Da die Betreiber von Verkehrsanlagen ihre Strukturen vor Korrosion schützen und gleichzeitig die Unannehmlichkeiten für die Reisenden verringern wollen, entscheiden sich viele für thermische Spritzbeschichtungen anstelle der herkömmlichen flüssigen Beschichtungen. Thermisch gespritzte Beschichtungen halten in der Regel 30 bis 50 Jahre, bevor Reparaturen erforderlich sind. Die höheren Kosten für TSC machen sich also bezahlt, und da weniger Reparaturen erforderlich sind, wird die Öffentlichkeit nicht so oft belästigt.
Das in der US-amerikanischen Verkehrsindustrie am häufigsten verwendete Material für das thermische Spritz Beschichtung sverfahren (TSC) ist eine 85/15-Zink-Aluminium-Legierung. Die TSC-Beschichtung wird entweder der Witterung ausgesetzt, um durch Oxidation von Zink und Aluminium eine natürliche Versiegelung zu bilden, oder sie wird kurz nach dem Aufbringen mit einem tief eindringenden Versiegelungsmittel versiegelt. Haftungsprüfungen der TSC-Beschichtung werden in der Regel gemäß ASTM D4541, „ Prüfverfahren “ (Verfahren zur Bestimmung der Abziehfestigkeit mit tragbaren Haftfestigkeitsprüfgeräten), vorgeschrieben. Gemäß SSPC-CS 23.00(I), „Interim Specification for the Application of Thermal Spray Coatings (Metallizing) of Aluminum, Zinc, and Their Alloys and Composites for the Corrosion Protection of Steel“ (Vorläufige Spezifikation für die Aufbringung von thermischen Spritzbeschichtungen (Metallisierung) aus Aluminium, Zink und deren Legierungen sowie Verbundwerkstoffen zum Korrosionsschutz von Stahl), beträgt der Mindesthaftungswert, der bei einer 85/15 Zn/Al-TSC akzeptiert wird, 700 psi. Im Folgenden wird beschrieben, wie uns ein Projekt dazu veranlasste zu untersuchen, ob die Oxidation der thermischen Spritzbeschichtung oder das Auftragen von Eindringversiegelungen die Haftwerte der Beschichtung beeinflussen. Obwohl der Haftmechanismus und die Dauer der verbesserten Haftung nicht vollständig geklärt sind, deuten unsere Feldversuche darauf hin, dass Versiegelungen die Haftung der thermischen Spritzbeschichtung verbessern können. Noch wichtiger ist, dass wir erkannt haben: Bei der Festlegung von Haftungsprüfungen an thermischen Spritzbeschichtungen sollte der Auftraggeber angeben, ob die Prüfung an versiegelten oder unversiegelten Oberflächen durchgeführt werden soll Beschichtung.
Im Jahr 2002 wollte die Niagara Falls Bridge Commission die langfristigen Vorteile von TSC auf der stark befahrenen Rainbow Bridge nutzen, die Niagara Falls, New York, USA, und Niagara Falls, Ontario, Kanada, verbindet. Unser Unternehmen leitete das 450.000 Quadratfuß (40.500 Quadratmeter) große Projekt.
Die Ausführungsarbeiten lagen in den Händen von Clara Industrial Services, Ltd., Thunder Bay, ON. MISCO Inspection Services Co. Ltd. aus Picton, ON, übernahm die Qualitätskontrolle für den Auftragnehmer. Die Projektspezifikationen sehen eine Schichtdicke von 8–12 mil einer 85/15-Zn/Al-Beschichtung auf der gesamten Konstruktion vor, gefolgt von 0,5–1,5 mil einer tief eindringenden Versiegelung, die innerhalb von acht Stunden nach dem Auftragen des TSC aufgebracht werden muss. Der Vertrag sah außerdem regelmäßige Haftfestigkeitsprüfungen vor, wie vom Bauleiter gefordert. Bei der Durchführung der Haftfestigkeitsprüfungen stellte das Inspektionsteam einen erheblichen Unterschied bei den Haftfestigkeitswerten fest: Die Werte an den Prüf dollies n, die vor der Versiegelung auf die „ Oberfläche “ aufgebracht wurden, wichen deutlich von den Werten nach der Versiegelung ab. Obwohl alle Werte die festgelegte Mindestanforderung von 700 psi erfüllten, wurden wir neugierig und führten zusätzliche Feldtests durch.
