Volg Bouwkroniek

Abonneer u
Aanmelden

Volg Bouwkroniek Bouwkroniek

Zink(legering) beschermt tegen corrosie

Zink(legering) beschermt tegen corrosie

Staal is licht en perfect homogeen, en zijn gedrag op de bouwplaats is voorspelbaar. Een minpunt is dat het corrodeert. Daarom werden nieuwe corrosiebestendigere staallegeringen en nieuwe beschermingstechnieken ontwikkeld. Dat zink of een zinklegering een corrosiewerende bescherming biedt voor staalconstructies is al lang geweten, maar wordt nog steeds niet voldoende naar waarde geschat. Dat is vaak te wijten aan een gebrek aan informatie of kennis van de mechanismen. Dit WTCB-artikel zet de verschillende systemen op een rijtje, zodat men een geschikte keuze kan maken.

Zink is een metaal dat elektronegatiever is dan staal (men zegt ook dat het minder edel is). Die eigenschap maakt dat wanneer er een galvanisch koppel wordt gevormd ' d.i. wanneer staal en zink met elkaar in contact zijn via een geleidend milieu, elektrolyt genoemd ' het zink de rol van anode speelt en corrodeert in plaats van het staal. In de praktijk betekent dit dat er bij beschadiging van de zinklaag in een vochtig milieu geen roest ontstaat maar wel corrosie van het zink. Die corrosie zet zich dan op de beschadiging af in de vorm van onoplosbare en beschermende zouten.

Verzinken

Een van de beschermsystemen met zink is het verzinken (ook galvaniseren of thermisch verzinken genoemd). Bij dit procedé wordt het staal beschermd door het in een bad vloeibaar zink met een temperatuur tussen 450 en 460° C te dompelen. Dat leidt tot diffusie van het zink in het staal en de vorming van diverse ijzer/zinklegeringen. Het zinkaandeel daarvan neemt toe naarmate de laag dichter bij het oppervlak ligt en eindigt in een laagje zuiver zink.

Verzinken kan toegepast worden op gewoon staal en gietstaal. Het wordt uitgevoerd onmiddellijk na een heel zorgvuldige oppervlaktebehandeling bestaande uit ontvetten, afbijten in een bad, grondig naspoelen en activeren.

Door het te verzinken krijgt het staal een helder, glanzend en glad oppervlak. In een weinig of matig agressieve omgeving evolueert dat oppervlak naar een grijsachtig patina naarmate een zelfbescherming tot ontwikkeling komt die voornamelijk bestaat uit complexe zinkhydroxycarbonaten.

De ontwerper die voor deze bescherming kiest, moet weten dat het verzinken de soepelheid beperkt bij wijzigingen tijdens de bouw. Verzinken gaat immers moeilijk samen met las- en/of snijwerk, dat onvermijdelijk plaatselijke herstellingen vergt. Tevens moet hij weten dat er voor het verzinken van gelaste elementen regels bestaan om vervormingen door spanningsontlasting te voorkomen, en regels over de plaats en grootte (in cm²) van de gaten die nodig zijn voor het verzinken van holle stukken.

Verzinkte constructies mogen zonder bijkomende bescherming aan diverse omgevingen worden blootgesteld, behalve in kustgebieden en maritieme zones met een hoog zoutgehalte en in gebouwen met permanente condensatie en een hoge vervuiling. De levensduur van de bescherming is vooral afhankelijk van de initiële dikte en van de milieubelasting (corrosiviteitsklasse van de atmosfeer volgens ISO 9223). In een atmosfeer met bv. een corrosiviteitsklasse C3 (stedelijke en industriële atmosfeer met matige vervuiling door SO2) ligt de levensduur van een bescherming van 85 µm tussen 40 - 100 jaar en in een meer corrosieve atmosfeer (C4) ligt de levensduur van dezelfde bescherming tussen 20 en 40 jaar.

Afgezien van iedere overeenkomst tussen opdrachtgever en verzinker bepalen de normen NBN EN ISO 1461, NBN EN ISO 10684, NBN EN 10346 en NBN EN 10240 de na te leven minimumwaarden voor de massa en/of dikte.

