Til hovedsiden

 

Zinkbelægningers korrosion

Korrosion i atmosfæren

Når en varmforzinket konstruktion tages op af zinkbadet, angribes overfladen omgående af luftens ilt og danner zinkoxid. Luftens indhold af vand og kuldioxid ændrer hurtigt laget til basiske zinkkarbonater. Men luften indeholder også svovldioxider, som omdanner det basiske zinkkarbonat til mere letopløseligt zinksulfit og zinksulfat. Luftens indhold af svovldioxid er dog mindsket kraftigt de seneste år, og dermed også zinkens korrosionshastighed.

Atmosfærens indhold af svovldioxid påvirker således korrosionshastigheden, og derfor er korrosionen højere i industriatmosfære end i by- og landsbymiljø. Eksponeringsvinklen er af betydning i alle miljøer. Korrosionen er højere på en horisontal overflade end på en vertikal. Overflader, der befinder sig i læ, korroderer mindre end ubeskyttede overflader.

Zinklag, som eksponeres nogle måneder i atmosfæren, får en mat, lysegrå kulør. I havmiljø påvirkes zinkens korrosion af luftens saltindhold. I havluft findes små mængder af magnesiumsalte med en god passiverende virkning, og korrosionen er derfor ikke så stor, som man kunne forestille sig. Saltindholdet aftager jo længere man kommer ind i landet.

Zinkens korrosion påvirkes altså af mange faktorer. En universel formel for korrosionshastighed kan man ikke opstille. Mange års erfaring og et utal af langtidsforsøg med zink som rustbeskyttelse, har givet et godt kendskab til zinkens korrosion og korrosionshastighed i forskellige miljøer. Vi har i dag eksempler på zinkbelægninger, som er eksponeret i over hundrede år.

Rødbrun misfarvning

Siliciumberoligede stål, som har en stor andel jernzink-fase i zinklaget, kan efter en tids eksponering få en rødbrun farve, som med tiden bliver mørkere. Når jernzink-legeringen korroderer, frigøres der jern, der sammen med luftens fugtighed eller regn danner rust. Rusten kan, selv ved små mængder, give en kraftig misfarvning. Er misfarvningen meget kraftig, kan man få det indtryk, at rustbeskyttelsen er meget nedsat eller ophørt. Dette er dog sjældent tilfældet. Jernzink-legeringen beskytter det underliggende stål bedre mod korrosion – op til 30% – i forhold til den beskyttelse, ren zink giver. De misfarvede overflader kan med fordel males, hvis det kræves af hensyn til udseendet.

En misfarvet lysmast, der var eksponeret i 30 år, havde ved en undersøgelse ca. 70 mikrometer zink tilbage – tilstrækkeligt for yderligere 50 års levetid.

Korrosion i væsker

Når en forzinket konstruktion nedsænkes i en væske, dannes der, som ved eksponering i luft, et beskyttende lag af korrosionsprodukter. Væske kan være sur eller alkalisk og indeholde løse eller faste aggressive emner. Væskens strømningshastighed og temperatur har også betydning. Tilsammen kan disse faktorer medføre, at beskyttelseslaget får en meget varieret sammensætning eller at det ikke dannes overhovedet.

Den elektrokemiske korrosion, som i luft spiller en underordnet rolle, har stor betydning i væsker, og sker over et større eller mindre område, afhængig af væskens ledningsevne og zinklagets beskyttende virkning.

Størst betydning har væskens pH-værdi. Zinkens korrosionshastighed er normalt relativ lav og stabil i pH-området 5,5-12,5 og ved temperaturer mellem 0 °C og 20 °C. Hårdt vand, som indeholder kalk og magnesium, er ikke særlig aggressivt. Stofferne danner sammen med kulsyre svært opløselige karbonater på zinkoverfladen og giver et stabilt beskyttelseslag, der forhindrer yderligere korrosion.

