Voorbehandeling is meer dan het halve werk

Scheepsconservering 1

Siemon Medema

Conserveren is het in goede staat houden,verduurzamen of beschermen tegen bederf.
Conserveren is dus niet cosmetisch.
Conserveren wordt over het algemeen beschouwd als abstract. In de literatuur wordt er weinig aandacht besteed aan dit onderwerp, maar wanneer een specialist er eens zijn licht over laat schijnen wordt dit vaak als ‘te theoretisch’ en zonder praktisch belang ervaren. Wel is enige algemene kennis nodig om onze schepen tegen bederf te beschermen en in goede staat te houden. Meestal gebaseerd op ervaring kan men voor een bepaald doel wel het meest passende conserveringssysteem kiezen. Toch bepaalt de juiste conservering de kans op destructie van de ondergrond. Daarover gaat onderstaand verhaal en de volgende aflevering.
In de eerste plaats hebben we het hier over de ondergrond in gebruik bij de meeste schepen, ijzer en staal, en de voorbereidingen voor het conserveren: roesten, ontvetten en ontroesten.

IJzer en staal

Halverwege de 19^e eeuw verschenen de eerste van ijzer gebouwde schepen op het water. Een aantal decennia later maakte ijzer plaats voor staal. Wat is ijzer en wat is staal?
Van het ruwijzer maakt men ijzer (smeedijzer) door het koolstofhalte te verlagen tot niet meer dan 0,3% en niet meer dan 1% slak (insluitsels). Dit ijzer heeft een hoge corrosieweerstand. Begint het eenmaal te roesten, dan heeft het veel last van ‘oproesten’, dat wil zeggen er ontstaat een gelaagde structuur met weinig samenhang (‘bladerdeeg’) wat een groter volume inneemt dan het oorspronkelijke ijzer en bijvoorbeeld hele constructies uit hun fatsoen worden gedrukt.
In de kringen van historische ijzeren schepen valt regelmatig de naam ‘puddelijzer’. In de ijzersmelt werd ‘gepuddeld’ (geroerd) waardoor koolstof en andere ongerechtigheden verminderen door het inbrengen van zuurstof. IJzer heeft het ten opzichte van staal een geringere trekvastheid. Bewijzen dat “puddelijzer” beter zeewaterbestendig zou zijn dan staal zijn niet aanwezig.
Onder atmosferische omstandigheden is de roestvorming (corrosie) minder dan bij staal en komt overeen met Cor-Ten staal (laag gelegeerde koper-nikkel combinatie).
Staal komt na 1900 in gebruik en is er in vele (wel 2500) soorten, afhankelijk van het koolstofgehalte en andere bijvoegingen. Staal is ijzer (Fe) met en ten hoogste 1,7% koolstof (C) waarbij nog andere elementen zijn toegevoegd om bepaalde eigenschappen te verkrijgen. Scheepsbouwstaal is het zogenaamde staal 42 met een maximum koolstofgehalte van 0,23%.

Corrosie

Roesten (corrosie of aanvreten) is een ingewikkeld elektrochemisch proces. IJzer en staal zijn in principe heterogene (gemengde) materialen dat wil zeggen er zit meer in ijzer en staal dan ijzer alleen. Hierdoor ontstaan aan het oppervlak plaatselijk verschillen in potentiaal. De minst edele plaatsen worden anodes (negatief) genoemd en de meest edele kathodes (positief). Door vocht ontstaan kleine elektrische stroompjes, waardoor de anodeplaatsen in oplossing gaan en reageren met zuurstof uit de lucht waardoor het ijzer overgaat in ijzerhydroxide (roest).
 De bij ons meest voorkomende corrosieverschijnselen zijn oppervlakte corrosie, putcorrosie en contactcorrosie.
Bij de oppervlakte corrosie speelt niet alleen de aanwezigheid van anoden en kathoden een rol, maar ook hun grootte. Is het oppervlak van de kathodes vrijwel gelijk aan dat van de anode gebieden, dan vormt zich alleen roest aan het oppervlak. Het volume van die roest kan echter wel schrikbarend groot zijn: door roestvorming kan het volume met een factor 7 toenemen!
Is echter de anode zeer klein ten opzichte van de kathode, dan ontstaat er een sterkte plaatselijke aantasting die de diepte in gaat (putcorrosie). Dit kan de sterkte van plaatmateriaal en een constructie ernstig verminderen.
Als verschillende metalen of legeringen in eenzelfde constructie worden verwerkt, zullen deze onder atmosferische invloeden functioneren als elektroden (anode en kathode) en dus een potentiaal verschil geven. Hierbij zal het minst edele metaal gaan corroderen. De omvang van deze contactcorrosie wordt bepaald door de grootte van de contactvlakken, aard van het milieu en de temperatuur. Wanneer men met de koppeling van verschillende metalen te maken krijgt, is het nuttig om gebruik te maken van een praktische contactcorrosie tabel. Hieruit kan men herleiden welke contactvlakken moeten worden geïsoleerd, met b.v. kunststof strips, isolatieband of oplosmiddelvrije epoxy-coating.

