Životnost zinkových povlaků na silničních svodidlech

Životnost HDG povlaku je odvozována od tloušťky vrstvy a korozní rychlosti zinku podle ČSN EN ISO 9224, resp. stupně korozní agresivity v dané lokalitě. Hodnocení reálně dlouhodobě exponovaných svodidel potvrzují tyto odhady. Korozní rychlost žárového zinkového povlaku v tomto mikroklimatu odpovídá stupni korozní agresivity C4. Lokální poškození zinkového povlaku nesnižuje životnost svodidel.

ÚVOD

Svodidlo je bezpečnostní zařízení u pozemních komunikací, jehož účelem je usměrnit vozidlo, nad nímž řidič ztratí kontrolu, tak, aby nesjelo mimo vozovku. Umístění svodidel je nutné ve všech prudkých zatáčkách, strmých náspech a dalších nebezpečných místech a také ve středových dělících pásech dálnic. Konstrukčním materiálem svodidel je beton nebo ocel (nejčastěji používané v ČR), výjimečně dřevo. V r. 1968 byla v ostravské huti vyrobena první ocelová silniční svodidla – od té doby jich huť vyrobila více než 45 tisíc km. Každý rok vyrobí huť přibližně 1000 km ocelových silničních svodidel, z toho cca 50% je instalováno v ČR. V současné době je na trhu v ČR více dodavatelů.

Při návrhu silničních svodidel je vždy nutné vycházet z požadavků:

• požadavky na zkoušení: ČSN EN 1317 (2011) – Silniční záchytné systémy,
• požadavky na navrhování a ověřování konstrukcí: Eurokódy ČSN EN 1990 až 1999,
• Technické podmínky (TP) Ministerstva dopravy a ŘSD,
• požadavky na výrobce a zhotovitele,
• ostatní požadavky – odolnost proti korozi (ČSN EN ISO 1461).

Kompletní ocelová konstrukce je sestavena ze svodnic, případně dalších podélných prutů, sloupků, distančních dílů, spojovacích pásků, držáků, podložek, příp. spojek, kotevních prvků atd. Jednotliví výrobci svodidel vypracovali TP pro konkrétní výrobek, např. TP 128, TP 166, TP 167, TP 168, TP 185, TP 190 atd. Jednotlivé typy svodidel se ličí podle úrovně zadržení (typ vozidla), umístění na komunikaci atd. (Obrázek 1).

Všechny typy ocelových svodidel musí odpovídat z hlediska materiálu pro jejich konstrukci a materiálu pro ochranu proti korozi obecně požadavkům kapitoly TKP 19B. Všechny konstrukční díly se žárově zinkují. Vlastnosti a metody zkoušení povlaku zinku jsou definovány v ČSN EN ISO 1461. TKP 19B rozlišuje mezi korozní agresivitou pro uhlíkovou ocel a pro zinek a předepisuje stupeň korozní agresivity C4 obecně. V TKP 19B je uveden požadavek na protikorozní ochranu pro silniční záchytné systémy včetně spojů a kotvení – minimální tloušťka 85 μm povlaku žárového zinku. Touto tloušťkou je zajištěna životnost protikorozní ochrany na dobu minimálně 20 let. U mostních typů se sloupky s patní deskou (dle požadavků odběratele i další komponenty kromě svodnice) dále opatří nátěrem dle TKP kapitola 19B.

Svodidla jsou jednou z nákladných položek silničních staveb, u kterých nedojde během životního cyklu k výměně v celkovém rozsahu, ale budou řešeny pouze lokální výměny na celkové délce instalovaného svodidla. Např. náklady na ocelová silniční jednostranná svodidla pro modelový úsek (Obrázek 2) o délce 2 000 m typu N1 a N2 představují 2,3 mil. Kč. U ocelových svodidel nejčastěji dochází k deformacím vlivem autonehody a/nebo v případě, že není prováděna letní údržba, dojde k předčasnému koroznímu poškození ocelového svodidla vlivem provozních podmínek.

