Patinující oceli a navrhování s ohledem na atmosférickou korozi

Co je patinující ocel — a co není

Patinující ocel jako záměrně legovaná nízkolegovaná ocel

Patinující ocel není jediná jakost ani jednoduše běžná konstrukční ocel ponechaná bez nátěru. Jedná se o skupinu nízkouhlíkových, nízkolegovaných ocelí, jejichž chemické složení je upraveno tak, aby se změnil průběh atmosférické koroze. Mezi tradiční legující přísady patří měď, chrom, nikl, fosfor, křemík a mangan. Použít lze také molybden; výzkum se zabýval rovněž přísadami wolframu, titanu, hliníku a kovů vzácných zemin. Přehled Federal Highway Administration z roku 2009 označuje Mn, Si, Cr, Ni, Cu, Mo a P za historické zaměření legování.

Patinující ocel získává podmíněnou odolnost proti atmosférické korozi, nikoli úplnou odolnost proti korozi. Strong evidence

Elektrochemická korozeElektrochemická koroze Koroze způsobená současným anodickým rozpouštěním kovu a katodickými reakcemi prostřednictvím filmu elektrolytu.

Tyto přísady elektrochemickou korozi nezastavují. Mění složení, strukturu, přilnavost a propustnost vrstvy rzi, která vzniká při vystavení atmosférickým vlivům. Když je ocel smáčena, anodické oblasti uvolňují železo do elektrolytu, zatímco katodické oblasti podporují reakce redukce kyslíku. Vznikající korozní produkty mohou být relativně hutné a dobře přilnavé, čímž zpomalují další přístup vody a kyslíku. Reakce však pokračují. Označení „patinující“ popisuje korozní chování, nikoli imunitu vůči korozi.

Mezi běžná označení patří ASTM A242/A242M pro vysokopevnostní nízkolegovanou konstrukční ocel, ASTM A588/A588M pro vysokopevnostní nízkolegovanou konstrukční ocel se zlepšenou odolností proti atmosférické korozi a mostní oceli ASTM A709/A709M, které zahrnují patinující jakosti, například Grade 50W a Grade HPS 50W, pokud jsou stanoveny normou pro daný materiál a projektovou dokumentací. Evropské konstrukční oceli odolné proti povětrnostním vlivům jsou označovány podle EN 10025-5, mimo jiné jako S355J0WP, S355J2WP, S355J0W a S355J2W. Přípona a jakost jsou důležité: chemické limity, mechanické vlastnosti, požadavky na svařitelnost a stav dodání nejsou vzájemně zaměnitelné jen proto, že každý výrobek je označován jako „patinující ocel“.[1][1] Improved Corrosion-Resistant Steel for Highway Bridges. Federal Highway Administration. Federal Highway Administration research publication, 2011.

Korozní indexy podle složení ASTM G101 jsou nástroji pro předběžné nebo srovnávací posouzení a nemohou nahradit hodnocení konkrétního působení prostředí a konstrukčních detailů v dané lokalitě. Limited evidence

[2][2] ASTM G101-04(2010), Standard Guide for Estimating Atmospheric Corrosion Data. ASTM International. ASTM International standard, 2010.

Slitina je tedy pouze jednou částí projektového rozhodnutí. ASTM G101-04(2010) stanovuje metody pro odhad dlouhodobých ztrát v důsledku atmosférické koroze z údajů z kratších expozic a pro odhad relativní odolnosti nízkolegované oceli proti atmosférické korozi na základě jejího chemického složení. Takový index je nástrojem pro předběžné posouzení, nikoli osvědčením vhodnosti pro konkrétní místo. Výzkum FHWA zveřejněný v roce 2011 uváděl, že většina patinujících ocelí měla hodnoty korozního indexu podle ASTM G101 mezi 6 a 7; studie sledovala hodnoty blízké 9,5 nebo vyšší s cílem dosáhnout výrazně lepší odolnosti v atmosférách obsahujících chloridy. Číslo založené na chemickém složení nemůže plně zohlednit například římsu mostu, na níž se zadržují mokré nečistoty, nebo fasádu omývanou slaným aerosolem.

Vznik patiny versus povlak nanesený ve výrobě

Patina patinující oceli vzniká na povrchu až po výrobě a montáži. Není to nátěr, galvanické pokovení, žárový nástřik ani film nanesený ve výrobě s pevně stanovenou tloušťkou a zaručeným pokrytím. Počáteční koroze povrchu bývá v přítomnosti vlhkosti poměrně rychlá. Při opakovaném vystavení atmosférickým vlivům se mění složení a uspořádání korozních produktů a část vrstvy rzi se stává přilnavější a méně propustnou. Barva může postupovat přes oranžové, červenohnědé a tmavě hnědé odstíny až téměř k černé, samotná barva však není důkazem, že došlo ke stabilizaci.

National Steel Bridge Alliance ve své příručce z roku 2010 uvedla, že vznik ochranné patiny vyžaduje opakované smáčení a vysychání. Tento požadavek je zásadní. Déšť následovaný vyschnutím může podporovat vznik jiné vrstvy rzi než nepřetržitá kondenzace, stojatá voda nebo spára, z níž voda nikdy neodtéká. Povrch chráněný před deštěm může zůstat znečištěný a vlhký, místo aby prošel požadovaným cyklem. Naopak časté omývání deštěm nezaručuje ochranu, pokud usazeniny zadržují chloridy nebo kyselé kontaminanty.

Vznik patiny také vyžaduje čas a jeho délka se liší podle klimatu, orientace, chemického složení oceli, stavu povrchu a zatížení znečišťujícími látkami. Okuje, zbytky z výroby, rozstřik při svařování a oleje mohou vytvářet místní rozdíly ve smáčení a korozi. Skvrny od rzi na přilehlém betonu, kameni nebo opatřené oceli představují samostatný konstrukční problém: i tam, kde je úbytek kovu omezený, může odtok způsobit trvalé vizuální poškození. Souvislost výrobního povlaku lze kontrolovat, jeho tloušťku lze stanovit jako tloušťku suchého filmu a na určených vadách jej lze opravit. Patinu nelze posuzovat podle stejných předpokladů. Vzniká nerovnoměrně, je ovlivněna každým spojem a odvodněním a může být narušena čištěním, abrazí nebo pozdějšími opravami.

[3][3] Guidance Note 1.07: Weather Resistant Steel. Steel Construction Institute. SCI Guidance Note 1.07, 2015.

Projektanti by měli také rozlišovat stabilní exponovanou plochu od spáry. Šroubované přeplátované spoje, úzké mezery mezi výztuhami, uzavřené konstrukční detaily, styčníkové plechy, uložení ložisek a kapsy na spodní straně mohou zadržovat vodu a nečistoty. SCI Guidance Note 1.07, vydaná Steel Construction Institute v roce 2015, označuje trvale mokré nebo vlhké prostředí, vysoké vystavení chloridům nebo slanému aerosolu, koncentrované průmyslové výpary a podzemní podmínky za nevhodné nebo omezeně přípustné použití neopatřené oceli odolné proti povětrnostním vlivům. Tyto podmínky mohou zabránit tomu, aby povrch dosáhl stavu s nižší mírou koroze, nebo mohou vést k závažnému lokálnímu napadení navzdory atraktivnímu celkovému zbarvení.

Odolnost proti atmosférické korozi versus odolnost proti korozi[4][4] ISO 9223:2012 Corrosivity of Atmospheres. International Organization for Standardization. International Standard, 2012.

„Zlepšená odolnost proti atmosférické korozi“ je podmíněné tvrzení o vlastnostech materiálu. Neznamená, že je ocel vhodná pro každé venkovní prostředí ani že se úbytek tloušťky stane zanedbatelným. ISO 9223:2012 klasifikuje korozivitu atmosféry pomocí rychlostí koroze standardních vzorků během prvního roku a označuje vliv teploty a vlhkosti, znečištění oxidem siřičitým a vzdušnou salinitu za klíčové faktory. Klasifikace popisuje atmosféru; nemění patinující jakost v univerzálně bezpečný materiál.[5][5] Uncoated Weathering Steel in Bridges. Federal Highway Administration. Federal Highway Administration guidance, 2003.

Stejné rozlišení platí i pro výběr materiálu pro projekt. Pokyny FHWA z roku 2003 vyžadují před výběrem neopatřené patinující oceli zohlednit konkrétní podmínky místa, zejména dobu smáčení, působení chloridů, průmyslové znečišťující látky, odvodnění, geometrii a údržbu. Suché vnitrozemské místo s volným odtokem může podporovat zamýšlené korozní chování. Pobřežní konstrukce vystavená aerosolu obsahujícímu sůl, komunikace, přes kterou je rozstřikována rozmrazovací solanka, nebo průmyslový areál s koncentrovanými výpary vhodné být nemusí. Opakované smáčení je pro vznik patiny nezbytné, avšak smáčení obsahující chloridy a trvalá vlhkost mohou udržovat aktivní korozi a podporovat důlkovou korozi.

Důlková koroze je v citovaném přístupu AASHTO zohledněna přiřazením základnímu materiálu prosté neopatřené patinující oceli o jednu nižší kategorii únavy než srovnatelné oceli neodolné vůči povětrnostním vlivům. Strong evidence

[6][6] Steel Bridge Design Handbook: Design for Fatigue. Federal Highway Administration. Federal Highway Administration handbook, 2016.

Důlková koroze je důležitá z hlediska konstrukce, nejen z hlediska vzhledu. Pokyny FHWA pro posuzování únavy vysvětlují, že patinující ocel vytváří patinu střídáním mokrých a suchých cyklů, zároveň však uvádějí, že AASHTO přiřazuje základnímu materiálu běžné neopatřené patinující oceli o jednu nižší kategorii únavy než srovnatelné oceli neodolné proti povětrnostním vlivům, a to z důvodu důlkové koroze. Toto zohlednění vychází ze skutečnosti, že lokalizovaná koroze může vytvářet koncentrace napětí, i když se průměrný úbytek průřezu jeví jako mírný. Kontroly únavy, detaily svarů, přístup pro inspekci a korozní přídavky proto musí zůstat součástí konstrukčního návrhu.

Správný popis je jednoduchý: neopatřený povrch patinující oceli je řízený korozní systém. Chemické složení slitiny může za vhodného atmosférického působení podporovat vznik ochrannější vrstvy rzi, avšak to, zda se tento potenciál skutečně uplatní, určují odvodnění, ventilace, geometrie spojů, kontaminanty, kontrola chloridů, inspekce a údržba. Jde o ocel odolnou proti povětrnostním vlivům — nikoli o ocel odolnou proti korozi a nikoli o ocel s trvalým povlakem, který již byl nanesen ve válcovně.

Prostředí atmosférické koroze

Ocel odolná povětrnostním vlivům není imunní vůči atmosférické korozi. Jedná se o nízkouhlíkovou nízkolegovanou ocel navrženou tak, aby při podmínkách umožňujících vznik, vysychání a reorganizaci korozních produktů bez opakovaného smývání nebo trvalého zvlhčení vytvořila relativně hutnou a dobře přilnavou vrstvu rzi. Měď, chrom, nikl, fosfor, křemík a další legující přísady mění elektrochemické reakce i strukturu rzi, avšak chemické složení nemůže kompenzovat všechny podmínky expozice.

Norma ISO 9223:2012 poskytuje hlavní rámec pro popis atmosférické korozivity. Klasifikuje prostředí pomocí rychlostí koroze naměřených během prvního roku na standardních vzorcích a určuje tři rozhodující vlivy: režim teploty a vlhkosti, znečištění oxidem siřičitým a vzdušnou salinitu. Tyto faktory vzájemně působí na povrch oceli. Stejná nominální jakost proto může vykazovat odlišné rychlosti koroze, barvy rzi, hloubky důlků a vývoj patiny ve vnitrozemském venkovském prostředí, u přílivového ústí řeky, pod průmyslovým kouřovým mrakem nebo uvnitř chráněného detailu mostu.

Toto rozlišení je důležité při navrhování. Nosník z oceli odolné povětrnostním vlivům v čistém vzduchu, s volným odtokem vody a pravidelným vysycháním, může vytvořit stabilní ochrannou vrstvu. Nominálně shodný nosník pod netěsnou spárou mostovky může ve štěrbině zůstat aktivně korodující, zatímco exponované povrchy budou působit jako vyzrálé. Atmosférická klasifikace je výchozím bodem, nikoli náhradou za posouzení skutečného stanoviště a geometrie, která bude určovat zadržování vlhkosti.

Doba ovlhčení a opakované cykly smáčení a vysychání

Doba ovlhčeníDoba ovlhčení Doba, po kterou zůstává kovový povrch pokryt dostatečně vodivým filmem vlhkosti umožňujícím atmosférickou korozi.

Elektrochemická koroze vyžaduje elektrolyt. Déšť, mlha, rosa, kondenzace a usazené soli poskytují tento elektrolyt na povrchu oceli. Doba, po kterou zůstává na povrchu dostatečně vodivý film, se běžně označuje jako doba ovlhčení. Delší doba ovlhčení obecně umožňuje větší anodické rozpouštění kovu a katodickou redukci kyslíku, tento vztah však nelze chápat jako prosté měření času: během expozice se mění také koncentrace solí, teplota, přísun kyslíku, znečištění povrchu a propustnost vrstvy rzi.

Opakované smáčení a vysychání je nezbytnou podmínkou prostředí pro vznik ochranné patiny. Strong evidence

Vysychání není pouze přestávkou v korozi. U oceli odolné povětrnostním vlivům pomáhají střídající se období smáčení a vysychání přeměnit původně volné korozní produkty na přilnavější a méně propustnou patinu. Příručka National Steel Bridge Alliance, vydaná v roce 2010, uvádí, že vývoj ochranné patiny vyžaduje opakované smáčení a vysychání. Během smáčení se železo rozpouští a korozní produkty se vysrážejí; během vysychání se vrstva rzi smršťuje, dále oxiduje a může se stát kompaktnější. Opakované cykly mohou postupně snížit rychlost, kterou voda a kyslík pronikají k oceli.

Tento proces selhává, když je voda zadržována. Vodorovná římsa, těsný překrytý spoj, ucpaný odtok, konec výztuhy, kapsa kolem šroubu nebo utěsněná štěrbina mohou zůstat mokré i poté, co okolní povrchy vyschnou. Výsledný článek s rozdílným provzdušněním může vyvolat lokalizované napadení, zatímco usazeniny chloridů zvyšují vodivost elektrolytu. Odtékající voda může také přenášet vodu bohatou na železo na beton, vozovky nebo architektonické povrchy a způsobovat zabarvení, i když je úbytek průřezu mírný.

Historie expozice je proto důležitější než samotný údaj o ročním úhrnu srážek. Krátké a časté dešťové epizody následované vysycháním mohou podporovat tvorbu patiny. Dlouhá období vlhkosti mohou udržovat aktivní korozi. Cyklické ukládání a odpařování solí může být zvláště škodlivé, protože odpařování koncentruje chloridy na povrchu a následující vlhké období znovu aktivuje koncentrovaný elektrolyt.

Pokyny FHWA vydané v roce 2003 požadují před výběrem nechráněné oceli odolné povětrnostním vlivům posouzení doby ovlhčení, expozice chloridům, průmyslových znečišťujících látek, odvodnění, geometrie a údržby specifické pro dané stanoviště. Tento požadavek je praktický, nikoli byrokratický. Most v suchém vnitrozemském klimatu může obsahovat trvale vlhká mikroprostředí, zatímco vlhká pobřežní konstrukce může mít exponované plochy, které rychle vysychají, a chráněné spoje, které nikoli.

Teplota, vlhkost a kondenzace

Relativní vlhkost ovlivňuje, zda může povrchový film přetrvávat. Když se vzduch ochlazuje k rosnému bodu, voda kondenzuje na oceli, i když nepršelo. K běžným příčinám patří noční ochlazování, zastíněné plochy, uzavřené skříňové průřezy a studený kov pod teplým vlhkým vzduchem. Povrch proto může být vystaven vlhkosti po mnoho hodin i v místě, kde spadne jen malé měřitelné množství srážek.

Teplota ovlivňuje jak rychlost reakcí, tak odpařování vody. Vyšší teploty často urychlují elektrochemické reakce, zároveň však mohou zkrátit dobu ovlhčení zvýšením odpařování. V blízkosti rosného bodu může i malá změna teploty vyvolat kondenzaci a prodloužit dobu přítomnosti elektrolytu. Teplota rovněž mění rozpustnost kyslíku, krystalizaci solí, přeměny rzi a viskozitu či pohyblivost povrchových filmů. Norma ISO 9223:2012 tyto účinky zahrnuje prostřednictvím vlivu teploty a vlhkosti, místo aby vlhkost považovala za samostatnou záruku určité rychlosti koroze.

Vlhkost nabývá na významu v přítomnosti rozpustných znečišťujících látek. Hygroskopické soli mohou pohlcovat vodu ze vzduchu při relativních vlhkostech nižších, než je vlhkost, při níž by čistá ocel zůstala suchá. Povrch obsahující chlorid sodný, chlorid hořečnatý nebo chlorid vápenatý tak může zůstat elektrolyticky aktivní během opakovaných vlhkých období. Podobný účinek může mít prach a průmyslové usazeniny, zejména pokud se hromadí na vodorovných nebo chráněných površích.

Vývoj patiny závisí na této rovnováze. K zahájení a udržování korozních reakcí, při nichž vzniká vrstva rzi, je zapotřebí určité množství vlhkosti. Nadměrná nebo trvalá vlhkost brání vysychání vrstvy a může udržovat póry a trhliny elektrochemicky aktivní. Špatné větrání tento stav zhoršuje zpomalením odpařování. Dokument SCI Guidance Note 1.07, vydaný Steel Construction Institute v roce 2015, označuje trvale mokrá nebo vlhká prostředí za nevhodná nebo omezeně přípustná pro použití nechráněné oceli odolné povětrnostním vlivům, stejně jako prostředí s vysokou expozicí chloridům nebo solné mlze, koncentrovanými průmyslovými výpary a podmínkami v zemině.

Chemické složení slitiny je stále důležité. Oceli odolné povětrnostním vlivům historicky využívaly mangan, křemík, chrom, nikl, měď, molybden a fosfor k ovlivnění korozních produktů a jejich přilnavosti. Výzkum FHWA publikovaný v roce 2009 zkoumal také přísady wolframu, titanu, hliníku a prvků vzácných zemin. Legující přísada však nemůže odstranit kondenzaci ze skříňového průřezu ani odvést vodu ze záchytného místa. Prostředí a konstrukční řešení proto zůstávají vzájemně propojeny.

