ґрунтовки тверднуть вологою з повітря, тому за низької вологості вони твердіють повільніше. Межі за вологістю й товщиною мокрої та сухої плівки беруть із листа виробника, інакше з’являються бульбашки й проколи, а надто товста плівка тріскається.

Що наносимо ми

Компанія ПОЛІГОНАЛЬ наносить у цеху рідкі системи з ґрунтовки та емалі за вимогами проєкту, у тому числі на цинк. Тип ґрунтовки, наявність проміжного шару, колір емалі за RAL, кількість шарів і товщини — рішення проєкту. У проєкті записують вимоги до системи (в’яжуче, число шарів, товщини), а комерційний матеріал добирають під них за підтвердженням виробника фарби.

Скільки шарів і яка товщина

Товщину в стандарті задають як номінальну товщину сухої плівки (НТСП), і на кожен шар, і на всю систему. Чим вища категорія корозійності й потрібна довговічність, тим більше шарів і тим товща система. У прикладах стандарту на вуглецевій сталі найтонша система — один шар цинконаповненої ґрунтовки 60 мкм, а найтовща для C5 з дуже високою довговічністю — 320 мкм. Для гарячеоцинкованої сталі приклади йдуть від 80 до 240 мкм. Це орієнтири з редакції 2018 р. (чинна редакція 2019 р.), обов’язкові мінімуми для кожної комбінації категорії й довговічності даються в додатку B стандарту.

Тонка плівка захищає мало, але й надто товста погана: окремі значення рекомендовано тримати не вище трикратної номінальної товщини, а в частини матеріалів є власна критична межа в листі. Надто товстий шар довго сохне зсередини, тримає розчинник і тріскається.

Номінальні товщини у таблицях стандарту розраховано на безповітряне розпилення. Кистю, валиком або звичайним розпилювачем шар виходить тонший, тож для тієї самої товщини потрібно більше шарів.

Товщину контролюють на готовій системі, а за потреби окремо на ґрунтовці. На шорсткій сталі метод вимірювання задає ISO 19840, на оцинкованій поверхні — ISO 2808, якщо сторони не домовилися про інше.

Умови нанесення: температура, вологість, інтервали

Фарбувати можна, лише коли температура поверхні сталі щонайменше на 3 °C вища за точку роси. Нижче цієї різниці на металі утворюється невидима плівка конденсату, і фарба лягає на мокру основу. Імовірність конденсації оцінюють за ISO 8502-4. Масивна конструкція вранці холодніша за повітря, тому рахують за температурою металу, а не повітря.

Решту меж задає технічний лист матеріалу: мінімальну температуру, верхню вологість, життєздатність, час висихання й інтервал перекриття. В інтервалу дві межі. Рано нанести наступний шар — розчинник лишиться під ним, пізно — наступний шар погано зчепиться, і попередній доводиться матувати абразивом.

Перед кожним наступним шаром попередній має бути чистим і сухим, без пилу, жиру й білих солей цинку. Забруднення змивають чистою прісною водою, жир знімають, дефекти шару усувають до наступного нанесення.

Цех чи об’єкт

Стандарт радить наносити в цеху більшість шарів, а краще всю систему. У цеху легше тримати температуру й вологість, контролювати нанесення, ремонтувати пошкодження, вища продуктивність. Обмеження цеху: розмір виробу і ризик пошкодити покриття під час транспортування й монтажу. Якщо наступні шари наносять на об’єкті, може бути перевищено максимальний інтервал перекриття, а останній шар забруднюється. Компанія ПОЛІГОНАЛЬ наносить рідкі системи тільки в цеху: на об’єкті ми їх не наносимо. Ремонт пошкоджень покриття після монтажу ми не виконуємо: його виконує той, хто монтує.

Тому в КМД записують, які шари наносять у цеху, а які після монтажу. Варіанти різні: уся система в цеху з ремонтом ушкоджень після монтажу, або ґрунтовка й проміжний шар у цеху, а покривний по всій поверхні на об’єкті. Місця ремонту завжди лишаються трохи помітними, тож де важливий вигляд, покривний шар кладуть на всю поверхню.

Оцинкована сталь під фарбу

Цинк гладкий і хімічно активний, тому фарба тримається на ньому гірше, ніж на очищеній сталі. Мінімум, який стандарт вимагає для гарячеоцинкованої поверхні, — легке абразивне очищення (sweep-blasting): струмінь іде під кутом і лише матує цинк, не знімаючи шару. Звичайний піскоструй знімає забагато цинку, тому в запиті пишуть саме «легке абразивне очищення», а не «піскоструй до Sa 2½».

Частину підготовки робить завод, що цинкує, тому про фарбування повідомляють до занурення. Пасивація від білого нальоту погіршує зчеплення. Напливи, краплі й «бурульки» проступають крізь плівку. Білу іржу, мастило й забруднення знімають перед фарбуванням. Що вимагати від виробу й заводу, див. у статтях про проєктування під цинкування і підготовку до цинкування, а про білу іржу — як зберігати оцинковане.

Травильні ґрунтовки й хімічну підготовку цинку застосовують лише за схваленням виробника матеріалу системи. У прикладах стандарту для цинку ґрунтовка епоксидна, поліуретанова або акрилова, цинконаповнених ґрунтовок там немає.

Порошок по цинку

Для порошкового покриття по гарячому цинку є європейський стандарт EN 15773:2018 про дуплекс-системи: він визначає, що погоджують замовник, цинкувальний завод і виконавець фарбування. На практиці це прогрів виробу перед нанесенням, щоб із пор цинку вийшли волога й повітря (інакше в плівці лишаються проколи й пухирі), легке абразивне очищення замість звичайного піскоструйного очищення й фарбування одразу після підготовки. Наш порядок описано на сторінці про порошкове фарбування, а що впливає на роботу — у статті про фактори вартості фарбування.

