Публикации »

Долговечность металлических конструкций

Изделия и сооружения из металла составляют наиболее значительную и ценную часть основных производственных фондов любой промышленно развитой страны, и их защита от коррозии была и остается очень важной проблемой. Для выполнения своих функций металлические детали строительных конструкций должны обладать определенным набором свойств (таких, например, как прочность, твердость, электро- и теплопроводность), которые служат критериями выбора конструкционного материала при их изготовлении. Деградация этих свойств в процессе эксплуатации (в результате старения или коррозии при взаимодействии с компонентами окружающей среды) влияет в основном на надежность работы и срок службы изделия.

Увеличение надежности и долговечности возведенных строительных конструкций - это приоритетное направление современного строительства.

Широкое использование в строительстве современных материалов заставляет обратить особое внимание на противокоррозионную защиту металлических элементов строительных конструкций, их соединений, подбор материалов с учетом конкретных условий эксплуатации. Поэтому в настоящее время важное значение приобретают разработка и внедрение методов повышения коррозионной стойкости металлоконструкций и, следовательно, увеличению их срока службы.

Увеличение объемов строительства и работ по реконструкции старых зданий привело к появлению новых материалов и конструктивных элементов, к которым можно отнести навесные декоративные и утеплительные системы - так называемые "вентилируемые" фасады. Эти конструкции представляют собой достаточно сложную "сборку" из металлических и неметаллических элементов. При этом изготавливаются и применяются они как в России так и за рубежом. Следует констатировать тот факт, что сегодня при проектировании ответственных конструктивных элементов "вентилируемых" фасадов недостаточно отражены вопросы коррозии и ее последствий. Поэтому на практике встречаются случаи, когда преждевременный выход из строя оборудования из-за коррозии является не следствием трудностей, для преодоления которых требовалось создание нового материала или метода защиты, а, скорее, результатом неудачного выбора материала или конструкции.

Несмотря на то, что мировой опыт применения подобных конструкций насчитывает уже четверть века, практически полностью отсутствуют сведения об их надежности и коррозионной стойкости в различных условиях эксплуатации, при этом такие данные необходимы для обоснованного выбора как конструктивных решений, так и допустимых материалов. Кроме того, необходимость этих данных определяется действующими СНиП (в частности, СНиП 2.03.11-85 "Защита строительных конструкций от коррозии").

Госстрой России предъявляет высокие требования к качеству всех возводимых сооружений. Подобным требованиям удовлетворяют конструкции на основе коррозионно-стойких материалов, в частности нержавеющих сталей, которые используют при производстве и эксплуатации "вентилируемых" фасадов ряд отечественных фирм, уделяющих должное внимание противокоррозионным мероприятиям.

Требования к коррозионной стойкости материала могут меняться в широких пределах в зависимости от назначения изделия, условий его эксплуатации и планируемого срока службы. Однако наличие у материала высокой коррозионной стойкости при нужной комбинации других свойств является необходимым, но недостаточным критерием, которым руководствовуется инженер-конструктор. Его цель должна заключаться в выборе наиболее экономичной комбинации свойств, удовлетворяющей требованиям эксплуатации. Нет смысла рекомендовать дорогой коррозионностойкий материал, если допустимо использовать более дешевый, с пониженной коррозионной стойкостью, предусмотрев при этом его дополнительную защиту.

Выбор конструкционного материала с требуемой коррозионной стойкостью далеко не всегда может быть осуществлен только на основе теоретических разработок или справочных данных. Во многих случаях прибегают к коррозионным испытаниям, основой которых является некое моделирование предполагаемых условий эксплуатации создаваемого изделия.

Ускоренные коррозионные испытания металлических материалов являются частью проблемы прогнозирования надежности строительных конструкций, эксплуатируемых в различных климатических условиях, моделирование которых неизбежно связано с определенными упрощениями и допущениями, поскольку точное воссоздание реальной коррозионной ситуации практически невозможно. Например, если проектируемый срок службы изделия составит 3 года при максимально допустимом уменьшении сечения до 5 мм, то при отсутствии сведений о возможном изменении скорости коррозии во времени и характере распределения коррозионного процесса по поверхности изделия приходится допустить, что металл в продолжение всего периода эксплуатации будет корродировать равномерно со средней скоростью 4,5 мкм/сутки. Если принять эти достаточно произвольные допущения, то минимальное время, за которое можно получить количественные результаты испытаний, будет определяться чувствительностью используемого метода измерений. Если, например, минимально определяемая величина составит 10 мкм, то минимальная продолжительность испытаний должна составить 3 суток. Результаты таких испытаний могут дать только ориентировочную и, как правило, наиболее оптимистическую оценку стойкости материала.

