رنگ سوله
گزینه های زیادی برای معمار یا مهندس برای انتخاب سیستم پوشش محافظ زیبایی برای فولاد براساس رنگ سوله وجود دارد که سال ها عملیات نگهداری رایگان را تامین می‌کند. از این رو هدف این مقاله، ارائه بینش به حرفه ای درگیر در طراحی ساختمان و پل با استفاده از فولاد سازه ای در سیستم حفاظت از خوردگی است.
فولاد هنگامی که در معرض شرایط بی نظیر از جمله فضای باز است، زنگ می‌زند. قابل توجه است که انواع فولاد شامل نوع کم آلیاژ در معرض هوای مرطوب در معرض زنگ زدگی هستند. زنگ زدگی یک فرایند الکتروشیمیایی است که با تبادل الکترونها مشخص می شود. در بعضی موارد، اضافه کردن ۰٫۳٪ مس به فولاد کربن می تواند باعث کاهش میزان زنگ زدگی شود. به نظر می رسد عناصر Cu، P، Cr و Ni به بهبود مقاومت در برابر خوردگی جو عمل کنند.
شکل گیری یک مقیاس زنگ زدگی متراکم و محکم مسئول کاهش میزان خوردگی است که منجر به استفاده بدون حفاظت می‌شود و همچنین می تواند زندگی با کاهش میزان خوردگی در زیر رنگ را افزایش دهد. میزان زنگ زدگی معمولا در سال اول قرار گرفتن در معرض جو از سال های بعد بیشتر است و با افزایش میزان آلودگی و رطوبت هوا افزایش می یابد. عناصر آلیاژ به یک محصول سفت کننده و کمتر متخلخل به عنوان فیلم سطح کمک می کنند. فیلم های محافظت شده در این فولادها سطح را در برابر نفوذ آب بیشتری می چسبانند، که سطوح اکسید را به آسانی مرطوب نمی‌کند.
فیلم های اکسید سطحی فشرده سریعتر در محیط های صنعتی حاوی SO2 سریع تر تولید می شوند که احتمالا در حضور رطوبت از طریق ایجاد اسیدهای سولفور و سولفوریک که بسیار خورنده هستند، در تشکیل فیلم نقش دارند. این تئوری به طور عمده بر این نکته بود که محصولات خوردگی بر روی فولاد در معرض فضای صنعتی معمولا غنی از سولفات بودند. با این حال، میزان خوردگی فولادهای هوادهی در اتمسفرهای صنعتی تا سطوح پایین تر از فضاهای روستایی یا نیمه روستایی غیر خورنده کاهش نمی یابد. خشک کردن دوره ای برای فیلم سطح لازم است تا خواص محافظتی آن را بهبود بخشد. علاوه بر این، توسعه فولاد مقاوم در برابر آب مقاوم در برابر هوا و سیستم های رنگی / پوشش های با کیفیت بالا می تواند از فولاد حتی در محیط های پرخطر محافظت کند. طول عمر سیستم حفاظتی همانند عمر ساختاری فولادی که از آن حفاظت می کند، مشابه نیست. سیستم محافظ معمولا نیاز به طول عمر متنوع دارد. تمام سازه های مدرن برای طول عمر خاص بر اساس دوام طراحی شده اند
رنگ آمیزی اسکلت فلزی
رنگ یکی از مصالح متغارف برای حفظ و نگهداری سازه‌های اسکلت فلزی است. سیستم‌های رنگ آمیزی اسکلت فلزی در طول سالیان جهت پیروی از قوانین محیط زیست صنعتی و پاسخ به نیاز کارفرمایان پل‌ها و ساختمان‌ها در راستای بهبود عملکرد دوام توسعه داده شده‌اند.
مولفه‌های اصلی رنگ شامل ملات رنگ، رنگدانه و محلول است. هر مولفه یک عملکرد مشخص داشته و بر روی شکل‌گیری لایه رنگ مشخصاتش اثر می‌گذارد.
رنگدانه
رنگدانه پودرهای ارگانیک و غیرارگانیک زمینی هستند که رنگ، ماتی و کدری، چسندگی لایه و همچنین جلوگیری از خوردگی را فراهم می‌کنند.