Ziel der Feldversuche war es, festzustellen, welche Auswirkungen – falls überhaupt – die natürliche Versiegelung durch Oxidation des TSC oder die eindringende Versiegelung auf die Haftfestigkeitswerte des TSC haben würden. Es wurde ein Versuch mit drei separaten Platten durchgeführt. Alle Platten wurden gemäß SSPC-SP 5 („White Metal Blast Cleaning“) mit Nickel-Schlacke der Körnung #20 sandgestrahlt. Das Ankerprofil betrug 4,0–4,5 mil. Zur Verfestigung des „ dollies “ wurde ein Zweikomponenten-Epoxid- Klebstoff verwendet. Die Haftfestigkeitsprüfung wurde mit einem selbstausrichtenden Haftfestigkeitsprüfgerät PosiTest® AT-M gemäß ASTM D4541, „ Prüfverfahren E“, durchgeführt. Auf Platte Nr. 1 (Abb. 1) wurde TSC in einer durchschnittlichen Dicke von 12,8 mils aufgetragen; drei „ dollies “ wurden auf die Platte aufgebracht und am folgenden Tag abgezogen, um die Prüfgruppe 1A darzustellen. Der durchschnittliche Haftwert der drei Proben betrug 733 psi, wobei die Ergebnisse auf ein „ Beschichtung “-Haftversagen gegenüber dem Substrat und ein kohäsives Versagen innerhalb des TSC hindeuteten. Die Platte wurde drei Monate lang bei Temperaturen v at 65 bis 80 °F (18 bis 27 °C) und einer relativen Luftfeuchtigkeit (RH) von 50–70 % gelagert, wodurch eine Oxidation des TSC stattfinden konnte. Drei „ dollies “ wurden erneut auf Platte Nr. 1 aufgebracht und am folgenden Tag abgezogen, um 1B darzustellen. Der durchschnittliche Haftwert der drei betrug 767 psi, mit Ergebnissen von Beschichtung : Haftversagen am Substrat und kohäsives Versagen innerhalb des TSC (Tabellen 1A und 1B). Es gab lediglich einen Anstieg der Haftwerte um 5 % und keine Veränderung der Versagensarten, was darauf hindeutet, dass die innerhalb des TSC natürlich entstandene Oxidversiegelung keinen direkten Einfluss auf die Haftung des TSC hatte.
Auf Platte Nr. 2 (Abb. 2) wurde TSC in einer durchschnittlichen Dicke von 12 mils aufgetragen; drei „ dollies “ wurden auf die Platte aufgebracht und am folgenden Tag abgezogen, um 2A darzustellen. Der durchschnittliche Haftwert der drei betrug 620 psi, wobei die Ergebnisse ein Haftversagen am Substrat bei einer Belastung von Beschichtung zeigten. Die Platte wurde drei Monate lang gelagert (bei 65–80 °F [18–27 °C] und 50–70 % r. F.), sodass eine Oxidation stattfinden konnte. Anschließend wurde eine tief eindringende Grundierung aus Corothane I Preprime (ausgehärtet bei at 800 °F [427 °C] und 60 % r. F.) at einer Dicke von 0,5–1,5 mils (13–38 Mikrometer) aufgetragen. Drei „ dollies “ wurden auf Platte Nr. 2 aufgebracht und am folgenden Tag abgezogen, um 2B darzustellen. Der durchschnittliche Haftwert der drei betrug 1.133 psi bei 100-prozentigem „ Klebstoff “-Versagen (Tabellen 2A und 2B). Diese Ergebnisse zeigen, dass die Grundierung einen deutlichen Einfluss auf die Haftung des TSC hatte, mit einer Steigerung der Haftwerte um 83 %.
