Prof. dr hab. inż. Adam Wysokowski, kierownik Zakładu Inżynierii Drogowej, Kolejowej, Mostów i Tuneli na Uniwersytecie Zielonogórskim oraz przewodniczący Związku Mostowców RP, w rozmowie o metodach zabezpieczeń antykorozyjnych konstrukcji mostów stalowych. Ekspert omawia m.in. wyzwania związane z ich wdrażaniem w istniejących obiektach, znaczenie odpowiedniego projektowania oraz rosnącą rolą nowoczesnych technologii w monitoringu i utrzymaniu trwałości mostów.
Jakie metody zabezpieczeń antykorozyjnych są dziś najskuteczniejsze w inżynierii mostowej i jakie wyzwania towarzyszą ich stosowaniu w istniejących obiektach?
Na początku pragnę przytoczyć znaną w naszym mostowym środowisku sentencję: stalowe konstrukcje mostowe byłyby najoptymalniejszymi obiektami, gdyby nie dwa negatywne zjawiska, które są niestety z nimi powiązane, tj. korozja i zmęczenie materiału. W dzisiejszym, nowoczesnym świecie znamy jednak już wiele metod ich skutecznego ograniczenia. Ważna jest w tym zakresie szeroka wiedza, ale także właściwe i umiejętne stosowanie najnowszych technologii oraz materiałów, pomagających w eliminowaniu tych negatywnych zjawisk.
Współczesna inżynieria mostowa zna wiele sprawdzonych systemów ochrony antykorozyjnej, jednak praktyka pokazuje, że żadne rozwiązanie nie jest uniwersalne i całkowicie pozbawione wad. Do najskuteczniejszych metod należą systemy duplex łączące metalizację natryskową z powierzchniowymi powłokami zamykającymi, a także same powłoki cynkowe, które od dziesięcioleci stanowią skuteczną barierę przed rozwojem korozji. Mogą być one dodatkowo modyfikowane aluminium (ZnAl). Również powłoki wielowarstwowe malarskie, pod warunkiem właściwego przygotowania powierzchni, mogą pełnić swoją funkcję przez długie lata. Wdrażanie tych systemów w istniejących mostach jest jednak ogromnym wyzwaniem. Trudny dostęp do wielu miejsc konstrukcji, złożona geometria, liczne miejsca połączeń oraz ograniczenia związane z prowadzeniem prac na obiektach pozostających pod ruchem sprawiają, że koszt i czas realizacji rosną, a skuteczność zależy w dużej mierze od jakości przygotowania powierzchni i samej aplikacji.
Nie można też zapominać o ograniczeniach finansowych. W praktyce to właśnie one najczęściej decydują, czy system ochrony będzie optymalny, czy też konieczne będzie zastosowanie rozwiązań kompromisowych, co zwykle znacząco obniża trwałość tak zabezpieczonych antykorozyjnie konstrukcji.
>>> Mechanizmy uszkodzeń obiektów mostowych w wyniku powodzi
Jakie metody antykorozyjne stosuje się dziś najczęściej w konstrukcjach mostowych w Polsce i na świecie?
Wielowarstwowe systemy powłok malarskich pozostają obecnie najczęściej wybieranym rozwiązaniem zarówno w Polsce, jak i na świecie. Dzięki różnym kombinacjom podkładów, warstw pośrednich i nawierzchniowych pozwalają one dostosować się do warunków środowiska. Popularne są również powłoki cynkowe w postaci zarówno cynkowania ogniowego, jak i metalizacji natryskowej. Coraz częściej sięga się po systemy duplex, które łączą ochronę metaliczną z barierą powłok organicznych, dając wydłużoną trwałość (przyjęto, że jest ona sumą trwałości poszczególnych warstw) i lepsze zabezpieczenie w newralgicznych miejscach konstrukcji. W niektórych krajach, szczególnie tam, gdzie istnieje taka tradycja, stosuje się powszechnie stale trudnordzewiejące. Są one popularne m.in. w Australii i Ameryce Południowej. W Europie, w tym również w Polsce, ze względu na brak takiej tradycji, wysokie koszty wytwarzania oraz wymagania technologiczne rozwiązanie to jest znacznie rzadziej stosowane. Cieszy jednak fakt, że coraz częściej – zwłaszcza w elementach małej architektury – dostrzegamy zalety tego trwałego materiału.