Oxid siřičitý, chloridy a vzdušná salinita

Oxid siřičitý je důležitý, protože se rozpouští v povrchové vlhkosti a vytváří kyselinu siřičitou a po oxidaci také látky kyseliny sírové. Tyto kyselé filmy zvyšují vodivost a mohou narušovat stabilizaci vrstvy rzi. Průmyslové zdroje spalování historicky vytvářely prostředí s vysokými koncentracemi oxidu siřičitého, emise se však podle regionu a zdroje výrazně liší. Povrch oceli v blízkosti rafinerie, hutního provozu, elektrárny nebo frekventovaného dopravního koridoru může být zatížen znečišťujícími látkami odlišně od povrchu naměřeného na nedaleké venkovské stanici.

Chloridy bývají často trvalejší a lokálně agresivnější. Mořská tříšť, tříštící se vlny, větrem unášený mořský aerosol, rozmrazovací soli a znečištěný odtok ukládají na ocel chloridové ionty. Chloridy pronikají póry a defekty v rzi, podporují lokalizované anodické rozpouštění a snižují ochranný účinek vysychání, protože hygroskopické zbytky znovu absorbují vlhkost. Ukládání ovlivňuje směr větru, nadmořská výška, vzdálenost od pobřeží, vystavení ostřiku i smývání deštěm. Označení „pobřežní“ není dostatečným popisem expozice; chráněný detail, v němž se hromadí sůl, může být agresivnější než zcela exponovaný povrch ve větší vzdálenosti od moře.

Norma ISO 9223:2012 považuje vzdušnou salinitu za hlavní faktor korozivity a při posuzování stanoviště je třeba zohlednit jak ukládání, tak zadržování solí. Výzkum FHWA zaměřený na zlepšené korozivzdorné oceli, publikovaný v roce 2011, uvádí, že většina ocelí odolných povětrnostním vlivům měla hodnoty korozního indexu podle ASTM G101 mezi 6 a 7, přičemž výzkum usiloval o hodnoty kolem 9,5 nebo vyšší pro podstatně lepší odolnost v atmosféře obsahující chloridy. Norma ASTM G101-04(2010) poskytuje metody pro odhad dlouhodobých ztrát v důsledku atmosférické koroze z krátkodobých expozičních údajů a pro odhad relativní odolnosti nízkolegované oceli vůči atmosférické korozi na základě chemického složení; nepřeměňuje však index složení na imunitu.

Znečišťující látky a soli ovlivňují také důsledky pro konstrukci. Důlková koroze vytváří koncentrace napětí a pokyny FHWA pro únavu vysvětlují, že AASHTO přiřazuje základnímu materiálu z prosté nechráněné oceli odolné povětrnostním vlivům o jednu nižší kategorii únavy než srovnatelné oceli neodolné povětrnostním vlivům, a to z důvodu důlkové koroze. Návrh z hlediska atmosférické koroze proto musí propojovat expozici podle ISO 9223, odhady založené na složení podle ASTM G101, odvodnění a přístupnost pro kontrolu s únavovými detaily. Nominálně shodná ocel není vystavena jediné atmosféře. Její skutečné korozní prostředí představuje kombinace klimatu, usazenin, historie smáčení a geometrie v každém čtverečním metru konstrukce.

Jak vzniká patina na oceli odolné povětrnosti

Ocel odolná povětrnosti se nedodává s povrchem odolným proti korozi. Její odolnost vůči atmosférickým vlivům se rozvíjí až po vystavení prostředí a výsledný stav závisí na chemickém složení oceli, okolním vzduchu a způsobu, jakým voda na povrch přichází a jak z něj odtéká. Jakosti, jako jsou ASTM A588 a jakosti oceli odolné povětrnosti specifikované v rámci ASTM A709, jsou nízkouhlíkové nízkolegované oceli obsahující záměrně přidané prvky, které ovlivňují vznik korozních produktů. Tradiční složení klade důraz na Mn, Si, Cr, Ni, Cu, Mo a P; výzkum Federal Highway Administration se zabýval také přísadami W, Ti, Al a prvků vzácných zemin.

Tyto prvky nezastavují anodické a katodické reakce, které tvoří atmosférickou korozi. Za vhodných podmínek expozice místo toho ovlivňují, které oxidy a oxyhydroxidy vzniknou, jak hustě se vrstva rzi vytvoří a jak pevně zůstane připojena k podkladu. Patina je tedy vyvíjejícím se korozním produktem, nikoli naneseným povlakem ani zárukou trvalé ochrany.

Počáteční koroze a přeměna vrstvy rzi

Čerstvě vyrobený povrch obvykle obsahuje okuje, nečistoty z výroby, oxidy vzniklé při tepelném řezání nebo zbytky z manipulace a montáže. Jakmile vlhkost na obnažené oceli vytvoří souvislý nebo téměř souvislý elektrolyt, uvolňují lokální anodické oblasti ionty železa:

$$\mathrm{Fe}\to {\mathrm{Fe}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}$$

Katodické reakce spotřebovávají kyslík a vodu a vytvářejí hydroxidové ionty. Mezi počáteční produkty patří málo uspořádané oxyhydroxidy železa a hydratované oxidy. Jejich vzhled se může měnit od jasně oranžové nebo žlutohnědé po tmavší červenohnědou a při některých typech expozice až po téměř černé oblasti. Barva není spolehlivým měřítkem ochrany. Tmavý povrch může stále umožňovat aktivní důlkovou korozi pod usazeninami, zatímco světlejší vrstva může obsahovat oblasti, které poměrně dobře ulpívají na podkladu.

S pokračující expozicí se počáteční rez opakovaně rozpouští, znovu se sráží, dehydratuje a přeskupuje. Mezi běžné korozní produkty patří lepidokrokit, často zapisovaný jako γ-FeOOH, goethit, α-FeOOH, a magnetit, Fe₃O₄. Poměr jednotlivých složek a jejich fyzické uspořádání se mění v závislosti na délce smáčení, přístupu kyslíku, kontaminantech, teplotě a obsahu legujících prvků v oceli. Přísady v oceli odolné povětrnosti mohou podpořit vznik jemnější a kompaktnější korozní vrstvy, než jaká vzniká na běžné konstrukční uhlíkové oceli, nemohou však na každém místě vynutit jednu zcela identickou minerální strukturu.

Stabilizace patinyStabilizace patiny Stav, při němž vrstva rzi a prostředí vytvářejí po stanovenou dobu relativně ustálenou, obvykle nižší korozní rychlost; neznamená to, že koroze skončila.

Toto rozlišení je na povrchu oceli významné. Volná, popraskaná nebo nedostatečně přilnavá vrstva umožňuje, aby voda a kyslík opakovaně pronikaly k čerstvému kovu. Hustší vrstva omezuje transport a zmenšuje plochu snadno přístupného kovu, takže rychlost koroze může klesat. Nejde však o přeměnu povrchu v nepropustnou bariéru, nýbrž o změnu reakčních podmínek. Praskliny, poškození nárazem, řezné hrany, štěrbiny a oblasti pod nahromaděnými nečistotami mohou korodovat i tehdy, když přilehlé rozsáhlé plochy vypadají vyzrále.

ASTM G101-04(2010) tento časově závislý průběh zohledňuje tím, že poskytuje metody pro odhad dlouhodobých ztrát způsobených atmosférickou korozí z kratších expozičních údajů a pro odhad relativní odolnosti nízkolegované oceli vůči atmosférické korozi na základě chemického složení. Jeho použití neodstraňuje potřebu posouzení konkrétní expozice. Chemické složení může naznačit určitou tendenci, samo o sobě však nemůže zohlednit netěsný spoj, usazeninu chloridů ani trvale vlhkou spodní stranu.

Střídavé působení vlhka a sucha

Patina vzniká opakováním těchto cyklů. Během vlhkého období vytváří déšť, kondenzace, rozstřikovaná voda nebo usazená vlhkost elektrolyt. Pohyb iontů a redukce kyslíku podporují korozi, zatímco rozpustné sloučeniny železa mohou migrovat vlhkou vrstvou. Během vysychání se odpařováním zvyšuje koncentrace zbývajících solí a mění se přístup kyslíku. Některé produkty se srážejí v pórech a defektech, jiné jsou odplavovány. Toto opakované rozpouštění a srážení napomáhá při vhodné expozici přeměně původně volné vrstvy rzi ve strukturovanější vrstvu.

Slovo „střídavé“ je důležité. Povrch, který zůstává trvale mokrý, neprochází stejnými fázemi vysychání, které pomáhají korozní vrstvu zpevnit. SteelConstruction Institute v pokynu Guidance Note 1.07 označuje trvale mokré nebo vlhké podmínky, vysokou expozici chloridům nebo solné mlze, koncentrované průmyslové výpary a uložení v zemině za nevhodné nebo omezené oblasti použití neopatřené oceli odolné povětrnosti. National Steel Bridge Alliance rovněž uvádí, že vznik ochranné patiny vyžaduje opakované smáčení a vysychání.

Vysychání neznamená, že koroze trvale ustane. V pórech, spojích a drsných oblastech mohou po zdánlivém vyschnutí povrchu zůstat tenké vrstvy vlhkosti. Chloridy mohou přitahovat vlhkost a prodlužovat dobu smáčení, takže koroze může pokračovat při nižší relativní vlhkosti, než by tomu bylo na čistém povrchu. Oxid siřičitý a další průmyslové znečišťující látky mohou okyselovat povrchovou vlhkost nebo vytvářet usazeniny, které mění korozní reakce. ISO 9223:2012 klasifikuje korozivitu atmosféry pomocí rychlostí koroze standardních vzorků v prvním roce a uvádí účinky teploty a vlhkosti, znečištění oxidem siřičitým a vzdušné salinity jako hlavní faktory prostředí. Tyto proměnné pomáhají vysvětlit, proč se na dvou konstrukcích ze stejné jakosti mohou vytvořit viditelně odlišné vrstvy rzi.

Geometrie ovlivňuje cyklus smáčení a vysychání stejně výrazně jako klima. Vodorovné římsy, styčníkové desky, mezery u výztuh, detaily šroubových spojů a částečně uzavřené dutiny mohou zadržovat vodu a sediment. Zastíněná plocha může vysychat pomalu, zatímco plocha vystavená větru přijímá krátké dešťové epizody a rychle se odpařuje z ní voda. Odtok z jednoho ocelového povrchu může přenášet vodu bohatou na železo na jiný povrch a vytvářet skvrny, aniž by tím nutně vznikla rovnocenná ochrana. Odtok z betonu, pozinkovaných prvků nebo kontaminovaných povrchů může rovněž přinášet látky, které mění místní korozi.

Pokyny FHWA proto před výběrem neopatřené oceli odolné povětrnosti vyžadují posouzení doby smáčení, expozice chloridům, průmyslových znečišťujících látek, odvodnění, geometrie a údržby. Nelze předpokládat, že patina vytvořená na dobře odvodněném nosníku mostu vznikne stejným způsobem pod netěsnou spárou mostovky nebo uvnitř spoje zaplněného nečistotami.

Stabilizace patiny a ustálená koroze

„Stabilizovaná“ neznamená, že koroze skončila. Označuje stav, při němž vrstva rzi a prostředí společně vytvářejí po určitou stanovenou dobu poměrně stálou, obvykle nižší rychlost koroze. Vrstva může dále narůstat, praskat, zhutňovat se a měnit svou minerální formu, zatímco průměrný úbytek kovu se blíží ustálenému trendu. Doba stabilizace není univerzální hodnotou. Mění se v závislosti na chemickém složení slitiny, přípravě povrchu, orientaci, srážkách, vlhkosti, znečištění, salinitě, teplotě, odvodnění a četnosti smáčení a vysychání.

Přehledové práce o atmosférické korozi kladou zvláštní důraz na rozlišování doby stabilizace od ustálených rychlostí koroze. Krátkodobé expozice mohou zachytit agresivní počáteční fázi, dříve než se vrstva rzi přeskupí. Mohou také probíhat během neobvykle vlhkého období nebo dočasné epizody znečištění. Modely dlouhodobých predikcí proto musí oddělovat přechodnou korozi od pozdější rychlosti a uvádět podmínky expozice, na nichž predikce závisí. ASTM G101-04(2010) poskytuje odhadové metody, avšak v místech, kde by podhodnocení úbytku mělo závažné důsledky, zůstává nezbytná kontrola v terénu.

Chemické složení slitiny určuje část hranice dosažitelné účinnosti. Výzkum FHWA z roku 2011 zaměřený na ocel se zlepšenou odolností proti korozi uvádí, že většina ocelí odolných povětrnosti měla hodnoty korozního indexu ASTM G101 mezi 6 a 7, zatímco výzkum usiloval o hodnoty kolem 9,5 nebo vyšší pro podstatně lepší odolnost v atmosférách obsahujících chloridy. Tento výsledek nestanovuje životnost nezávislou na místě; ukazuje však, proč jsou důležité indexy založené na chemickém složení a zkoušky specifické pro chloridy.

Ani patina, která vypadá vyzrále, neodstraňuje povinnosti vyplývající z konstrukčního návrhu. Důlková koroze způsobuje lokální úbytek průřezu a koncentraci napětí. Pokyny FHWA pro únavu uvádějí, že AASHTO přiřazuje základnímu materiálu běžné neopatřené oceli odolné povětrnosti o jednu nižší únavovou kategorii než srovnatelné oceli neodolné povětrnosti, a to kvůli důlkové korozi. Při kontrole je proto nutné prohlížet místa zadržující vodu, štěrbiny, hrany, oblasti spojovacích prostředků a místa, kde okuje rzi nebo nečistoty zakrývají ocel. Pokud smáčení zůstává trvalé, hromadí se chloridy nebo selhává odvodnění, očekávaná nižší ustálená rychlost koroze se nemusí nikdy rozvinout. Patina je ochranná pouze jako podmíněný výsledek slučitelnosti chemického složení, expozice a konstrukčních detailů — nikoli jako automatický a trvalý povlak.

Chemické složení slitin a mechanismy koroze

Patinující ocel je nízkouhlíková nízkolegovaná ocel, jejíž chování v atmosféře závisí na vrstvě rzi, která se vytváří po vystavení okolnímu prostředí. Tato vrstva není povlak nanesený z výroby a nečiní základní kov imunním vůči korozi. Za vhodných podmínek se korozní produkty stávají relativně hutnými, přilnavými a méně propustnými než volná rez vznikající na běžné uhlíkové oceli. Výsledkem je nižší dlouhodobá rychlost koroze, nikoli nulová koroze.

Chemické složení slitiny ovlivňuje složení, strukturu a přilnavost této vrstvy rzi, chemické složení však nelze oddělit od působení okolního prostředí. Norma ISO 9223:2012 klasifikuje korozivitu atmosféry pomocí rychlostí koroze standardních vzorků během prvního roku a za hlavní vlivy označuje teplotně-vlhkostní podmínky, znečištění oxidem siřičitým a vzdušnou salinitu. Ocel, která se stabilizuje ve venkovském prostředí, může nadále ztrácet průřez v zóně mořského ostřiku, pod nánosy nečistot nebo uvnitř spoje, který zůstává vlhký.

Tradiční legující prvky: Mn, Si, Cr, Ni, Cu, Mo a P

Tradiční přístup k výrobě patinující oceli kombinuje několik menších přídavků legujících prvků, místo aby se spoléhal na jediný prvek. Výzkum FHWA popisuje tradiční zaměření na mangan (Mn), křemík (Si), chrom (Cr), nikl (Ni), měď (Cu), molybden (Mo) a fosfor (P). Jejich účinky se vzájemně překrývají prostřednictvím čistoty oceli, segregace, tvorby fází a chemického složení korozních produktů.

Mangan se běžně používá jako přísada zvyšující pevnost a zlepšující zpracování a váže síru ve formě sulfidických vměstků manganu. Tyto vměstky mohou ovlivňovat lokální elektrochemickou aktivitu a důlkovou korozi, zejména pokud je jejich tvar a rozložení nepříznivé. Křemík působí především jako dezoxidační činidlo a přispívá k pevnosti; může také ovlivňovat složky korozních produktů obsahující oxid křemičitý a jejich kompaktnost. Ani jeden z těchto prvků, posuzovaný samostatně, nepředpovídá, zda se na nosníku mostu vytvoří stabilní patina.

Chrom souvisí s tvorbou kompaktnějších a méně rozpustných korozních produktů a může podporovat obohacování ochranných oxidických nebo oxyhydroxidických fází na rozhraní oceli a rzi. Jeho účinek závisí na koncentraci a působení okolního prostředí. Nikl je u mnoha typů patinující oceli obzvláště významný, protože může zlepšit odolnost vůči atmosférické korozi, aniž by vyvolával stejné nepříznivé účinky na svařitelnost nebo křehnutí, které mohou doprovázet nadměrné přídavky některých jiných legujících prvků. V podmínkách obsahujících chloridy byly oceli s obsahem niklu zkoumány z hlediska schopnosti snižovat závažnost lokálního napadení a měnit složení vrstvy rzi.

Měď je charakteristickou přísadou patinující oceli. V průběhu koroze má tendenci se obohacovat v blízkosti rozhraní kovu a rzi a může podporovat vznik přilnavější a méně propustné vrstvy. Měď nezabraňuje počáteční fázi oxidace; vlhkost stále iniciuje anodické rozpouštění železa. Její přínos se stává významným s hromaděním korozních produktů a s tím, jak opakované smáčení a vysychání mění jejich strukturu.

Molybden může zlepšovat odolnost vůči lokální korozi, včetně napadení souvisejícího s chloridy, tím, že ovlivňuje oxyhydroxidy železa a chemické složení důlků. Není však zárukou ochrany proti důlkové korozi tam, kde zůstávají nánosy soli vlhké. Fosfor se v minulosti používal v některých patinujících ocelích, protože může zvyšovat odolnost vůči atmosférické korozi a napomáhat tvorbě kompaktní vrstvy rzi. Vysoký obsah fosforu však může zhoršovat houževnatost, svařitelnost nebo lomové vlastnosti, a proto je jeho přípustné množství omezeno specifikací oceli a požadavky návrhu.

Mechanismus je tedy postupný. Během smáčení umožňuje elektrolytový film rozpouštění železa a katodickou redukci kyslíku. Během vysychání se rozpuštěné ionty koncentrují, korozní produkty se přeměňují a rez se může stát méně vodivou a méně propustnou. Legování mění rychlost a produkty těchto reakcí. Opakované cykly jsou zásadní: National Steel Bridge Alliance uvádí, že vývoj ochranné patiny vyžaduje smáčení a vysychání, zatímco trvale vlhká ocel může zůstat aktivně korodující, protože rez nikdy neprojde fází vysychání potřebnou ke stabilizaci.

Toto rozlišení ovlivňuje také únavu. Důlky jsou koncentrátory napětí, i když je průměrný úbytek materiálu malý. Pokyny FHWA pro posuzování únavy uvádějí, že AASHTO přiřazuje holému základnímu materiálu z patinující oceli bez povlaku o jednu nižší kategorii únavy než srovnatelné nepatinující oceli, a to kvůli důlkové korozi. Chemické složení slitiny může omezit poškození korozí, neodstraňuje však nutnost kontrolovat únavové detaily, provádět inspekce důlků a regulovat působení vody u svarů, spojů a okrajů pásnic.

Nové výzkumy přídavků W, Ti, Al a prvků vzácných zemin

Výzkum se zabýval wolframem (W), titanem (Ti), hliníkem (Al) a přídavky prvků vzácných zemin jako prostředky k ovlivnění nukleace vrstvy rzi, transportu iontů a vzniku důlků. Tyto výzkumy nestanovují univerzální náhradu konvenčního chemického složení patinující oceli. Každý přídavek může ovlivňovat vměstky, precipitaci, chování při svařování, houževnatost i výrobní postup, stejně jako korozi.

Wolfram byl zkoumán z hlediska možného příspěvku k vytvoření hutnější a chemicky stabilnější vrstvy rzi, zejména při působení chloridů. Titan může zjemňovat zrno a vytvářet stabilní částice karbidů, nitridů nebo karbonitridů; toto zjemnění může ovlivnit rovnoměrnost koroze, avšak nedostatečně kontrolované vměstky mohou vytvářet lokální elektrochemické články. Hliník může měnit dezoxidační produkty a chemické složení oxidů. Prvky vzácných zemin mohou upravovat tvar a rozložení vměstků, zlepšovat čistotu oceli nebo měnit přilnavost a morfologii korozních produktů. Jejich účinek je silně závislý na konkrétním prvku, koncentraci a způsobu zpracování.

Program FHWA zaměřený na zlepšení korozní odolnosti oceli toto praktické rozlišení jasně vyjadřuje. Tradiční patinující ocel byla vyvinuta na bázi Mn, Si, Cr, Ni, Cu, Mo a P, zatímco pozdější výzkum zkoumal přídavky W, Ti, Al a prvků vzácných zemin s cílem zlepšit vlastnosti v atmosféře obsahující chloridy. FHWA v roce 2011 uvedla, že většina patinujících ocelí měla hodnoty korozního indexu podle ASTM G101 mezi 6 a 7, zatímco výzkum se zaměřoval na hodnoty kolem 9,5 nebo vyšší. Tato hodnota představuje výzkumné kritérium podstatně zlepšené odolnosti vůči chloridům, nikoli obecnou mez dokazující, že nechráněný prvek je vhodný na každém pobřežním místě nebo místě vystaveném posypovým solím.

Toto rozlišení je důležité, protože konvenční chemické složení patinující oceli a výzkum ocelí se zlepšenou korozní odolností řeší odlišné limity působení okolního prostředí. Pokyny FHWA pro výběr stanoviště vyžadují posouzení doby smáčení, působení chloridů, průmyslových znečišťujících látek, odvodnění, geometrie a údržby. Pokyn SCI Guidance Note 1.07, vydaný v roce 2015, označuje trvale mokré nebo vlhké prostředí, vysoké vystavení chloridům nebo solnému aerosolu, koncentrované průmyslové výpary a podzemní podmínky za nevhodné nebo omezené aplikace pro nechráněnou ocel odolnou vůči povětrnosti. Žádný přídavek legujícího prvku nenahradí konstrukční detail, který trvale zadržuje vodu a posypovou sůl.

Korozní indexy založené na chemickém složení podle ASTM G101

ASTM G101-04(2010) poskytuje rámec pro odhady se dvěma odlišnými způsoby použití: pro odhad dlouhodobých ztrát materiálu atmosférickou korozí z krátkodobých údajů o expozici a pro odhad relativní odolnosti nízkolegované oceli vůči atmosférické korozi na základě jejího chemického složení. Korozní index založený na chemickém složení převádí stanovené obsahy legujících prvků na empirickou míru určenou k porovnávání ocelí. Nejde o přímý výpočet životnosti prvku mostu.

Index je užitečný, protože spojuje chemické složení s měřitelným očekáváním. Vyšší hodnota obecně ukazuje na vyšší odolnost vůči atmosférické korozi v rozsahu a za podmínek, pro které byl daný vztah vyvinut. Hodnoty FHWA — přibližně 6 až 7 u většiny stávajících patinujících ocelí a kolem 9,5 nebo vyšší u zkoumaných kompozic odolných vůči chloridům — ukazují, jak může index usměrňovat vývoj slitin. Neznamená to, že každá ocel s hodnotou vyšší než 9,5 vytvoří stabilní patinu ve štěrbině se slanými nánosy ani že každá ocel s hodnotou nižší než 9,5 selže v suchém vnitrozemském prostředí.

ASTM G101 má rovněž omezení daná vstupními údaji. Chemické složení nepopisuje dráhy odtoku, geometrii štěrbin, nánosy, dobu vysychání, koncentraci oxidu siřičitého, působení ostřiku ani údržbu. Nemůže zohlednit spodní stranu pásnice, která zůstává vlhká kvůli netěsnému dilatačnímu spoji. ISO 9223:2012 poskytuje rámec pro klasifikaci korozivity atmosféry, zatímco pokyny FHWA poskytují otázky týkající se stanoviště a konstrukčních detailů; žádná z těchto norem nepřipouští, aby chemické složení nahradilo posouzení působení okolního prostředí.

U ocelí používaných při výstavbě mostů zůstává relevantní materiálová specifikace. ASTM A709/A709M se vztahuje na konstrukční ocel pro mosty včetně jakostí patinující oceli, zatímco při návrhových kontrolách je nutné zohlednit úbytek průřezu, spoje, svary, lomovou houževnatost a únavu. Správný závěr vyplývající z ASTM G101 je omezený, ale užitečný: chemické složení slitiny může zvyšovat nebo snižovat pravděpodobnost stabilizace vrstvy rzi a může sloužit k porovnání kandidátních kompozic. Patinu je přesto nutné vytvořit vhodným smáčením a vysycháním, chránit ji před trvalou kontaminací a ověřovat prostřednictvím inspekcí.

ASTM G101 a meze predikce založené na chemickém složení

ASTM G101-04(2010) se zabývá dvěma souvisejícími, avšak odlišnými úkoly. Poskytuje metody pro odhad dlouhodobých úbytků způsobených atmosférickou korozí na základě krátkodobých expozičních údajů a také metodu pro odhad relativní odolnosti nízkolegované oceli vůči atmosférické korozi z jejího chemického složení. Žádná z těchto metod nepřevádí označení oceli na zaručenou hodnotu životnosti.

Toto rozlišení je důležité u patinujících ocelí, jako je ASTM A588, a u jakostí patinující oceli zahrnutých v ASTM A709. Jejich odolnost závisí na vytvoření a zachování relativně hutné a přilnavé vrstvy rzi. Slitina se nestává imunní vůči korozi a patina není trvalým povlakem, který zůstává ochranný při každém způsobu expozice. ASTM G101 může podpořit technické posouzení, nemůže však nahradit charakterizaci stanoviště, kontrolu konstrukčních detailů, expoziční zkoušky ani plánování inspekcí.

Odhad dlouhodobého úbytku na základě krátkodobé expozice

Krátkodobá expozice může poskytnout výchozí bod pro odhad delšího korozního záznamu, avšak odhad závisí na tom, zda expozice reprezentuje dané prostředí a fázi koroze, která je modelována. Počáteční koroze může být relativně rychlá, protože povrch se opakovaně smáčí, vysychá, rezaví a zbavuje se volných korozních produktů. Později se rychlost koroze může snižovat s vývojem stabilnější vrstvy rzi. Přechod není ani okamžitý, ani u všech stanovišť stejný.

ASTM G101 proto považuje dlouhodobý úbytek za problém odhadu založený na expozičních údajích a korozním chování, nikoli za pevný přepočet měsíců na desetiletí. Krátkodobé měření úbytku hmotnosti na volně exponovaném zkušebním panelu může jen málo vypovídat o spojovací desce mostu, která zůstává vlhká pod netěsnou spárou. Zkušební stojan s dobrým prouděním vzduchu může rovněž poskytovat odlišný výsledek než pásnice nosníku pokrytá ptačími nečistotami, silničním prachem nebo nahromaděnými solemi.

Nejistota se zvětšuje, pokud období expozice nezahrnuje důležité sezónní podmínky. Zimní posypová sůl, letní kondenzace, mořský aerosol a průmyslové emise mohou vyvolat korozní události, které krátká kampaň nezachytí. Naopak silně kontaminované období výstavby může nadhodnotit dlouhodobý průměr, pokud kontaminant nereprezentuje běžný provoz.

ISO 9223:2012 poskytuje širší rámec pro hodnocení korozivity atmosféry. Klasifikuje korozivitu pomocí rychlostí koroze standardních vzorků v prvním roce a označuje vliv teploty a vlhkosti, znečištění oxidem siřičitým a vzdušnou salinitu za klíčové faktory. Její kategorie popisují atmosféru, nikoli přesný úbytek konkrétní součásti z patinující oceli. Třída stanoviště může být vodítkem pro volbu materiálu, avšak místní štěrbiny, římsy a odtokové cesty mohou vytvářet mikroprostředí s vyšší závažností, než naznačuje nominální klasifikace.

Dlouhodobá predikce by proto měla podle možností využívat záznamy o expozici, srovnatelné korozní údaje a skutečnou geometrii součásti. Zkoušení pomocí zkušebních vzorků může zvýšit míru jistoty, zejména v neobvyklých průmyslových, pobřežních prostředích nebo prostředích s posypovou solí. I v takovém případě je naměřený úbytek průřezu pouze jednou částí návrhové otázky. Dříve, než se průměrný úbytek tloušťky stane významným, mohou rozhodující vliv získat důlky, obnažení vrstev, zvětšení otvorů pro šrouby a vruby citlivé na únavu.

Relativní odolnost vůči korozi na základě chemického složení

Metoda stanovená v ASTM G101 vypočítává korozní index ze specifikovaných legujících prvků. Tento index je srovnávací. Pomáhá naznačit, jak si jedna nízkolegovaná ocel může při atmosférické expozici vést ve srovnání s jinou; nepředpovídá však rychlost koroze konkrétního projektu v milimetrech za rok s přesností modelu vytvořeného pro dané stanoviště.

Tradiční chemické složení patinující oceli se zaměřuje na mangan, křemík, chrom, nikl, měď, molybden a fosfor. Tyto prvky ovlivňují vrstvu rzi, elektrochemické reakce a tendenci korozních produktů stát se méně pórovitými a přilnavějšími. Výzkum Federální správy dálnic (Federal Highway Administration, FHWA) z roku 2009 týkající se korozivzdorných ocelí zkoumal také přídavky wolframu, titanu, hliníku a prvků vzácných zemin. Tento výzkum odráží důležitou skutečnost: složení lze upravit tak, aby se zvýšila odolnost, avšak index je pouze zástupným ukazatelem výsledného korozního mechanismu.

Federální správa dálnic v roce 2011 uvedla, že většina patinujících ocelí měla hodnoty korozního indexu podle ASTM G101 mezi 6 a 7, zatímco její výzkum se zaměřil na hodnoty kolem 9,5 nebo vyšší, které by poskytovaly podstatně lepší odolnost v atmosférách obsahujících chloridy. Tyto hodnoty jsou užitečné při porovnávání kandidátních chemických složení. Neznamenají však, že index 9,5 zaručuje přijatelné chování nechráněné oceli u solené komunikace ani že ocel s indexem 6 selže na každém vnitrozemském stanovišti.

Vyšší index může naznačovat příznivější vyvážení legujících prvků, chemické složení však nepopisuje znečištění povrchu, oblasti svarů, stav okují z válcování, odtok vody ani dobu smáčení. Nezachycuje také všechny vzájemné interakce mezi legujícími prvky a atmosférou. Dvě tavby splňující stejné mezní hodnoty jakosti mohou vykazovat odlišný vývoj vrstvy rzi v důsledku drobných rozdílů ve složení, historie zpracování, přípravy povrchu a orientace při expozici.

Index je rovněž nutné odlišovat od označení jakosti. ASTM A588 specifikuje výrobek z patinující oceli s definovanými chemickými a mechanickými požadavky; neslibuje jedinou křivku korozního úbytku pro všechna prostředí. ASTM A709 zahrnuje jakosti mostních ocelí a související požadavky, avšak volba vyhovující jakosti neodstraňuje potřebu posoudit expozici a konstrukční detaily. Shoda materiálu je nezbytnou podmínkou pro specifikovanou ocel, nikoli náhradou za návrh zohledňující korozi.

Proč podmínky expozice stále rozhodují o výsledku

Patinující ocel potřebuje střídavé smáčení a vysychání, aby se vytvořila její ochranná patina. Pokud povrch zůstává trvale vlhký, mohou korozní produkty zůstat pórovité a aktivní, místo aby se stabilizovaly. Pokyn SCI Guidance Note 1.07 označuje trvale mokrá nebo vlhká prostředí, vysokou expozici chloridům nebo solné mlze, koncentrované průmyslové výpary a podzemní podmínky za nevhodné nebo omezené oblasti použití nechráněné oceli odolné vůči atmosférické korozi. Tyto podmínky mohou převážit přínos naznačený příznivým indexem chemického složení.

Chloridy jsou obzvláště škodlivé, protože se mohou koncentrovat v usazeninách a narušovat ochranné vrstvy rzi. Mořská sprška, posypová sůl rozstřikovaná vozidly, netěsné spáry mostovky a kontaminovaný odtok mohou vytvářet silnou lokální expozici, i když obecná atmosféra působí mírně. Oxid siřičitý a další průmyslové znečišťující látky mohou zvyšovat kyselost elektrolytu nebo měnit chemické složení rzi. Chráněné povrchy mohou korodovat rychleji než exponované plochy, protože jsou méně omývány deštěm a pomaleji vysychají.

Odvodnění a geometrie často rozhodují o tom, zda se patina může stabilizovat. Zadržování vody u spojovacích desek, na koncích výztuh, v kapsách spojů, v neuzavřených překrytích a na vodorovných římsách vytváří opakované nebo trvalé smáčení. Nečistoty zadržují vlhkost a chloridy. Stejný účinek má nedostatečné větrání pod mostovkami nebo uvnitř komorových průřezů. Detaily musí odvádět vodu od oceli, nikoli umožňovat její stékání přes citlivé spojení a hromadění pod ním.

Důsledek pro návrh přesahuje průměrný úbytek způsobený atmosférickou korozí. Důlková koroze vytváří koncentrace napětí a únavové pokyny FHWA uvádějí, že AASHTO přiřazuje základnímu materiálu nechráněné patinující oceli o jednu nižší únavovou kategorii než srovnatelné nepatinující oceli kvůli důlkové korozi. Konstrukce proto může vyžadovat posouzení únavy, i když se její vypočtený celkový korozní úbytek jeví jako malý.

ASTM G101 je cenná, pokud je její výsledek chápán jako podklad, nikoli jako záruka. Důvěryhodné rozhodnutí kombinuje index chemického složení s údaji o atmosféře podle ISO 9223, posouzením chloridů a znečišťujících látek, dobou smáčení, kontrolou odvodnění, geometrií, přístupem pro údržbu a ustanoveními pro inspekce. Pokud dané podmínky nemohou zajistit opakované vysychání a stabilní vývoj vrstvy rzi, může být bez ohledu na vypočtený index oceli vyžadováno nátěrové řešení, ochrana před povětrnostními vlivy nebo jiné opatření k omezení koroze.

Třídy korozní agresivity podle ISO 9223 při rozhodování o návrhu

ISO 9223:2012 poskytuje společný jazyk pro popis korozní agresivity atmosféry, není však schvalovacím certifikátem pro neopatřenou ocel odolnou proti povětrnosti. Norma klasifikuje atmosféru pomocí rychlosti koroze standardních vzorků v prvním roce a tento výsledek vztahuje k parametrům prostředí, zejména k teplotě a relativní vlhkosti, znečištění oxidem siřičitým a vzdušné salinitě. Tyto vstupy popisují agresivitu atmosféry vůči referenčním kovům. Samy o sobě nepředpovídají stav každé slitiny, spoje, spáry, svaru ani detailu konstrukce z hlediska odvodnění.

Rychlosti koroze standardních vzorků v prvním roce

Horní hodnota korozní rychlosti v prvním roce (μm/year)

Pro standardní vzorky z běžné uhlíkové oceli stanovuje ISO 9223:2012 následující rozsahy rychlosti koroze v prvním roce:

Tyto hodnoty představují klasifikační meze, nikoli zaručené úbytky tloušťky konstrukční oceli během životnosti. První rok je také specifickým obdobím. Nechráněná ocel na začátku expozice obvykle koroduje rychleji, zatímco se vytváří vrstva rzi a mění se přístup kyslíku, vody a znečišťujících látek k povrchu kovu. Ocel odolná proti povětrnosti je navržena tak, aby vytvořila relativně hutnou a dobře přilnavou korozní vrstvu, takže její pozdější rychlost koroze se může výrazně lišit od rychlosti u referenčního vzorku z běžné uhlíkové oceli.

Tento rozdíl neznamená, že je třída podle ISO bezvýznamná. Stanovuje výchozí charakteristiku prostředí. Atmosféra C3 například není automaticky nevhodná pro ocel odolnou proti povětrnosti, vyžaduje však jiné posouzení než vnitrozemská atmosféra C2. Stejně tak klasifikace CX signalizuje podmínky, v nichž ukládání chloridů, mořský aerosol, trvalá vlhkost nebo agresivní průmyslové znečištění mohou bránit stabilizaci korozní vrstvy.

ISO 9223 používá chování standardizovaných vzorků společně s měřeními a odhady parametrů prostředí. V praxi může lokalita získat počáteční třídu na základě podmínek teploty a vlhkosti a údajů o znečištění, následně však může být po zohlednění místních charakteristik expozice zařazena do vyšší nebo nižší praktické úrovně závažnosti. Chráněné povrchy, spodní strany konstrukčních detailů a místa v blízkosti silnic mohou být vystavena škodlivějšímu mikroprostředí než exponovaný zkušební stojan. Oblast vystavená ostřiku obsahujícímu chloridy může zůstat agresivní, i když se širší regionální klasifikace jeví jako mírná.

Hodnoty podle normy je proto třeba chápat jako atmosférickou referenční úroveň. Nenahrazují měření depozice, prohlídku srovnatelných konstrukcí ani posouzení navrhované geometrie.

Použití klasifikace korozní agresivity jako vstupního údaje

Třída je užitečná ve fázi předběžného posouzení. Pomáhá určit, zda koncepce z neopatřené oceli odolné proti povětrnosti zasluhuje další vyhodnocení, zda je třeba od počátku zvážit systém ochranného nátěru a zda projektový tým potřebuje údaje o expozici specifické pro danou lokalitu. Spolu se zdrojem a základem klasifikace by mělo být zaznamenáno, zda vychází z naměřené rychlosti koroze, klimatického výpočtu, údajů o znečištění, vzdálenosti od moře nebo odborného posouzení.