Auf Platte Nr. 3 (Abb. 3) wurde TSC mit einer Schichtdicke v at , 10,4 mils, aufgetragen. Die Platte wurde abgedeckt, sodass sie in zwei Abschnitte unterteilt war. Auf den freiliegenden TSC-Bereich wurde eine Versiegelung mit einer Schichtdicke v at , 0,5–1,5 mils, aufgetragen. Nach dem Aushärten der Versiegelung wurden auf jeden Abschnitt drei dollies angebracht und am folgenden Tag abgezogen, wobei der unversiegelte Abschnitt 3A und der versiegelte Abschnitt 3B darstellte. Der durchschnittliche Haftwert des unversiegelten Abschnitts betrug 753 psi, wobei die Haftversagen „ Beschichtung “ at am Substrat auftraten. Der durchschnittliche Haftwert des versiegelten Abschnitts betrug 2.127 psi mit einem Versagen vom Typ „ Klebstoff “ (Tabellen 3A und 3B). Der Anstieg der Haftwerte um 183 % beim versiegelten im Vergleich zum unversiegelten Abschnitt deutet auf eine erhebliche Steigerung der Haftwerte hin, wenn die Versiegelung kurz nach dem TSC aufgetragen wird.
Unsere Feldversuche ergaben, dass natürliche Oxide, die sich in den Poren des TSC bilden, dessen Haftwerte nicht beeinträchtigen. Flüssigversiegelungen können die Haftungswerte von TSC beeinflussen, selbst wenn sie aufgetragen werden, nachdem eine minimale Oxidation stattgefunden hat. Unsere Tests ergaben, dass sie sich auch auf die Haftungswerte auswirken, wenn sie kurz nach dem TSC aufgetragen werden. Versiegelungen mit guten Benetzungseigenschaften können in lose Bereiche (oder Risse) eindringen und die Hohlräume und Poren in TSC versiegeln. Wenn eine penetrierende Versiegelung über TSC aufgetragen wird, kann es sein, dass die Versiegelung in die Poren und Hohlräume des TSC eindringt und eine stärkere Haftung erzeugt.
Wenn TSCs für den Korrosionsschutz in Betracht gezogen werden, sollte der Eigentümer at Vorteile des Auftragens einer Flüssigversiegelung auf die TSCs prüfen. SSPC-CS 23.00(I) empfiehlt, die Versiegelung so bald wie möglich nach den TSCs oder innerhalb von acht Stunden aufzutragen. Die Erhöhung der Haftfestigkeitswerte des TSC mit der innerhalb dieser Parameter aufgetragenen Versiegelung ist offensichtlich und sollte beachtet werden. Wenn bei einem Projekt eine Haftfestigkeitsprüfung vorgeschrieben wird, muss angegeben werden, ob die Prüfung am unversiegelten oder versiegelten TSC durchgeführt werden soll.
Robert H. Unger, "Thermal Spraying of Bridges" (Thermisches Spritzen von Brücken), Thermal Spray: Advances in Coatings Technology, Proceedings of the National Thermal Spray Conference, Orlando, FL, USA, 14-17 September, 1988-8708-011.
Joseph T. Butler, Metallizing for Corrosion Control, Vol. 1, Issue 1 (Januar 2000).
SSPC-CS 23.00(I), Vorläufige Spezifikation für die Anwendung von Thermospritz Beschichtung n (Metallisierung) von Aluminium, Zink sowie deren Legierungen und Verbundwerkstoffen zum Korrosionsschutz von Stahl, SSPC Painting Manual, SSPC: Pittsburgh, PA (März 2000).
Eric C. Lohrey, Metallisierung von Stahlbrücken in der Praxis, JPCL (Mai 1995), S. 39-50