Metaal

Oppervlak

Magnesium legeringen

Zink

Thermisch verzinkt staal

Aluminium legering

Cadmium lagen

Zacht staal

Licht gelegeerd staal

Gietstaal

Chroomstaal

Lood

Tin

Koper

Roestvast staal

Magnesiumlegering

klein

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

groot

M

M

M

M

S

S

S

S

S

S

S

S

Zink

klein

M

G

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

groot

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

Thermisch verzinkt staal

klein

M

G

M

M

S

S

S

S

S

S

S

S

groot

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

Aluminiumlegering

klein

M

G

G

G

S

S

S

S

S

groot

G

G

M

G

G

G

M

M

S

S

S

S

Cadmiumlagen

klein

G

G

G

G

S

S

S

S

S

S

S

S

groot

M

G

M

G

G

G

G

G

G

G

G

G

Zacht staal

klein

G

G

G

G

G

M

S

S

S

S

S

S

groot

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

Licht gelegeerd staal

klein

G

G

G

G

G

G

G

S

S

S

S

S

groot

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

Gietstaal

klein

G

G

G

G

G

G

M

S

S

S

S

S

groot

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

Chroomstaal

klein

G

G

G

G

G

G

G

M

M

S

S

groot

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

Lood

klein

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

groot

G

G

G

G

G

G

G

M

G

G

G

Tin

klein

G

G

G

G

G

G

G

G

G

groot

G

G

G

G

G

G

G

G

M

G

Koper

klein

G

G

G

G

G

G

G

M

M

S

groot

G

G

G

G

G

G

G

G

G

M

G

Roestvast staal

klein

G

G

G

G

G

G

G

G

G

groot

G

G

M

G

G

G

G

G

M

M

M

G

S = sterke corrosie
G = geen of geringe corrosie
M = matige corrosie (in zeer vochtige atmosfeer) van het metaal

Voorbehandeling:

De levensduur van een verfsysteem op een ijzeren/stalen oppervlak is in zeer hoge mate afhankelijk van de voorbehandeling van het oppervlak. Verkeerde of foutieve voorbehandeling is voor 75 tot 80 % bepalend voor de levensduur, applicatie (aanbrenging)fouten voor 15 tot 25 %, een verkeerde verfkeuze voor 2 tot 5 % en de invloed van ondeugdelijke verf is te verwaarlozen. Het maakt dus weinig uit wat je er op smeert als de voorbehandeling maar goed is.
De voorbehandeling kan op een aantal manieren plaats vinden, waarbij de eisen die men stelt in overeenstemming moeten zijn met het gekozen verfsysteem.
De bij ons meest voorkomende reinigingsmethoden zijn het ontvetten (het voorreinigen) en het ontroesten. Dat laatste kan zowel machinaal of handmatig en door stralen (nat en droog).

Ontvetten

We spreken hier over voorreiniging. Olie, vet maar ook stof en vuil moeten verwijderd worden voor men aan het ontroesten begint. Immers door het borstelen, stralen en dergelijke wrijft of slaat men de verontreinigingen in het ijzer/staaloppervlak.
We onderscheiden een aantal ontvettingsmiddelen, die volgens verschillende methoden worden toegepast. Allereerst ontvetting met alkalische middelen, dan met oplosmiddelen en tenslotte met water of stoom.

Alkalische ontvetting

Het ontvetten met deze methode is voor ons interessant. Door het basische karakter van de vloeistof ontstaat een preventieve (actieve) roestwering Een bekend alkalisch middel is ammonia, maar hierdoor verzepen alleen plantaardige en dierlijke oliën.
Indien aan alkaliën emulgatoren worden toegevoegd vormen deze met de verontreinigingen emulsies. Hierdoor worden ook minerale oliën, die niet kunnen verzepen, verwijderd. De middelen kunnen met de hand of een (planten)spuit worden aangebracht. Naspoelen met water waaraan ammonia is toegevoegd.

Ontvetting met oplosmiddelen

Er is een groot aantal vloeistoffen die voor oliën en vetten een bepaald oplossend vermogen hebben zoals wasbenzine, trichloorethaan en celluloseverdunning (thinner).
In het algemeen is handmatige ontvetting een arbeidsintensieve methode, doch bij ons het meest voorkomende. Het schoonmaken met een kwast of lap heeft het nadeel dat vuil niet verwijderd wordt maar slechts anders verdeeld. Daarom het advies om gebruik te maken van een plantenspuit. Het is dan ook raadzaam om alleen af te nemen en niet heen en weer te poetsen. Deze werkwijze is voor ons, vooral in het onderhoud, de enige praktische oplossing.

