Атмосферостойкость подконструкций навесных фасадов
Навесные фасадные системы (НФС) представляют собой достаточно сложную пространственную комбинацию разнородных в физико-химическом отношении материалов (металлических и неметаллических, монолитных и пористых). Элементы фасадов в процессе эксплуатации подвергаются воздействию агрессивных компонентов внешней атмосферы, которое приводит к контактной коррозии разнородных материалов.
Таким образом, как отмечалось ранее, для определения коррозионной стойкости НФС необходимо учитывать постоянный интенсивный воздухообмен «внутренней» и внешней атмосфер, а также сезонное увеличение агрессивности среды. Кроме того, на элементах подконструкций НФС происходит оседание пыли и конденсата водяных паров, содержащих агрессивные агенты, и проникновение к ним осадков в виде дождя (снега) через зазоры облицовки.
В настоящее время опубликованные данные по определению реального коррозионного износа материалов подконструкций НФС отсутствуют, и проектировщики вынуждены обращаться к результатам испытаний прошлого века. Так в работах [1, 2] приведены значения средних скоростей коррозии в различных по степени агрессивности атмосферах, полученные в результате многолетних испытаний, проведенных в 70–80-х гг. ХХ в. Данные значения в открытой атмосфере промышленного города (Москва, Нью-Йорк) составляют: около 50 мкм/год — для нелегированной стали, 3–5 мкм/год — для цинковых покрытий и 0,5–1,0 мкм/год для алюминия. В сельской местности скорость коррозии ниже и составляет 0,5–1,0 мкм/год и 0,5 мкм/год для цинка и алюминия соответственно. Скорость коррозии указанных металлов при испытании под навесом оказалась в среднем на 30% меньше, чем при открытой экспозиции, а в контакте с пористыми строительными материалами — на 30–50% выше. Однако эти данные имеют существенный недостаток — они относятся к испытанию образцов металлических материалов в условиях так называемой «свободной» коррозии без учета влияния столь важных для реальных конструкций моментов — контакта с другими материалами и одновременного воздействия механических нагрузок, что означает необходимость проведения двухэтапных испытаний. Первый этап — коррозионные испытания не только отдельных образцов материалов, но и реальных фрагментов конструкций, а второй этап — коррозионно-механические испытания, которые в определенной степени моделируют действие ветровых нагрузок.
Кроме учета взаимодействия элементов подконструкций НФС, состоящих из разнородных металлических материалов, необходимо принимать во внимание одновременный контакт этих металлов с минераловатными утеплителями, которые, как правило, изготавливают на фенольной связке, чья коррозионная активность по отношению к элементам подконструкции не учитывается строителями. Однако, по данным статьи [1], средняя скорость коррозии металлов во влажной минераловатной плите характеризуется следующими величинами: сталь низкоуглеродистая — 70 мкм/год; цинк — 15 мкм/год; алюминий — 0,5 мкм/год.
Для выполнения своих функций металлические детали строительных конструкций кроме коррозионной стойкости также должны обладать комплексом свойств, таких как прочность, твердость, электро- и теплопроводность, которые в совокупности служат критериями при выборе конструкционного материала для их изготовления. Степень деградации этих свойств в процессе эксплуатации изделия в условиях агрессивной внешней среды определяет в основном надежность работы и срок службы изделия.
Надежность и долговечность возведенных строительных конструкций — это приоритетное направление современного строительства.
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.
Например, центром «ЭкспертКорр-МИСиС» по заказу ООО «ДИАТ 2000» был проведен комплексный анализ устойчивости к атмосферной коррозии различных металлов и их комбинаций в навесных фасадных системах в условиях реальных сред применения. По результатам исследования установлено, что наиболее коррозионно-стойкими системами, пригодным для эксплуатации в городской промышленной атмосфере, следует признать контакты двух нержавеющих сталей (типа Х18Т и Х18Н10Т), а также нержавеющей хромистой с окрашенной оцинкованной сталью.
Менее атмосферостойкими системами являются контакты алюминиевых сплавов типа АД31 или их соединения с нержавеющими или оцинкованными (окрашенными) сталями. Это связано со склонностью алюминиевых сплавов к межкристаллитной коррозии, которая, не изменяя внешнего вида поверхности, распространяется вглубь материала и может привести к его внезапному разрушению под действием знакопеременных ветровых нагрузок (рис. 1).
Рис.1. Внешний вид поверхности (А) и межкристаллитное разрушение материала (Б) алюминиевого сплава АД31 после испытаний в атмосфере сернистого газа.
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. 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 по сравнению с реальными (более высокая температура или более агрессивная среда). Результаты, получаемые при ускоренных испытаниях в заведомо более жестких условиях, естественно, не отличаются высокой надежностью, так как всегда неясным остается вопрос — насколько они будут соответствовать коррозионному разрушению в условиях реальной эксплуатации изделий в течение планируемого срока службы. Однако 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 агрессивности условий, проведению коррозионных испытаний и выдаче рекомендаций. Наиболее легким является случай, когда при эксплуатации изделия, которое является техническим аналогом создаваемого, выявлены коррозионно-уязвимые места и определен характер разрушения. В этом случае первая задача сводится к тщательному описанию характера наблюдаемого разрушения и точной характеристике состава агрессивной среды и других параметров системы. Полученная таким образом информация дает возможность обоснованно составить регламент лабораторных испытаний, первоочередная цель которых — воспроизведение разрушений, наблюдавшихся в реальных условиях. После достижения этой цели открывается возможность варьирования параметров системы и выявления такого соотношения последних, при котором коррозия становится наименее опасной. Полученные при этом данные могут быть использованы не только для частных практических рекомендаций, но и для серьезных обобщений и выводов.
Многие другие задачи, имеющие прямое отношение к коррозионной стойкости создаваемых изделий, могут быть решены на стадии их проектирования и изготовления с учетом результатов ускоренных и натурных коррозионных испытаний. Например, возможно полное исключение весьма опасных в коррозионном отношении контактов различных металлов и сплавов, способных образовывать активные гальванические пары и стимулировать коррозию одного из них. Поэтому совершенно необходимо параллельно с проектированием НФС изучать атмосферостойкость материалов элементов подконструкций и их взаимное влияние. Таким образом, проблема оценки долговечности фасадных систем может быть частично решена при проведении коррозионных испытаний металлических фрагментов конструкций, систем крепления, а также защитных покрытий элементов НФС в конкретных условиях эксплуатации.
Литература
1. Подвальный А. М. «Основные проблемы долговечности вентилируемых фасадов зданий» // СтройПРОФИль — 2003 г. — № 8 (30).
2. Ву Динь Вуй. Атмосферная коррозия металлов в тропиках. — М.: Наука, 1994.
| Автор: А. В. Казакевич, О. В. Волкова, Т. А. Обухова Дата: 08.04.2005 Журнал Стройпрофиль 2-05 Рубрика: фасадные системы. фасады Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |