Системы покрытий для металлоконструкций: цинк, порошок, грунтовка с эмалью, дуплекс

Четыре способа защиты и чем они различаются

Горячее цинкование, порошковая окраска, жидкая система из грунтовки и эмали и дуплекс защищают сталь по-разному, поэтому и ограничения у них разные. Выбор начинается не с любимого покрытия, а с трёх вопросов: где будет работать конструкция, какой у неё размер и форма, нужен ли цвет.

Горячее цинкование даёт металлический слой, сросшийся со сталью: по ДСТУ EN ISO 1461:2024 минимальная средняя толщина покрытия от 45 до 85 мкм в зависимости от толщины стали (подробнее в статье о толщине цинкового покрытия). Порошковое покрытие — сплошная полимерная плёнка, которую запекают в печи. Жидкая система состоит из нескольких слоёв, отвердевающих на воздухе. Дуплекс сочетает цинк с порошком или жидкой системой.

Таблица сравнивает способы в принципе. Для конкретного изделия решают размер, форма, среда и требования проекта.

Что из этого выполняем мы

Компания ПОЛИГОНАЛЬ выполняет горячее цинкование по ДСТУ EN ISO 1461:2024 и порошковую окраску, а также наносит в цеху жидкие системы из грунтовки и эмали по требованиям проекта, в том числе и по цинку. Пескоструйную обработку выполняем с выездом на объект, а если этого требует техническое требование проекта, то и перед окраской: пескоструй. Материалы, количество слоёв и толщины задаёт проект. Жидкие системы мы наносим преимущественно безвоздушным распылением.

Узлы одной конструкции могут иметь разную защиту, и тогда в КМД нужен перечень, что именно чем покрыто.

Категории коррозионности атмосферы

Атмосферу делят на категории по тому, сколько металла теряет контрольный образец за первый год. ISO 12944-2 выделяет C1 (очень низкая), C2 (низкая), C3 (средняя), C4 (высокая), C5 (очень высокая) и CX (экстремальная). Границы потерь в ней те же, что в ISO 9223, на которой построен расчёт срока службы цинка в статье о сроке службы цинкования.

Это потеря стандартных образцов за первый год, а не скорость износа конкретной конструкции. Значения соответствуют ISO 9223.

Макроклимат и микроклимат

Категорию задаёт макроклимат места строительства, но микроклимат может её поднять. Место, где вода не высыхает, зона под водостоком, закрытая полость с конденсатом, участок под брызгами реагентов с дороги: в таких узлах конструкция работает в более агрессивной категории, чем окружающий район. О том, что делает с сечением уже развившаяся коррозия, см. коррозионный износ элементов.

В категории C1 защита в принципе не нужна; если красят только ради вида, берут систему для C2. Для CX стандарт типовых систем не даёт: их определяют отдельно для каждого объекта.

Классы долговечности: low, medium, high, very high

ISO 12944-1 называет четыре класса долговечности защитной системы. Долговечность здесь — это расчётное время до первого капитального ремонта покрытия, а не гарантийный срок и не время до первой ржавчины. Это плановая величина для графика обслуживания.

Класс долговечности задаёт проект вместе с категорией коррозионности. Это ориентиры для планирования, а не гарантия производителя.

От чего зависит фактическая долговечность

Стандарт называет восемь факторов: тип системы, конструкция изделия, состояние основания до подготовки, степень и качество подготовки, состояние швов, кромок и соединений перед подготовкой, качество нанесения, условия во время нанесения и условия эксплуатации. Материал из них только первый. Остальное лежит на проекте и исполнителе, и более толстая краска плохую подготовку не компенсирует.

Для краски по цинку долговечность связана со сцеплением плёнки с цинковой поверхностью. Если плёнка повреждена, цинк под ней продолжает защищать сталь, так что дуплекс не «обнуляется» от царапины. Сколько служит сам цинк в каждой категории, показано в статье о сроке службы покрытия, а чем цинкование отличается от гальванического и холодного — в статье о способах цинкования.

Подготовка углеродистой стали под жидкую систему

Для стали со степенями коррозии A–C по ISO 8501-1 минимальная степень очистки под цинконаполненную грунтовку — Sa 2½ со средним профилем поверхности (G) по ISO 8503-1, если технический лист материала не требует иного. Sa 2½ означает очистку струёй абразива, после которой остаются только едва заметные следы в виде тени или полос. Таблица степеней Sa есть на странице о пескоструе.