Zinkspuiten

Bij zinkspuiten (ook 'schoperen' genoemd) wordt gesmolten en fijn verstoven metaal in verschillende kruislagen op het te behandelen oppervlak gespoten. Het smelten en verstuiven gebeuren met een spuitpistool dat wordt gevoed door een draad van zink, aluminium of een legering (Zn-Al, Al-Mg). Die draad wordt continu gesmolten door een warmtebron (meestal een oxyacetyleenvlam), het metaal wordt met perslucht gespoten in de vorm van druppeltjes. Zo ontstaat een bedekking uit kleine, onderling verbonden korreltjes waarvan de hechting met het staal ongeveer 3 N/mm² bedraagt. Omdat die bedekking gedeeltelijk poreus is, moet ze meestal overschilderd worden om de levensduur te verlengen. De afdichtingslaag kan ook gerealiseerd worden door een chemische omzetting van het oppervlak (fosfateren).

Zinkspuiten biedt het voordeel dat het zowel in de werkplaats als op de bouwplaats kan worden uitgevoerd. De afmetingen van de constructie en de aard van het ferrometaal spelen geen rol. Een laag die gevormd is door zinkspuiten heeft een lagere mechanische weerstand dan een laag door galvaniseren, maar is toch ductieler.

De levensduur van de bescherming is vooral afhankelijk van de initiële dikte en van de milieubelasting.

De voorbereiding van het oppervlak bepaalt in hoge mate of het procedé slaagt. Voor een correcte hechting van de bedekking moet het oppervlak voldoende schoon en ruw zijn. Dat kan worden bereikt door tot de graad Sa2,5-Sa3 (volgens de norm NBN EN ISO 8501-1) te zandstralen met een droog en schoon schuurmiddel dat vrij is van oplosbare zouten (bv. scherpe korundkorrels, scherpe hematietgietijzerkorrels, enz.), met een korrelgrootte tussen 0,5 en 1,5 mm. De ruwheid is des te groter naarmate de opgespoten bedekking dikker is. Voor bedekkingen dunner dan 120 µm bedraagt de ruwheid 8 tot 10 µm, voor bedekkingen dikker dan 120 µm 10 tot 12 µm.

Een staaloppervlak dat een dergelijke behandeling ondergaat, zal zeer snel oxyderen. Het komt er bijgevolg op aan het zinkspuiten zo spoedig mogelijk na de oppervlaktebehandeling uit te voeren. De norm NBN EN 2063 bepaalt dat die termijn korter dan vier uur moet zijn en dat de oppervlaktetemperatuur minstens 3° C hoger moet liggen dan de dauwtemperatuur van de plaats waar het zinkspuiten plaatsvindt. De metaaldraadfabrikanten laten die tijdsspanne licht schommelen.

Zinkspuiten gebeurt met draden van zink (of zinklegering) of van aluminium (of aluminiumlegering). De keuze tussen die twee basismetalen is niet altijd gemakkelijk, omdat ze elk voor- en nadelen hebben. Aluminium werkt eerder als passiverend scherm waarvan de microporositeit een zwak punt is. Zink heeft het voordeel elektrochemisch te werken en een zelfbescherming te ontwikkelen in de vorm van een patina (in een weinig of matig agressieve omgeving).

Om de voordelen van beide metalen te behouden, werd een legering Zn-Al15 ontwikkeld die bij dezelfde dikte en blootstelling veel beter presteert dan bedekkingen van zuiver zink of aluminium. Die verbeterde bescherming wordt verklaard doordat de legering twee onderscheiden fasen omvat: de ene is rijk aan aluminium (' 55% Al en 45% Zn) en vormt een continu netwerk waarvan de microporiën overbrugd worden door de zinkrijke fase (' 95% Zn en 5% Al). De aluminiumrijke fase draagt aan de bescherming voornamelijk bij doordat ze passiviteit geeft en bestand is tegen corrosieve stoffen, terwijl de zinkrijke fase, die aanwezig is in de microporiën, als een anode werkt die zich 'opoffert' zowel voor de staalondergrond als voor de aluminiumrijke fase.