Blødt vand angriber ofte zink, idet beskyttelseslaget ikke dannes på grund af manglende salte. I sjældne tilfælde kan der også ske en polaritetsbytning mellem zink og stål, så stålet bliver anode (opløsningspol) i elementet med risiko for punktkorrosion. Polaritetsbytning modvirkes af kulsyre, sulfater og klorider og sker derfor ikke i f.eks. havvand, men kan derimod forekomme i meget rent vand (f.eks. kondensvand). Aggressivt blødt vand findes i visse floder og søer i Finland, Norge og Sverige. Ved strømningshastigheder over 0,5 m/s forhindres dannelsen af beskyttelseslaget på zinkoverfladen, og korrosionen bliver hurtigere.

I vand har temperaturen stor betydning for korrosionshastigheden. Ved mere end 55 °C får korrosionsprodukterne en grovkornet struktur på overfladen og mister vedhæftningen til zinkoverfladen. De falder let af og blotlægger ny, frisk zink, som igen angribes meget hurtigt.

Korrosionshastigheden opnår et maksimum ved ca. 70 °C for senere at synke, så den ved 100 °C er af samme størrelsesorden som ved 50 °C. Som det fremgår, er korrosionsforløbet i vand meget komplekst og universelle regler er svære at give.

Hvidrust

Til tider opstår en hvid, melet og voluminøs belægning kaldet hvidrust på den forzinkede overflade. Belægningen kan opstå på nyforzinkede blanke overflader, som ligger tæt sammen og udsættes for kondens eller regnvand, uden mulighed for efterfølgende hurtig tørring.

Dette kan forekomme, når spalter dannes, f.eks. mellem konstruktionsflader eller mellem tætpakkede plader. Materiale-overflader, som har god luftgennemstrømning og har opbygget et normalt beskyttelseslag af korrosionsprodukter, angribes sjældent. Angrebet stopper, når der er fri luftgennemgang. Tilbageværende hvidrust slides langsomt væk af vind og vejr. Zinkoverfladen får atter et normalt varmforzinket udseende.

Da hvidrust har en meget stor volumen, ca. 500 gange større end den renzink, den dannes af, kan et angreb forekomme alvorligt. Ofte har angrebet imidlertid kun lille eller ingen betydning for korrosionsbeskyttelsens levetid. På meget tynde belægninger, som f.eks. el-forzinkede emner, kan et kraftigt angreb dog være alvorligt.

Hvidrust undgås bedst, hvis de forzinkede flader ved lagring og transport forhindres i at komme i kontakt med regn- eller kondensvand. Materialer, der opbevares udendørs, bør lægges, så vandet frit kan løbe af, og lufttilgangen er fri til alle flader).

Hvidrust kan, helt eller delvist, fjernes ved forsigtig mekanisk eller kemisk behandling. Varmforzinkningsstandarden DS/EN ISO 1461 godtager ikke hvidrust som kassationsgrundlag.

Korrosion i jord

Korrosionsforholdene i jord er meget komplicerede, og variationerne kan være meget store indenfor små afstande. Den danske jord er i almindelighed ikke særlig aggressiv, men der er store variationer, hvorfor man må vurdere forholdene fra sted til sted, baseret på lokale jordbundsforhold. Middelkorrosionen for zink plejer at være 5 mikrometer pr år. En metode til at bestemme jordens korrosivitet er at måle dens specifikke modstand.

Galvanisk korrosion

Hvis to forskellige metaller eller legeringer, som helt eller delvist er omgivet af en elektrolyt, kobles sammen, opstår der en galvanisk celle. Hvilket af metallerne, der bliver anode eller katode, bestemmes af deres elektrodepotentiale i elektrolytten.

Hvis stål kobles sammen med kobber eller messing, bliver stålet anode i elementet og korroderer. Kobles stål derimod sammen med cadmium, aluminium, zink eller magnesium, bliver stålet katode i elementet og beskyttes, mens anodemetallet forbruges. Galvanisk korrosion kaldes også bimetalkorrosion og anvendes til at beskytte konstruktioner i vand mod korrosion under benævnelsen katodisk beskyttelse.

Zinkbelægningens katodiske beskyttelse


I varmforzinket stål står zink og stål i god elektrisk kontakt med hinanden. Skades zinkbelægningen, opstår der, hvis der er en elektrolyt til stede, en galvanisk celle. I cellen bliver zinken anode (opløsningspol) og korroderer. Det frilagte stål bliver katode og beskyttes mod korrosion.