Samotná třída nemůže rozhodnout, zda je neopatřená ocel odolná proti povětrnosti přijatelná. Pokyny Federal Highway Administration vyžadují před výběrem neopatřené oceli odolné proti povětrnosti posouzení doby ovlhčení, expozice chloridům, průmyslových znečišťujících látek, odvodnění, geometrie a údržby. Tento seznam je důležitý, protože patina závisí na střídání cyklů smáčení a vysychání. National Steel Bridge Alliance uvádí, že pro vytvoření ochranné patiny je nezbytné opakované smáčení a vysychání. Povrch, který zůstává vlhký pod netěsným spojem, může dále korodovat i v nominálně mírné atmosféře.

Při posuzování návrhu je třeba se ptát, co třída podle ISO zakrývá. Je prvek vystaven mořskému aerosolu, rozmrazovací soli nebo chloridům unášeným větrem? Může voda odtékat z pásnic a styčníkových plechů, nebo se bude hromadit za stykem, výztuhou či ložiskem? Existují úzké spáry, vodorovné římsy, místa zadržující vrstevnatou rez nebo detaily zadržující nečistoty? Mohou průmyslový oxid siřičitý, kyselý kondenzát nebo kontakt nekompatibilních kovů vytvořit lokální galvanický článek? Je přístup pro kontrolu dostatečný k odhalení důlkové koroze dříve, než ovlivní únavovou odolnost?

Do tohoto rozhodování patří také chemické složení slitiny. Oceli odolné proti povětrnosti využívají záměrné přísady včetně Mn, Si, Cr, Ni, Cu, Mo a P; výzkum se zabýval také přísadami W, Ti, Al a prvků vzácných zemin. ASTM G101-04(2010) poskytuje metody pro odhad dlouhodobých úbytků způsobených atmosférickou korozí na základě krátkodobých expozičních údajů a pro odhad relativní odolnosti nízkolegované oceli proti atmosférické korozi z jejího chemického složení. Index založený na chemickém složení může podpořit srovnání, stále však představuje odhad, nikoli záruku specifickou pro danou lokalitu. Výzkum FHWA uvádí, že většina ocelí odolných proti povětrnosti měla hodnoty indexu podle ASTM G101 mezi 6 a 7, zatímco cílová hodnota pro výrazně zlepšenou odolnost v atmosférách obsahujících chloridy byla přibližně 9,5 nebo vyšší.

Požadavky na materiál však musí být stále určeny zvolenou výrobkovou normou. Pro mostní konstrukce řadí Steel Bridge Design Handbook ustanovení týkající se oceli odolné proti povětrnosti mezi materiálová a návrhová hlediska pro mostní oceli podle ASTM A709. Chemické složení, mechanické vlastnosti, svařitelnost a kontroly při výrobě nelze odvodit z třídy korozní agresivity podle ISO.

Únavě je třeba věnovat samostatnou pozornost. Důlková koroze snižuje účinnou únavovou odolnost, i když se průměrný úbytek tloušťky jeví jako malý. Pokyny FHWA pro únavu uvádějí, že AASHTO přiřazuje základnímu materiálu běžné neopatřené oceli odolné proti povětrnosti o jednu nižší únavovou kategorii než srovnatelné oceli neodolné proti povětrnosti, a to kvůli důlkové korozi. Klasifikace korozní agresivity by proto měla vstupovat do posouzení únavy, nikoli pouze do výpočtu korozního přídavku.

Přídavky na tloušťku a interpretace tříd expozice

Třída podle ISO může být podkladem pro stanovení přídavku na tloušťku, tento přídavek však musí odpovídat skutečné expozici, návrhové životnosti, modelu koroze a počtu exponovaných stran. Vynásobení nominální rychlosti koroze v prvním roce počtem let životnosti je obvykle příliš zjednodušené: rychlost koroze se s vývojem rzi mění, chráněné povrchy se chovají jinak než volně exponované povrchy a lokální důlková koroze může ovlivnit funkci dříve, než se stane kritickým rovnoměrný úbytek.

SCI Guidance Note 1.07 spojuje přídavky na tloušťku pro ocel odolnou proti povětrnosti s třídou expozice a podmínkami na povrchu oceli. Tento návrhový přístup vyžaduje, aby inženýr určil, zda je prvek vystaven vnějším podmínkám, zda je chráněný, nebo zda podléhá podmínkám bránícím tvorbě patiny, a následně použil příslušný přídavek pro zamýšlenou dobu provozu. Třída expozice není pouze formální označení. Mění předpokládané korozní namáhání, a tím i zbytkovou tloušťku dostupnou pro posouzení únosnosti.

Přídavek musí být rovněž slučitelný s konstrukčními detaily. Přidaný milimetr nemůže nahradit správné řešení pásnice, v níž se po léta zadržuje slaná voda. Rovněž nečiní zakopanou ocel, trvale vlhkou ocel ani povrch vystavený solnému aerosolu rovnocennými volně exponovanému povrchu s dobrým odvodněním. SCI Guidance Note 1.07 označuje trvale mokrá nebo vlhká prostředí, vysokou expozici chloridům nebo solnému aerosolu, koncentrované průmyslové výpary a zakopané konstrukce za nevhodné nebo omezeně použitelné aplikace pro neopatřenou ocel odolnou proti povětrnosti. V těchto místech může být namísto většího korozního přídavku zapotřebí systém ochranného nátěru, změna odvodnění, utěsněný detail nebo jiná materiálová strategie.

Projektanti by měli rozlišovat mezi přídavkem používaným k zachování konstrukční únosnosti a kovem potřebným pro výrobní tolerance, poškození při montáži nebo nejistotu spojenou s budoucími kontrolami. Plechy je třeba posuzovat ve ztenčeném stavu a spoje je třeba kontrolovat z hlediska vrstevnaté rzi, úbytku průřezu a míst zadržujících vodu. Otvory pro odvodnění musí zůstat funkční i po nahromadění nečistot a korozních produktů.

Praktický postup je zřejmý: stanovit třídu podle ISO 9223, ověřit parametry prostředí, identifikovat místní modifikátory expozice, vybrat a ověřit jakost oceli odolné proti povětrnosti, použít pravidla pro tloušťku závislá na expozici podle rozhodujících návrhových pokynů a následně zkontrolovat odvodnění, únavu, kontrolu a údržbu. ISO 9223 rozhodování zahajuje. Neuzavírá je.

Výběr stanoviště: Kde se nepovlakovaná patinující ocel stává rizikovou

Nepovlakovaná patinující ocel není vhodná jen proto, že se konstrukce nachází ve venkovním prostředí. Její odolnost vůči atmosférické korozi závisí na konkrétním režimu expozice: povrch musí opakovaně zvlhnout a následně vyschnout, přičemž slitina vytváří poměrně hutnou a dobře přilnavou vrstvu rzi. Tato vrstva může pozdější korozi omezit, nejde však o automatický a trvalý povlak. Stanoviště, na kterém ocel zůstává vlhká, dodává chloridy, zadržuje kontaminovanou vodu nebo koncentruje průmyslové exhalace, může zabránit stabilizaci patiny.

Environmentální posouzení je proto předpokladem pro výběr nepovlakovaného systému. Federal Highway Administration (FHWA) požaduje, aby projektanti před volbou nepovlakované patinující oceli posoudili dobu ovlhčení, expozici chloridům, průmyslové znečišťující látky, odvodnění, geometrii a podmínky údržby. Tyto kontroly patří do fáze předběžného návrhu, nikoli až do doby, kdy se objeví skvrny od rzi, úbytek průřezu nebo trhliny.

ISO 9223:2012 poskytuje pro toto posouzení užitečný rámec. Klasifikuje korozivitu atmosféry pomocí rychlostí koroze standardních vzorků v prvním roce a považuje vliv teploty a vlhkosti, znečištění oxidem siřičitým a vzdušnou salinitu za hlavní faktory. Tato klasifikace sama o sobě nepovoluje použití patinující oceli. Poskytuje environmentální podklady, které je nutné interpretovat společně s chemickým složením slitiny, geometrií expozice a důsledky koroze na daném stanovišti.

Mořské atmosféry, atmosféry se solným aerosolem a atmosféry obsahující chloridy

Expozice mořskému prostředí je jednou z nejzřetelnějších rizikových podmínek. Mořská tříšť, příboj, větrem unášená sůl a posypové soli nanášejí na ocel chloridové ionty. Chloridy činí vrstvu rzi vodivější a chemicky aktivnější, zadržují vlhkost a podporují lokalizované napadení pod usazeninami. Namísto relativně rovnoměrné a dobře přilnavé patiny se na povrchu mohou vytvářet důlky a volně ulpívající korozní produkty. Vrstva rzi může vypadat tmavě a vyzrále, zatímco pod ní koroze pokračuje.

Expozice soli není omezena pouze na pobřeží. Mostovky a rampy mohou být opakovaně ošetřovány chloridem sodným nebo chloridem vápenatým, přičemž rozstřik se může dostávat na nosníky, ložiska, příčné rámy a spodní pásnice. Vítr může sůl zanášet do vnitrozemí. Pobřežní průmyslové areály mohou kombinovat vzdušnou salinitu se sloučeninami síry a trvalou vlhkostí. Rozhodující otázkou proto není pouze vzdálenost od moře, ale také množství chloridů dopadajících na ocel, četnost jejich usazování a to, zda je déšť může odplavit.

Omezení stanovená FHWA se přímo týkají mořského prostředí a prostředí zatíženého chloridy. Nepovlakovaná patinující ocel by neměla být volena tam, kde je kontaminace chloridy silná nebo kde vlhkost obsahující sůl opakovaně smáčí povrch bez dostatečného omytí a vyschnutí. SCI Guidance Note 1.07 uvádí vysokou expozici chloridům nebo solnému aerosolu jako nevhodnou či omezenou podmínku pro nepovlakovanou ocel odolnou proti povětrnosti. Problematické je zejména pásmo rozstřiku: ocel, která je střídavě ponořena, smáčena rozstřikem a vystavena působení kyslíku, nemá stabilní sled cyklů smáčení a vysychání potřebný pro běžný vznik atmosférické patiny.

Chemické složení jakosti oceli je důležité, chemické složení však nemůže odstranit nepříznivé účinky agresivní expozice. Výzkum FHWA zveřejněný v roce 2011 uvádí, že většina patinujících ocelí měla hodnoty korozního indexu podle ASTM G101 mezi 6 a 7, zatímco výzkum směřoval k hodnotám přibližně 9,5 nebo vyšším pro výrazně lepší odolnost v atmosférách obsahujících chloridy. ASTM G101-04(2010) stanovuje metody pro odhad dlouhodobých úbytků způsobených atmosférickou korozí z údajů o krátkodobé expozici a pro odhad relativní odolnosti nízkolegované oceli vůči atmosférické korozi na základě chemického složení. Tyto indexy podporují porovnání; nepředstavují výjimku z požadavků na vhodnost stanoviště.

Návrh z hlediska únavy představuje další důvod, proč je nutné expozici chloridům brát vážně. Důlková koroze vytváří lokální koncentrace napětí a úbytek materiálu se může na krátké vzdálenosti výrazně měnit. Pokyny FHWA pro posuzování únavy uvádějí, že AASHTO přiřazuje základnímu kovu z běžné nepovlakované patinující oceli o jednu nižší kategorii únavy než srovnatelné oceli neodolné proti povětrnosti, a to právě kvůli důlkové korozi. Most v prostředí vystaveném působení solí je proto nutné posuzovat jak z hlediska úbytku materiálu, tak z hlediska vlivu důlků na únavovou odolnost. Může být nutné opatřit exponované povrchy nátěrem, zlepšit odvodnění nebo zvolit jiný systém protikorozní ochrany.

Trvale vlhká, zasypaná a špatně větraná místa

Patina vyžaduje střídání cyklů smáčení a vysychání. National Steel Bridge Alliance (NSBA) uvádí, že vznik ochranné patiny vyžaduje opakované smáčení a vysychání. Trvalá vlhkost tento proces narušuje. Voda zadržovaná u oceli omezuje v některých místech transport kyslíku, zatímco jinde podporuje elektrochemickou korozi; usazeniny mohou vytvářet články s rozdílným provzdušněním a vzniklé korozní produkty mohou zůstat měkké, pórovité a špatně přilnavé.

Tento stav často vytvářejí konstrukční detaily, i když je regionální klima mírné. Vodorovné římsy, skříňové průřezy, mezery u výztuh, styčníkové plechy, úhelníky uložené rubem k sobě a ucpané odtoky mohou zadržovat dešťovou vodu nebo kontaminovaný sediment. Úzká štěrbina může na exponovaném okraji vyschnout, zatímco u svého kořene zůstává vlhká. Taková nerovnoměrná expozice podporuje lokalizovanou korozi namísto v zásadě rovnoměrné změny povrchu předpokládané při atmosférickém návrhu.

Pokyny FHWA vyžadují posouzení odvodnění a geometrie konkrétního stanoviště. Voda musí z konstrukce rychle odtékat a detaily musí bránit hromadění nečistot, které by vytvářely vlhká místa. Stejně důležité je větrání. Uzavřené nebo chráněné prostory mohou zůstat vlhké i poté, co exponované povrchy vyschnou, zejména tam, kde je omezené proudění vzduchu a dochází ke kondenzaci. SCI Guidance Note 1.07 uvádí trvale mokré nebo vlhké prostředí a nedostatečné větrání jako omezené či nevhodné podmínky pro nepovlakovanou ocel odolnou proti povětrnosti.

Ocel uložená v zemině představuje samostatné varování, nikoli běžnou atmosférickou aplikaci. Zemina zajišťuje trvalý přísun vlhkosti, rozpuštěných solí a na některých místech také kyselé nebo mikrobiologicky aktivní podmínky. Kontakt se zeminou rovněž znemožňuje volné vystavení vzduchu a střídání smáčení a vysychání, na němž závisí atmosférické zvětrávání. Stejný problém se týká oceli částečně zabudované v betonu, vozovce, násypu nebo nahromaděném sedimentu, pokud rozhraní zůstává vlhké. Úseky pod úrovní terénu, detaily opěrných konstrukcí, zasypané ztužení a ocel u základů vyžadují systém ochrany navržený pro expozici v zemině nebo při ponoření, nikoli spoléhání na atmosférickou patinu.

Voda může být zadržována také na přechodech mezi různými materiály. Těsnicí materiály, membrány, protipožární ochranné vrstvy, nekompatibilní kovy a špatně osazené kryty mohou vytvářet štěrbiny, které zůstávají vlhké. Odtok z jednoho prvku může stékat na jiný a koncentrovat chloridy a korozní produkty v úzké linii. Zvláštní pozornost si zasluhují pásma rozstřiku pod netěsnými dilatačními závěry nebo odtoky z mostovky, protože ocel zde může být opakovaně smáčena kontaminovanou vodou, aniž by dostatečně vysychala.

Průmyslové exhalace a koncentrace znečišťujících látek

Průmyslové atmosféry mohou být korozivní i bez viditelného solného aerosolu. Oxid siřičitý ze spalovacích a zpracovatelských závodů se rozpouští v povrchové vlhkosti a vytváří kyselé sloučeniny, včetně kyseliny siřičité a při dalším průběhu oxidace také kyseliny sírové. Další znečišťující látky, například sirovodík, chloridy, oxidy dusíku, kyselé aerosoly a technologický prach, mohou měnit chemické vlastnosti vrstvy rzi. Usazený prach může z vlhkého vzduchu absorbovat vodu, a prodlužovat tak dobu ovlhčení i po skončení deště.

ISO 9223:2012 výslovně označuje znečištění oxidem siřičitým za faktor při klasifikaci korozivity atmosféry. Důležitá je koncentrace i způsob usazování. Stanoviště v blízkosti komína, hutního provozu, chemického závodu, výrobny hnojiv, zařízení pro zpracování odpadu nebo silně industrializovaného přístavu může být zatíženo mnohem vyšší dávkou znečišťujících látek, než naznačuje regionální monitorovací stanice. Lokální oblaka emisí, chráněné výklenky a návětrné či závětrné plochy mohou v rámci jediné konstrukce vytvářet silně korozivní mikroprostředí.

Omezení FHWA proto zahrnují koncentrované průmyslové znečišťující látky mezi podmínky vyžadující opatrnost nebo vyloučení. SCI Guidance Note 1.07 obdobně uvádí koncentrované průmyslové exhalace jako nevhodné nebo omezené podmínky pro nepovlakovanou ocel odolnou proti povětrnosti. Nejde o to, zda slitina obsahuje měď, chrom, nikl, fosfor nebo jiné záměrně přidané prvky. Patinující oceli jsou nízkouhlíkové oceli, jejichž korozní chování je upraveno legováním; FHWA uvádí tradiční zaměření na prvky Mn, Si, Cr, Ni, Cu, Mo a P, přičemž pozdější studie zkoumaly také přídavky W, Ti, Al a prvků vzácných zemin. Návrh slitiny zlepšuje odolnost za vhodné expozice, nemůže však proměnit povrch zatížený kyselými látkami a trvalou vlhkostí v chráněný povrch.

Odůvodnitelné rozhodnutí o vhodnosti stanoviště kombinuje atmosférická data s fyzickým průzkumem: depozici chloridů, zdroje znečištění, převládající větry, kondenzaci, trasy odtoku, oblasti rozstřiku, uzavřené prostory, kontakt se zeminou a přístup pro kontrolu. Výpočty podle ASTM G101 a klasifikace podle ISO 9223 mohou posouzení podpořit; na nejistých stanovištích může být opodstatněné použití expozičních vzorků nebo místního monitorování koroze. Pokud konstrukce nemůže vysychat, nelze ji kontrolovat nebo bude vystavena koncentrovaným chloridům či průmyslovým exhalacím, měla by být nepovlakovaná patinující ocel odmítnuta nebo její použití omezeno ještě před finalizací detailů.

Podrobné řešení konstrukčních detailů: odvodnění, nečistoty a ventilace

Prevence zadržování vody a hromadění nečistot

Patinující ocel nenapraví nevhodnou geometrii. Vhodná slitina může vytvořit poměrně hutnou, přilnavou vrstvu rzi pouze tehdy, když je povrch opakovaně smáčen a vysychá; spoj, který zůstává vlhký, zadržuje bahno nebo na něj stéká koncentrovaný odtok, může korodovat rychleji než exponovaný povrch z oceli s nižší korozní odolností. Příručka National Steel Bridge Alliance (2010) označuje střídání mokrých a suchých cyklů za podmínku vzniku ochranné patiny. Praktický závěr je přímý: konstrukční detaily mohou korozi ovlivnit stejně výrazně jako samotná volba materiálu.