Eigenschappen van enige oplosmiddelen

Wasbenzine en Terpentine: matig oplossend vermogen, ruikt weinig, lage giftigheid, hoog vlampunt, brandbaar, goedkoop, lage soortelijke massa, ontvet de huid licht, tast verflagen weinig aan,
Tolueen, Xyleen, Mengsel van oplosmiddelen zoals “thinner” (cellulose verdunning): zeer goed oplossend vermogen ,ruikt sterk, hoge tot zeer hoge giftigheid, laag vlampunt, zeer brandbaar, matige prijs, lage soortelijke massa, ontvet de huid sterk, tast de verflagen matig tot sterk aan.
Trichlooretheen, Perchlooretheen, Methyleenchloride, Tetrachloorkoolstof: uitstekend oplossend vermogen, ruikt matig, matig tot hoge giftigheid, geen vlampunt, niet brandbaar, duur, hoge soortelijke massa, ontvet de huid zeer sterk, tast coatings zeer sterk aan behalve epoxy/polyurethan.
In verband met milieuaspecten is het mogelijk dat enkele van de genoemde producten in de toekomst niet meer gebruikt mogen worden.

Water en stoomreiniging

Wanneer water onder zeer hoge druk wordt verneveld ontstaat een krachtige straal.
Hierbij kan (afhankelijk van de druk) zelfs losse roest en slecht hechtende verflagen worden verwijderd. In plaats van water kan men ook stoom onder druk toepassen, waardoor een zeer intensieve reiniging wordt verkregen. Als bij deze methoden ook nog eens alkalische reinigingsmiddelen worden toegepast kan men ook sterk vervuilde ondergronden in korte tijd reinigen.

Ontroesten

Er zijn twee manieren om te ontroesten: mechanisch (met de hand of machinaal) en door middel van stralen. Voor beide methoden gelden aparte normen.
Om de graad van ontroesten duidelijk te maken gebruiken we de Zweedse norm SIS 055900. De norm onderscheidt zes graden van reiniging. De graden van ontroesten komen in de meeste productinformatiebladen voor als eis voor een duurzaam verfsysteem.

Hand en mechanisch ontroesten

Hieronder verstaan we bikken, borstelen, tollen, slijpen, schuren, enz. wat zowel handmatig als machinaal kan gebeuren. Deze manier van reinigen zal door ons in de onderhoudssfeer veelvuldig voor incidentele en kleinschalige toepassingen worden aangewend.
Voor het ontroesten moet het oppervlak ontvet worden en dikke roestlagen moeten verwijderd te zijn.
De twee belangrijkste reinheidsgraden zijn:
St2: zorgvuldige reiniging. Alle losse walshuid en roest moeten verwijderd zijn. Na reiniging met stofzuiger of schone borstel afnemen. Het uiterlijk heeft een zwakke metaalglans.
St3: zeer zorgvuldige reiniging. Behandelen als St2, maar met veel groter zorg. Het ijzer heeft een duidelijke metaalglans.
Met het handmatig of mechanisch ontroesten zijn geen betere resultaten te bereiken en dit is altijd stukken minder goed dan de straalnorm Sa2,5 (zie hieronder).

