Trwałość korozyjna ekranów akustycznych

Ekrany akustyczne są istotnym elementem w inwestycjach drogowych ostatnich lat. Dyskusja na temat potrzebnych/ niepotrzebnych wydatków na ekrany akustyczne wzmogła się w ostatnich czasach. Raport NIK z roku 2014 [1] wymienia sześć przyczyn powstania za dużej liczby ekranów akustycznych:

– inwestor (GDDKiA) nie brał pod uwagę innych rozwiązań technicznych, np. budowy wałów ziemnych, zakładania pasów zieleni, ograniczania prędkości, zastosowania cichych nawierzchni;

– inwestor (GDDKiA) przerzucił na wykonawców wybór zabezpieczeń akustycznych;

– ekrany akustyczne były preferowanym rozwiązaniem w polskim prawie;

– budowie ekranów sprzyjały obowiązujące normy ochrony przed hałasem;

– ekrany budowano również dla ochrony terenów pod planowaną dopiero w odległej przyszłości zabudowę;

– ekrany akustyczne budowano równolegle do wałów ziemnych (naturalnych elementów dźwiękochłonnych).

Ocenia się, że budowa ekranów pochłonęła około 7-25% funduszy drogowych [2, 3]. Osobnym problemem jest koszt utrzymania ekranów akustycznych. W Warszawie utrzymanie półtuneli o długości 1,3 km na trasie S8 szacuje się na 35 tys. zł dziennie [4]. Liczba powstałych ekranów akustycznych to jedna sprawa, a następną, nieporuszaną do tej pory, jest jakość ich wykonania. W niniejszym artykule chcemy się odnieść do zabezpieczeń antykorozyjnych metalowych mocowań i wypełnień ekranów oraz ekranów typu zielona ściana, ponieważ to na nich właśnie występuje najwięcej wad.

Fot. 1 Wnętrze skorodowanej kasety ze stali ocynkowanej ogniowo z wycinanymi po ocynkowaniu otworami

Fot. 2 Korozja szczelinowa między źle dopasowaną uszczelką a ramą ekranu

Rodzaje ekranów akustycznych i występujące zagrożenia korozyjne

Stosowane na świecie i w Polsce rodzaje ekranów akustycznych zostały omówione w wielu publikacjach [5-7]. Przedstawione zostaną jedynie ekrany z metalowymi mocowaniami i wypełnieniami (ocynkowanymi zanurzeniowo lub aluminiowymi) oraz ekrany typu zielona ściana, co nie oznacza, że z pozostałymi typami ekranów nie ma problemów.

Zakłada się, że okres trwałości ekranów powinien wynosić co najmniej 40 lat, a remonty nie powinny być potrzebne przez pierwsze 20 lat użytkowania. Jest to dużym wyzwaniem, ponieważ w pobliżu pasa drogowego występuje wiele czynników korozyjnych, takich jak:

– tlenki azotu pochodzące ze spalin samochodów,

– chlorki różnego typu pochodzące z zimowych akcji drogowych,

– narażenia mechaniczne powstające od piasku i kamyczków odskakujących spod kół samochodów,

– zwiększony poziom wilgoci występujący w tunelach tworzonych przez ciągi ekranów,

– zastoiny wody i kontakt z glebą przy posadowieniu ekranów,

– ciągłe narażenie na promieniowanie UV,

– naprężenia tworzone przez ciąg powietrza powstający przy przejeździe dużych samochodów i w czasie wiatrów,

– kontakt ze śniegiem podczas zimowych akcji odśnieżania (w tym powstawanie szczelin między hałdami śniegu i ekranami),

– elektrolity pozostałe na powierzchniach ekranów po myciu niewłaściwymi środkami bądź w wyniku niedostatecznego płukania po myciu.

Dodatkowe zagrożenia stwarzają błędy konstrukcyjne:

– Zastosowanie rozwiązań konstrukcyjnych z dużą liczbą miejsc trudnodostępnych, szczelin, miejsc bezodpływowych, krawędzi, małych otworów itd. Przykładem takich rozwiązań są wypełnienia perforowane ze stali ocynkowanej (często perforowane dopiero po ocynkowaniu, co pozostawia wnętrza otworów niezabezpieczone powłoką cynkową, z ostrymi krawędziami) oraz wypełnienia z tworzywa mocowane uszczelkami (fot. 1 i 2).

– Łączenie elementów o dużej różnicy potencjałów korozyjnych (ponad 50 mV) powodujące powstawanie korozji galwanicznej – spotyka się to najczęściej przy osadzaniu ocynkowanych słupów w koszu, do którego są one mocowane prętami stalowymi (fot. 3).

– Złe posadowienie słupów – zaleganie ziemi, utrzymującej przez długie okresy wilgoć sprzyjającą procesom korozyjnym (fot. 4).

– Rozwiązania umożliwiające po krótkim okresie użytkowania łatwy kontakt wypełnień kaset z metalową obudową, co powoduje korozję szczelinową w środowisku o długich okresach podwyższonej wilgotności (mokre wypełnienie stykające się z metalem, fot. 5).

Biorąc po uwagę wymienione problemy, dziwi szerokie zastosowanie kaset metalowych, najszybciej ulegających korozji i najtrudniejszych do zabezpieczenia i utrzymania.