بیندر رنگ
بیندر ملات رنگ معمولا رزین یا روغن است اما میتواند مولفه‌های ارگانیک مانند سیلیکات‌های محلول باشد. بیندر یک مولفه شکل‌دهنده لایه رنگ در رنگ‌آمیزی است.
محلول رنگ
محلول‌ها به صورت محلول بیندر یا به عنوان یک تجزیه کننده برای تسهیل کاربرد رنگ استفاده می‌شود. محلول‌ها، بنابراین، معمولا مایعات ارگانیک یا آب هست. رنگ‌ها به سطوح فولاد با استفاده از روش‌های مختلف اعمال می‌شوند اما این روش یک لایه مرطوب ایجاد می‌کند. ضخامت این لایه مرطوب قبل از تبخیر محلول قابل اندازه‌گیری است که با استفاده از گیج اشنه‌ای انجام می‌شود. در زمانیکه محلول تبخیر شود، شکل‌گیری لایه اتفاق می‌افتد، که بیندر و رنگدانه را در سطح به صورت لایه خشک رها می‌کند. ضخامت لایه خشک را می‌توان اندازه‌گیری نمود، که معمولا با یک گیج انگیزشی الکترومگنتیک صورت می‌پذیرد.
رابطه بین ضخامت لایه مرطوب اعمال شده و ضخامت لایه خشک توسط درصدی از حجم جامد رنگ به دست می‌آید:
dft = ‘wet film’ thickness’ * % volume solids
انواع اصلی رنگ و مشخصات آنها
رنگ‌هایی که هوا خشک می‌شوند (مانند آکیدها – Alkyds)
این مصالح خشک شده و یک لایه با یک فرآیند اکسید شدن را شکل می‌دهند، که شامل جذب اکسیژن از اتمسفر است. بنابراین آنها به ضخامت‌های لایه رنگ کم به صورت نسبی محدود می‌شوند (عموما ۴۰ میکرومتر). در صورتی که لایه شکل گرفت، دارای مقاومت حل شدگی محدود و مقاومت شیمیایی نامناسب است.
رنگ مقاوم شیمیایی تک پاکتی (پلاستیک‌های اکریلتد و وانیل‌ها – Acrylated rubbers or vinyls)
برای این مصالح، شکل‌گیری لایه تنها نیازمند تبخیر محلول بوده و هیچ فرآیند اکسیداسیونی را شامل نمی‌شود. آنها به صورت ضخامت لایه متوسط حدود ۵۰-۷۵ میکرومتر کاربرد دارند، اگرچه نگهداری محلول در لایه میتواند در انتهای بالای این محدوده مشکل‌ساز باشد. لایه شکل‌گرفته نسبتا صاف مانده و مقاومت حل شدگی ناچیزی دارد اما مقاومت شیمیایی مناسبی ارائه می‌دهد.
رنگ مقاوم شیمیایی جفت پاکتی (اپوکسی‌ها یا اورتان)
این مصالح به صورت دو مولفه جدا تامین می‌شوند، معمولا به عنوان عامل پایه و عما آوردنده بیان می‌شود. زمانیکه این دو مولفه ترکیب شوند (فورا بعد از استفاده) یک واکنش شیمیایی رخ می‌دهد. این مصالح بنابراین دارای یک محدود قبل از اینکه پوشش ترکیبی زده شود. واکنش پلیمریزاسیون بعد از رنگ‌آمیزی نیز ادامه یافته و بعد از اینکه محلول تبخیر شد برای تولید یک لایه ضخیم اتصالی که میتواند سخت باشد و مقاومت شیمیایی و حل شدگی مناسب دارد.
رزین‌های مایع دارای ویسکوزیته کم را می‌توان در فرمولاسیون به جهت جلوگیری از نیاز به محلول استفاده نمود. اینچنین پوشش‌هایی به عنوان کم حل کننده یاد می‌شوند و می‌توان آنها را برای لایه‌های ضخیم نیز استفاده نمود که دارای ضخامتی حدود ۱۰۰۰ میکرومتر است.
