Príčiny korózie a spôsoby protikoróznej ochrany

 

 

 

 

 

Častým problémom viditeľným najmä pri kovových častiach striech, ale aj pri strechách s kovovou krytinou je korózia. Pojmom korózia sa všeobecne rozumie reakcia materiálu s okolím, ktorá sa prejavuje merateľnými účinkami. Každá kovová časť konštrukcie by mala byť riešená tak, aby sa maximálne zabraňovalo vplyvu korózie. Korodovanie materiálu je dlhodobý proces a projektant, ale aj realizátor často za tento stav odmietajú niesť zodpovednosť. N a minimalizovanie korózie kovov treba tento jav a jeho prejavy spoznať, ale najmä treba vedieť, ako kovové materiály používať a ako ich chrániť proti korózii.

Na zabránenie korodovaniu kovových materiálov treba vedieť, ako tieto materiály chrániť pred koróziou, a to návrhom ich vhodného tvaru, usporiadania a v neposlednom rade aj pomocou protikoróznych náterov. Na niektorých kovoch, napr. z medi, zinku alebo hliníka, sa ako protikorózna ochrana používa vrstva korózneho produktu vytvorená pod atmosférickým vplyvom – patina, ktorá chráni jadro kovu. Táto tzv. atmosférická ochrana zabezpečuje aj pri pôsobení dažďa dlhodobú životnosť týchto stavebných materiálov aj na streche. Aj tu však platia určité obmedzenia. Škoda spôsobená koróziou je zmena materiálu, ktorá vplýva na jeho vlastnosti, najmä pevnosť a izolačnú schopnosť.

Každé prostredie je charakteristické svojimi fyzikálnochemickými vlastnosťami. Aby sa zvoli vhodný kovový materiál, treba tieto vlastnosti nevyhnutne poznať. Platí to všeobecne pre každé korózne prostredie, výnimkou nie je ani zúžený objekt strechy domu. Pri opise príslušného prostredia nepostačuje obmedziť sa na hlavné zložky t.j. strecha – okolie, ale treba zvážiť aj možné nečistoty a vplyv ostatných látok. Do posudku potom vstupujú aj fyzikálne a chemické vlastnosti napr. vlhkosť, prach, teplo a pod. Zohľadniť sa musí aj vplyv času a okolitého priestoru, ktorý môže zapríčiniť zmenu vlastností celého systému, čo sa stáva najmä v prípade kovových krytín.

 

obr.1

 

Formy korózie

 

Dodržaním jednoduchých konštrukčných pravidiel a správnym výberom materiálov možno predísť mnohým koróznym škodám. Korózia kovov sa môže prejavovať veľmi rozdielne, a to nielen podľa povahy prostredia, ale aj podľa vlastnosti kovu. Možno ju rozdeliť na rovnomernú a nerovnomernú.

Rovnomerná korózia sa väčšinou prejavuje napadnutím celého povrchu a jeho rovnomerným úbytkom. Tento druh korózie je najrozšírenejší, ale aj najmenej nebezpečný.

 

Nerovnomerná korózia môže byť rôzna – nerovnomerne plošná, rovnomerne miestna, bodová, medzikryštálová a transkryštálová.

Korózia je v podstate rozrušovanie materiálov (kovov, ale aj betónov, plastov a pod.), vyvolané chemickými alebo elektrochemickými reakciami medzi materiálom a prostredím. V prípade strešných konštrukcií možno hovoriť o niekoľkých formách korózie.

 

Galvanická – elektrochemická korózia

Tento typ korózie vyvolá vznik elektrochemických koróznych článkov. Dva kovy rozdielneho elektrochemického potenciálu sa nachádzajú v prítomnosti elektrolytu, ktorým môže byť voda, vodné roztoky a pod. Počas elektródovej reakcie preteká elektrickým článkom spojeným nakrátko (koróznym článkom) prúd, ktorý transportuje ióny menej ušľachtilého kovu k ušľachtilejšiemu kovu. Elektrochemická povaha

 

 

Tab.1 Vhodné (+) resp. nevhodné (-) kovové dotykové plochy vzhľadom na kontaktnú koróziu korózneho procesu ja znázornená na obr. 1. Elektrická vodivosť elektrolytu a kovu umožňuje, aby oxidačná a redukčná reakcia prebiehali na rôznych najvhodnejších miestach povrchu kovu. Pri železných materiáloch sa to prejaví v mieste nedostatku kyslíka vznikom hrdze.