Bij gebrek aan speciale overeenkomst over de spuitdikte stelt de Europese norm EN 2063 de waarden van tabel B1 (bijlage B) voor.

De verven worden in verschillende lagen aangebracht.

Zinkstofverven

Bij zinkstofverven, soms ook koud verzinken genoemd, worden een of meer lagen verf aangebracht op het correct voorbereide basismetaal. De verf bevat pigmenten van zeer fijn verdeeld zink (' 90% op de droge film). Er mogen diverse bindmiddelen gebruikt worden voor zover ze niet met het zink reageren. De meest representatieve zijn organische epoxiden en silicaten.

De verven worden in verschillende lagen aangebracht. Men spreekt dan van 'verfsystemen', die meestal uit drie lagen bestaan:

een grondlaag, waarvan de dikte tussen 40 en 80 µm ligt, die compatibel is met staal en de hechting met andere lagen bevordert. Bovendien houdt deze laag corrosie tegen door de anti-corrosiepigmenten die erin verwerkt zijn;

een tussenlaag voor het beheer van de dikten, die de oneffenheden vermindert en voor de dichtheid zorgt;

een afwerkingslaag die weerstaat aan schade vanuit de omgeving (uv-stralen, solventen, ') en die de esthetische aspecten bepaalt.

De voorbereiding van het te beschermen metaaloppervlak bepaalt sterk de kwaliteit van de bescherming, er worden even strenge eisen aan gesteld als bij het zinkspuiten.

De norm NBN EN ISO 12944-5 beschrijft de meest gebruikte verven en verfsystemen voor bescherming van staalconstructies tegen corrosie in functie van de corrosiviteit van het milieu. Zo beschrijft de norm de voorbereidingsgraad van het oppervlak, het aantal lagen en de nominale droge laagdikte voor de vijf corrosiecategorieën die beschreven zijn in de norm ISO 9223.

Elektroverzinken

Bij elektroverzinken wordt een elektroafzetting van zinkzouten in baden tot stand gebracht, waarbij de katode uit zink bestaat en de anode het te beschermen stuk is. Met die techniek zijn dunne afzettingen mogelijk: de dikte kan zeer goed worden gecontroleerd op stukken met vrij kleine afmetingen. In die zin is deze methode minder geschikt voor ferroproducten die in metaalconstructies voor gebouwen worden gebruikt.

De norm ISO 2081 legt de eisen vast voor lagen die via elektroverzinken op staal aangebracht worden. Omdat het met dit procedé niet mogelijk is aanzienlijke dikten te behalen, is elektroverzinken niet geschikt voor bescherming tegen corrosie van delen die blootgesteld worden aan een agressieve omgeving, bv. de buitenlucht.

Sherardiseren

Sherardiseren is een procedé voor de thermische diffusie van zink in het te beschermen ijzerelement. In een kast met cement op basis van zinkpoeder wordt het staal verhit tot een temperatuur (300-400° C) die lager is dan het smeltpunt van het zink. Door enige tijd in die kast te verblijven, diffundeert het zink in het kristallijne net van het ijzer, zonder daarbij de dikte van het stuk noemenswaardig te wijzigen. Dit procedé is geschikt voor kleine stukken en wanneer strenge assemblagetoleranties opgelegd worden.

De minimale dikte-eisen met betrekking tot de zes bekledingsklassen voor zink dat door sherardiseren aangebracht wordt op metalen producten, zijn terug te vinden in de norm NBN EN ISO 17668.

Overschilderen of duplexsysteem

Het oppervlakte-uitzicht dat het resultaat is van verzinken of van zink- en zinkrijke bedekkingen, wordt om diverse redenen (esthetisch uitzicht, veiligheid, ...) zelden behouden. Bij het overschilderen kunnen er zich twee gevallen voordoen: ofwel krijgt het zink tijdens de blootstelling een patina, ofwel is het zinkoppervlak nieuw.