طبقه‌بندی رنگ‌ها
چون، به عبارتی وسیعتر، یک رنگ شامل رنگدانه، پراکنده شده در یک بیندر مشخص، و محلول در یک محلول مشخص است پس تعدادا انواع رنگ‌ها محدود است. عمومی‌ترین روش طبقه‌بندی رنگ‌ها یا براساس نوع رنگدانه آنهاست و یا براساس ملات یا بیندر آن است. پرایمرها برای فولادها معمولا مطابق با اصلی‌ترین رنگ‌دانه‌های مانع خوردگی مورد استفاده در فرمولاسیون آنها مانند پرایمر سولفات روی، فلز روی یا پرایمر آلومینیوم و غیره طبقه‌بندی می‌شود. هر کدام از این رنگ‌دانه‌های مانع خوردگی می‌توانند در تعدادی از بیندرهای رزینی ترکیب شوند برای مثال، آلکاید فسفات روی، پرایمرهای اپوکسی فسفات روی، پرایمرهای پلاستیکی آکرایلیدی فسفات روی و غیره.
آسترها و لایه تمام شده معمولا مطابق با بیندر مانند اپوکسی‌ها، وانیل‌ها و اورتان‌ها و غیره.
پرایمرهای پیش‌سازی
پرایمرهای پیش‌سازی با عنوان پرایمرهای بلاست، شاپ، موقت، نگهدارنده و غیره مطرح هستند. این پرایمرها در سازه اسکلت فلزی کاربرد دارند، فورا بعد از تمیز کردن با بلاست، جهت حفظ از واکنش سطح بلاست شده در شرایط زنگ خوردگی تا رنگ نهایی بر روی اسکلت فلزی زده می‌شوند. آنها اساسا به صفحه فلزی و مقاطع قبل از ساخت که شامل جوشکاری و برش با گاز است، زده می‌شوند. الزامات اصلی یک پرایمر قبل از ساخت مقطع اسکلت فلزی شامل موارد زیر است:
پرایمر باید قابلیت کاربرد با روش اسپری را برای تولید یک پوشش نازک صاف داشته باشد. ضخامت لایه خشک معمولا به ۱۵ تا ۲۰ میکرومتر محدود می‌شود. در ضخامت کمتر ۱۵ میکرومتر، سطح نهایی پروفیل بلاست حفاظت نشده و در اثر هوازدگی زنگ خوردگی اتفاق می‌افتد. ضخامت بالای ۲۵ میکرومتر پرایمر در کیفیت جوش اثر داشته و فوم جوش اضافی ایجاد می‌نماید.
پرامیر باید خیلی سریع خشک شود. پرایمرها باید در یک خط تولید اتوماتیک که صفحات و مقاطع در یک نرخ عبور ۱ تا ۳ متر در دقیقه از محل رنگ عبور می‌کنند به قطعات زده شود. فاصله بین پرایمر و حمل قطعه حدود ۱ تا ۱۰ دقیقه است و بنابراین لایه پرایمر باید در این فاصله خشک شود.
روش ساخت نرمال (مانند جوشکاری و برش با هواگاز) نباید زیاد توسط روند پاشیدن پوشش به تاخیر بیوفتد، و پرایمر نباید موجب ایجاد تخلخل جوش اضافی شود (تائیدیه جوشکاری باید تهیه گردد). فوم جوش پخش شده توسط پرایمر نباید از مقدار مناسب حدود در معرض گیری کاری اضافه شود. پوشش پرایمر باید به صورت مناسب حفاظت را ایجاد نماید.
باید توجه شود که کارخانه‌ها ممکن است دوام بیشتری برای پرایمرهای پیش‌سازی خود درخواست کنند و در معرض گیری پیشنهادی حدود ۶ تا ۱۲ ماه مقدار غیرعادی نیست. در عمل، مگر در حداقل شرایط سخت چنین مدتی بدست نمی‌آید برای مثال در نگهداری در محوطه باز. در شرایط نامناسب، دوام را در مقیاس هفته می‌توان انتظار داشت.
پوشش‌های دارای روی و روی سیلیکات بیشترین حفاظت را در میان پرایمرهای پیش‌سازی تامین می‌نمایند. سطح پرایمر زده شده، بعد از هوادهی، باید حداقل پیش آماده‌سازی برای رنگ‌کاری را در ادامه داشته و باید با سیستم رنگ مورد استفاده سازگار باشد. بیشتر پرایمرهای اختصاصی در دسترس بوده اما به صورت زیر قابل طبقه‌بندی هستند: پرایمرهای نقش‌اندازی یا تیز‌آب‌کاری (etch primers)، پرایمرهای اپوکسی (epoxy primers)، پرایمرهای روی اپوکسی (zinc epoxy primers)، پرایمرهای سیلیکات روی (zinc silicate primers).