Степень коррозии D (окалина отслоилась, на поверхности видны язвы) стандарт выделяет отдельно: из-за большей шероховатости нужно увеличить толщину плёнки или число слоёв и посоветоваться с производителем материала.

Чистота важна не меньше степени Sa. На поверхности не должно быть растворимых солей, пыли, масла. Сталь сразу после очистки начинает ржаветь за часы, поэтому грунтуют сразу после очистки.

Если техническое требование проекта — пескоструйная очистка, мы выполняем её перед окраской.

Швы, кромки, края после резки

Краска стягивается с острой кромки, и плёнка там тоньше, чем на плоскости. Поэтому острые края снимают шлифовкой, а кромки, швы и углы перед общим слоем проходят дополнительным полосовым слоем кистью. Края после газовой, лазерной или плазменной резки зачищают; брызги сварки, подрезы и шлак убирают до окраски. Степени подготовки швов и кромок P1–P3 описывает отдельная часть ISO 8501 (ISO 8501-3), нужную степень указывают в проекте.

Производственная грунтовка

Если профиль очищают и покрывают тонким быстросохнущим слоем (обычно 15–30 мкм) ещё до резки и сварки, этот слой защищает только на время изготовления, перевозки и монтажа. Обычно он не входит в систему, и при необходимости его снимают; если оставляют, его считают частью системы и испытывают вместе с ней. Не каждая производственная грунтовка совместима с грунтовкой системы, совместимость подтверждает производитель материалов. В КМД указывают, есть ли производственная грунтовка, какая именно, или требуют её снятия.

Из чего состоит жидкая система

Жидкая система — это последовательность слоёв разного назначения. Грунтовка сцепляется со сталью и держит следующие слои, промежуточный слой добавляет толщину и барьер, покровный определяет цвет, блеск и стойкость к свету. Если слой в системе один, он выполняет и роль грунтовки, и роль покровного.

Это перечень типов, а не рекомендация торговых марок. Материал подбирают под требования проекта с подтверждением производителя краски.

Двухкомпонентные материалы

Эпоксидные и большинство полиуретановых материалов поставляют в двух ёмкостях: основа и отвердитель. После смешивания смесь пригодна ограниченное время (жизнеспособность), которое сокращается с ростом температуры. Просроченную смесь не используют. Этилсиликатные цинковые грунтовки твердеют влагой из воздуха, поэтому при низкой влажности они твердеют медленнее. Пределы по влажности и толщине мокрой и сухой плёнки берут из листа производителя, иначе появляются пузыри и проколы, а слишком толстая плёнка трескается.

Что наносим мы

Компания ПОЛИГОНАЛЬ наносит в цеху жидкие системы из грунтовки и эмали по требованиям проекта, в том числе по цинку. Тип грунтовки, наличие промежуточного слоя, цвет эмали по RAL, число слоёв и толщины — решения проекта. В проекте записывают требования к системе (связующее, число слоёв, толщины), а коммерческий материал подбирают под них с подтверждением производителя краски.

Сколько слоёв и какая толщина

Толщину в стандарте задают как номинальную толщину сухой плёнки (НТСП), и на каждый слой, и на всю систему. Чем выше категория коррозионности и нужная долговечность, тем больше слоёв и тем толще система. В примерах стандарта на углеродистой стали самая тонкая система — один слой цинконаполненной грунтовки 60 мкм, а самая толстая для C5 с очень высокой долговечностью — 320 мкм. Для горячеоцинкованной стали примеры идут от 80 до 240 мкм. Это ориентиры из редакции 2018 г. (действующая редакция 2019 г.), обязательные минимумы для каждой комбинации категории и долговечности даны в приложении B стандарта.

Тонкая плёнка защищает мало, но и слишком толстая плоха: отдельные значения рекомендовано держать не выше трёхкратной номинальной толщины, а у части материалов есть своя критическая граница в листе. Слишком толстый слой долго сохнет изнутри, удерживает растворитель и трескается.

Номинальные толщины в таблицах стандарта рассчитаны на безвоздушное распыление. Кистью, валиком или обычным распылителем слой получается тоньше, поэтому для той же толщины нужно больше слоёв.

Толщину контролируют на готовой системе, а при необходимости отдельно на грунтовке. На шероховатой стали метод измерения задаёт ISO 19840, на оцинкованной поверхности — ISO 2808, если стороны не договорились об ином.