Порошок чи рідка система: що обрати

Порошок і рідка система не взаємозамінні. Розмір виробу, нагрів, ремонт на об’єкті й нормативна база в них різні.

Як вибирати

Порошок розглядають для виробів, що вміщуються в камеру, мають відкриті поверхні й витримують нагрів. Довгі опори на 8–12 м у камеру цілком не входять: фарбують секції, що вміщуються. Рідка система потрібна, коли виріб більший за камеру, складений із вузлів, які не можна нагрівати, коли покриття наносять або доповнюють після монтажу, і коли проєкт вимагає систему за ISO 12944 із заданою довговічністю.

Типові помилки

• фарбування по іржі й окалині без очищення до ступеня з проєкту: плівка тримається на шарі, який сам відшаровується, а іржа під нею росте далі;
• фарба на вологу або холодну поверхню: якщо сталь менш ніж на 3 °C тепліша за точку роси, на ній плівка конденсату, і зчеплення втрачається;
• шари різних виробників без підтвердженої сумісності, зокрема виробнича ґрунтовка, яка не тримає ґрунтовку системи;
• пропущений інтервал перекриття або надто товстий шар, що тріскається;
• гострі кромки, шви й кути без смугового шару: фарба стягується саме там, і плівка тонша, і саме там іржа зазвичай з’являється першою;
• щілини між накладками, болти, гайки й шайби лишилися без захисту. У щілинах корозія розвивається швидше, їх закривають швом або герметиком, метизи оцинковують чи фарбують у складі системи (про клас метиза й цинкування див. класи міцності метизів);
• фарба на контактних поверхнях фрикційного з’єднання, хоча розрахунок прийнято для металу без покриття;
• епоксидна емаль як покривний шар надворі там, де потрібен колір: на сонці вона тьмяніє й вкривається крейдяним нальотом;
• завод, що цинкує, не попередили про фарбування по цинку, і на виробі пасивація або напливи.

Що вказати в КМД і в запиті

Захист від корозії записують так, щоб виконавець не інтерпретував: категорія, довговічність, система, підготовка, місця, контроль. Усі значення в таблиці задає проєкт; про загальні правила оформлення креслень див. правила КМД.

Фрикційні з’єднання й метизи

Контактні поверхні фрикційного з’єднання не фарбують, якщо проєкт не задає інше: тертя між листами залежить від стану металу, і товсте покриття його знижує. ISO 12944-5 вимагає, щоб у з’єднаннях з попереднім натягом система не зменшувала натяг неприйнятно; спосіб обробки й значення тертя задає розрахунок. Як записувати такі поверхні, розібрано в статті про болтові з’єднання.

Метизи записують окремо: чи оцинковані, чи фарбовані в складі системи. Розрахункові опори високоміцних болтів у ДБН наведено для болтів без покриття, тому зміну покриття метизів узгоджують із проєктувальником.

Що надіслати для розрахунку

Надішліть креслення КМ чи КМД, вимоги проєкту до системи (категорію, довговічність, товщини), стан поверхні, колір за RAL; зони без покриття. Чого не знаєте, пропустіть: уточнимо під час розрахунку. Ми виготовляємо металоконструкції за кресленнями замовника, виконуємо КМ і КМД (проєктування КМ і КМД, виготовлення металоконструкцій), гаряче цинкування, порошкове фарбування й рідкі системи за вимогами проєкту. Монтаж виконує партнерська будівельна компанія.

Нормативи й чинність

Категорії корозійності й класи довговічності встановлює серія ISO 12944 «Фарби та лаки. Захист від корозії сталевих конструкцій захисними лакофарбовими системами»: частина 1 (2017) — загальні положення й класи довговічності, частина 2 (2017) — класифікація середовищ (підтверджена в 2023 р., готується нова редакція), частина 3 (2017) — вимоги до конструкції, частина 4 (2017) — типи поверхонь і їх підготовка, частина 5 (2019) — захисні лакофарбові системи (позначена до перегляду), частина 7 (2017) — виконання й нагляд за роботами, частина 8 (2017) — технічні умови на нові роботи й ремонт (також готується нова редакція). Нові редакції ще на стадії підготовки, поки діють названі.

Підготовку поверхні й контроль описують ISO 8501-1:2007 (ступені Sa; підтверджено в 2017 р., готується нова редакція) та ISO 8502-4:2017 (імовірність конденсації); профіль поверхні — ISO 8503-1, товщину плівки — ISO 2808 і ISO 19840, ступені підготовки швів і кромок — ISO 8501-3. Для останніх чотирьох чинну редакцію звіряють перед посиланням.

Гаряче цинкування металоконструкцій — ДСТУ EN ISO 1461:2024, яким ми керуємося; порошкові покриття по гарячому цинку — EN 15773:2018 (дуплекс-системи). Розрахунок і виконання сталевих конструкцій — ДБН В.2.6-198:2014 та ДСТУ EN 1090-2:2019. Який чинний ДСТУ відтворює ISO 12944, ISO 8501-1 та ISO 8502-4, за відкритими джерелами підтвердити не вдалося, тому це звіряють перед посиланням у проєктній документації.

Числа в статті подано для орієнтування. Номінальні товщини з прикладів систем взято з ISO 12944-5 у редакції 2018 р., яку замінила редакція 2019 р.; у проєкті користуються чинним текстом стандарту й технічним листом обраного матеріалу.