SteelConstruction.info a SCI Guidance Note 1.07 řadí hromadění vody a nečistot mezi hlavní příčiny neuspokojivého chování neopatřené patinující oceli. Vodorovné římsy jsou obzvláště problematické. Vyčnívající pásnice, výztuha, konzola, podpěrná police nebo architektonické odsazení mohou zachytávat listí, štěrk a materiál z ptačích hnízd a následně zadržovat dešťovou vodu u oceli. Nečistoty rovněž prodlužují dobu zavlhčení a mohou zadržovat chloridy z odstřikující vody ze silnic nebo z mořského aerosolu i poté, co viditelný povrch vyschne. Úzká římsa není bezpečná jen proto, že je úzká; kapilární síly mohou udržovat její spodní stranu i přilehlý svar vlhké.

Detaily by proto měly vodu odvádět, nikoli zadržovat. Zkosené horní povrchy, zaoblené nebo kuželovité přechody, kanály otevřené na koncích a přístupné plochy omezují zadržování vody. Pokud je římsa konstrukčně nezbytná, její šířka, sklon a úprava hrany by měly zabránit zůstávání usazenin a její spodní strana by měla být viditelná pro kontrolu. Výztuhy by neměly končit v malých uzavřených kapsách. Průsečíky plechů musí mít dostatečnou vůli pro odtok vody a pro kontrolu příslušných svarů a základního materiálu.

Zvláštní pozornost si zasluhují štěrbiny. Překrývající se plechy, přerušované svary, šroubované přeplátované spoje, podkladní pásky a neutěsněné přehnuté hrany mohou vytvářet úzké články s rozdílem v koncentraci kyslíku. Voda vniká otvorem, zatímco uvnitř spoje je odpařování omezeno. Výsledná lokální koroze může být závažnější než celková koroze povrchu a může u ústí štěrbiny vytvářet důlkovou korozi. Jmenovitě korozně odolné složení tento elektrochemický problém neodstraní.

Stejná zásada platí pro výrobní a montážní tolerance. Detail, který na výkresu vodu odvádí, ji může po deformaci plechu, smrštění svaru, sednutí nebo ucpání výtoku zadržovat. Odvodňovací otvory by měly být umístěny tak, aby zůstaly účinné při očekávaných výrobních a montážních tolerancích, nikoli pouze vyznačeny v nejnižším bodě idealizovaného výkresu. Malé otvory se mohou ucpat okujemi rzi nebo bahnem; jejich velikost a přístupnost by měly odpovídat množství nečistot, které se k nim pravděpodobně dostane. Projektová dokumentace by měla identifikovat místa, kde by ucpání vedlo k dlouhodobému zavlhčení, a přístup pro kontrolu by měl být zajištěn ještě před dokončením konstrukce.

Návrh na únavu nelze od těchto konstrukčních detailů oddělit. Pokyny FHWA pro únavu (2016) uvádějí, že AASHTO přiřazuje základnímu materiálu z prosté neopatřené patinující oceli o jednu kategorii únavové odolnosti nižší klasifikaci než srovnatelné oceli, která není patinující, a to kvůli důlkové korozi. Štěrbina nebo místo zadržující nečistoty může tuto lokální důlkovou korozi zesílit a vytvořit ostřejší koncentrátor napětí, než jaký se předpokládá při výpočtu hladkého plechu. Paty svarů, kouty s výřezy, otvory pro šrouby a oblasti vedle odvodňovacích otvorů proto vyžadují jak odpovídající kategorie únavových detailů, tak plán kontroly koroze.

Zajištění odvodnění a ventilace

Odvodňovací cesty by měly být souvislé, viditelné a chráněné před náhodným ucpáním. Voda, která vniká do komorového nosníku, zábradlí, prostoru dilatačního zařízení, podpěry značky nebo vyztuženého panelu, musí mít definovanou cestu k výtoku. Odvod, který ústí na jiný ocelový povrch, problém pouze přenáší. Umístění výtoků by mělo zabránit smáčení dolních pásnic, ložisek, spojů, pěších tras a betonových povrchů náchylných ke znečištění skvrnami od rzi. Pokud musí výtok překračovat konstrukční plochu, geometrie by měla zabránit rozlévání proudu podél spáry nebo jeho vnikání do štěrbiny.

Uzavřené kapsy představují opakující se místo poruch. Utěsněná dutina sice může vyloučit déšť, ale stále může obsahovat výrobní vlhkost, kondenzát nebo malý únik, který lze obtížně odhalit. Zvláště nebezpečná je dutina, která není ani utěsněná proti vodě, ani odvětraná pro vysychání. SteelConstruction.info a SCI Guidance Note 1.07 zdůrazňují odvodnění a ventilaci, protože na atmosférickou korozi má vliv nejen množství srážek, ale také doba vysychání. Větrací otvory by měly být uspořádány tak, aby umožňovaly proudění vzduchu a kontrolu, zároveň však bránily přímému zachytávání deště a slané mlhy. Měly by mít také dostatečnou velikost a ochranu proti hnízdům, hmyzu a nahromaděným nečistotám.

Ventilace nenahrazuje odvodnění. Proudění vzduchu nemůže odstranit louži zadrženou za překrývajícím se plechem a otvor může vpouštět vlhký vzduch nebo postřik obsahující chloridy. Zamýšlený mechanismus musí být jednoznačný: voda má odtékat působením gravitace, zatímco ventilace má omezovat kondenzaci a podporovat vysychání. U komorových průřezů mohou být pro podporu výměny vzduchu a odvodnění zapotřebí horní a dolní otvory, jejich uspořádání však musí zohledňovat dešťové srážky hnané větrem i možnost, že se jeden z otvorů ucpe.

Posouzení expozice by mělo vycházet z konkrétního stanoviště, nikoli z označení „patinující ocel“. ISO 9223:2012 klasifikuje atmosférickou korozivitu pomocí rychlostí koroze standardních vzorků v prvním roce a určuje jako klíčové faktory podmínky teploty a vlhkosti, znečištění oxidem siřičitým a vzdušnou salinitu. Pokyny FHWA (2003) vyžadují před volbou neopatřené patinující oceli posoudit dobu zavlhčení, chloridy, průmyslové znečišťující látky, odvodnění, geometrii a údržbu. SCI Guidance Note 1.07 (2015) označuje trvale mokrá nebo vlhká místa, prostředí s vysokou expozicí chloridům nebo slané mlze, koncentrované průmyslové výpary a zasypané podmínky za nevhodné nebo omezené aplikace.

To je důležité u detailů, které mění místní prostředí. Mostovka může jednu plochu vystavovat dešti, zatímco druhou udržovat vlhkou v důsledku netěsných spojů. Pobřežní zábradlí může být na straně obrácené k moři vystaveno slané mlze a pod horním madlem zadržovat usazenou sůl. Průmyslová konstrukce může být v místě technologického vývodu vystavena koncentrovanému oxidu siřičitému nebo jiným výparům. V každém z těchto případů se stejná jakost oceli může v různých částech konstrukce chovat odlišně. Odvodnění, zastínění a ventilace by měly být posuzovány společně s mapou environmentální expozice, nikoli až poté, co se objeví koroze.

Kontrola musí zahrnovat místa nejméně viditelná z úrovně terénu: spodní strany říms, prostory za styčníkovými plechy, vnitřky komorových průřezů, okolí odvodňovacích otvorů, překrývající se spoje a místa pod nahromaděnými usazeninami. Intervaly kontrol by měly umožnit nápravu ucpaných výtoků a trvalé vlhkosti dříve, než se ztráta průřezu stane významnou. Záznam by měl rozlišovat skvrny, povrchové okuje, aktivní důlkovou korozi a úbytek tloušťky; samotný hnědý vzhled nedokazuje, že se patina stabilizovala.

Prevence kontaktu s nekompatibilními kovy a drah znečištění

Patinující ocel by neměla být považována za elektrochemicky kompatibilní s každým přilehlým materiálem. Kontakt s ušlechtilejším kovem za přítomnosti elektrolytu může vyvolat galvanickou korozi patinující oceli, zejména pokud má katodický materiál velkou exponovanou plochu a kontaktní zóna oceli je malá. Nerezové připojovací prvky, součásti obsahující měď, bronzové armatury a některá uspořádání z hliníku vyžadují konkrétní posouzení kontaktu, izolace, zadržování vody a odvodnění. Problémem není pouze suchý kontakt. Rozhodující je vodivý vlhký film nebo zadržovaný roztok, který kovy propojuje.

Detaily by měly, pokud je to prakticky možné, zamezit galvanickým dvojicím z různých kovů nebo materiály elektricky oddělit a zabránit tomu, aby odtok z jednoho kovu směřoval na jiný. Spojovací prvky, podložky, vložky, součásti ložisek, prvky zábradlí a odvodňovací kování je nutné posuzovat jako součást spoje, nikoli jako nepodstatné doplňky. Izolační materiály samy mohou zadržovat vodu nebo vytvářet štěrbinu, proto musí detail i po provedení oddělení zůstat kontrolovatelný a odvodnitelný.

Odtok rovněž vytváří dráhy znečištění. Voda obsahující rez z neopatřeného povrchu patinující oceli může znečistit beton, kámen, omítku, dlažbu i natřenou ocel. Skvrny mohou být nepřijatelné i v případě, že je rychlost konstrukční koroze tolerovatelná. Kapky z koutů s výřezy, zábradlí a exponovaných hran plechů by měly být pomocí záměrných spádů, okapových hran a kontrolovaných výtokových míst odváděny od viditelných povrchových úprav. Okapová hrana, která posílá vodu na dolní pásnici, tam pouze koncentruje korozi; je nutné posoudit celou cestu od smáčeného povrchu až ke konečnému výtoku.

Napojení na beton vyžaduje opatrnost, protože trhliny, spáry a pórovité povrchy mohou zadržovat znečištěnou vodu u oceli. Zasypané nebo zakryté hrany jsou v souladu s omezeními uvedenými v SCI Guidance Note 1.07 obzvláště nevhodnými kandidáty pro neopatřenou patinující ocel. Detail by měl buď udržovat ocel vystavenou podmínkám umožňujícím vysychání, nebo zajistit ochrannou strategii vhodnou pro skryté prostředí.

Výkresy by měly konečně vyznačit zóny náchylné ke korozi tak, aby byl zajištěn přístup a budoucí kontrola. Geometrie, která zakrývá spoj, blokuje odvod nebo směruje odtok na napojení, zvyšuje závislost na údržbě. Patinující ocel zůstává podmíněnou volbou pro konstrukce vystavené atmosférické korozi; její vlastnosti jsou dány společným působením slitiny, expozice a konstrukčního detailu. (1 047 slov)

Návrh mostu, důlková koroze a únava

Povětrnostně odolná ocel není vyňata z návrhu trvanlivosti mostů. Most může využívat ocel ASTM A709/A709M Grade 50W nebo jiné označení povětrnostně odolné oceli, a přesto může docházet k poškozující korozi, pokud na oceli zůstává voda, chloridy, nečistoty nebo průmyslové usazeniny. Odolnost proti atmosférické korozi za vhodných podmínek expozice snižuje rychlost koroze a mění její formu; neposkytuje však imunitu a neodstraňuje potřebu navrhovat únavové detaily, zajišťovat přístup pro kontrolu ani regulovat odvodnění.

Důlková koroze jako problém z hlediska konstrukce a únavy

Pokyny FHWA pro únavu popisují očekávaný vznik patiny během střídání období smáčení a vysychání. Počáteční oxidace vytváří vrstvu rzi a opakovaná expozice může tuto vrstvu přeměnit v poměrně hutný, přilnavý povrchový film, který zpomaluje další napadání. Tento proces závisí na vysychání. Povrch, který zůstává trvale vlhký, je vystaven rozstřiku slané vody nebo se na něm hromadí kontaminovaný odtok, není vystaven stejné posloupnosti podmínek jako otevřená deska s volným odtokem vody.

Toto rozlišení je důležité, protože koroze povětrnostně odolné oceli neznamená vždy rovnoměrné zmenšení tloušťky. Důlková koroze může vytvářet lokální prohlubně s ostřejšími změnami profilu povrchu, než by naznačovala průměrná ztráta tloušťky v důsledku koroze. Průměrná ztráta tloušťky může působit jako malá, zatímco zbývající ocel obsahuje malé oblasti s podstatně větší hloubkou napadení. V místě citlivém na únavu působí důlek jako vrub: zvyšuje lokální napětí, mění gradient napětí a může vytvořit místo iniciace únavové trhliny.

Důlková korozeDůlková koroze Lokalizovaná koroze, která vytváří dutiny nebo prohlubně s větší hloubkou pronikání než okolní celková koroze.

Trhlina, která vznikne v důlku, může růst při rozkmitech napětí, jež by v hladkém základním materiálu s nominální plnou tloušťkou trhlinu nevyvolaly. Riziko je větší na okrajích pásnic, u otvorů, pat svarů, na plochách s přerušovaným kontaktem, u spojů s příčníky, v oblastech styků a v dalších detailech, kde již existují geometrické koncentrace napětí. Důlková koroze rovněž komplikuje ultrazvuková měření tloušťky, protože jediné měření může minout nejhlubší část nepravidelné dutiny. Měření proto musí určit rozložení a maximální hloubku napadení, nikoli pouze vypočítat průměrnou ztrátu.

Upozornění v příručce FHWA je jednoznačné: důlková koroze ovlivňuje posuzování únavy povětrnostně odolné oceli. Proto by patina neměla být popisována jako trvalý povlak se zaručenou tloušťkou nebo vlastnostmi. Je produktem prostředí, jehož kvalita závisí na slitině, historii expozice, geometrii povrchu a době smáčení. Usazeniny chloridů mají zvláštní význam, protože mohou zůstat hygroskopické, prodlužovat vlhkost povrchu a narušovat podmínky potřebné pro vznik stabilní vrstvy rzi.

Chemické složení slitiny ovlivňuje výsledek, samotná chemie však nemůže napravit špatné konstrukční řešení. Výzkum FHWA publikovaný v roce 2009 popisuje tradiční používání manganu, křemíku, chromu, niklu, mědi, molybdenu a fosforu v povětrnostně odolných ocelích a současně zkoumá přísady wolframu, titanu, hliníku a prvků vzácných zemin. Výzkum zlepšených korozivzdorných ocelí FHWA z roku 2011 uvádí, že většina povětrnostně odolných ocelí měla hodnoty korozního indexu podle ASTM G101 mezi 6 a 7; studie usilovala o hodnoty blízké 9,5 nebo vyšší, které by znamenaly podstatně lepší odolnost v atmosféře obsahující chloridy. Tyto hodnoty jsou srovnávacími ukazateli, nikoli oprávněním ignorovat podmínky expozice konkrétního mostu.

ASTM G101-04(2010) uvádí metody pro odhad dlouhodobých ztrát v důsledku atmosférické koroze z údajů o kratší expozici a pro odhad relativní odolnosti nízkolegované oceli proti atmosférické korozi na základě chemického složení. ISO 9223:2012 klasifikuje korozní agresivitu atmosféry pomocí rychlostí koroze standardních vzorků během prvního roku a identifikuje vlivy teploty a vlhkosti, znečištění oxidem siřičitým a vzdušnou salinitu jako klíčové faktory. Žádná z těchto norem však nemění předpoklad patiny nezávislý na lokalitě na základ pro konstrukční návrh.

Posuzování podle kategorií únavy AASHTO

Kategorie únavy přiřazená detailu mostu popisuje odolnost proti opakovaným cyklům napětí, avšak kategorie není určena pouze nominální jakostí oceli. Únavové vlastnosti ovlivňuje geometrie svaru, typ spoje, otvory, připojené prvky, stav povrchu, zbytkové napětí i korozní expozice. Povětrnostně odolná ocel přináší specifický problém, protože lokalizovaná koroze může změnit stav povrchu, z něhož vychází předpoklad pro návrh na únavu.

Příručka FHWA Steel Bridge Design Handbook: Design for Fatigue vysvětluje, že podle citovaného přístupu AASHTO získává hladký neopatřený základní materiál z povětrnostně odolné oceli o jednu nižší kategorii únavy než srovnatelná ocel neodolná proti povětrnostním vlivům, a to z důvodu důlkové koroze. Jde o návrhové snížení zohledňující stav materiálu, nikoli o tvrzení, že každý spoj z povětrnostně odolné oceli má jednu univerzální kategorii. Použitelná kategorie únavy podle AASHTO LRFD stále závisí na konkrétním detailu a rozhodujícím rozkmitu napětí.

Toto rozlišení brání dvěma opačným chybám. Je nesprávné přisoudit běžné únavové vlastnosti holé oceli jen proto, že vrstva rzi vypadá vyzrálá. Stejně nesprávné je libovolně snížit kategorii každého svařovaného nebo šroubovaného detailu bez ověření klasifikace detailu podle AASHTO. Deska z oceli ASTM A709/A709M Grade 50W používaná jako hladký základní materiál se posuzuje jinak než svařovaný připojený prvek ze stejné specifikace, protože detail svaru má vlastní únavové chování a koncentraci napětí.

Návrh na únavu musí zohlednit rozkmit napětí vyvolaný dopravou, větrem, teplotními účinky, sekundární deformací a bráněním deformacím. Nominální rozkmit napětí může být vypočten správně, zatímco lokální rozkmit v důlku, u paty svaru, výřezu, otvoru nebo korozní rýhy může být mnohem vyšší. Pokud koroze zmenšila tloušťku, vyvolá stejná síla také vyšší nominální napětí. Tyto účinky se mohou kombinovat: úbytek průřezu zvyšuje nominální napětí, zatímco důlková koroze zvyšuje lokální součinitel koncentrace napětí.

Do stejného posouzení patří i hlediska lomové odolnosti. Malá únavová trhlina může po určitou dobu zůstat stabilní a poté rychle růst, pokud se zmenší zbývající čistý průřez nebo pokud se nachází v křehké oblasti rozhodující z hlediska lomu s omezenou schopností zastavit šíření trhliny. Nízké teploty, tahové zbytkové napětí a nepříznivá orientace trhliny mohou bezpečnostní rezervu dále snížit. Povětrnostně odolná ocel by proto měla být zvolena a konstrukčně řešena s ohledem na požadavky mostu týkající se kontroly lomu, specifikace houževnatosti, kategorie únavy a plánu kontrol jako na vzájemně propojený celek.

Vzájemné působení koroze, rozkmitu napětí a kontrol

Rozhodnutí o vhodnosti lokality začíná ještě před specifikací oceli. Pokyny FHWA z roku 2003 požadují před volbou neopatřené povětrnostně odolné oceli posoudit dobu smáčení, expozici chloridům, průmyslové znečišťující látky, odvodnění, geometrii a podmínky údržby. Most nad komunikací ošetřovanou rozmrazovací solí, pobřežní konstrukce vystavená vzdušné salinitě a venkovský most s rychlým vysycháním se nenacházejí ve stejném korozním prostředí. ISO 9223:2012 poskytuje klasifikační rámec, avšak údaje o expozici konkrétního projektu a místní konstrukční řešení jsou stále nezbytné.