Dle statistik ČP a. s. ročně uplatní ŘSD a jednotlivé SÚS cca 300 pojistných událostí na poškozených svodidlech, dopravních značení a zařízení. Objem ročního plnění pojišťoven se pohybuje do 10 mil Kč. Pojišťovny se snaží v těchto případech uplaťnovat amortizaci svodidel, tj. jejich sníženou životnost. Proto byly ve SVÚOM zpracovány posudky zbytkové životnosti svodidel, které jednak vycházely z teoretických předpokladů, provedených korozních zkoušek v prostředí dopravních komunikací a z měření zbytkových tloušťek na vybraných svodidlech.

Studie dává dobré výsledky souladu teoretických i experimentálních podkladů a upřesňuje metodiku stanovení zbytkové životnosti žárových zinkových povlaků.

KOROZNÍ PROSTŘEDÍ DOPRAVNÍCH KOMUNIKACÍ

Svodidla jsou vystavena vždy dvěma typům prostředí:

• zádržná část – volná atmosféra dopravní komunikace,
• kotvící část – sloupky – částečně půda nebo beton.

Atmosférické korozní prostředí dopravních komunikací je specifické vlivem působení posypových solí aplikovaných v rámci zimní údržby. Zimní údržba především respektuje dopravní důležitost silnic dle jejich intenzity dopravy.

První rozsáhlou studii o korozních rychlostech zinkových povlaků v prostředí dopravních komunikací provedl SVÚOM v r. 2009/10 [1, 2]. Výsledky roční expozice vzorků s žárovým povlakem zinku prokázaly vyšší korozní agresivitu tohoto specifického mikroklimatu – Tabulka 1. V r. 2018/19 byla realizována expozice vzorků na pilíři dálničního mostu Poděbrady (Obrázky 3 a 4), která také potvrdila toto zvýšení korozní rychlosti. Celkový korozní úbytek byl 3,3 μm.a^–1 a hloubka důlkového napadení byla cca 6 μm.

Stupeň korozní agresivity prostředí pro zinek v okolí dopravních komunikací C_dk lze odvodit jako

C_dk = C_bc + 2

kde C_bc je stupeň korozní agresivity pro zinek v pozadí, tj. dané lokality bez vlivu znečištění z dopravní komunikace.

Tabulka 1 – Stupně korozní agresivity pro zinek

V době 2009/10 nebyly k dispozici údaje o depozici chloridů. Odhady na základě aktuálního množství chloridů na povrchu sledovaných konstrukcí byly:

• zimní období – postřik aerosolu – množství chloridů až 3 g.m^–2; následná pravidelná měření v 2 měsíčních intervalech prokázala mnohem vyšší hodnoty depozice;
• ostatní období – sekundární prašnost v okolí vozovek – množství chloridů až 1 g.m^–2; tato hodnota se blíží naměřeným depozicím.

Depozice chloridů je od r. 2016 měřena na atmosférických stanicích SVÚOM a přímo na různých polohách silničních mostů; od r. 2018 i v různé vzdálenosti od vozovky (Obrázek 5) [3, 4]. Měření jsou prováděna podle ČSN EN ISO 9225 oběma metodami. Výsledky měření metodou „suché desky“ na atmosférických stanicích SVÚOM bez vlivu dopravy a na D11 jsou uvedeny v Tabulce 2.