 

hliník

olovo

meď

titánzinok

antikoro

oceľ pozink.

hliník

+

+

-

+

+

+

olovo

+

+

+

+

+

+

meď

-

+

+

-

+

-

zinok

+

+

-

+

+

+

antikoro

+

+

+

+

+

+

oceľ pozink.

+

+

-

+

+

+

 

 

 

 

 

 

 

 

Kontaktná korózia

Nastáva v prípade nevhodnej kombinácie materiálov v prítomnosti elektrolytu, napr. kondenzátu, dažďa a pod. Ide tiež v podstate o galvanickú koróziu. Hnacou silou je rozdiel elektrochemických potenciálov dvoch kovov. Stupeň korózie je závislý od korózneho prúdu (obr.2).

Často vzniká v prípade používania pripevňovacích prvkov, napr. nitov a lebo klincov, pozinkovaných príchytiek na pripevnenie medenej krytiny alebo medených príchytiek na pripevnenie titánzinkovej krytiny apod. Aj voda s obsahom nevhodných iónov môže spôsobovať korózne problémy, keď napr. dažďová voda najprv prechádza povrchom medenej krytiny a potom vteká do pozinkovaného odkvapového žľabu. Tento stav sa nazýva aj “zabudovaný spotrebič“ a môže spôsobovať značné škody. Prípustné kombinácie kovov udáva tab.1.

 

Chemická korózia

Chemickú koróziu vyvolávajú na povrchu kovov chemické látky, ako sú soli, kyseliny alebo zásady. Na povrch kovu sa tieto látky prenesú z atmosféry alebo zo stavebných častí opotrebovaných vplyvom vody. Pretože jednotlivé kovové materiály reagujú na chemické vplyvy rôzne, treba v prípade známeho väčšieho lokálneho zdroja imisií (napr. blízkeho chemického závodu) urobiť korózne skúšky vopred  a výsledkom prispôsobiť výber materiálu. Podľa najznámejších príčin koróznych vplyvov spôsobených chemickou reakciou existuje:

 

·    bitúmenová korózia – v dôsledku UV žiarenia slnka na nechránený povrch bitúmenovej krytiny prebieha oxidácia za vzniku agresívnych kyselín. Kyseliny sa vplyvom dažďa extrahujú do vody. Dažďová voda stekajúca na kovové časti potom vyvolá koróziu. Na zabránenie korózií musí mať bitúmenová krytina povrchovú úpravu proti slnečným lúčom alebo sa musia použiť kovy odolné proti takýmto kyselinám, napr. nehrdzavejúca oceľ, prípadne sa kovové časti strechy natrú ochranným náterom;

 

·    korózia v dôsledku imisií – poškodenie spôsobujú imisné spády z atmosféry, napr. agresívne plyny, ktoré sa vplyvom dažďa dostanú na povrch kovu. Najjednoduchšia ochrana je voľba vhodného sklonu strechy a vyhovujúceho materiálu;

 

·    korózia zo stále pôsobiacej vlhkosti – veľké škody môže spôsobovať aj dlhodobá vlhkosť, napr. zo stavebných prác a použitých materiálov, napr. z neodtekajúcej dažďovej vody a pod. Touto koróziou sú najviac ohrozené  prvky zo zinku, hliníka, olova a ocele. Na vzduchu majú tieto materiály dlhú životnosť, ale vlhkosť bráni vytvoreniu prirodzenej ochrannej vrstvy na povrchu (patiny) a materiál koroduje. Ochrana sa zabezpečuje napr. skladovaním kovových materiálov v suchom vetranom prostredí, správnym vetraním strešnej konštrukcie alebo vyhovujúcou povrchovou úpravou;

 