Místa zadržující vodu jsou současně detaily z hlediska únavy i koroze. Vodorovné římsy, konce výztuh, úzké mezery, nedostatečně utěsněná rozhraní styků, kapsy pro nečistoty a ucpané odvodňovače mohou udržovat ocel mokrou dlouho poté, co okolní povrchy vyschnou. Odtok z jednoho prvku může koncentrovat chloridy na jiném prvku. SteelConstruction.info a pokyn SCI Guidance Note 1.07 označují trvale mokré nebo vlhké prostředí, vysokou expozici chloridům či rozstřiku slané vody, koncentrované průmyslové výpary a uložení v zemi za nevhodné nebo omezené oblasti použití neopatřené povětrnostně odolné oceli. Kontakt různých kovů a nedostatečné větrání mohou vytvářet další lokální korozní články.

Historie namáhání by měla být propojena s pravděpodobným vzorcem koroze. Detail namáhaný malým počtem cyklů s vysokým napětím může být rozhodující v důsledku několika závažných událostí, zatímco mostní nosník vystavený milionům cyklů zatížení nákladní dopravou je citlivý na malé změny únavové odolnosti. Pokud se v místě spoje očekává důlková koroze, návrh by neměl spoléhat na nominální přídavek na korozi, jako by byl úbytek rovnoměrný. Vhodnější může být zlepšení odvodnění, utěsnění štěrbin, použití vyměnitelných prvků, ochranný povlak ve vybraných zónách nebo jiná strategie volby oceli a údržby.

Kontrola následně ověřuje, zda předpoklady návrhu zůstávají platné. Kontroloři by měli zaznamenávat aktivní rezivění, uvolněné okuje, hloubku důlků, zadržování vody, usazeniny chloridů, korozní nárůst ve styčných spárách, úbytek průřezu, indikace podobné trhlinám a změny u svarů a připojených prvků. Samotná barva povrchu je nedostatečným podkladem. Tmavý nebo vrstevnatý povrch může naznačovat vyvíjející se patinu, nestanoví však maximální hloubku důlků ani bezpečnost z hlediska únavy.

Intervaly a metody kontrol by měly odpovídat důsledkům poruchy, kategorii detailu, dopravnímu zatížení, závažnosti expozice a obtížnosti přístupu. Podrobnou vizuální kontrolu může být nutné doplnit ultrazvukovým mapováním tloušťky, měřením hloubky důlků, zkoušením magnetickou práškovou metodou, kapilární zkouškou nebo jinými metodami detekce trhlin v místech citlivých na únavu. Zjištění musí být zpětně promítnuta do konstrukčního modelu: naměřený úbytek průřezu může změnit rozkmit napětí a zjištěná trhlina může změnit posouzení lomu a zatížitelnosti.

Návrh z hlediska atmosférické koroze je proto součástí návrhu na únavu. Patina může za správných podmínek smáčení a vysychání omezit pokračující korozi, most však zůstává nosným systémem s lokálními koncentrátory napětí, opakovanými cykly dopravního zatížení a povinnostmi v oblasti kontrol. Kvalitní návrh z povětrnostně odolné oceli stanoví slitinu a postup posouzení podle AASHTO pro únavu, omezuje působení vody a kontaminantů, předvídá důlkovou korozi a zachovává praktickou návaznost mezi výsledky kontrol a opravou nebo zesílením.

Ocel odolná proti povětrnostním vlivům v praxi mostních ocelí podle ASTM A709

Materiál ASTM A709 a konstrukční hlediska

ASTM A709/A709M je norma pro materiály mostních ocelí, nikoli obecné označení pro nekrytou ocel odolnou proti povětrnostním vlivům. Její jakosti mimo jiné zahrnují ASTM A709 Grade 36, Grade 50, Grade 50W, HPS 50W a HPS 70W podle příslušného vydání normy. Označení „W“ identifikuje požadavky na ocel odolnou proti povětrnostním vlivům, samo o sobě však neprokazuje, že most může zůstat bez nátěru na každém místě. V rámci návrhu projektu je stále nutné řešit volbu jakosti, doplňkové požadavky, svařitelnost, houževnatost, řízení lomu, výrobu a konstrukční odolnost.

Steel Bridge Design Handbook začleňuje odolnost proti atmosférické korozi a požadavky na ocel odolnou proti povětrnostním vlivům do širšího rámce materiálových a konstrukčních požadavků pro mostní oceli podle ASTM A709. Toto umístění je významné. Mostní inženýr nevolí nejprve jakost odolnou proti povětrnostním vlivům a následně neposuzuje korozi jako samostatné rozhodnutí o povrchové ochraně. Označení musí odpovídat požadované pevnosti a houževnatosti, zatímco posouzení expozice určuje, zda ustanovení týkající se atmosférické koroze mohou fungovat zamýšleným způsobem. Konstrukce spojů, únavová odolnost, detaily svarů a přístup pro kontrolu zůstávají konstrukčními otázkami i v případě, že není předepsán žádný nátěrový systém.

Ocel odolná proti povětrnostním vlivům je nízkouhlíková legovaná ocel určená k vytvoření relativně hutné a přilnavé vrstvy rzi při opakovaném smáčení a vysychání. Tato vrstva není nepropustným povlakem a odolnost proti atmosférické korozi neznamená imunitu vůči korozi. Počáteční oxidace nastává při přístupu vlhkosti k oceli. Patina může zpomalit pozdější úbytek materiálu, pokud povrch mezi obdobími smáčení vysychá, tento výsledek však závisí na chemickém složení slitiny, zatížení znečišťujícími látkami, ukládání chloridů, teplotě, vlhkosti a geometrii prvku.

Chemické složení by proto mělo být posuzováno prostřednictvím požadavků příslušné jakosti ASTM A709/A709M a projektové specifikace, nikoli na základě předpokládané obecné receptury. Výzkum FHWA popisuje historické zaměření legování na mangan, křemík, chrom, nikl, měď, molybden a fosfor; pozdější korozní studie zkoumaly také přídavky wolframu, titanu, hliníku a prvků vzácných zemin. ASTM G101-04(2010) poskytuje metody pro odhad dlouhodobých úbytků v důsledku atmosférické koroze z krátkodobých expozičních údajů a pro odhad relativní odolnosti nízkolegované oceli proti atmosférické korozi na základě jejího chemického složení. Tyto metody slouží ke srovnání a predikci. Nenahrazují však potřebu posoudit skutečné prostředí mostu.

Program FHWA zaměřený na zdokonalené korozně odolné oceli uvádí, že většina ocelí odolných proti povětrnostním vlivům měla hodnoty korozního indexu podle ASTM G101 mezi 6 a 7, zatímco výzkum cílil na hodnoty kolem 9,5 nebo vyšší, které by znamenaly výrazně lepší odolnost v atmosféře obsahující chloridy. Tento výsledek varuje před považováním každého označení „W“ za rovnocenné z hlediska provozu. Chemické složení ovlivňuje vlastnosti, příznivý index však nemůže kompenzovat trvale mokrou pásnici, spoj zadržující sůl nebo znečištěnou odvodňovací cestu.

Odolnost proti atmosférické korozi ve specifikacích mostů

Před schválením nekryté oceli odolné proti povětrnostním vlivům podle ASTM A709 by měla být klasifikována atmosférická expozice. ISO 9223:2012 zakládá klasifikaci korozivity na rychlostech koroze standardních vzorků v prvním roce a uvádí jako klíčové faktory vliv teploty a vlhkosti, znečištění oxidem siřičitým a vzdušnou salinitu. Klasifikace představuje rámec pro popis prostředí, nikoli záruku životnosti konkrétního prvku mostu. Lokální expozice může být závažnější, než naznačuje obecný popis lokality, zejména v blízkosti komunikací ošetřovaných posypovými solemi, mořského pobřeží, průmyslových zařízení a jízdních pruhů vytvářejících aerosol s obsahem soli.

Pokyny FHWA požadují před volbou nekryté oceli odolné proti povětrnostním vlivům vyhodnotit konkrétní lokalitu z hlediska doby smáčení, expozice chloridům, průmyslových znečišťujících látek, odvodnění, geometrie a údržby. Tyto faktory se vzájemně ovlivňují. Nosník pod otevřenou mostovkou může rychle vysychat, zatímco styčníková deska pod netěsnou spárou může zůstat po dlouhou dobu vlhká. Most v obecně mírné venkovské atmosféře může přesto vykazovat škodlivou korozi tam, kde nečistoty ucpou odtok nebo kde se odtoková voda koncentruje u ukončení výztuhy.

SCI Guidance Note 1.07 označuje trvale mokrá nebo vlhká prostředí, vysokou expozici chloridům nebo solnému aerosolu, koncentrované průmyslové výpary a podzemní podmínky za nevhodné nebo omezeně přípustné oblasti použití nekryté oceli odolné proti povětrnostním vlivům. Sůl je obzvláště problematická, protože usazeniny chloridů mohou udržovat elektrolyticky vodivé vlhké prostředí a narušovat stabilizaci patiny. Oxid siřičitý a další průmyslové znečišťující látky mohou rovněž zvyšovat rychlost koroze. Pokud expozici nelze regulovat, může být vyžadován ochranný nátěrový systém, korozně odolný detail, alternativní materiál nebo kombinace těchto opatření; samotné označení „W“ není dostatečnou specifikací.

Příručka National Steel Bridge Alliance uvádí, že vytvoření ochranné patiny vyžaduje opakované smáčení a vysychání. To vysvětluje, proč může most na exponovaných plochách stojin vykazovat atraktivní hnědý oxid, zatímco koroze pokračuje na chráněných římsách, ve stycích spojů nebo na dolních pásnicích. Přehledová literatura o údajích týkajících se atmosférické koroze rovněž rozlišuje dobu stabilizace, ustálenou rychlost koroze, podmínky expozice a nejistotu dlouhodobých predikcí jako samostatné otázky. Vrstva rzi, která po několika sezónách vypadá stejnoměrně, není důkazem, že se koroze zastavila, a vizuální zbarvení samo o sobě neurčuje návrhový přídavek na korozi.

Únavový návrh přináší další specifickou otázku týkající se materiálu. Pokyny FHWA pro únavu vysvětlují, že ocel odolná proti povětrnostním vlivům vytváří patinu prostřednictvím střídajících se cyklů smáčení a vysychání, zároveň však uvádějí, že AASHTO přiřazuje základnímu materiálu běžné nekryté oceli odolné proti povětrnostním vlivům o jednu nižší únavovou kategorii než srovnatelné oceli neodolné proti povětrnostním vlivům, a to z důvodu důlkové koroze. Toto snížení zohledňuje lokální poškození povrchu a koncentraci napětí. Znamená to, že volbu korozní ochrany nelze oddělit od výpočtů rozsahu napětí, klasifikace detailů a plánování kontrol.

Koordinace volby materiálu a konstrukčního řešení detailů

Most z oceli odolné proti povětrnostním vlivům je úspěšný tehdy, když jsou volba materiálu a geometrie odvádějící vodu vzájemně kompatibilní. Konstrukční řešení detailů by mělo bránit hromadění vody a nečistot, zajistit odvodnění uzavřených nebo částečně uzavřených prostor a umožnit vysychání prvků i kontrolu kritických povrchů. Štěrbiny, úzké římsy, neutěsněné překrytí a nedostatečně větrané dutiny mohou znemožnit podmínky potřebné pro vytvoření patiny. Návrh by měl také omezit znečištění odtokovou vodou v místech, kde by rezavě zbarvený odtok mohl ovlivnit beton, ložiska, dilatační závěry nebo sousední pozemky.

Odtokové otvory musí zůstat přístupné a musí odvádět vodu tak, aby nesmáčela jiný ocelový povrch. Zvláštní pozornost si zaslouží mostní spáry, protože netěsnosti mohou vytvořit koncentrovaný zdroj chloridů u konců nosníků a spojů příčných rámů. Koncové příčníky, detaily výztuh a oblasti spojů by měly být posouzeny z hlediska zadržování vody, hromadění soli a přístupu pro čištění. Nekompatibilní kovy mohou vyvolat galvanické účinky, zatímco zakryté nebo částečně zapuštěné ocelové povrchy jsou vystaveny odlišnému režimu vlhkosti než volně exponované atmosférické povrchy.

Stejné posouzení by se mělo zabývat budoucí údržbou. Detail, který nelze mýt, kontrolovat nebo opravovat, může změnit zvládnutelnou expozici v trvalé korozní místo. Intervaly kontrol by měly zohledňovat používání chloridů, průmyslové znečištění, funkčnost odvodnění a zjištěný úbytek průřezu, nikoli vycházet z pevného předpokladu, že patina je trvalá.

Širší rámec Steel Bridge Design Handbook tedy vede k jednoznačnému konstrukčnímu závěru: označení jakosti podle ASTM A709/A709M, materiálové požadavky, klasifikace expozice, predikce koroze, posouzení únavy a konstrukční řešení detailů musí být vzájemně koordinovány. Nekrytá ocel odolná proti povětrnostním vlivům je podmíněný systém. Může snížit závislost na nátěrech tam, kde chemické složení slitiny, atmosféra, odvodnění a ustanovení pro kontroly podporují vytvoření patiny, není však náhradou za posouzení prostředí ani za kvalitní návrh mostu.

Strategie ochrany proti korozi s povlakem, bez povlaku a hybridní strategie

Patinující ocel neodstraňuje potřebu navrhovat ochranu proti korozi. Mění pouze způsob, jakým je ochrana zajištěna: namísto hlavního spoléhání na průmyslově nanesený povlak může projektant využít vrstvu rzi závislou na složení slitiny, která se vytváří při opakovaném smáčení a vysychání. Tato volba je podmíněná. Pokud prostředí nemůže podporovat stabilní patinu, může být zapotřebí povlakový systém, lokální ochrana proti korozi, změna geometrie nebo kombinace těchto opatření.

Tyto tři strategie nejsou zaměnitelná označení. Návrh bez povlaku klade vyšší nároky na chemické složení oceli, posouzení expozice a odvodnění. Návrh s povlakem klade vyšší nároky na přípravu povrchu, specifikaci povlaku, ošetření hran, opravy a kontrolu. Hybridní návrh tyto nároky rozděluje: vhodné povrchy ponechává bez povlaku a chrání zóny, v nichž voda, soli nebo znečišťující látky vytvářejí nepřijatelné riziko koroze.

Kdy se zvažuje patinující ocel bez povlaku

Použití patinující oceli bez povlaku je odůvodněné pouze po společném posouzení provozního prostředí a navržených konstrukčních detailů. Ocel musí být vystavena atmosférickému působení s dostatečným počtem střídajících se období smáčení a vysychání, aby se vytvořila relativně hutná a dobře přilnavá vrstva rzi. Příručka National Steel Bridge Alliance (2010) označuje opakované smáčení a vysychání za podmínku vývoje ochranné patiny; trvalá vlhkost neposkytuje stejnou posloupnost expozice.

Záleží také na označení materiálu. Odolnost proti atmosférické korozi závisí na chemickém složení slitiny, nikoli pouze na názvu „patinující ocel“. Tradiční složení patinujících ocelí je založeno na obsahu manganu, křemíku, chromu, niklu, mědi, molybdenu a fosforu. Výzkum Federal Highway Administration se zabýval také přísadami wolframu, titanu, hliníku a prvků vzácných zemin. ASTM G101-04(2010) poskytuje metody pro odhad relativní odolnosti proti atmosférické korozi na základě chemického složení a pro odhad dlouhodobějších úbytků z kratších expozičních záznamů. Jedná se o metodu posouzení, nikoli o záruku, že konkrétní konstrukce vytvoří přijatelnou patinu.

ISO 9223:2012 poskytuje užitečný rámec pro posouzení prostředí. Její třídy korozivity atmosféry používají rychlosti koroze standardních vzorků v prvním roce a zohledňují účinky teploty a vlhkosti, znečištění oxidem siřičitým a salinitu vzduchu. Lokalita klasifikovaná pouze podle obecného klimatu proto může skrývat významné místní rozdíly: chráněná spodní strana, zóna ostřiku od vozovky, fasáda orientovaná k moři a průmyslový kouřový mrak mohou v rámci jednoho projektu podléhat odlišným korozním podmínkám.

Pokyny FHWA (2003) vyžadují před výběrem patinující oceli bez povlaku zvláštní zohlednění doby smáčení, působení chloridů, průmyslových znečišťujících látek, odvodnění, geometrie a údržby. Tyto faktory je třeba zkoumat na úrovni jednotlivých detailů. Voda zachycená za styčníkovým plechem, uvnitř výztuhy, pod nahromaděnými nečistotami nebo na nedostatečně odvodněné přírubě může udržovat ocel ve vlhkém stavu dlouho poté, co okolní povrchy vyschnou. Výsledná koroze může zůstat soustředěná, místo aby se rozvinula v poměrně rovnoměrnou povrchovou oxidaci předpokládanou obecným modelem atmosférické expozice.

O výsledku může rozhodnout geometrie. Šikmé povrchy, otevřené konce, přístupné římsy a správně dimenzované odvodňovací cesty napomáhají odtoku vody z konstrukce. Úzké spáry, vodorovné kapsy, uzavřené dutiny s cestami průsaku a místa, kde se hromadí štěrk nebo listí, působí proti stabilizaci patiny. Pozornost je třeba věnovat také stykům kovů s odlišným elektrochemickým potenciálem, protože galvanické účinky mohou měnit místní průběh koroze.

Výběr řešení bez povlaku musí zahrnovat také konstrukční důsledky. Bodová koroze může vytvářet větší koncentraci napětí než relativně rovnoměrný úbytek tloušťky. Pokyny FHWA pro únavu uvádějí, že AASHTO přiřazuje základnímu materiálu běžné nepovlakované patinující oceli o jednu nižší kategorii únavové pevnosti než srovnatelné oceli neodolné proti povětrnosti, a to kvůli bodové korozi. Detaily citlivé na únavu proto nelze odůvodnit předpokládaným snížením obecné rychlosti koroze. Svařované spoje, připojené prvky, otvory pro šrouby a oblasti vystavené opakovanému namáhání vyžadují vlastní posouzení únavy a kontrol.

Slitina může být nevhodná, i když okolní vzduch působí čistě. Výzkum FHWA zveřejněný v roce 2011 uvedl, že většina patinujících ocelí měla hodnoty korozního indexu podle ASTM G101 mezi 6 a 7, zatímco výzkum usiloval o hodnoty blízké 9,5 nebo vyšší, aby bylo dosaženo podstatně vyšší odolnosti v atmosféře obsahující chloridy. Toto zjištění podporuje jednoznačný návrhový závěr: běžné chemické složení patinující oceli nelze považovat za univerzální řešení pro expozici kontaminovanou solemi.