Na ile skuteczne są klasyczne powłoki malarskie w porównaniu z nowoczesnymi, np. powłokami metalicznymi lub systemami hybrydowymi?
Klasyczne powłoki malarskie wciąż są podstawą zabezpieczeń antykorozyjnych i w sprzyjających warunkach mogą być trwałe oraz stosunkowo tanie. Ich skuteczność jest jednak silnie uzależniona od jakości przygotowania powierzchni oraz późniejszego sposobu jej utrzymania i renowacji. W porównaniu z nimi systemy hybrydowe lub metaliczne, zwłaszcza powłoki cynkowe, zapewniają bardziej kompleksową i długotrwałą ochronę, gdyż działają nie tylko jako bariera fizyczna, lecz także wytwarzają efekt ochrony katodowej. Przykładem wysokiej skuteczności są konstrukcje z powłokami cynkowymi o dużej grubości, które funkcjonują bez poważnych oznak korozji przez dziesięciolecia. Ostatecznie różnica polega więc na trwałości i odporności w warunkach agresywnego środowiska – w takich sytuacjach klasyczne powłoki malarskie ustępują miejsca nowoczesnym systemom.
W jaki sposób projektowanie mostu już na etapie koncepcji może uwzględniać aspekty ochrony antykorozyjnej?
Kwestie antykorozyjne muszą być obecne już na najwcześniejszym etapie projektowania mostu. To właśnie w koncepcji przedprojektowej decyduje się o zasadniczym kształcie konstrukcji, a więc o tym, czy będą powstawały miejsca sprzyjające gromadzeniu się wody i zanieczyszczeń. Unikanie poziomych płaszczyzn, projektowanie odpowiednich spadków, zapewnienie sprawnego odwodnienia i przewietrzania elementów konstrukcyjnych, a także ograniczanie liczby połączeń i spoin – wszystko to przekłada się na późniejszą trwałość systemu antykorozyjnego.
Im prostsza i bardziej spójna geometria konstrukcji, tym łatwiej o równomierne pokrycie powłoką ochronną i jej późniejszą konserwację. W projekcie należy również przewidzieć stosowanie materiałów o podwyższonej odporności, uszczelnianie dylatacji oraz dostęp do elementów w celu ewentualnej renowacji. Odpowiedzialne projektowanie jest więc pierwszym krokiem do skutecznego zabezpieczenia konstrukcji. Właśnie te działania, nazywane jako ochrona bierna, stanowią najwłaściwsze podejście w kontekście przeciwdziałania korozji. Z kolei ochrona czynna, czyli powłoki antykorozyjne, powinna pełnić rolę uzupełniającą w całym systemie.
Jakie są największe wyzwania związane z utrzymaniem ochrony antykorozyjnej w istniejących obiektach, szczególnie tych starszych, zbudowanych w ubiegłym wieku?
W starszych mostach największym problemem jest złożona geometria konstrukcji, która utrudnia zarówno czyszczenie, jak i nakładanie nowych powłok. Spoiny, zakamarki i trudno dostępne przestrzenie szybko stają się ogniskami korozji, zwłaszcza jeśli pierwotne zabezpieczenie było niedoskonałe. Dodatkową trudność stanowi prowadzenie prac remontowych bez całkowitego wyłączenia obiektu z użytkowania, co w przypadku infrastruktury drogowej i kolejowej bywa niekiedy praktycznie niemożliwe. Usuwanie zniszczonych powłok malarskich nie pozostaje bez wpływu na środowisko. Ponadto utrzymanie wymaga regularnych przeglądów, czyszczenia i konserwacji, a to z kolei wiąże się z wysokimi kosztami i ograniczonym budżetem. W konsekwencji mamy często do czynienia z sytuacją, w której działania podejmowane są dopiero wtedy, gdy degradacja jest już zaawansowana i koszt naprawy wielokrotnie przewyższa koszt systematycznej konserwacji. Warto wspomnieć, że w ostatnich latach powstały odpowiednie systemy malarskie o wysokiej trwałości, właśnie do zastosowań na powierzchniach o niewłaściwym stopniu przygotowania przed aplikacją powłok (w tym m.in. w miejscach trudno dostępnych).
