Вантовые мосты

 

 

 

 

 

3.Защита от коррозии.

Коррозия приводит ежегодно к миллиардным  убыткам, и разрешение этой проблемы является важной задачей. Основной ущерб, причиняемый коррозией, заключается  не в потере металла как такового, а в огромной стоимости изделий, разрушаемых коррозией. Вот почему ежегодные потери от неё в промышленно  развитых странах столь велики. Истинные убытки от неё нельзя определить, оценив только прямые потери, к которым  относятся стоимость разрушившейся  конструкции, стоимость замены оборудования, затраты на мероприятия по защите от коррозии. Ещё больший ущерб  составляют косвенные потери. Это  простои оборудования при замене прокоррозировавших деталей и узлов, утечка продуктов, нарушение технологических процессов.

Идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения. Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата является абразивоструйная очистка.

Обычно выделяют три направления  методов защиты от коррозии:

• Конструкционный
• Активный
• Пассивный

Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют  нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки.

Активные методы борьбы с коррозией  направлены на изменение структуры  двойного электрического слоя. Применяется  наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного  тока, напряжение выбирается с целью  повышения электродного потенциала защищаемого металла. Другой метод - использование жертвенного анода, более активного материала, который  будет разрушаться, предохраняя  защищаемое изделие.

    1.Покрытия.

В качестве защиты от коррозии может  применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию  коррозионного элемента (пассивный метод).

Красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование должны, прежде всего, предотвратить доступ кислорода  и влаги. Часто также применяется  покрытие, например, стали другими  металлами, такими как цинк, олово, хром, никель. Цинковое покрытие защищает сталь  даже когда покрытие частично разрушено. Цинк имеет более отрицательный потенциал и коррозирует первым. Ионы Zn2+ токсичны. При изготовлении консервных банок применяют жесть, покрытую слоем олова. В отличие от оцинкованной жести, при разрушении слоя олова коррозировать, притом усиленно, начинает железо, так как олово имеет более положительный потенциал. Другая возможность защитить металл от коррозии — применение защитного электрода с большим отрицательным потенциалом, например, из цинка или магния. Для этого специально создаётся коррозионный элемент. Защищаемый металл выступает в роли катода, и этот вид защиты называют катодной защитой. Растворяемый электрод, называют, соответственно, анодом протекторной защиты. Этот метод применяют для защиты от коррозии морских судов, мостов, котельных установок, расположенных под землей труб. Для защиты корпуса судна на наружную сторону корпуса крепят цинковые пластинки.

Если сравнить потенциалы цинка  и магния с железом, они имеют  более отрицательные потенциалы. Но тем не менее коррозируют они медленнее вследствие образования на поверхности защитной оксидной плёнки, которая защищает металл от дальнейшей коррозии. Образование такой плёнки называют пассивацией металла. У алюминия её усиливают анодным окислением (анодирование). При добавлении небольшого количества хрома в сталь на поверхности металла образуется оксидная плёнка. Содержание хрома в нержавеющей стали — более 12 процентов.

Система холодного цинкования

Система холодного цинкования предназначена для усиления антикоррозионных свойств комплексного многослойного покрытия. Система обеспечивает полную катодную (или гальваническую) защиту железных поверхностей от коррозии в различных агрессивных средах

Система холодной оцинковки бывает одно-, двух- или трехупаковочной и включает:

связующее — известны составы на хлоркаучуковой, этилсиликатной, полистирольной, эпоксидной, уретановой, алкидной (модифицированной) основе;

антикоррозионный наполнитель  — цинковый порошок («цинковая пыль»), с содержанием более 95 % металлического цинка, имеющего размер частиц менее 10 мкм и минимальную степень  окисления.;

отвердитель (в двух- и трех- упаковочных системах)

Одноупаковочные системы холодного цинкования поставляютмся готовыми к применению и требуют лишь тщательного перемешивания состава перед нанесением. Двух- и трехупаковочные системы могут поставляться в нескольких упаковках и требуют дополнительных операций по приготовлению состава перед нанесением (смешивание связующего, наполнителя, отвердителя).

После приготовления (двух- и трёхупаковочные системы), нанесения состава на защищаемую поверхность металла кистью, валиком, методом пневматического или безвоздушного распыления и высыхания на поверхности металла образуется цинкнаполненное противокоррозионное покрытие — полимерно-цинковая плёнка, сохраняющая все свойства полимерного покрытия, которое использовалось в качестве связующего, и одновременно обладающая всеми защитными достоинствами обычного цинкового покрытия.

Преимущества системы холодной оцинковки по сравнению со способом горячей гальванизации:

• Простота и меньшая трудоёмкость технологии нанесения защитного цинкового покрытия. Для нанесения покрытия не требуется специальное оборудование.
• Возможность антикоррозионной защиты металлоконструкций любых размеров, как в заводских так и в полевых условиях.
• Возможность исправления непосредственно на месте абразивных повреждений покрытия и дефектов, возникающих при сварке металлоконструкций.
• Экологически чистый процесс нанесения покрытия: нет необходимости производить работы в горячем цеху.
• Создание на поверхности железа гибкого слоя цинка (не образующего микротрещин при изгибании металлоизделия).

Система холодного цинкования применяется во всех видах промышленности и в быту, где требуется надёжная и долговечная защита железных поверхностей от коррозии.

Помимо использования в качестве грунтовочного слоя в комплексном  многослойном покрытии система холодной оцинковки может применяться  как самостоятельное антикоррозийное  покрытие металлических поверхностей.

Газотермическое напыление

Для борьбы с коррозией используют также методы газотермического напыления.

 С помощью газотермического напыления на поверхности металла создается слой из другого металла/сплава, обладающий более высокой стойкостью к коррозии (изолирующий) или наоборот менее стойкий (протекторный). Такой слой позволяет остановить коррозию защищаемого металла. Суть метода такова: газовой струей на поверхность изделия на огромной скорости наносят частицы металлической смеси, в результате чего образуется защитный слой толщиной от десятков до сотен микрон. Газотермическое напыление также применяется для продления жизни изношенных узлов оборудования: от восстановления рулевой рейки в автосервисе до нефтедобывающих компаний.

Термодиффузионное цинковое покрытие

Для эксплуатации металлоизделий в  агрессивных средах, необходима более  стойкая антикоррозионная защита поверхности  металлоизделий. Термодиффузионное  цинковое покрытие является анодным  по отношению к черным металлам и  электрохимически защищает сталь от коррозии. Оно обладает прочным сцеплением (адгезией) с основным металлом за счет взаимной диффузии железа и цинка в поверхностных интерметаллитных фазах, поэтому не происходит отслаивания и скалывания покрытий при ударах, механических нагрузках и деформациях обработанных изделий.

Диффузионное цинкование, осуществляемое из паровой или газовой фазы при высоких температурах (375—850 °C), или с использованием разрежения (вакуума) - при температуре от 250 °C, применяется для покрытия крепёжных изделий,труб, деталей арматуры и др. конструкций. Значительно повышает стойкость стальных, чугунных изделий в средах, содержащих сероводород (в т.ч. против сероводородного коррозионного растрескивания), промышленной атмосфере, морской воде и др. Толщина диффузионного слоя зависит от температуры, времени, способа цинкования и может составлять 0,01—1,5 мм. Современный процесс диффузионного цинкования позволяет образовывать покрытие на резьбовых поверхностях крепёжных изделий, без затруднения их последующего свинчивания. Микротвёрдость слоя покрытия Hμ = 4000 – 5000 МПа. Диффузионное цинковое покрытие также значительно повышает жаростойкость стальных и чугунных изделий, при температуре до 700 °C. Возможно получение легированных диффузионных цинковых покрытий, применяемое для повышения их служебных характеристик.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    2.Вентиляция мостов осушенным  воздухом.

• Для подвесных мостов

Метод осушения является сравнительно новым и его появление обусловлено  разработкой и наличием на современном  рынке климатического оборудования осушителей воздуха адсорбционного типа. Коррозия металла практически отсутствует при относительной влажности ниже 40% и резко увеличивается, подчиняясь закону Аррениуса, т.е. возрастает по экспоненте, при влажности свыше 60%, что иллюстрируется на рисунке

На практике полагают, что при  относительной влажности воздуха 40% и менее коррозия металла и  окислительные процессы в целом  отсутствуют даже на незащищенных другими  способами поверхностях. Применительно  к мостовым сооружениям, защита от коррозии методом осушения реализуется различным  образом в зависимости от их конструкции.

Наиболее характерным является использование метода осушения при  строительстве современных подвесных  и вантовых мостов, а также при  их реконструкции. Защите подлежат следующие  наиболее уязвимые части мостов указанных  типов:

• подвесные кабели;
• места крепления кабелей;
• стальные коробчатые балки центрального пролета.

Осушение внутренней полости стальной коробчатой балки центрального пролета  впервые было осуществлено еще в 1970 году при строительстве фирмой CОWI A/S моста Little Belt Suspension Bridge в Дании. Данный метод впоследствии применялся при строительстве самого длинного в мире на сегодняшний день подвесного моста Akashi Kaikyo Bridge в Японии и используется в большинстве проектов современного строительства как наиболее эффективный и экономичный. Опыт показал, что:

• осушение до уровня относительной влажности 40 % обладает 100 %-й эффективностью защиты от коррозии;
• капитальные затраты на оборудование системы осушения ниже затрат на покраску;
• эксплуатационные расходы на систему осушения существенно ниже текущих затрат на восстановление защитного слоя краски;
• при использовании метода осушения отсутствуют неблагоприятные воздействия на окружающую среду.

Устройство системы осушения стальной коробчатой балки центрального пролета. Система состоит из следующих основных элементов:

• адсорбционный осушитель, осуществляющий забор свежего воздуха, расходуемого в регенерационном контуре, и выброс насыщенного влагой воздуха в атмосферу;
• вентиляционный агрегат, обеспечивающий циркуляцию осушенного воздуха внутри скрытых полостей;
• система воздуховодов, подсоединенных к адсорбционному осушителю и вентиляционному агрегату;
• система клапанов, обеспечивающих равенство давления внутри и снаружи коробчатой балки.

Раздача воздуха осуществляется между  ребер жесткости и забор воздуха  – в центральной части по длине  коробчатой балки. Сварные швы и  внутренние поверхности балки не окрашены. Экономия капитальных затрат составляет около 8%.

При подборе осушителя следует  принимать во внимание следующее:

• Типоразмер осушителя выбирается исходя из кратности воздухообмена 0,1–0,12 1/час.
• Агрегаты предназначены для работы на 100 % рециркуляции, однако иногда небольшое количество свежего воздуха может поступать внутрь конструкции через разгрузочные клапаны при высокой скорости ветра снаружи.
• Относительная влажность внутри конструкций моста должна поддерживаться на уровне 40 % в режиме рециркуляции. Однако допускается незначительное повышение RH при поступлении свежего воздуха в случаях, оговоренных выше.

Крепление тросов

Узлы крепления натяжных тросов – один из наиболее критичных элементов  конструкции подвесных мостов. При  проектировании этих узлов должен соблюдаться  ряд профилактических мер, обусловливающих  долговечность и надежность моста, которые определяются, прежде всего, прочностью креплений. Вместе с тем, данные элементы достаточно чувствительны к воздействию коррозии. Для постоянного поддержания относительной влажности ниже 40 % необходимо подобрать соответствующий осушитель. При этих условиях вероятность коррозии практически отсутствует.

Преимущества:

• Применение осушителей для обработки воздуха в узлах крепления тросов позволяет существенно увеличить срок службы моста.
• Снижается стоимость обслуживания моста.
• Снижается частота и стоимость инспекционных проверок.

Наиболее эффективным средством  повышения безопасности мостов является антикоррозионная защита тросов с целью  поддержания их в сухом и чистом состоянии. Это наилучшим образом  достигается широко используемыми  в современной практике и рассматриваемыми ниже специальными системами осушения воздуха, прокачиваемого внутри герметичной  оболочки крепежных тросов.

 

• Для вантовых мостов

Полотно вантового моста подвешивается  на тросах, закрепленных на пилонах. Полотно  такого моста может быть изготовлено  из металла или железобетона. Во втором случае особенно важно сохранять  конструкцию в сухом состоянии, так как железная арматура бетона, придающая ему прочность, находится  в особенно неблагоприятных условиях из-за отсутствия доступа воздуха и поглощения бетоном влаги.