پرایمرهای نقش‌اندازی یا تیز‌آب‌کاری (etch primers)
این نوع پرایمرهای براساس رزین بوتیرآل پلی ونیل تقویت شده با یک رزین فنولیک جهت افزایش مقاومت در برابر آب هستند. این پرایمرها به شکل‌های تک پاکتی و جفت پاکتی استفاده شده که دومی دارای دوام بهتری است.
پرایمرهای اپوکسی (epoxy primers)
این پرایمرهای مصالح جفت پاکتی هستند که از رزین اپوکسی بهره می‌برند و معمولا دارای عوامل عمل‌آوری پلی‌آمید یا پلی‌آمین هستند. آنها دارای رنگ‌دانه‌های متنوع مانع یا غیرمانع هستند. پرایمرهای اپوکسی فسفات روی متداول‌ترین کاربرد را داشته و بهترین دوام را در این گروه ارائه می‌دهد.
پرایمرهای اپوکسی روی
این پرایمرها بهتر از انواع غنی شده با روی یا روی کاهش یافته هستند. پرایمرهای غنی شده با روی لایه که شامل ۸۲ تا ۸۵ درصد از وزن پودر فلز روی در حالی که مقدار متناظر آن در نوع با روی کاهش یافته حدود ۵۵ در صد وزن است. زمانی که قطعه در شرایط دریایی یا محیط صنعتی شدید قرار می‌گیرد، پرایمرهای اپوکسی روی در معرض تولید محصول خوردگی سفید رویکه باید قبل از پوشش نهایی از سطح زدوده شوند، هستند. فرآیند تمیزکاری معمولا به عنوان آماده‌سازی ثانویه سطح نامیده می‌شود. تمامی پرایمرهای اپوکسی روی فوم اکسید روی در طی واگازتولید می‌کنند که موجب مخاطرات سلامتی است.جوشکاری وبرش با ه
پرایمرهای سیلیکات روی (zinc silicate primers)
این نوع پرایمرها یک سطح از حفاظت را که قابل مقایسه با نوع اپوکسی غنی شده با روی است فراهم می‌نماید و آنها از کاستی‌های مشابهی مانند شکل‌گیری نمک روی و تولید فوم اکسید روی در هنگام جوشکاری برخوردارند. طبقه‌بندی‌های مختلفی از پرایمرهای سیلیکات روی براساس بیندر (ارگانیک یا غیرارگانیگ) و محتوای روی وجود دارد. پرایمرهای با روی کم در گروه بهبود یافته برای جوش‌پذیری و با حداقل تخلخل جوش هستند. در هر صورت، دوام کاهش یافته است. پرایمرهای سیلیکات ارگانیک مناسبترین پرایمرهای پیش‌سازی هستند.
کاربرد رنگ
روش کاربرد و شرایطی که تحت آن رنگ زده می‌شود تاثیر به سزایی بر کیفیت و دوام پوشش دارد. روش‌های استاندارد مورد استفاده برای رنگ‌آمیزی اسکلت فلزی شامل کاربرد قلم رنگ، رولر یا غلتک رنگ‌کاری، اسپری هوای سنتی و اسپری بدون هوا و غیره هستند.
کاربرد قلمو رنگ
ساده‌ترین روش و در عین حال کندترین روش بوده و هزینه بالایی دارد. اگرچه، مزیت‌های مشخصی نسبت به دیگر روش‌ها دارد برای مثال رطوبت خوب سطح، و در محیط‌های محدود و محافظت شده و کوچک نیز قابل استفاده است. این روش کمترین آلودگی را برای محیط در پی دارد. کاربرد سنتی یک نیروی برشی بالا بین مایع رنگ و گوهرمایه آن ایجاد می‌نماید. این روند به رطوبت ذاتی سطح فلز کمک کرده و موجب چسبندگی بهتر لایه رنگ خشک می‌شود. کاربرد قلمو رنگ دارای هزینه کارگر بالاست و به عنوان روش کند برای مصارف با پوشش زیاد است. برخلاف این، و به خصوص جاییکه سطح تمیزکاری شده با استاندارد بالا نیاز نباشد، توصیه می‌شود که پوشش با قلمو اعمال شود.