>>> Prawne aspekty utrzymania obiektów mostowych
>>> Praca podsypki tłuczniowej na obiekcie mostowym
>>> Czy stać nas na budowę oryginalnych mostów?
Czy warunki klimatyczne i środowiskowe (np. bliskość morza, zanieczyszczenia przemysłowe) mają istotny wpływ na dobór strategii antykorozyjnej?
Jest oczywiste, że warunki klimatyczne i środowiskowe są kluczowe w doborze strategii ochrony. Most zlokalizowany nad morzem, narażony na działanie chlorków, wymaga zupełnie innych rozwiązań niż konstrukcja w rejonie o niskiej agresywności środowiska. Podobnie obiekty w pobliżu zakładów przemysłowych lub położone na terenie dużych aglomeracji miejskich, gdzie występują zanieczyszczenia chemiczne i wysoka wilgotność, potrzebują bardziej zaawansowanych systemów. Również eksploatacja dróg z użyciem soli zimą zwiększa agresywność środowiska i przyspiesza degradację powłok. Dobór systemu antykorozyjnego zawsze musi więc wynikać z analizy lokalnych warunków i przewidywanej intensywności obciążeń środowiskowych. Trzeba mieć świadomość, że przy zabezpieczeniu dużych, spektakularnych obiektów mostowych, nad cieśninami oceanicznymi oraz morskimi, które wszyscy podziwiamy, brane jest pod uwagę, że oddziaływanie morskiej bryzy sięga nawet ok. 100 km w głąb lądu.
Jak wygląda w praktyce monitoring stanu powłok antykorozyjnych? Czy stosuje się rozwiązania automatyczne, np. czujniki czy systemy IoT?
Monitoring stanu powłok w praktyce sprowadza się głównie do systematycznych przeglądów wizualnych, pomiarów grubości powłoki i dokumentacji fotograficznej. Jest to metoda tradycyjna, ale nadal najczęściej stosowana, ponieważ jest relatywnie tania i możliwa do realizacji na każdym obiekcie. Jest to standard w systemie przeglądów obiektów mostowych. W ostatnich latach pojawiają się jednak nowe narzędzia, np. drony, do oceny miejsc trudno dostępnych lub systemy cyfrowego katalogowania uszkodzeń. Rozwiązania bardziej zaawansowane, takie jak czujniki lub systemy IoT monitorujące lokalne warunki wilgotności, temperatury i potencjałów elektrochemicznych, są dostępne, ale ze względu na koszty oraz potrzebę utrzymania infrastruktury pomiarowej wciąż stanowią raczej wyjątek niż standard. Kierunek jest jednak wyraźny – automatyzacja i cyfryzacja inspekcji będą w najbliższych latach coraz częstsze.
Na jakich obiektach mostowych w Polsce zastosowano już innowacyjne lub przełomowe technologie ochrony antykorozyjnej?
Na początku XXI w. przełomem w Polsce było zastosowanie zabezpieczeń typu duplex na nowo powstających, spektakularnych obiektach mostowych, takich jak Most im. Jana Pawła II w Gdańsku, Most Siekierkowski w Warszawie lub Most Solidarności w Płocku. Dzisiaj przykładem nowatorskich rozwiązań są powłoki ochronne łączące funkcje antykorozyjne i przeciwpożarowe. Takie farby intumescentne (z ang.), które w kontakcie z wysoką temperaturą pęcznieją i tworzą warstwę izolacyjną, pozwalają na utrzymanie nośności elementów stalowych w czasie pożaru nawet do 2 godzin. To ogromny postęp, który wykracza poza klasyczną ochronę korozyjną i łączy ją z bezpieczeństwem pożarowym. W Polsce systemy duplex są wciąż stosowane w mostach o dużym znaczeniu komunikacyjnym. Coraz częściej wprowadza się również rozwiązania umożliwiające wykonanie większości prac w kontrolowanych warunkach wytwórni.
Jakie błędy w doborze lub wykonaniu zabezpieczeń antykorozyjnych zdarzają się najczęściej i jakie mogą mieć konsekwencje?