I begyndelsesfasen kan man ofte se en svag rustdannelse på den frilagte ståloverflade. Zinkbelægningen korroderer og svært opløselige zinkforbindelser udfældes på overfladen og beskytter stålet mod fortsat angreb. Dette omtales ofte som ”at zinken er selvhelende”, hvilket dog ikke er korrekt, da zinklaget ikke gendannes.Takket være den katodiske beskyttelse, som zinken genererer, sker der ingen underrust af zinkbelægninger, som det kendes under malinger eller belægninger af ædlere metaller.

Zinkbelægningen på stål er relativ unik med hensyn til, at en forholdsvis stor skade i belægningen ikke medfører en katastrofal forringelse af rustbeskyttelsen.

Zinkbelægninger i kontakt med andre metaller end stål


Zink elektrokemisk uædel i forhold til de fleste andre brugsmetaller, hvilket betyder, at zink beskytter disse mod korrosion ved offervirkning. Dette svarer til, at zinken udsættes for galvanisk korrosion. Man skal i videst muligt omfang undgå sådanne koblinger. I luft kan der opnås en god beskyttelse ved at anvende ikke ledende mellemlag af plast eller gummi.
I nogelunde tørre miljøer, kan aluminium og rustfrit stål ofte direkte sammensættes med forzinket materiale, uden der opstår mærkbar korrosion). I vand og nedgravet i jord skal der altid anvendes fraisolering, da der ikke må være metallisk kontakt mellem zink og de mere ædle metaller, hvis man skal undgå galvanisk korrosion på zink. Der må heller ikke være indirekte metallisk kontakt via andre konstruktionsdele.

I vand og jord har arealforholdet mellem anodeflade (det uædle, korroderende metal) og katodeflade afgørende betydning for, hvor kraftig den galvaniske korrosion bliver. Mest ugunstig er et stort katodeareal i forhold til et lille anodeareal.

Kobber og kobberlegeringer er mere ædle end zink, og zinken vil derfor blive udsat for galvanisk korrosion ved kontakt med kobber. På zinkoverfladerne op mod kobberlegeringen vil der ske en fældning af kobberioner, der forstærker den galvaniske korrosion. Af samme årsag bør man ikke anvende kobber eller kobberlegeringer, hvor regnvand kan løbe fra kobberoverflader og ud på zink. Regnvandet vil indeholde lidt opløst kobber, der fældes som små mikroskopiske kobberpartikler på zinkoverfladen, der herved udsættes for galvanisk korrosion.

Varmforzinkede materialer i kontakt med bygningsmaterialer

Armeret beton er et betydeligt materiale i nutidens konstruktioner. Motorvejsbroer, parkeringshuse, kontorbygninger, tunneler m.m. er alle konstruerede for at drage fordele af armeret beton.I mange tilfælde behøver armeringen ikke nogen ekstra korrosionsbeskyttelse for at undgå rustangreb. Det høje alkaliske miljø i beton giver en tynd oxidfilm på stålet, som ”passiverer” eller beskytter stålet mod yderligere korrosion.

Imidlertid sker det ofte, at denne ”passivering” ikke virker eller virker dårligt. F.eks. hvis:

• Betonen har sprækker, spaltninger, sandlommer eller tyndt dækningslag
• Neutralisering af alkaliteten er sket
• Klorid-indtrængning sker (saltning eller maritim atmosfære)

Frem for alt gælder dette ”overfladearmeringen”. Skader på armeret beton er øget blandt andet pga.

øget saltning eller luftforureninger. Derfor bruges i dag udtrykket ”betoncancer”. Skader på forskellige betonkonstruktioner forekommer oftere end man tidligere troede. Når korrosionen er indtruffet ved armeringen, er den meget svær, og kostbar, at reparere. Behovet for at beskytte armering bliver mere og mere nødvendig for visse applikationer.