شکل ۱ – رنگ‌آمیزی اسکلت فلزی با قلمو رنگ
کاربرد رولر یا غلتک رنگ
این فرآیند از کاربرد قلمو سریعتر است و در سطوح صاف کاربرد وسیعی دارد، اما مشخصات روانی مناسبی می‌طلبد. در هر صورت، سطوح اسکلت فلزی به صورت ایده‌آل صاف نیست، غلتک از روی تورفتگی‌های کوچک رد شده و کناره‌ها مشکل است. برای گوشه‌های و سر پیچ‌ها مناسب نیست.
شکل ۲ – کاربرد غلتک رنگ در رنگ‌آمیزی اسکلت فلزی
کاربرد اسپری
در کاربرد اسپری، رنگ به صورت اتوماتیک به صورت جت رنگ به سطح پرتاب می‌شود که جتهای در ترکیب با هم در سطح برای حفاظت یک لایه پیوسته تولید می‌کنند. اتوماتیک سازی به روش‌های مختلف قابل دستیابی است. در اسپری هوا، رنگ در ترکیب با یک چشمه از هوای فشرده در تفنگ اسپری سنتی است. رنگ یا به جریان هوا مکیده شده (یک تفنک مکنده ساده برای کاربردهای کوچک استفاده می‌شود) یا تخت فشار از یک منبع فشار به تنفگ اسپری خورانده می‌شود. برای یک کاربرد ایده‌آل، تنظیم دقیق نازل اسپری و فشار هوا باید توسط یک اپراتور ماهر انجام شود که مطابق با سازگاری و ترکیب رنگ تولیدی و ضخامت لایه رنگ مورد نیاز است.
برای اسپری بدون هوا، رنگ به صورت هیدرولیکی فشرده شده است و رهاسازی از طریق یک سوراخ کوچک در یک تفنگ اسپری بدون هوا است. با تغییر اندازه سوراخ و شکل آن فشارهای هیدرولیکی متفاوت، اتوماتیک‌سازی در حالت‌های مختلف سازگاری از ضخامت‌های کم تا زیاد برای دستیابی به نرخ‌های مختلف اسپری کردن، صورت می‌پذیرد. تجهیزات مورد نیاز بسیار پر هزینه‌تر از اسپری به کمک هوا است، چون باید در مقابل فشار بالا دوام داشته باشند. برای اسپری با هوا، نهایت فشار تا ۶۹۰ کیلوپاسکال بوده در حالیکه برای فشار هیدرولیکی ۲۷۰۰۰ کیلوپاسکال است.
انواع مختلف شامل حرارت دهی برای کاهش سازگاری رنگ نسبت به کاربرد رقیق‌کننده وجود دارد. در این روش ضخامت لایه بالا قابل کاربرد است. این روش برای مصالح عاری از حل کننده مانند محصولات جفت پاکتی که در نازل تفنگ اسپری ترکیب‌می‌شوند استفاده می‌شود. استفده از تجهیزات گران و کارگر ماهر برای دستیابی به نتیجه بهینه جهت حفاظت از سازه‌های بزرگ لازم است.
شکل ۳ – رنگ‌آمیزی اسکلت فلزی با اسپری
شرایط کاربرد
شرایط اصلی که به کاربرد پوشش رنگ اثرگذار است حرارت و رطوبت است. این شرایط به سادگی در شرایط کارگاهی قابل ارزیابی و کنترل است. دمای هوا و دمای فلز فولاد در تبخیر محلول، مشخصات رنگ قلمو و اسپری، خشک شودن و زمان عمل‌آوری اثر گذار است. زمانی که حرارت دهی مورد نیاز باشد، فقط باید به صورت غیرمستقیم اتفاق بیوفتد. رنگ نباید در حضور رطوبت و میعان سطح قطعه فلز اتفاق بیوفتد. عموما جهت اندازه‌گیری حرارت طرح فلز فولاد با تماس ترمومتر و اطمینان از پایداری حداقل ۳ درجه بالای شبنم رطوبت لازم است.