Stralen

Bij deze voorbehandeling wordt het te reinigen oppervlak schoon gemaakt door de afslijtende werking van een stroom korrelvormige straalmiddelen. De bij ons meest voorkomende straaltechnieken zijn met persluchtstralen, vacuümstralen en stralen met water en een straalmiddel (Hydro-jetting met gritinjectie).
Evenals bij het handmatig ontroesten baseren wij ons hierbij op de Zweedse norm SIS 055900.
Sa1: een licht gestraald oppervlak. Losse walshuid, roest en vreemde stoffen zijn verwijderd.
Sa2: een zorgvuldig gestraald oppervlak. Bijna alle walshuid, roest en vreemde stoffen zijn     verwijderd.
Sa2,5 een zeer zorgvuldig gestraald oppervlak. Walshuid, roest en andere verontreinigingen zijn zodanig verwijderd dat achtergebleven resten slechts als lichte vlekken of strepen zichtbaar zijn.
Sa3: een tot zuiver metaalblank gestraald oppervlak. Walshuid, roest en vreemde stoffen moeten volledig zijn verwijderd.
Bij inspectie wordt gebruik gemaakt van foto’s die bij de genoemde codes horen. Voor ons is, in het algemeen, gestraald werk volgens de code Sa2,5 voldoende.
Het straaloppervlak zal na het stralen een bepaald ‘ruwheidprofiel’ hebben verkregen, wat ook hechtingsbevorderend werkt. Dit ruwheidprofiel is te beschouwen als een verzameling toppen en dalen. Het hoogteverschil tussen de toppen en dalen, maar ook de vorm van het ruwheidprofiel is afhankelijk van het gebruikte straalmiddel evenals de straaltijd en werkcondities. De hoogste toppen moeten worden bedekt met een voldoende verflaagdikte om een goede bescherming tegen corrosie te verkrijgen. De ruwheid van het oppervlak speelt dan ook een grote rol in het verfverbruik. Van belang is dan ook dat we weten wat de maximum top-dal afstand is. Dit is bij een inspectie te meten. Een in de praktijk aanvaardbare bovengrens voor het ruwheidprofiel is 80 micrometer.
Doordat het droog en open stralen door milieueisen steeds problematischer wordt, vinden in dit verband diverse vormen van natstralen hun toepassing. Hierbij moeten we vooral denken aan Hydrojetting (waterstalen) met gritinjectie. Bij dit natstralen zal men logischerwijze denken ‘het gaat toch roesten’. Inderdaad zal er zich vliegroest manifesteren. Door een roestinhibitor (roestremmende stof) toe te passen bij natstralen is de vliegroest te voorkomen, maar daarbij zal bij de keuze van een primer overleg moeten plaats vinden met de verfleverancier. In verband met eventuele in water oplosbare restanten op het grensvlak ijzer/staal en verf/coating.
Wanneer geen grit wordt gebruikt in het water spreekt men van hogedruk waterstralen. Met deze methode is het niet mogelijk om roestvorming in alle gevallen in het oppervlak te verwijderen. De resultaten hiervan beperken zich tot het wegspuiten van een niet hechtende verflaag en roestlaag aan het oppervlak.
De volgende relatie bestaat tussen de druk en de reinheid van het oppervlak.

Druk, bar	reinheid van de ondergrond
< 350	Verwijdering van vuil en slecht hechtende oppervlakteverontreiniging om het oppervlak te spoelen.
350 -700	Losse verf, roest, vuil en verontreiniging in interingen worden verwijderd, maar zwart ijzeroxide (Magnetiet) blijft achter. Een uniform mat uiterlijk is niet haalbaar.
700 – 1700	De meeste verf en corrosieproducten zullen worden verwijderd. Magnetiet en harde, goed hechtende lagen kunnen achterblijven, maar zijn met veel inspanning te verwijderen.
1700 – 2400	Alle corrosie, inclusief Magnetiet kan worden verwijderd, evenals alle typen verf. Het is mogelijk dat goed hechtende walshuid achterblijft.
> 2400	Bij deze drukken wordt ook de walshuid verwijderd, maar het is wellicht geen economische methode.

Een vergelijking van de verschillende methoden voor onze praktijk laat de voor- en nadelen zien.

Methode	Verwijderen oppervlakte roest en coatings	Verwijderen roest uit oppervlakte-structuur	Verwijderen andere verontreinigingen	Aanbrengen profiel
Hand en machinaal ontroesten	Moeizaam	Slecht	Zeer slecht	Niet
Schuren	Moeizaam	Matig	Slecht	Onvoldoende
Slijpen	Matig/goed	Matig/goed	Matig
Stralen droog	Zeer goed	Zeer goed	Goed	Zeer goed
Stralen nat	Goed	Goed	Goed	Goed
Hoge druk water	Matig	Slecht	Matig/goed	Niet
Hydrojetting met gritinjektie	Redelijk goed	Goed	Zeer goed	Goed

Bestaand verfsysteem
Vertoont het totale verfoppervlak geringe gebreken, dan wordt in de praktijk meestal overgegaan tot plaatselijk herstel. De voorbehandeling zal hierbij meestal plaats vinden door handmatig ontvetten en ontroesten zoals reeds is besproken. Wij kunnen echter niet altijd optimaal ontroesten. Hierdoor verdient het aanbeveling na het ontroesten het oppervlak af te nemen met spiritus. Spiritus (alcohol) zorgt ervoor dat het vocht wat nog aanwezig is in het laatste restje roest verdampt met de spiritus mee. De grens tussen oude en goed hechtende verflagen van het plaatselijk herstel moeten goed geschuurd worden. Deze randen kunnen namelijk als eerste weer gebreken vertonen.

Afsluitende noot

Alle genoemde reiniging-/ontroestingsmethoden zijn aan de praktijk gerelateerd.
Na keuze hiervan en gecombineerd met de aanwezige constructie en detaillering, moet het verfsysteem hieraan aangepast worden. Immers de aangeboden ondergrond bepaalt welk verfsysteem hierop van toepassing is en niet de verf.

Siemon Medema is in 2015  overleden.

Dit artikel is eerder gepubliceerd in Bokkepoot 173