Kdy podmínky prostředí vyžadují dodatečnou ochranu

Povlak je lépe odůvodnitelný tehdy, když prostředí brání spolehlivému vytvoření patiny nebo když jsou důsledky lokální koroze závažné. SCI Guidance Note 1.07 (2015) označuje trvale mokré nebo vlhké podmínky, vysokou expozici chloridům nebo solnému aerosolu, koncentrované průmyslové výpary a uložení v zemině za nevhodné nebo omezené použití oceli odolné proti povětrnosti bez povlaku. Tato omezení se netýkají pouze přímé expozice mořskému prostředí. Podobné problémy může způsobovat posypová sůl z vozovek, ostřik od dopravy, netěsné inženýrské sítě, kondenzace v uzavřených prostorech a kontaminovaný odtok.

Dodatečná ochrana může pokrývat celý prvek nebo pouze vybrané zóny. Celoplošný povlak může být vhodný tam, kde ukládání chloridů, oxid siřičitý nebo trvalá kondenzace ovlivňují většinu exponovaných povrchů. Lokální povlak lze nanést na zóny ostřiku, trasy odtoku vody z mostovky, konce nosníků, zapuštěné části spojů, skryté plochy a oblasti v blízkosti dilatačních spár. Hranice mezi ocelí s povlakem a bez povlaku musí být navržena tak, aby voda nebyla svedena na nechráněnou hranu ani se nezadržovala u ukončení povlaku.

Hybridní strategie může rovněž kombinovat prvky z patinující oceli s povlakovanými součástmi spojů, utěsněnými rozhraními nebo spojovacími prvky odolnými proti korozi, a to s ohledem na galvanickou kompatibilitu a příslušné materiálové normy. Nelze předpokládat, že povlakovaný plech odstraní veškeré riziko v okolí šroubovaných spojů, spár nebo poškozených hran. Ochranný systém musí být stále kontrolovatelný a opravitelný.

Stejný přínos jako přidání povlaku může někdy přinést změna detailu. Zlepšení odvodnění, odstranění míst zachycujících nečistoty, otevření odvětrávaného uzavřeného prostoru, oddělení kovů s odlišným elektrochemickým potenciálem nebo zabránění přímému odtoku vody obsahující sůl mohou obnovit podmínky, v nichž se ocel bez povlaku chová předvídatelněji. Naopak povrch pohledově vystavený může stále vyžadovat povlak, pokud se na jeho místo soustřeďuje kontaminace. Vzhled není klasifikací expozice.

Výběr povlaku musí být svázán s intervalem kontrol, očekávaným poškozením a způsobem oprav. Příprava povrchu, profil svaru, ostré hrany, šrouby, montážní spoje a tloušťka povlaku ovlivňují provozní vlastnosti. Pokud poškození povlaku nelze bezpečně zpřístupnit, může řešení bez povlaku nebo řešení s jinak navrženými detaily vést k lépe zvládnutelné údržbě. Správné srovnání proto nezní „patina versus nátěr“, ale týká se úplného systému ochrany proti korozi po celou plánovanou dobu životnosti.

Předpoklady údržby a kontrolovatelnost

Každá strategie s sebou nese určitý předpoklad údržby. U patinující oceli bez povlaku se předpokládá, že kontroloři mohou posoudit, zda se vrstva rzi vyvíjí rovnoměrně, odhalit zadržování vody a odstranit nečistoty dříve, než se lokální koroze urychlí. Předpokládá se také, že znečištění odtokem, okuje rzi a přístup pro podrobnou prohlídku představují přijatelné důsledky návrhu.

Povlakový systém předpokládá plánované kontroly zaměřené na trhliny, puchýřování, delaminaci, mechanické poškození a korozi na hranách nebo v místech defektů. Opravy vyžadují kompatibilní materiály, vhodné povětrnostní podmínky a přístup pro čištění a opětovné nanesení povlaku. Pokud je nepravděpodobné, že tyto činnosti budou prováděny, neměla by být jmenovitá životnost povlaku použita jako jediný základ návrhu.

Přístup pro kontroly musí být zajištěn před uzavřením prvků nebo jejich umístěním nad komunikace, vodu či technická zařízení. Výpusti musí zůstat viditelné a průchodné. Skryté plochy, oblasti uložení, vnitřní prostory styků a konce výztuh mohou vyžadovat zvláštní přístupové otvory nebo kontrolní postupy. Monitorování by nemělo zaznamenávat pouze úbytek průřezu, ale také jeho příčinu: stojatou vodu, nahromadění soli, poruchu povlaku, nečistoty, netěsnost nebo nevhodný předpoklad expozice.

Plánování údržby ovlivňuje také návrh z hlediska únavy. Bodová koroze a koroze v místech koncentrace napětí mohou vyžadovat podrobnější prohlídku než rozsáhlý povrch pokrytý pouze lehkou vrstvou rzi. Návrh závislý na včasném odhalení musí stanovit, kdo kontroly provádí, jaký stav vyvolá potřebu opravy a jak bude oprava provedena. Bez těchto ustanovení není řešení „bez povlaku“ kategorií bezúdržbovou; jde o návrh, který přenáší povinnosti ochrany na odvodnění, kontrolu expozice a kontroly.

Zkoušky, údaje o expozici a dlouhodobá predikce koroze

Laboratorní zkoušky a zkoušky atmosférické expozice

Patinující ocel se nezkouší otázkou, zda se na ní objeví rez. Rezaví i běžná uhlíková ocel. Podstatná otázka zní, zda slitina při skutečném sledu smáčení, vysychání, kontaminace a čištění v daném místě vytváří dostatečně přilnavou a relativně málo propustnou vrstvu rzi. Laboratorní zkoušky mohou tuto tendenci měřit, avšak žádná jediná urychlená zkouška nereprodukuje všechny podmínky atmosférické expozice.

První proměnnou je složení. Oceli ASTM A242, ASTM A588 a mostní oceli specifikované podle ASTM A709/A709M obsahují záměrně přidané prvky, které mění korozní produkty a jejich přilnavost. Tradiční legování se zaměřovalo na mangan, křemík, chrom, nikl, měď, molybden a fosfor. Výzkum Federal Highway Administration publikovaný v roce 2009 zkoumal také přídavky wolframu, titanu, hliníku a prvků vzácných zemin. Cílem není pouze zvýšit obsah legujících prvků; jde o změnu elektrochemických reakcí a struktury vrstvy rzi, aniž by došlo ke zhoršení svařitelnosti, houževnatosti, pevnosti nebo únavových vlastností.

ASTM G101-04(2010) poskytuje dvě související metody. Umožňuje odhadnout dlouhodobý úbytek způsobený atmosférickou korozí z výsledků krátkodobé expozice a také odhadnout relativní odolnost nízkolegované oceli vůči atmosférické korozi na základě jejího chemického složení. Korozní index založený na složení je užitečný při porovnávání taveb nebo jakostí, není však certifikátem schválení pro konkrétní místo. Výzkum FHWA uvádí, že většina patinujících ocelí měla hodnoty indexu ASTM G101 mezi 6 a 7, zatímco pozdější program vývoje slitin usiloval o hodnoty kolem 9,5 nebo vyšší pro podstatně lepší odolnost v atmosférách obsahujících chloridy. Tyto údaje popisují index, nikoli garantovanou životnost vyjádřenou v milimetrech.

Kapitola Corrosion of Weathering Steels v příručce ASM Handbook pojednává o zkouškách expozice jako o spojení mezi metalurgií a podmínkami provozu. Zabývá se přísadami do slitin, indexy založenými na složení, tvorbou vrstvy rzi a korozními zkouškami, zároveň však zdůrazňuje konstrukční problémy, jako jsou štěrbiny, zachycené nečistoty a trvalá vlhkost. Laboratorní vzorek může ukázat, zda navrhované chemické složení podporuje vznik kompaktní vrstvy rzi. Nemůže však rozhodnout, zda spoj mostu zůstane dostatečně suchý, aby se choval stejným způsobem.

Zkoušky atmosférické expozice doplňují chybějící environmentální rozměr. Vzorky se umísťují na reprezentativní místa, v určených intervalech se váží, čistí a znovu váží, přičemž se sleduje vzhled rzi, odtokové produkty a lokální napadení. ISO 9223:2012 klasifikuje korozivitu atmosféry pomocí rychlostí koroze standardních vzorků v prvním roce. Její rámec zohledňuje kombinovaný vliv teploty a vlhkosti, znečištění oxidem siřičitým a vzdušné salinity. Tato klasifikace je užitečná pro popis expozice, nenahrazuje však kontrolu navrhované konstrukce. Chráněná pásnice nosníku, stojina omývaná deštěm a spoj zachycující sůl mohou v rámci jediného mostu podléhat různým podmínkám korozivity.

Zkoušky v solné mlze nebo cyklické korozní zkoušky mohou materiály rychle seřadit podle odolnosti, zejména pokud je chloridová kontaminace součástí posuzovaného návrhového případu. Při nepřetržitém dodávání elektrolytu nebo při vynechání fáze vysychání však představují špatnou náhradu přirozené expozice. Patinující ocel potřebuje k vytvoření charakteristické patiny opakované smáčení a vysychání. Vzorek udržovaný trvale ve vlhku může být napaden způsobem, k němuž by ve volně odvodňovaném atmosférickém prostředí nedošlo; vzorek vysušený příliš intenzivně zase nemusí reprezentovat pobřežní nebo průmyslové mikroklima. S výsledkem korozní zkoušky proto musí být uvedeny doba zkoušky, chemické složení roztoku, teplota, cyklus smáčení a orientace vzorku.

Krátkodobé údaje versus dlouhodobé chování

Počáteční úbytek hmotnosti často nadhodnocuje nebo podhodnocuje pozdější vlastnosti. Během počáteční expozice reaguje nechráněná ocel rychle na anodických místech a vrstva rzi může být pórovitá, popraskaná nebo špatně přilnutá. Při vhodných cyklech se korozní produkty mohou stát kompaktnějšími a ochrannějšími, čímž se pozdější rychlost koroze sníží. Toto snížení však není automatické. Chloridy mohou zůstat v pórech, oxid siřičitý může okyselovat povrchovou vlhkost a opakované obrušování nebo odtok může odstraňovat vznikající rez.

Přehled atmosférické koroze citovaný v tomto článku popisuje dobu stabilizace a pozdější ustálenou rychlost koroze jako dvě odlišné veličiny. Vzorek může po několika letech vykazovat klesající rychlost koroze, avšak doba potřebná k dosažení tohoto stavu závisí na klimatu, zatížení znečišťujícími látkami, orientaci, zastínění a chemickém složení slitiny. Krátkodobá expozice ukončená před stabilizací nemůže stanovit dlouhodobou rychlost. Naopak krátkodobá zkouška, při níž je vynuceno smáčení chloridy, může vést k rychlosti úbytku nevhodné pro povrch ve vnitrozemí omývaný deštěm.

ASTM G101 tento problém řeší využitím údajů z krátkodobé expozice k odhadu dlouhodobějšího úbytku, avšak odhad vychází z předpokladů o tom, jak se rychlost v čase mění. Taková extrapolace je přesvědčivější, když historie expozice odpovídá zamýšlenému prostředí provozu a když trend potvrzuje několik intervalů expozice. Slábne však v případě, že se místo postupně mění. Po letech relativně čisté expozice může být zaveden posypovou solí. Na komunikaci může být upraveno odvodnění. Průmyslové emise mohou klesnout nebo může začít fungovat blízký zdroj znečištění. Model kalibrovaný před takovou změnou nelze jednoduše beze změny prodloužit.

Pokyny FHWA proto vyžadují posouzení specifické pro dané místo, které zahrnuje dobu ovlhčení, expozici chloridům, průmyslové znečišťující látky, odvodnění, geometrii a údržbu. SCI Guidance Note 1.07 označuje trvale mokrá nebo vlhká místa, vysokou expozici chloridům nebo solné mlze, koncentrované průmyslové výpary a podzemní podmínky za nevhodná nebo omezeně přípustná použití nechráněné oceli odolné proti povětrnosti. SteelConstruction.info podobně zdůrazňuje odvodnění, větrání a prevenci hromadění vody nebo nečistot. Nejde o druhotné preference při navrhování detailů. Tyto faktory určují, zda expozice použitá v predikci koroze zůstane platná na povrchu oceli.

Úbytek způsobený korozí je také třeba odlišovat od viditelného zbarvení. Tmavá, stejnoměrná patina může zakrývat lokální důlky, zatímco oranžový odtok může působit závažně, aniž by odpovídal úbytku průřezu. Měření by měla zahrnovat úbytek hmotnosti nebo měření tloušťky, hloubku důlků, napadení ve štěrbinách a stav hran, spojů a kontaktních ploch. U prvku citlivého na únavu je lokální důlková koroze významná i tehdy, když se průměrný úbytek tloušťky jeví jako malý. Pokyny FHWA pro únavu zaznamenávají konstrukční důsledek: AASHTO přiřazuje základnímu kovu z nechráněné patinující oceli o jednu nižší únavovou kategorii než srovnatelnému kovu z oceli neodolné proti povětrnosti, a to kvůli důlkové korozi. Korozní model, který předpovídá pouze průměrný úbytek, je proto pro cyklicky namáhané detaily neúplný.

Stabilizace vrstvy rzi a prediktivní modely

Užitečná predikce považuje tvorbu patiny za časově závislou reakci, nikoli za trvalý povlak nanesený při výrobě. Střídající se cykly smáčení a vysychání umožňují přeměnu a konsolidaci oxidačních produktů; odvodnění a větrání omezují dobu kontaktu s elektrolytem. Vrstva pak může snížit rychlost dalšího napadení. Její účinnost však zůstává podmíněna stejnou environmentální rovnováhou, která vedla k jejímu vzniku.

Prediktivní modely obvykle vyjadřují úbytek způsobený korozí jako funkci doby expozice, často s počátečním strmým úbytkem následovaným nižší rychlostí po částečné stabilizaci. Koeficienty musí vycházet ze srovnatelných terénních údajů. Model vyvinutý na venkovských panelech nelze přímo přenést na pobřežní most zatížený chloridy a třídu korozivity podle ISO 9223 v prvním roce nelze považovat za konstantu po celou dobu životnosti. ISO 9223 popisuje počáteční atmosférické zatížení prostřednictvím standardních vzorků; nepředpovídá každou chráněnou štěrbinu ani budoucí změnu údržby.

Dlouhodobá predikce by proto měla používat rozsah, nikoli jediné lákavé číslo. Měla by uvádět předpokládaný způsob smáčení a vysychání, úrovně znečišťujících látek a chloridů, čištění nebo omývání, trasy odtoku, intervaly kontrol a okamžik, kdy by došlo k novému nátěru nebo opravě. Terénní vzorky, referenční panely a plánovaná měření tloušťky mohou ověřit, zda předpokládaná stabilizace skutečně probíhá. Pokud koroze zůstává aktivní, důlky se prohlubují nebo přetrvávají vlhké usazeniny, může reakcí v návrhu být úprava odvodnění, omývání, lokální nátěr nebo změna protikorozní ochrany.

Základní technický rozdíl je jednoduchý: patinující ocel může za vhodných podmínek omezit atmosférickou korozi, avšak její budoucí úbytek je podmíněný a může být nutné jej přehodnotit. Chemické složení vytváří předpoklady pro tvorbu patiny. Historie expozice, konstrukční detaily a údržba rozhodují o tom, zda se tyto předpoklady skutečně naplní.

Kontroly, údržba a poruchové mechanismy

Patinující ocel nevyžaduje údržbu nulového rozsahu. Její odolnost proti atmosférické korozi závisí na tom, zda rezová vrstva zůstává relativně hutná a přilnavá, což vyžaduje vhodné chemické složení slitiny a opakované smáčení a vysychání. Pokud zůstává voda zadržena, hromadí se chloridové usazeniny nebo průmyslové znečištění mění korozní prostředí, může se patina stát pórovitou, popraskanou nebo špatně přilnavou. Koroze pak pokračuje pod viditelným povrchem.

Kontrola je proto součástí návrhu. Cílem není potvrdit, že každý povrch je hnědý, ale zjistit, zda stále existují podmínky expozice předpokládané při výběru materiálu a navrhování detailů.

Rozpoznání abnormální koroze a zadržování vody

Stabilní patina se obecně vytváří při střídání období vlhkosti a vysychání. Příručka NSBA vydaná v roce 2010 označuje opakované smáčení a vysychání za nezbytné pro vytvoření ochranné patiny. Povrch, který zůstává mokrý, není vystaven stejnému cyklu prostředí jako exponovaný povrch s volným odtokem. Může vykazovat uvolněnou oranžovou rez, tmavé skvrny od vlhkosti, odlupující se vrstvy, korozní nárůstky nebo lokalizovanou důlkovou korozi namísto relativně rovnoměrné přilnavé patiny.

Zadržování vody je často důležitější než průměrný vzhled prvku. Kontroloři by měli hledat rezavé stékance pod spoji, souvislé vlhké pásy v místech překrytí, stojatou vodu na vodorovných deskách, kapsy pro šrouby vyplněné blátem a mokré oblasti za styčníkovými deskami. Úzká netěsnost může vytvořit závažný lokální problém, zatímco zbytek prvku může vypadat neporušeně. Čerstvá rez po suchém období, zejména v okolí trhliny, odtokového otvoru nebo spojovacího prvku, signalizuje aktivní korozi, nikoli neškodnou barevnou odchylku.

Odvodňovacím cestám je třeba věnovat zvýšenou pozornost. Malé otvory mohou být ucpány listím, nánosy, materiálem z ptačích hnízd, ledem, rozstřikem ze svařování nebo korozními produkty. Po ucpání se detail navržený pro přerušovanou expozici může změnit v trvalý rezervoár vlhkosti. Ke stejné poruše dochází, když netěsní spára mostovky a voda stéká na nosník, když parapet odvádí odtokovou vodu s obsahem soli na pásnici nebo když se těsnicí spára oddělí a vpustí vodu za desku.

Měnit se může také okolní atmosféra. Norma ISO 9223:2012 klasifikuje korozní agresivitu atmosféry pomocí rychlostí koroze standardních vzorků v prvním roce a označuje teplotu a vlhkost, znečištění oxidem siřičitým a vzdušnou salinitu za klíčové faktory. Lokalita, která byla při výstavbě konstrukce přijatelná, se může stát agresivnější po intenzivnějším solení komunikace, rozšíření přístavu, změně průmyslového procesu nebo zvýšení ukládání znečišťujících látek z dopravy. Norma ASTM G101-04(2010) poskytuje metody pro odhad dlouhodobých ztrát v důsledku atmosférické koroze z krátkodobých údajů o expozici a pro odhad relativní odolnosti nízkolegované oceli proti atmosférické korozi na základě chemického složení; nepřevádí však odhad složení na záruku pro každý detail konstrukce.