Afhankelijk van het geval kunnen de harsbindmiddelen van een verf een al dan niet correcte hechting tot stand brengen. De Belgische richtlijn DBD 1197 legt de kwaliteitscriteria vast voor de industriële toepassing van organische lagen op thermisch verzinkt staal op een discontinue manier (of gehard).

Het overschilderen van een zinkoppervlak met een zorgvuldig gekozen verf verhoogt vanzelfsprekend de levensduur van de bescherming. Die verlenging betreft echter niet enkel de eigen levensduur van het verfsysteem. Er ontstaat immers een synergie tussen de twee soorten bescherming, waardoor de levensduur ongeveer 1,5 maal langer is dan de som van die van de verf en van de zinkbedekking. Daarom wordt die werkwijze vaak duplexsysteem genoemd.

Voor een efficiënt duplexsysteem is het noodzakelijk verven te gebruiken die ontwikkeld zijn voor toepassing op gegalvaniseerd staal. Vloeibare verven mogen acryl-, epoxy- of polyurethaanverven zijn als op de technische fiche van de fabrikant vermeld staat dat deze compatibel zijn met zink. Traditionele alkydeverven zijn niet aangewezen voor deze toepassing. Ze reageren immers met het zink, waarna er hygroscopische zouten gevormd worden die de verflaag doen loskomen.

In het gamma van de poederverven worden de thermohardende verven van het type expoxy of polyester gebruikt. Het epoxytype is echter zeer gevoelig voor uv en is niet aangewezen voor buitentoepassingen.

Er wordt geschilderd op een schoon en droog oppervlak dat vrij is van oliën, vetten en oplosbare zouten. De voorbereiding kan worden gecontroleerd volgens de normen ISO 8501 (visuele beoordeling van oppervlaktereinheid), 8502 (proeven voor het beoordelen van de oppervlaktereinheid) en 8504 (oppervlaktevoorbehandelingsmethoden). Weet men al vooraf dat men gaat schilderen, dan is het vaak wenselijk dat ook zo spoedig mogelijk te doen om geen speciale voorbehandelingen te moeten uitvoeren (schoonmaken, ontvetten, ...).

Behalve de vele in dit artikel vermelde normen, die specifiek zijn voor elk type bekleding of bekleed product, formuleert de norm NBN EN ISO 14713-1 (enkel beschikbaar in Frans, Engels en Duits) algemene richtlijnen voor de bescherming tegen corrosie van stalen constructies uit zink en in staal met verschillende soorten zinken bekledingen. Bijgevoegde tabel uit voornoemde norm bepaalt de levensduur van de bedekkingen voor het eerste onderhoud in functie van het type bedekking, de dikte en de corrosiecategorie (ISO 9223). De levensduur is uitgedrukt in jaren en de corrosieweerstand met de volgende symbolen:

ZH = zeer hoog

H = hoog

M = gemiddeld

L = gelimiteerd

ZL = zeer gelimiteerd

Bron: WTCB. Artikel opgesteld in samenwerking met Pascale Steenhoudt, hoofd van het labo Bouwchemie van het WTCB.

OVERHEIDSOPDRACHTEN
Alle overheidsopdrachten

Meest aanbevolen artikels

Verlof ... in onze eigen hof

Verlof ... in onze eigen hof

Tijd om uit te rusten! Niks moet, niksen mag! Wij nemen een korte pauze van 19/07 t.e.m. 08/08! Op 09/08 zijn we er weer! Blijf gezond, hou het veilig en vooral: geniet ervan! Team Bouwkroniek  

'Virtual reality zal het meeste impact hebben op de bouwsector'

'Virtual reality zal het meeste impact hebben op de bouwsector'

Half augustus begint aanleg rotonde Tongersesteenweg in Lanaken

Half augustus begint aanleg rotonde Tongersesteenweg in Lanaken

Dendermonde wil toekomst vestinggordel veiligstellen

Dendermonde wil toekomst vestinggordel veiligstellen