·    korózia spôsobená vymývaním – vyvoláva ju podobné pôsobenie znečistenej vody na kovové časti ako pri bitúmenovej korózii. Voda prechádza najprv cez znečistené  okrajové časti stavby, napr. betón, štrk, piesok, zelenú strechu a pod., a potom príde do styku s kovovým materiálom;

 

·    korózia spôsobená tuhými látkami (biologická korózia) – ide o pôsobenie zostatkov omietky, vtáčieho trusu, lístia, konárov a pod., ktoré väčšinou pre nevyhovujúcu geometriu strechy  nie sú odstránené, napr. dažďom.  Zvyčajne sa nazýva aj biologická korózia, pretože sa pri nej prejavuje vplyv biologicko-chemických procesov na kovový materiál.

 

Všeobecne je chemická korózia vyvolaná kombináciou chemickej reakcie (kyslej alebo zásaditej) s kovovým povrchom a stavebným materiálom v prítomnosti vlhkosti.

 

Metóda protikoróznej ochrany materiálov

Korózii materiálov možno zamedziť voľbou vhodnej protikoróznej ochrany, ktorej požadovaná úroveň sa môže dosiahnuť dvoma spôsobmi. Prvá metóda spočíva v zmenšení termodynamickej nestability sústavy prostredia a predmetu správnou voľbou termodynamicky stabilnejšieho  materiálu alebo povlaku, prostredia s menšou afinitou (príbuznosťou), uvedením kovu na potenciál v oblasti imunity, oddelením reagujúcich prvkov izolačnou vrstvou a pod. Druhá metóda ovplyvňuje rýchlosť koróznych reakcií a zahŕňa použitie materiálov a povlakov s pomalším priebehom riadiacej reakcie, úpravu prostredia, prevedenie kovu na potenciál v oblasti pasivity a pod. V stavebníctve sa používa najmä bariérová ochrana kovov.

 

Protikorózne úpravy kovov

Prejavom korózie kovových materiálov sa zabraňuje aj ich úpravou. Možnosti úpravy sú rôzne a závisia od vlastností príslušného kovu, ale aj od jeho aplikácie. Kovy možno upraviť dvoma spôsobmi:

·    úpravou do hmoty  v procese výroby sa k materiálu pridávajú ďalšie zložky (legačné), čím sa  menia jeho fyzikálne vlastnosti a vznikajú zliatiny. Ide o výrobu kovov všeobecne;

·    povrchovou ochranou – je založená na zlepšovaní vlastností alebo zmenšovaní aktivity povrchov materiálov pôsobením rôznych mechanizmov povlakov a vrstiev.

 

Úpravy povrchu kovu

Povrch chráneného kovu sa musí vopred upravovať. Väčšinou ide o dvojstupňový proces: najprv sa povrch očistí od organických látok (napr. tuky, oleje) alebo od solí a koróznych produktov a potom sa zdrsní. Odporúčaná maximálna drsnosť očisteného povrchu závisí od druhu povlaku.

 

Kovové povlaky a vrstvy

Kovové povlaky a vrstvy majú ochrannú alebo ozdobnú funkciu, alebo povrchu dávajú aj iné vlastnosti, napr. odolnosť proti oteru, odrazivosť svetla, elektrickú vodivosť a pod. Prehľad základných spôsobov vytvárania povlakov je uvedený v tab. 2. V stavebníctve sa najčastejšie používa zinkovanie:

·    žiarové (označené Z) – kúpeľ tvorí minimálne 99% zinku a prísady nevyhnutné na priebeh procesu,

·    legovaním (označenie ZA alebo aj Galfan) – používa sa kúpeľ zo zinku s prídavkom min. 5% hliníka,

·    legovaním (označenie AZ alebo aj Galvolume) – kúpeľ tvorí asi 55% hliníka, 43,4% zinku a 1,6% kremíka.

Základné vlastnosti a použitie takto upravených materiálov sú uvedené v tab. 3.