Důlková koroze představuje zvláštní problém, protože průměrná ztráta tloušťky může skrývat mnohem menší lokální průřez. Pokyny FHWA pro únavu uvádějí, že AASHTO přiřazuje základnímu materiálu z patinující oceli bez povlaku o jednu nižší kategorii únavové pevnosti než srovnatelné oceli neodolné proti povětrnosti právě kvůli důlkové korozi. Toto snížení je důležité u prvků vystavených opakovanému namáhání, i když se celková koroze jeví jako mírná. Hluboké důlky v blízkosti pat svarů, otvorů, konců výztuh nebo linií spojů je třeba změřit a posoudit, nikoli pouze vyfotografovat.

Kontrola skrytých detailů a detailů náchylných ke korozi

Plán kontrol by měl sledovat způsob, jakým se konstrukcí pohybují voda, nečistoty a znečišťující látky. Spoje, styky, oblasti uložení, přechody pásnic, zakončení výztuh, prostupy stojinami a šroubové spoje mají přednost, protože přerušují odvodnění nebo vytvářejí štěrbiny. Je třeba kontrolovat prostor pod stykovými deskami a spojovacími úhelníky, za styčníkovými deskami, v okolí hlav šroubů a matic a na koncích utěsněných nebo částečně utěsněných prvků. Skrytý povrch nelze posoudit z exponované strany.

Výztuhy mohou vytvářet úzké kanálky, v nichž se hromadí nečistoty a brání vysychání. Jejich konce by měly být kontrolovány s ohledem na zadrženou vodu, neúplné svary, štěrbiny ve svarech a nadzvedávání rzí. Přerušované svary a nesvařované styčné linie mohou kapilárním účinkem zadržovat elektrolyt. Vodorovné římsy je třeba kontrolovat kvůli usazeninám a růstu vegetace, které prodlužují dobu smáčení. Pokud je přístup omezený, může kontrola vyžadovat zrcátka, boroskopy, ultrazvuková měření tloušťky nebo pečlivě zvolené lokální očištění. Čištění nesmí odstranit důkazy dříve, než bude zaznamenán mechanismus koroze.

Spojením různých kovů je třeba věnovat pozornost. Galvanické účinky mohou soustředit napadení v místech, kde se prvek z patinující oceli dotýká nerezové oceli, pozinkované oceli, hliníku nebo jiného kovu pod vodivým vlhkým filmem. Spojovací prvky musí být kompatibilní se specifikovanou ocelí a podmínkami expozice a každý povlak nebo izolační systém musí zůstat na rozhraní účinný. Přítomnost patiny na patinující oceli nechrání nekompatibilní dvojici kovů.

Místa v zemi, ponořená místa nebo trvale vlhká místa je třeba považovat za samostatné podmínky expozice, nikoli za běžné atmosférické povrchy. Kontakt se zeminou, netěsné inženýrské sítě, kondenzace uvnitř skříňových průřezů a oblasti ostřiku mohou bránit cyklu vysychání, na němž závisí tvorba patiny. Pokyn SCI Guidance Note 1.07 vydaný v roce 2015 označuje trvale mokré nebo vlhké prostředí, vysokou expozici chloridům nebo solnému aerosolu, koncentrované průmyslové výpary a podmínky uložení v zemi za nevhodné nebo omezené použití oceli odolné proti povětrnosti bez povlaku.

Kontrola by měla porovnávat současné podmínky s původním návrhovým základem. Záznamy by měly uvádět formu koroze, hloubku důlků, zasaženou plochu, stav odvodnění, zdroje znečišťujících látek nebo chloridů a jakékoli změny v rozsahu trhlin nebo deformací. Rovnoměrná vizuální prohlídka je nedostatečná tam, kde se nacházejí detaily citlivé na únavu.

Podmínky údržby jako součást původního návrhu

Přístup pro údržbu a opatření pro čištění musí být specifikovány před výrobou, nikoli doplňovány až po vzniku koroze. Projektanti by měli navrhnout odtokové otvory, které lze kontrolovat a čistit, sklony, jež nevytvářejí ploché kapsy se stojatou vodou, mezery dostatečně široké, aby se v nich nevytvářely přemostění z nečistot, a odvětrání tam, kde by v uzavřených prostorech mohla kondenzovat vlhkost. Výkresy detailů by měly znázorňovat, jak voda opouští spoj a kam odtéká; jmenovitý otvor není strategií odvodnění, pokud je odtoková voda směrována na jiný povrch náchylný ke korozi.

Zvolený typ oceli a klasifikace expozice musí také zůstat vzájemně propojeny. Pokyny FHWA vyžadují před výběrem patinující oceli bez povlaku vyhodnocení doby smáčení, expozice chloridům, průmyslových znečišťujících látek, odvodnění, geometrie a podmínek údržby specifické pro danou lokalitu. Tradiční chemické složení patinující oceli se zaměřuje na mangan, křemík, chrom, nikl, měď, molybden a fosfor. Výzkum FHWA zveřejněný v roce 2011 uvedl, že většina patinujících ocelí měla hodnoty korozního indexu podle ASTM G101 mezi 6 a 7, zatímco studie oceli se zvýšenou korozní odolností cílila na hodnoty kolem 9,5 nebo vyšší, aby bylo dosaženo podstatně lepších vlastností v atmosféře obsahující chloridy. Tento výsledek podporuje předběžné posouzení a výběr materiálu; není však omluvou pro špatné odvodnění.

Plán údržby by měl stanovit, kdo bude čistit odtoky, odstraňovat nečistoty, kontrolovat netěsnosti, zaznamenávat měření důlků a opravovat poškozené detaily. Měl by také definovat podněty k posouzení inženýrem: trvalou vlhkost, novou expozici chloridům, uvolněnou nebo exfoliační rez, neočekávanou ztrátu průřezu, korozi u detailů citlivých na únavu nebo změnu z atmosférické expozice na uložení v zemi či expozici ostřikem. Opravy mohou zahrnovat obnovení odvodnění, oddělení galvanického páru, výměnu poškozené oceli, utěsnění netěsnosti nebo nanesení povlaku na lokální oblast. Natření viditelně zrezivělého povrchu bez odstranění zdroje vlhkosti obvykle poruchu pouze zakryje, místo aby ji zastavilo.

Původní návrhové předpoklady mohou během provozu přestat platit. Patina je korozní produkt závislý na podmínkách, nikoli trvalý povlak. Kontroly a údržba udržují podmínky prostředí v rozsahu, pro který byly ocel, geometrie a únavový návrh zvoleny.

Praktický pracovní postup pro návrh z hlediska atmosférické koroze

Nechráněná patinující ocel by měla být volena na základě posloupnosti rozhodnutí týkajících se stanoviště, materiálu a konstrukčních detailů, nikoli podle označení jakosti nebo očekávané barvy patiny. Tato slitina je navržena tak, aby při vhodném střídavém působení vlhka a sucha vytvořila relativně kompaktní, dobře přilnavou vrstvu rzi. Tato vrstva může pozdější korozi omezit, nejde však o automatický a trvalý povlak. Trvalá vlhkost, usazeniny solí, průmyslové znečištění, nedostatečné odvodnění nebo chráněné spáry mohou udržovat korozi aktivní pod nerovnoměrnou povrchovou vrstvou.

Pracovní postup by měl začít ještě před volbou jakosti oceli a pokračovat až do plánování prohlídek. ISO 9223:2012 poskytuje rámec pro klasifikaci atmosférické korozivity; pokyny FHWA doplňují otázky specifické pro dané stanoviště, na které samotná klasifikace nedokáže odpovědět.

Klasifikujte atmosféru a identifikujte kontaminanty

Nejprve stanovte průběh teploty a vlhkosti na povrchu oceli, nikoli pouze na základě regionálních klimatických údajů. Zaznamenejte sezónní teplotu, relativní vlhkost, srážky, kondenzaci, mlhu, cykly zmrazování a rozmrazování a období, během nichž povrchy zůstávají viditelně nebo mikroskopicky vlhké. ISO 9223:2012 považuje vliv teploty a vlhkosti, znečištění oxidem siřičitým a vzdušnou salinitu za hlavní atmosférické faktory a klasifikuje korozivitu pomocí rychlostí koroze v prvním roce, měřených na standardních vzorcích. Výsledná kategorie je užitečná pro porovnávání, nepopisuje však každou chráněnou přírubu, spoj nebo odvodňovací trasu na konstrukci.

Doba ovlhčení představuje praktické spojení mezi klimatem a korozí. Prvek, který po dešti vyschne během jedné hodiny, je vystaven jiným podmínkám než prvek, pod jehož přeplátovaným spojem zůstává voda několik dní. Prověřte pravděpodobné mechanismy smáčení: přímý déšť, odstřikující vodu, kondenzaci, mlhu, netěsné spoje, ukládání sněhu a vodu z mytí. Poté zjistěte, zda vysychání podporuje nebo omezuje vítr, sluneční ohřev, uzavření prostoru nebo sousední povrchy.

Salinita vyžaduje více než konstatování, že se stanoviště nachází „v blízkosti pobřeží“. Stanovte vzdálenost od pobřežní čáry, převládající směr větru, působení vln nebo příboje, slaný aerosol, používání rozmrazovacích solí a možnost kontaminovaného odtoku. Chloridy se mohou hromadit na vodorovných římsách a ve spárách i tam, kde je průměrná koncentrace ve vzduchu mírná. Most nad komunikací ošetřovanou solí může mít větší problém s chloridy na spodních přírubách než na horních površích.

Oxid siřičitý a další znečišťující látky rovněž vyžadují posouzení založené na zdrojích. Zmapujte intenzivní dopravu, spalovací zařízení, chemické provozy, povrchovou úpravu kovů, sklady hnojiv a emise z uzavřených průmyslových provozů. Oxid siřičitý může zvyšovat kyselost elektrolytu a měnit vývoj vrstvy rzi. Prach může zadržovat vlhkost a znečišťující látky; saze a technologické usazeniny mohou vytvářet lokálně agresivní články. Zjistěte, zda jsou emise nepřetržité, sezónní nebo epizodické, protože krátkodobý, avšak opakovaný příliv kontaminantů může být u chráněného detailu významný.

Kategorie podle ISO by proto měla být zaznamenána společně s naměřenou nebo odhadnutou depozicí chloridů, koncentrací oxidu siřičitého, dobou ovlhčení a místními zdroji kontaminantů. ASTM G101-04(2010) může na základě krátkodobých expozičních údajů odhadnout dlouhodobé ztráty způsobené atmosférickou korozí a na základě chemického složení nízkolegované oceli také odhadnout relativní korozní odolnost. Jde o výpočtovou metodu, nikoli o náhradu důkazů z expozice ani o záruku, že zvolený prvek vytvoří ochrannou patinu.

Prověřte kombinaci materiálu, geometrie a expozice

Dále přezkoumejte přesné označení materiálu, formu výrobku a příslušnou normu. „Patinující ocel“ je označení skupiny materiálů, nikoli úplná specifikace. U mostních konstrukcí mohou být použity jakosti podle ASTM A709/A709M, zatímco u jiných konstrukcí se mohou uplatnit označení stanovená národní normou pro výrobek. Chemické limity, mechanické vlastnosti, rozsah tlouštěk, požadavky na svařování a dodací stav musí odpovídat příslušnému vydání normy. Ověřte hutní osvědčení a chemické složení tavby, nikoli pouze předpokládejte, že známé označení jakosti poskytuje ve všech normách stejnou atmosférickou odolnost.

Složení slitiny je důležité. Tradiční chemické složení patinující oceli se zaměřovalo na mangan, křemík, chrom, nikl, měď, molybden a fosfor. Výzkum FHWA zveřejněný v roce 2009 zkoumal také přísady wolframu, titanu, hliníku a prvků vzácných zemin. Indexové hodnoty podle ASTM G101 poskytují orientační srovnání: FHWA v roce 2011 uvedla, že většina patinujících ocelí měla hodnoty mezi 6 a 7, zatímco její výzkum směřoval k hodnotám přibližně 9,5 nebo vyšším pro podstatně lepší odolnost v atmosférách obsahujících chloridy. Tyto údaje nedefinují univerzální mez přijatelnosti. Ukazují, proč je nutné posuzovat složení, expozici znečišťujícím látkám a podmínky působení chloridů společně.

Poté posuďte geometrii jako systém hospodaření s vodou. Každý povrch musí mít věrohodnou cestu vysychání. Odstraňte prohlubně, neutěsněná překrytí, nahoru orientované římsy, úzké spáry, ucpané odvodňovací otvory a detaily, v nichž se zachytává listí, bahno nebo ptačí nečistoty. Zajistěte účinné odvodnění a dostatečné větrání uzavřených prostor. Utěsněte nebo jinak chraňte spoje, do nichž může vnikat voda, ale nemůže se odpařovat. Zvláštní pozornost věnujte výztuhám, přeplátovaným spojům, oblastem uložení, skříňovým průřezům, styčníkovým plechům, spojovacím úhelníkům a rozhraním s betonem.

Vizuálně atraktivní patina není důkazem, že je chráněn také skrytý povrch. Skvrny od rzi mohou ukazovat na odtok z ustálené oblasti, ale mohou také signalizovat úbytek průřezu ve vlhkém spoji. Obdobně mohou různé odstíny oranžové, hnědé a černé odrážet historii expozice, kontaminaci, zadržování vlhkosti nebo neúplnou stabilizaci, nikoli spolehlivou fázi funkce.

Aplikace s trvale mokrou nebo vlhkou expozicí, kontaktem se zeminou, přetrvávajícím působením solného aerosolu, koncentrovanými průmyslovými výpary nebo nekontrolovaným odstřikem rozmrazovacích solí odmítněte nebo upravte. SCI Guidance Note 1.07 uvádí tyto podmínky jako nevhodné nebo omezené pro nechráněnou ocel odolnou proti povětrnosti. Pokud expozici nelze změnit, může být nutný nátěrový systém, změna návrhu odvodnění, přídavek na korozi nebo jiná materiálová strategie.

V této fázi prověřte také sousední materiály. Měď, mosaz, nerezová ocel, pozinkované součásti a hliník mohou při propojení různých kovů elektrolytem vyvolat galvanické účinky. Riziko závisí na poměru ploch, elektrickém spojení, koncentraci kontaminantů a odvodnění. V případě potřeby nekompatibilní kovy elektricky izolujte, zabraňte stékání vody z ušlechtilejšího kovu na patinující ocel a specifikujte kompatibilní spojovací materiál a podložky.

Nakonec posuďte konstrukční důsledky a nepovažujte korozi pouze za vizuální problém. Důlková koroze zmenšuje účinný průřez a vytváří lokální koncentraci napětí. Pokyny FHWA pro únavu uvádějí, že AASHTO přiřazuje základnímu materiálu běžné nechráněné patinující oceli o jednu nižší únavovou kategorii než srovnatelné oceli neodolné proti povětrnosti, a to z důvodu důlkové koroze. Mosty náchylné k únavě, jeřábové prvky, vibrující podpory a tenké prvky proto vyžadují výslovné předpoklady týkající se důlkové koroze, klasifikace spojů, přídavků na korozi a přístupu pro prohlídky.

Zdokumentujte předpoklady pro prohlídky a údržbu

Projektová dokumentace by měla uvádět, co musí zůstat splněno pro použití bez povlaku: očekávanou třídu korozivity, podmínky působení chloridů a oxidu siřičitého, předpoklady týkající se doby ovlhčení, funkčnost odvodnění, větrání, dobu stabilizace patiny a vyloučené expoziční zóny. Měla by také identifikovat povrchy, u nichž se neočekává stabilizace, například trvale mokré spoje nebo oblasti zasažené odstřikem z vozovky.

Stanovte první prohlídku po montáži a následný interval prohlídek podle důsledků poruchy, expozice a míry nejistoty. Při počátečních prohlídkách je třeba hledat zadržování vody, neočekávané usazeniny solí, skvrny od stékající vody, poškození vzniklá během výstavby, oblasti svarů, spáry a nerovnoměrnou korozi — nikoli pouze celkovou barvu. V reprezentativních i podezřelých místech měřte hloubku důlků a úbytek průřezu. Uchovávejte fotografie a pevné referenční body, aby bylo možné změny porovnávat.

Pokyny pro údržbu by měly specifikovat odstraňování nečistot, obnovu průchodnosti ucpaných odtoků, opravy netěsných spojů a odstraňování usazených kontaminantů. Neurčujte bez rozdílu mytí vodou: zachycená voda může přenést chloridy do nových spár, pokud není zajištěno odvodnění a vysychání. Každý opravný nátěr by měl být zvolen podle skutečného prostředí a stavu povrchu; jeho hranice a požadavky na přípravu musí být zdokumentovány.

Dokumentace musí rovněž stanovit mezní hodnoty pro zásah. Příklady zahrnují přetrvávající vlhkost, opakovanou kontaminaci solemi, měřitelnou důlkovou korozi překračující projektovaný přídavek, trhliny v místech důlků po korozi, ucpané odvodnění nebo únavové poškození v blízkosti korodovaných detailů. V takovém případě může reakce zahrnovat úpravu odvodnění, lokální čištění, nanesení povlaku, měření tloušťky, posouzení zatížitelnosti nebo výměnu.

Žádný jednotlivý index, označení jakosti, kategorie korozivity ani barva patiny nenahrazuje toto posouzení. Odolnost proti atmosférické korozi je podmíněná vlastnost. Návrh je přijatelný pouze tehdy, když se vzájemně podporují chemické složení, expozice, geometrie, konstrukční namáhání a budoucí prohlídky.

Zdroje

1. [1]Federal Highway Administration. Improved Corrosion-Resistant Steel for Highway Bridges. Federal Highway Administration research publication, 2011. https://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/bridge/11062/001.cfm
2. [2]ASTM International. ASTM G101-04(2010), Standard Guide for Estimating Atmospheric Corrosion Data. ASTM International standard, 2010. https://store.astm.org/g0101-04r10.html
3. [3]Steel Construction Institute. Guidance Note 1.07: Weather Resistant Steel. SCI Guidance Note 1.07, 2015. https://www.steelconstruction.info/images/a/aa/GN_1-07.pdf
4. [4]International Organization for Standardization. ISO 9223:2012 Corrosivity of Atmospheres. International Standard, 2012. https://www.iso.org/standard/53499.html
5. [5]Federal Highway Administration. Uncoated Weathering Steel in Bridges. Federal Highway Administration guidance, 2003. https://www.fhwa.dot.gov/bridge/t514022.cfm
6. [6]Federal Highway Administration. Steel Bridge Design Handbook: Design for Fatigue. Federal Highway Administration handbook, 2016. https://www.fhwa.dot.gov/bridge/steel/pubs/nhi16016.pdf