Условия нанесения: температура, влажность, интервалы

Красить можно, только когда температура поверхности стали минимум на 3 °C выше точки росы. При меньшей разнице на металле образуется невидимая плёнка конденсата, и краска ложится на мокрое основание. Вероятность конденсации оценивают по ISO 8502-4. Массивная конструкция утром холоднее воздуха, поэтому считают по температуре металла, а не воздуха.

Остальные границы задаёт технический лист материала: минимальную температуру, верхнюю влажность, жизнеспособность, время высыхания и интервал перекрытия. У интервала две границы. Рано нанести следующий слой — растворитель останется под ним, поздно — следующий слой плохо сцепится, и предыдущий приходится матировать абразивом.

Перед каждым следующим слоем предыдущий должен быть чистым и сухим, без пыли, жира и белых солей цинка. Загрязнения смывают чистой пресной водой, жир снимают, дефекты слоя устраняют до следующего нанесения.

Цех или объект

Стандарт советует наносить в цеху большинство слоёв, а лучше всю систему. В цеху легче держать температуру и влажность, контролировать нанесение, ремонтировать повреждения, выше производительность. Ограничения цеха: размер изделия и риск повредить покрытие при транспортировке и монтаже. Если следующие слои наносят на объекте, может быть превышен максимальный интервал перекрытия, а последний слой загрязняется. Компания ПОЛИГОНАЛЬ наносит жидкие системы только в цеху: на объекте мы их не наносим. Ремонт повреждений покрытия после монтажа мы не выполняем: его выполняет тот, кто монтирует.

Поэтому в КМД записывают, какие слои наносят в цеху, а какие после монтажа. Варианты разные: вся система в цеху с ремонтом повреждений после монтажа, или грунтовка и промежуточный слой в цеху, а покровный по всей поверхности на объекте. Места ремонта всегда остаются немного заметными, поэтому где важен вид, покровный слой кладут на всю поверхность.

Оцинкованная сталь под покраску

Цинк гладкий и химически активный, поэтому краска держится на нём хуже, чем на очищенной стали. Минимум, который стандарт требует для горячеоцинкованной поверхности, — лёгкая абразивная очистка (sweep-blasting): струя идёт под углом и лишь матирует цинк, не снимая слоя. Обычный пескоструй снимает слишком много цинка, поэтому в запросе пишут именно «лёгкая абразивная очистка», а не «пескоструй до Sa 2½».

Часть подготовки делает цинкующий завод, поэтому об окраске сообщают до погружения. Пассивация от белого налёта ухудшает сцепление. Наплывы, капли и «сосульки» проступают сквозь плёнку. Белую ржавчину, масло и загрязнения снимают перед окраской. Что требовать от изделия и завода, см. в статьях о проектировании под цинкование и подготовке к цинкованию, а о белой ржавчине — как хранить оцинкованное.

Травильные грунтовки и химическую подготовку цинка применяют только с одобрения производителя материала системы. В примерах стандарта для цинка грунтовка эпоксидная, полиуретановая или акриловая, цинконаполненных грунтовок там нет.

Порошок по цинку

Для порошкового покрытия по горячему цинку есть европейский стандарт EN 15773:2018 о дуплекс-системах: он определяет, что согласуют заказчик, цинкующий завод и исполнитель окраски. На практике это прогрев изделия перед нанесением, чтобы из пор цинка вышли влага и воздух (иначе в плёнке остаются проколы и пузыри), лёгкая абразивная очистка вместо обычной пескоструйной очистки и окраска сразу после подготовки. Наш порядок описан на странице о порошковой окраске, а что влияет на работу — в статье о факторах стоимости окраски.

Порошок или жидкая система: что выбрать

Порошок и жидкая система не взаимозаменяемы. Размер изделия, нагрев, ремонт на объекте и нормативная база у них разные.

Как выбирать

Порошок рассматривают для изделий, которые помещаются в камеру, имеют открытые поверхности и выдерживают нагрев. Длинные опоры на 8–12 м в камеру целиком не входят: красят секции, которые помещаются. Жидкая система нужна, когда изделие больше камеры, собрано из узлов, которые нельзя нагревать, когда покрытие наносят или дополняют после монтажа, и когда проект требует систему по ISO 12944 с заданной долговечностью.