Tabulka 2 – Depozice chloridů (suché plátno)

Vliv vzdálenosti od vozovky se projevil pouze v zimním období, kdy byla depozice chloridů velmi vysoká; mimo zimní období byla hodnota depozice chloridů cca 4,6 mg.m^–2.d^–1, tj. obdobná hodnota jako na D11. V zimním období byla depozice i v nejbližší poloze B1 nižší než na D11, pravděpodobně se projevuje vliv intenzity dopravy. Část svodidel, resp. sloupků, je kotvena v půdě nebo betonu. Norma ČSN EN ISO 14713-1 uvádí jen velmi obecné údaje o životnosti zinkového povlaku v půdě a v betonu. SVÚOM realizuje dlouhodobé korozní zkoušky v půdě na 2 lokalitách [5, 6]. V současné době jsou dostupné výsledky po 3 letech expozice – korozní rychlost žárového zinkového povlaku po 3 letech byla cca 9 μm.r^–1; důlkové napadení bylo cca 45 μm.

Údaje o korozní rychlosti žárového zinkového povlaku v betonu nejsou jednotné. Zkušenosti SVÚOM ukazují, že pokud je beton vystaven trvale působení vlhkosti, může dojít po 1 roce k odkorodování zinkového povlaku v tloušťce 60 – 70 μm a ke vzniku korozního napadení podkladové oceli.

HODNOCENÍ ZBYTKOVÉ ŽIVOTNOSTI ZINKOVÉHO POVLAKU

V r. 2019 bylo provedeno hodnocení zbytkové životnosti středových silničních svodidel:

• D5, v úsek 36,9 km, směr Praha, instalace 1995, 3 díly svodidel (díl délky 4 m) poškozeny při dopravní nehodě v r. 2014 a vyměněny,
• D8, v úsek 15,5 km, směr Ústí nad Labem, instalace 1995, 3 díly svodidel (díl délky 4 m) poškozeny při dopravní nehodě v r. 2015 a vyměněny.

V provozních podmínkách nebylo možné hodnotit zbytkové tloušťky zinkového povlaku na částech sloupků ukotvených v půdě.

Povrch všech svodidel je pokrytý relativně objemnou vrstvou prašných úsad a korozních produktů. Na tělesech svodidel ani sloupcích se nevyskytuje významné korozní napadení podkladové oceli. Na původních svodidlech je souvislá vrstva zinkového povlaku – Obrázek 6. Na vyměněných svodidlech je vrstva korozních produktů zinku méně objemná než na původních svodidlech. Na svodidlech jsou ojediněle patrné korozní produkty oceli v místech mechanického poškození a/nebo instalace spojovacích šroubů a podložek, kde se projevuje kombinované působení různých korozních mechanismů. Část vrstev jsou pouze otisky z jiných korodujících povrchů, např. podložek šroubů. Korozně jsou napadeny hlavy šroubů.

Měření tloušťky zbytkového zinkového povlaku bylo provedeno podle normy ČSN EN ISO 2178 na různých plochách svodnic, spojky a sloupku – viz Obrázek 7, po mechanickém očištění od úsad a korozních produktů tloušťkoměrem PosiTector 6000 FNRS, fy DeFelsco, se sondou 129979. Kalibrace byla provedena na hladký ocelový povrch standardního etalonu. Podrobné i statistické výsledky měření jsou v Tabulce 3.

Tabulka 3 – Tloušťka povlaku (μm)

Korozní rychlost zinkového povlaku v prostředí se stupněm korozní agresivity C4 je podle ČSN EN ISO 9224 v intervalu 1,1 μm.r^–1 < rav ≤ 2,2 μm.r^–1, což odpovídá úbytku tloušťky vrstvy zinkového povlaku za 24 roky 26 μm, resp. 53 μm. Při porovnání rozdílu mezi původními a opravenými svodidly je rozdíl v minimální zbytkové tloušťce zinkového povlaku cca 26 μm za 19 let expozice, resp. 36 μm za 20 let expozice, což odpovídá korozní rychlosti zinkového povlaku 1,4 až 1,8 μm.r^–1. Tato korozní rychlost odpovídá odhadu podle ČSN EN ISO 9224.