Целью ускоренных коррозионных испытаний в климатических камерах является решение разных по своей направленности задач: "отбраковка" систем с низкой коррозионной стойкостью и прогнозирование коррозионной стойкости металлических материалов.

Если требуется провести сравнительные испытания различных металлов, то обычно выбирают жесткие режимы испытаний. Результаты, получаемые при ускоренных испытаниях в заведомо более жестких условиях по сравнению с реальными (более высокая температура или более агрессивная среда), естественно, не отличаются высокой надежностью, так как всегда неясным остается вопрос - насколько они (результаты, полученные в короткое время в жестких условиях) будут соответствовать коррозионному разрушению в условиях реальной эксплуатации изделий в течение планируемого срока службы. Но в результате таких испытаний удается отобрать наиболее коррозионностойкие системы.

В то же время для получения прогнозных оценок не следует слишком далеко уходить от реальных условий эксплуатации.

Коррозионные испытания всегда желательно проводить с некоторым варьированием хотя бы основных параметров системы, определяющих ее коррозионное поведение, таких как состав агрессивной среды, температура.

Важным ориентиром для выбора конструкционного материала требуемой коррозионной стойкости является практический опыт, наличие которого позволяет обоснованно подходить к анализу коррозионных условий, проведению коррозионных испытаний и выдаче рекомендаций. Наиболее легким является случай, когда при эксплуатации изделия, являющегося техническим аналогом создаваемого, выявлены коррозионно уязвимые места и определен характер разрушения. В этом случае первая задача сводится к тому, чтобы тщательно описать характер наблюдаемого разрушения и наиболее точно охарактеризовать параметры системы (состав агрессивной среды, абсолютная и относительная влажность, температура, воздействие ультрафиолетового излучения, механические нагрузки и др.), а также все изменения, имевшие место за время эксплуатации изделия. Полученная таким образом информация дает возможность обоснованно составить регламент лабораторных испытаний, первоочередная цель которых - воспроизвести разрушение, наблюдавшееся в реальных условиях. После достижения этой цели открывается возможность варьирования параметрами системы и выявления такого соотношения последних, при котором коррозия становится наименее опасной.

Многие другие задачи, имеющие прямое отношение к коррозионной стойкости создаваемых изделий, могут быть решены на стадии его проектирования и изготовления с учетом результатов коррозионых испытаний. Например, если на ранних стадиях будет обеспечено отсутствие в конструкции узких зазоров, щелей или "карманов", а там, где этого избежать нельзя, устроены дренажные отверстия, то тем самым будет ликвидирована опасность застоя электролита, а следовательно, и щелевой коррозии. Особенно это касается тонкостенных сложнопрофилированных конструкций "вентилируемых" фасадов. Точно так же следует полностью исключить весьма опасную в коррозионном отношении возможность контакта различных металлов и сплавов, встречающихся во всех строительных системах и способных образовывать активные гальванические пары, стимулировать коррозию одного из них. Подобные критические оценки должны быть сделаны не только для самого изделия, но и для любых защитных мероприятий, которые могут быть использованы в конкретных условиях эксплуатации.

Так как "вентилируемые" фасады являются неремонтопригодными конструкциями, то срок их службы должен быть определен с достаточной степенью достоверности. Опубликованные данные о скорости коррозии металлов в конструкциях "вентилируемых" фасадов отсутствуют. В связи с этим в настоящее время по рекомендации Госстроя России испытательным центром "Эксперт-Корр-МИСиС" проводятся коррозионные испытания материалов, применяемых для изготовления элементов конструкций "вентилируемых" фасадов с целью систематизации данных по коррозионной стойкости фасадных конструкций в различных условиях эксплуатации и экспертной оценки срока службы. Полученные при этом данные могут быть использованы не только для частных практических рекомендаций, но и для серьезных обобщений и выводов.

Автор: А. В. Казакевич, О. В. Волкова, Т. А. Обухова
Дата: 03.02.2004
Журнал Стройпрофиль 1-04
Рубрика: металлические конструкции




«« назад