Типичные ошибки

• окраска по ржавчине и окалине без очистки до степени из проекта: плёнка держится на слое, который сам отслаивается, а ржавчина под ней растёт дальше;
• краска на влажную или холодную поверхность: если сталь теплее точки росы меньше чем на 3 °C, на ней плёнка конденсата, и сцепление теряется;
• слои разных производителей без подтверждённой совместимости, в том числе производственная грунтовка, которая не держит грунтовку системы;
• пропущенный интервал перекрытия или слишком толстый слой, который трескается;
• острые кромки, швы и углы без полосового слоя: краска стягивается именно там, плёнка тоньше, и именно там ржавчина обычно появляется первой;
• щели между накладками, болты, гайки и шайбы остались без защиты. В щелях коррозия развивается быстрее, их закрывают швом или герметиком, крепёж оцинковывают или красят в составе системы (о классе крепежа и цинковании см. классы прочности крепежа);
• краска на контактных поверхностях фрикционного соединения, хотя расчёт принят для металла без покрытия;
• эпоксидная эмаль как покровный слой на улице там, где нужен цвет: на солнце она тускнеет и покрывается меловым налётом;
• цинкующий завод не предупредили о покраске по цинку, и на изделии пассивация или наплывы.

Что указать в КМД и в запросе

Защиту от коррозии записывают так, чтобы исполнитель не интерпретировал: категория, долговечность, система, подготовка, места, контроль. Все значения в таблице задаёт проект; об общих правилах оформления чертежей см. правила КМД.

Фрикционные соединения и крепёж

Контактные поверхности фрикционного соединения не красят, если проект не задаёт иное: трение между листами зависит от состояния металла, и толстое покрытие его снижает. ISO 12944-5 требует, чтобы в соединениях с предварительным натяжением система не уменьшала натяжение недопустимо; способ обработки и значения трения задаёт расчёт. Как записывать такие поверхности, разобрано в статье о болтовых соединениях.

Крепёж записывают отдельно: оцинкован или окрашен в составе системы. Расчётные сопротивления высокопрочных болтов в ДБН приведены для болтов без покрытия, поэтому смену покрытия крепежа согласуют с проектировщиком.

Что прислать для расчёта

Пришлите чертежи КМ или КМД, требования проекта к системе (категорию, долговечность, толщины), состояние поверхности, цвет по RAL; зоны без покрытия. Чего не знаете, пропустите: уточним при расчёте. Мы изготавливаем металлоконструкции по чертежам заказчика, выполняем КМ и КМД (проектирование КМ и КМД, изготовление металлоконструкций), горячее цинкование, порошковую окраску и жидкие системы по требованиям проекта. Монтаж выполняет партнёрская строительная компания.

Нормативы и действительность

Категории коррозионности и классы долговечности устанавливает серия ISO 12944 «Краски и лаки. Защита от коррозии стальных конструкций защитными лакокрасочными системами»: часть 1 (2017) — общие положения и классы долговечности, часть 2 (2017) — классификация сред (подтверждена в 2023 г., готовится новая редакция), часть 3 (2017) — требования к конструкции, часть 4 (2017) — типы поверхностей и их подготовка, часть 5 (2019) — защитные лакокрасочные системы (помечена к пересмотру), часть 7 (2017) — выполнение и надзор за работами, часть 8 (2017) — технические условия на новые работы и ремонт (также готовится новая редакция). Новые редакции пока на стадии подготовки, действуют названные.

Подготовку поверхности и контроль описывают ISO 8501-1:2007 (степени Sa; подтверждён в 2017 г., готовится новая редакция) и ISO 8502-4:2017 (вероятность конденсации); профиль поверхности — ISO 8503-1, толщину плёнки — ISO 2808 и ISO 19840, степени подготовки швов и кромок — ISO 8501-3. Для последних четырёх действующую редакцию сверяют перед ссылкой.

Горячее цинкование металлоконструкций — ДСТУ EN ISO 1461:2024, которым мы руководствуемся; порошковые покрытия по горячему цинку — EN 15773:2018 (дуплекс-системы). Расчёт и выполнение стальных конструкций — ДБН В.2.6-198:2014 и ДСТУ EN 1090-2:2019. Какой действующий ДСТУ воспроизводит ISO 12944, ISO 8501-1 и ISO 8502-4, по открытым источникам подтвердить не удалось, поэтому это сверяют перед ссылкой в проектной документации.

Числа в статье приведены для ориентировки. Номинальные толщины из примеров систем взяты из ISO 12944-5 в редакции 2018 г., которую заменила редакция 2019 г.; в проекте пользуются действующим текстом стандарта и техническим листом выбранного материала.