Složení korozních produktů exponovaných 1 a 20 let je prakticky stejné (Tabulka 4), obsah chloridů v korozních produktech a úsadách se v obou případech pohyboval kolem hodnoty cca 1 hmot. %. Obsah hydrozincitu v korozních produktech je mírně vyšší než simonkoleitu, což značí, že se po 20 letech vytvoří relativně stabilní vrstva korozních produktů s částečně ochranným účinkem.

Tabulka 4 – Složení korozních produktů

ZÁVĚR

Na základě měřených zbytkových tlouštěk zinkového povlaku, údajů o depozici chloridů a stupni korozní agresivity specifického mikroklimatu stanoveném expozicí vzorků v prostředí dopravních komunikací lze odhadnout korozní rychlost žárového zinkového povlaku. Přesné stanovení zbytkové životnosti žárových zinkových povlaků na svodidlech není možné, protože není známá původní tloušťka žárového zinkového povlaku na daných dílech svodidel. Na základě provedených studií lze zbytkovou životnost žárového zinkového povlaku na svodidlech predikovat s dostatečnou přesností.

Proces žárového zinkování je ovlivněn celou řadou faktorů a dle provedených měření na opravených svodidlech byla původní tloušťka zinkového povlaku pravděpodobně vyšší než 85 μm. Při této minimální tloušťce poskytuje žárový zinkový povlak na svodidlech životnost protikorozní ochrany cca 65 let.

Sloupky svodidel jsou zhotoveny z plechu o tloušťce 5 mm, tloušťka žárového zinkového povlaku je na nich tedy vyšší (tloušťka zinkového povlaku závisí kromě jiných faktorů na tloušťce podkladové oceli) a jejich životnost je vyšší.

Na svodidlech byly zjištěny lokální projevy koroze podkladové oceli v místech mechanického poškození, na hranách dílů, pod hlavami šroubů, apod., ale ani tyto projevy významně nesnižují životnost svodidel jako celku.

Poděkování
Tento příspěvek byl pracován s finanční podporou projektu MPO – IP 08/2018.

LITERATURA:
[1] K. Kreislová, H. Geiplová, L. Mindoš, A. Koukalová, Protikorozní ochrana konstrukce mýtných bran v ČR, sborník přednášek 52. Medzinárodnej galvanickej konferencii, 15.–16. 6. 2010, Kočovce, SR, ISBN 978-80-227-3315-1, str. 39–45
[2] K. Kreislová, D. Knotková, P. Dušek, A. Koukalová, H. Geiplová, Metodika stanovení životnosti zinkových povlaků v atmosférickém prostředí, Konstrukce, Vol. 9, No 6, 2010, ISSN 1213-8762, str. P8–12
[3] V. Křivý, M. Kubzová, P. Konečný, K. Kreislová. Corrosion processes on weathering steel bridges influenced by deposition of de-icing salts, Materials, (12)7, 2019
[4] M. Kubzová, V. Křivý, K. Kreislová, H. P. T. Hong, Amount of chlorides in corrosion products of weathering steel, Transportation Research Procedia, 40, 751–758, 2019
[5] K. Kreislová, Z. Barták, P. Fialová, D. Majtas, Korozní chování žárových zinkových povlaků v půdě, sborník přednášek 23. konference žárového zinkování, ISBN 978-80-905298-6-1, 3. – 5. 10. 2017, Dolní Morava, pp. 68–78
[6] K. Kreislova, D. Majtas, P. Fialova, Results of 1 and 3 years of metallic coupons exposure in soil, mezinárodní konference EUROCORR2019, 9 to 13 September 2019, Seville, Spain
[7] Azmat N.S., Ralston K.D., Muddle B.C., Cole I.S., Corrosion of Zn under acidified marine droplets, Corrosion Science, 53 (4), 2011, pp. 1604–1615

Kateřina Kreislová, Zdeněk Barták, SVÚOM s. r. o., Česká republika
Monika Kubzová, VŠB-TU Ostrava, Česká republika