Korrosionsbeskyttelseslaget for armeringsstål

Varmforzinkningens mulighed for at beskytte armeringen fra korrosion bekræftes gennem praktisk anvendelse i mange lande. Mange fine bygningskonstruktioner har varmforzinket armering, netop for at undgå sprængninger med omkostningstunge vedligeholdelser til følge. Den sikkerhedsrisiko, som nedfaldende beton kan udgøre, frem for alt i tæt bebyggede områder, bør også påpeges. Af en eller anden årsag får varmforzinkere ofte ordrer på at undlade zinkbelægning på den del, der skal støbes ind i beton. Udover at dette er helt unødvendigt, er omkostningen ofte højere for delvis varmforzinkning end for normal behandling.

 

 

Afskalning af dæklaget over armeringsstålet på grund af armeringsstålets korrosion.

 

En af årsagerne kan være, at der tidligere har været en opfattelse af, at vedhæftningen mellem den varmforzinkede overflade og betonen skulle være dårlig. Omhyggelig prøvning har dog vist, at vedhæftning mellem zink og beton, i de fleste tilfælde, er så god, at en mukkert må tages i brug for at skille dem ad.

I mange år har man anvendt zink som offeranode for at beskytte skibe, havneanlæg, cisterner mm. mod korrosion. Af tilgængelige metalliske belægninger har varmforzinkede belægninger vist sig at være den mest holdbare, og teknisk fordelagtige. Varmforzinkningen af armeringsstål, som anvendes i beton, har været brugt i mange år over hele verden. Selv ved meget vanskelige forhold har denne overfladebehandling vist sig at være pålidelig.


Detaljerede undersøgelser, bl.a. i Australien og frem for alt på Korrosionsinstitutet i Stockholm, har vist, at varmforzinkning giver følgende fordele:

• Korrosion sker kun 36 timer efter indstøbning og zinktabet er lavt (2-5 µm)
• Zinken giver en katodisk beskyttelse på eksponeret stål, hvilket er en fordel ved afklipning, svejsning eller mekanisk skade på armeringen
• Vedhæftningen mellem armeringsstålet og betonen er god
• Betonsprængning sker ikke
• Risikoen for rustafløb på betonen er elimineret
• Armeret beton kan anvendes oftere i mere aggressive miljøer
• Varierende betonkvalitet, f.eks. dårlig komprimering, kan lettere tolereres
• Tyndere dæklag kan anvendes

Varmforzinket armering i kloridmiljø


Praktisk udførte forsøg på Korrosionsinstitutet viser, at zink klarer sig meget godt i kloridindholdigt miljø. Op til 1,5% klorid i betonen giver ubetydelig korrosion på zinken, mens det ubehandlede jern har betydeligt sværere ved at klare denne koncentration. Zink modstår selv højere kloridindhold betydeligt bedre end jern, men levetiden mindskes. Ubehandlet jern (stål) giver desuden alment korrosion og punktkorrosion. Dette er ikke påvist ved varmforzinket armeringsstål.
Selv i karbonatiseret beton klarer forzinket stål sig bedre end ubehandlet.

Varmforzinket armering er en pålidelig base i god betonteknologi. Den minimerer risici for stålkorrosion og dermed ødelæggelse af betonen, samt giver et stærkt og omkostningseffektivt bidrag til betonens levetid.

Når omkostningerne og konsekvenserne for en korrosionsskade på en udsat bygning er blevet analyseret, er den ekstraomkostning, som varmforzinkningen indebærer, meget begrænset. Den kan næsten ses som en lav forsikringspræmie, som man kun behøver at betale en gang.

Mens prisen for varmforzinket armeringsstål kan være op til 50% højere end for ubehandlet stål, er denne udgift lille i forhold til den totale bygningsomkostning. Afhængig af byggeriets udformning er meromkostningen ofte en ubetydelig del af totalomkostningen.

Pakning og transport af varmforzinket materiale

Selv om belægningen på varmforzinket materiale tåler en ret hård behandling bør materialet ved levering og lagring håndteres forsvarligt/fornuftigt. Simpel forpakning og bundtning af langt materiale giver ikke bare beskyttelse mod mekaniske skader men ofte også logistikmæssige fordele. Forpakning og bundtning skal dog ske således at hvidrust undgås. Mellemlæg placeres så materialets flader ventileres.
Gods pakket luftigt og stødsikkert.
 

Til hovedsiden