 

Organické povlaky a vrstvy

Ochranný účinok je založený na bariérovej ochrane, ktorú môže dopĺňať inhibičné pôsobenie látok obsiahnutých vo vrstve. Rozlišuje sa viacero spôsobov:

·    obklady a vyloženie doskami z plastov alebo gumy – používajú sa termoplasty, reaktoplasty a elastoméry. N a povrch kovu sa pripevňujú lepením, zváraním alebo príchytkami;

·    vrstvy tmelov, pást a stierkových hmôt – aplikujú sa hrubé, niekoľko milimetrové vrstvy z plastov, živíc a elastomérov. Používajú sa aj roztoky napr. kaučukov vo viacerých vrstvách. Jednozložkové zmesi sa vytvrdzujú teplom , dvojzložkové zmesi tvrdnú pri normálnej teplote. Rozšírené sú bitúmenové povlaky, ktoré môžu byť vystužené sklotkaninou, ale aj rôzne polyesterové živice, epoxidy a plastbetóny;

·    ochranné povlaky z plastov – chránia kovy bariérovým spôsobom a sú pevne spojené s podkladom. Ochranné povlaky môžu byť na báze reaktoplastov, elastomérov, resp. termoplastov. Najčastejšie používané plasty,, hrúbka vrstvy a dosiahnutá trieda koróznej ochrany sú uvedené v tab. 4. Povlaky z plastov našli uplatnenie aj v rôznych kombináciách povrchov. „Duplex systém“ je materiál s kovovou povrchovou úpravou a s ďalšou plastovou vrstvou. Vďaka synergii medzi povrchovou úpravou kovu a organickou vrstvou je korozívna odolnosť takéhoto systému často väčšia ako korozívna odolnosť jednotlivých vrstiev;

·    nátery – vytvárajú na povrchu kovu polymérny film. Základnými zložkami náterových hmôt sú spojivá, pigmenty, rozpúšťadlá, riedidlá a prísady upravujúce vlastnosti náterov. Spojivá zabezpečujú súdržnosť náterov a ich priľnavosť k povrchu kovu. Môžu ich tvoriť reaktoplasty, termoplasty a elastoméry. Pigmenty ovplyvňujú vlastnosti náterov, ale majú aj protikorózny inhibičný účinok. Nátery sa nanášajú štetcom, valčekom, striekacou pištoľou, elektrostatickým striekaním, namáčaním alebo elektroforeticky. Zasychanie náterov je dané druhom spojiva a môže byť fyzikálne (odparovaním rozpúšťadla a riedidla) alebo chemické. Chemická reakcia môže prebiehať pri normálnej teplote reakciou so vzdušným kyslíkom, účinkom tvrdidla alebo pri zvýšenej teplote 100ºC až 200ºC. Základné vlastnosti náterovej hmoty určuje druh spojiva (tab. 5);

·    vrstvy olejov, tukov a voskov – obsahujú väčšinou inhibítor korózie. Používajú sa iba na dočasnú ochranu kovu počas výroby a skladovania, potom sa odstraňujú.                                                                         


Tab. 2  Základné spôsoby vytvárania kovových povlakov na kovovom podklade

 

Povlakový

kov

Spôsob vytvorenia povlaku

 

elektrolyticky

bezprúdovo chemicky

ponorom do

roztaveného

kovu

žiarovým

striekaním

 

difúziou

napartením

vo vákuu

zinok

väčšina kovov

zvyčajne Fe

-

Fe

Fe

Fe

-

kadmium

väčšina kovov

zvyčajne Fe,Cu

-

-

-

-

-

hliník

Fe, Cu, Mg,

Ni, Zn

-

Fe

Fe

Fe, FeCrNi,

Ni, Co, Cu

Fe, Zn,

plasty

chróm

väčšina kovov

-

-

-

Fe

-

cín

väčšina kovov

zvyčajne Fe,Cu

Fe, Cu, CuSn,

CuZn, Al

Fe, Cu

väčšina kovov

 

-

-

zliatina

SnZn

väčšina kovov

-

-

-

-

-

zliatina SnNi

zvyčajne Fe,Cu

-

-

-

-

-

zliatina

PbSn

zvyčajne Fe,Cu,

CuZn

-

Fe, Cu

-

-

-

olovo šedé

PbSn

väčšina kovov

zvyčajne Fe,Cu

-

-

väčšina kovov

 