Najczęściej popełnianym błędem jest niedostateczne przygotowanie powierzchni przed nałożeniem powłoki ochronnej. Brak właściwego oczyszczenia spoin czy pozostawienie zanieczyszczeń skutkuje powstawaniem ognisk korozji, które rozwijają się mimo pozornie poprawnej powłoki. Innym błędem jest wykorzystywanie systemów niedostosowanych do agresywności środowiska albo nakładanie powłok w warunkach atmosferycznych, które uniemożliwiają ich prawidłowe wyschnięcie i związanie. Konsekwencje takich zaniedbań mogą być bardzo poważne: od przedwczesnego uszkodzenia powłoki i konieczności kosztownej naprawy po realne zagrożenie nośności całej konstrukcji w przypadku długotrwałego rozwoju korozji. Problemem jest też zapewnienie odpowiedniej przyczepności międzypowłokowej, co skutkuje pogorszeniem zarówno trwałości, jak i estetyki tak wykonanych powłok.
Czy w Pana ocenie Polska ma wystarczające regulacje i standardy w zakresie ochrony antykorozyjnej infrastruktury mostowej?
Polska posiada regulacje i standardy, które w teorii pozwalają właściwie zabezpieczyć obiekty mostowe. Wystarczy wspomnieć o normach oraz nowych wzorcach i standardach WR-M-31, które uwzględniają wymagania związane z trwałością powłok. Problemem jest brak konsekwentnego wdrażania tych standardów i egzekwowania ich stosowania w praktyce. Często ograniczenia budżetowe prowadzą do pomijania rozwiązań ochronnych lub ich redukcji do absolutnego minimum. W efekcie istnieje luka między zapisami formalnymi a praktyką realizacyjną, co w dłuższej perspektywie skutkuje skróceniem żywotności obiektów.
W mojej ocenie dużym, choć niezauważalnym problemem jest brak metryczek zabezpieczeń antykorozyjnych przy wykonywaniu powłok malarskich na elementach konstrukcyjnych (zwyczajowo zawierają one cenne informacje takie jak: rodzaj powłoki, zastosowany materiał, data wykonania, grubość, firma wykonująca). Takie tabliczki z danymi nanoszone są najczęściej na powierzchni środników dźwigarów głównych. Rozwiązania tego typu stosuje się powszechnie w wielu krajach na świecie. Moim zdaniem jest to bardzo potrzebna tradycja z technicznego punktu widzenia, ponieważ pozwala na właściwe utrzymanie powłok antykorozyjnych, np. poprzez odpowiedni dobór nowych powłok w trakcie renowacji zabezpieczeń.
Jakie kierunki rozwoju widzi Pan w dziedzinie zabezpieczeń antykorozyjnych w najbliższych 10–20 latach?
Przyszłość ochrony antykorozyjnej będzie zmierzać w kilku kierunkach. Na znaczeniu zyska zagadnienie trwałości, co dostrzeżemy już w najbliższym czasie wraz z wprowadzeniem w Polsce nowych wersji Eurokodów – wszystkie ich części będą zawierały załączniki poświęcone właśnie temu aspektowi. Rosnące znaczenie będzie miał także etap projektowania, który w większym stopniu niż dotychczas zostanie podporządkowany zasadom trwałości i łatwej konserwacji. Na znaczeniu zyskają także systemy typu duplex oraz rozwiązania hybrydowe, łączące najlepsze cechy powłok metalicznych i organicznych. Rozwijać się będą materiały wielofunkcyjne, zapewniające nie tylko ochronę antykorozyjną, ale także odporność ogniową i właściwości samonaprawcze.
Ważnym obszarem stanie się również monitoring oparty na cyfryzacji i automatyzacji, wykorzystujący czujniki, technologie IoT oraz analizę danych w celu predykcji uszkodzeń. Coraz większą rolę będzie odgrywać ekologia – ograniczenie emisji lotnych związków organicznych i opracowanie systemów przyjaznych środowisku. Można więc powiedzieć, że w nadchodzących dekadach nastąpi integracja ochrony antykorozyjnej z nowoczesnym projektowaniem, cyfryzacją oraz zasadami zrównoważonego rozwoju. Antykorozja jest bowiem kluczowym elementem zapewniającym trwałość tak istotnych dla nas wszystkich obiektów infrastruktury komunikacyjnej, z której wszyscy korzystamy.
Dziękuję za rozmowę.
Rozmawiała Anna Dębińska
redaktor naczelna Inżyniera Budownictwa
Fot. autora