Wymagania dotyczące zabezpieczeń antykorozyjnych metali w środowisku korozyjnym klasy C4 i C5

Można przyjąć, że większość ekranów akustycznych ze względu na wymienione zagrożenia jest użytkowana w środowisku korozyjnym C4 lub C5 wg normy PN-EN ISO 12944-2 [8]. Dla tego typu zagrożeń korozyjnych, dla trwałości powyżej 15 lat, w części 5 ww. normy przewiduje się zabezpieczenia powierzchni ocynkowanych farbami ciekłymi, jak podano w tabl. 1.

Tabl. 1 Systemy przewidziane w normie PN-EN ISO 12944-5 dla powierzchni ocynkowanych zanurzeniowo o trwałości powyżej 15 lat

H – okres trwałości wysoki (10-15 lat); PVC – poliwinyl; AY – akryl; EP – epoksyd; PUR – poliuretan.

Fot. 6 Ubytki korozyjne na kasetach ocynkowanych

Fot. 7 Ubytki korozyjne na kasetach aluminiowych

Do zabezpieczania antykorozyjnego używa się również farb proszkowych. Ponieważ nie ma wymagań normatywnych ani polskich, ani europejskich w tym zakresie, należy stosować systemy z certyfikatem organizacji międzynarodowych, takich jak: AAMA (American Architectural Manufacturers Association), Qualicoat czy GSB (GSB International), otrzymanym po badaniach wykonanych według zaleceń ww. organizacji [9-11], lub z wynikami badań wykonanymi zgodnie z zaleceniami tych organizacji w certyfikowanych lub zaaprobowanych laboratoriach. Ewentualnie można dopuszczać systemy na podstawie wiarygodnych referencji podanych zgodnie z wymaganiami zawartymi w tabl. 2 [12].

Tabl. 2 Wymagania dotyczące dokumentacji referencyjnej

W podanych dokumentach dopuszczane jest stosowanie farb proszkowych jedynie na różnego typu powłokach konwersyjnych. Przewidywana najwyższa trwałość tego typu zabezpieczenia wynosi 15 lat dla systemów na powłokach cynkowych zanurzeniowych i 25 lat na powierzchniach aluminiowych.

Wymagania te zostały przyjęte w „Katalogu technologii zabezpieczania antykorozyjnego konstrukcji wykonanych z profili cienkowarstwowych lub blach o grubościach do 3 mm” opracowanym w 2012 r. w IBDiM na zlecenie ZDM w Warszawie [12]. Dla pozostałych ekranów będących w gestii innych zarządców dróg nie ma opracowanych wymagań dla zabezpieczeń antykorozyjnych.

W zakresie urządzeń przeciwhałasowych istnieje wiele norm i opracowań, np. PN-EN 14389 [13] lub PN-EN 60721 [14]. W przywołanych normach znajdziemy różne szczegółowe informacje na temat wymagań mechanicznych, odporności na wiatr oraz przeciwhałasowych. W normie PN-EN 60721 (seria) znajdziemy bardzo szczegółowy opis narażeń korozyjnych rozpisanych w zależności od miejsca ekspozycji. Pomimo wprowadzenia wielu parametrów korozyjnych projektanci i wytwórcy urządzeń przeciwhałasowych nie dostali do dyspozycji narzędzia pozwalającego przenieść przewidywane narażenia korozyjne na odpowiednie zabezpieczenie malarskie, dostosowane do opisanych w normie narażeń. Oznacza to, że brak jest powiązania narażeń korozyjnych z odpowiednimi systemami malarskimi i klasą korozyjności. Prowadzi to do sytuacji, w której mamy szeroko opisane narażenia, a nie możemy na ich podstawie dobrać odpowiedniej klasy zabezpieczeń, a idąc dalej, nie istnieją żadne wytyczne, w jaki sposób badać takie systemy czy elementy ekranów w warunkach laboratoryjnych. Podsumowując, większość zabezpieczeń antykorozyjnych jest dobierana na podstawie jednego parametru nieopisanego w przytoczonych normach, tj. uwarunkowań ekonomicznych.

Fot. 8 Przykład degradacji siatki polietylenowej pod wpływem promieniowania UV po trzech miesiącach użytkowania

Fot. 9 i 10 Delaminacja powłok malarskich spowodowana niewłaściwym przygotowaniem podłoża

Przyczyny przedwczesnej destrukcji zabezpieczeń antykorozyjnych

Poza wymienionymi wcześniej błędami konstrukcyjnymi ekranów przedwczesne zniszczenia zabezpieczeń antykorozyjnych związane są z:

– niewłaściwie dobranym systemem antykorozyjnym lub brakiem wymagań stawianych tym zabezpieczeniom,

– wadami wykonawczymi,

– wadami montażowymi,

– niewłaściwym utrzymaniem. Przykładem niewłaściwego doboru zabezpieczenia antykorozyjnego jest kilkunastocentymetrowy ubytek siatki wypełnienia ekranów po pięciu latach eksploatacji przy ciągu ulic w dużym mieście (fot. 6 i 7). Ubytki wystąpiły zarówno na wypełnieniach stalowych ocynkowanych i zabezpieczonych powłokami malarskimi, jak i na wypełnieniach aluminiowych zabezpieczonych powłokami malarskimi. W obu przypadkach zastosowano powłoki proszkowe poliestrowe (najtańszy, najsłabszy i najczęściej stosowany rodzaj powłok proszkowych) bez jakiejkolwiek powłoki konwersyjnej, co było za słabym zabezpieczeniem przy zagrożeniach korozyjnych występujących w tym środowisku. Dodatkowym powodem degradacji mogło być zastosowanie przecinanych kaset i pozostawienie niezabezpieczonych krawędzi.