-

-

nikel

väčšina kovov

väčšina kovov,

plasty

-

väčšina kovov

 

Fe

väčšina kovov,

plasty

meď

väčšina kovov

Fe, CuZn, Al,

plasty

-

Fe

-

-

 

 Tab. 3 Korózna ochrana žiarovo zinkových kovov

Spôsob

zinkovania

Označenie

Obostranná

hmotnosť

povlaku (g/m2)

Hrúbka vrstvy

(mm)

Trieda korózie

podľa DIN

žiarové zinkovanie

Z 275

275

20

I

zinkovanie legovaním

ZA 255

255

20

I

zinkovanie legovaním

AZ 185

185

25

III

 

 Tab. 4 Plastové povlaky

Druh polyméru na tvorbu

povlaku

Označenie

Hrúbka

vrstvy (mm)

Trieda korózie

podľa DIN

Lakovací systém

polyester

PS

10

II

polyester

PS

25

III

polyuretán

PUR

25

III

vysoko trvanlivé polyméry

HDP

25

III

polyvinylidénfluorid

PVDF

25

III

polyvinylchlorid-plastisol

PVC (P)

100 - 200

III

Fóliovací systém

polyvinylchlorid

PVC (F)

100 – 200

III

polyvinylfluorid

PVF (F)

40

III

 

  Tab. 5 Základné vlastnosti náterov

 

Nátery

Spôsob vytvárania

vrstvy

Spôsob zasychania

Odolnosť proti

 

Ohybová

pevnosť

Odolnosť

proti

oteru

 

Tvrdosť

norm.

teplota

ohrev.

vypaľov.

teplu

slnku

vode

chemi-

káliám

miner.

rozp.

nitrocelulózové

odparenie

rozpúšťadla

 

x

 

x

 

 

(-)

 

+

 

(-)

 

(-)

 

-

(+)

(±)

(+)

chlórkaučukové

dtto

x

 

 

-

(-)

(+)

(+)

-

(+)

(-)

(-)

bitúmenové

dtto

x

 

x

(±)

(+)

+

(+)

-

(+)

(±)

(±)

z

vynilpolymérov

dtto

x

 

 

(-)

(+)

(+)

+

(-)

(+)

(±)

(-)

olejové

polymerizácia

x

 

 

(-)

(+)

(+)

(-)

(-)

(+)

(-)

(±)

alkydové

dtto

x

x

 

(-)

(+)

(±)

(-)

(+)

(+)

(±)

(±)

melamínové

polykondenzácia

 

 

x

(+)

(+)

(+)

(+)

(+)

(-)

 

 

fenol-

formaldehydové

dtto

x

 

x

+

(+)

(+)

(+)

+

(-)

+

+

močovino-

formaldehydové

dtto

x

 

x

(+)

+

(+)

(-)

+

(-)

 

 

epoxidové

(tvrd. amínmi)

polymerizácia

x

x

x

(+)

(±)

(-)

(+)

+

(-)

+

+

epoxydehtové

dtto

x

 

 

(+)

(-)

+

(+)

(+)

(±)

 

 

epoxyesterové

dtto

x

 

x

(+)

(+)

(+)

(+)

+

(-)

+

+

silikónové

polykondenzácia

 

 

x

+

+

+

(-)

(-)

(+)

+

+

polyuretánové

polymerizácia

x

x

 

(+)

+

(+)

+

+

(±)

+

+

akrylátové

dtto

x

x

x

(+)

(+)

+

(+)

(+)

(+)

(+)

(+)

furánové

dtto

x

 

 

(+)

(+)

(-)

+

+

(-)

(+)

+

polystyrénové

dtto

x

 

 

(-)

(±)

+

+

(-)

(+)

(-)

(-)

Pozn.: Odolnosť a vlastnosti: + veľmi dobré, (+) dobré, (-) zlé, (±) veľmi zlé

 

 

Anorganické povlaky a vrstvy

Anorganické povlaky a vrstvy chránia povrch nanesenou vrstvou alebo vytvorením bariéry pred kovovým povrchom. Patria sem:

·    konverzné povlaky – sú umelo vytvorené vrstvy na báze oxidov, fosforečnanov alebo chrómanov príslušného kovu. Používajú sa aj na zvýšenie ochrannej účinnosti náterov, najmä ich priľnavosti (fosfátovanie pre hliník, kadmium, železo a zinok, chromátovanie  alebo kombinácia oxid – chromát, fosfát – chromát pre hliník, kadmium, mangán, zinok, meď a železo). Na zlepšenie odolnosti proti korózii, najmä atmosferickej, sa používajú:

§    fosfátové vrstvy pre oceľ, menej často cín a kadmium

§    chromátové vrstvy pre hliník, kadmium, meď, striebro, mangán a zinok; sú odolnejšie ako fosfátové vrstvy

§    oxidové vrstvy vytvorené anodickou oxidáciou pre hliník, mangán a zinok; majú podobné vlastnosti ako chromátovanie

§    oxidové vrstvy chemické pre hliník, mangán, kadmium, železo, meď a zinok; majú menšiu ochrannú účinnosť ako vrstvy vytvorené anodickou oxidáciou

§    chromátovaná fosfátová vrstva pre hliník a zinok; je veľmi dobrá ako dvojitá ochrana;

·    anorganické povlaky vytvrdzované za studena – slúžia najmä na špeciálne účely. Patria sem rôzne cementové a vápenaté malty, ale aj nátery na báze cementu s kaseinom a anorganickým inhibítorom. Často používané sú aj anorganické nátery s vysokým obsahom zinku;

·    povlaky z tavených kremičitých zmesí – známe ako smalty. Sú to sklá s modifikovanými vlastnosťami. Vrstva smaltu sa nanáša polievaním, máčaním alebo striekaním. Po vysušení sa vypaľujú pri teplote 800 až  950ºC. Na kov sa nanášajú v dvoch vrstvách a ich ochranný účinok je bariérový;

·    vysokotaviteľné keramické povlaky – vytvárajú sa oxidmi, karbidmi, nitridmi, resp. boridmi. Povrchy majú vynikajúce špeciálne vlastnosti;

·    výmurovky – chránia nosný materiál proti silnej korózii a abrazívnemu a tepelnému vplyvu prostredia. Tento spôsob ochrany je v stavebníctve málo používaný, ide najmä o procesy výroby základných materiálov.

 

Záver

Korózia sa vo všeobecnosti prejavuje rôznymi spôsobmi. Jej príčiny a dôsledky sú často nejasné. Preto by sa pri plánovaní a realizácii kovových materiálov v konštrukcii malo hneď na začiatku dbať na zvýšenú opatrnosť. Dôležité je dodržiavanie platných noriem, predpisov a nariadení. Pre správny návrh opatrení proti korózii treba poznať nielen príslušný postup, ale aj vlastnosti zabudovaných materiálov. Úzka spolupráca projektanta, pokrývača a ďalších profesií je preto nevyhnutná. Možno sa tak vyhnúť problémom vzniknutým z nesprávnej kombinácie materiálov, zo zvýšenej vlhkosti, rozťažnosti materiálov a pod. Aj materiály, ktoré majú príslušnú protikoróznu ochranu, by sa mali počas údržby strechy vždy kontrolovať. Dodržiavanie zásady „sporné miesta dvakrát prehodnotiť a až potom realizovať“ má v prípade predchádzania korózii svoje opodstatnenie. V opačnom prípade sa následky prejavia v krátkodobom aj dlhodobom horizonte.

 

 

PREVZATÝ  TEXT:  doc.Ing. Walter Waradzin, CSc

––––--------––––––––––––----------–––––––––––––––-

Autor ukončil Chemicko-technologickú fakultu STU, kde habilitoval v oblasti teórie chemickej techniky. Pôsobil v Duslo Šaľa, Plastika Nitra. Bol konateľom spoločnosti, ktorá sa zaoberala výrobou a predajom stavebného príslušenstva pre strechy, fasády, zatepľovanie, príchytiek pre drevárske obklady, spojovacích prvkov a pod.

 

viac informácií nájdete na našej www.drozd.sk - stránka stavebnej a obchodnej spoločnosti, alebo špecializovanej stránke www.monetcolor.sk