Долговечность оцинкованных металлоконструкций навесных фасадных систем
Оцинкованная сталь является одним из наиболее распространенных материалов, применяемых в строительстве и, в частности, в навесных фасадных системах с воздушным зазором (НФС). Это объясняется, с одной стороны, ее относительно невысокой стоимостью, а с другой стороны, значительно более высокой стойкостью к атмосферной коррозии по сравнению с обычной «черной» огрунтованной сталью. В частности, в промышленной атмосфере средней агрессивности скорость коррозии низкоуглеродистой стали типа Ст. 10 составляет (в зависимости от степени загрязненности атмосферы) 50–200 мкм/год, тогда как оцинкованной стали — 3–15 мкм/год.
Наиболее часто для изготовления элементов подконструкций НФС используется горячеоцинкованная сталь, поверхностный слой которой представляет собой 2–4-слойную систему, состоящую из цинка и сплавов «железо-цинк». В зависимости от марки цинкуемой стали и особенностей технологии горячего цинкования на поверхности изделия могут формироваться покрытия, различающиеся структурой и коррозионной стойкостью, причем последний параметр может изменяться на порядки величины.
Наилучшим вариантом является формирование на поверхности стали покрытия, состоящего только из интерметаллида FeZn13 — в этом случае долговечность оцинкованной стали должна быть максимальной, так как такие соединения отличаются высокой химической устойчивостью. Преобразование многослойного покрытия в чистый интерметаллид достигается обычно дополнительной термообработкой. Однако подобное покрытие более хрупко по сравнению с обычным цинкованием. На фотографии 1а видны небольшие трещины по границам кристаллитов.
Горячее покрытие, состоящее из чистого цинка, тоже относительно устойчиво к коррозии, хотя и менее, чем состоящее из чистого интерметаллида.
Наихудшими свойствами отличаются стали с покрытием, на поверхности которого появляются включения о-фазы (интерметаллида FeZn13).
Сравнить различные материалы по их коррозионной стойкости (т.е. провести «браковочные» ускоренные испытания) можно с использованием достаточно жестких для этих материалов сред. Испытания рассмотренных оцинкованных сталей при полном погружении в 5%-ный раствор NaCl в течение 700 ч. показали, что скорость коррозии для образца (а) составляет 0,019 мм/год, для образцов (б) и (в) — 0,075 и 0,179 мм/год соответственно, что в целом характеризует коррозионную стойкость анализируемых покрытий.
Регулирование структуры покрытия (соотношения интерметаллидных фаз — з-, Г-, о-фаз, различающихся концентрацией железа, растворенного в цинке) осуществляется изменением температуры расплава, временем контакта стали с расплавом, введением дополнительных элементов в расплав.
Введение в расплав небольших количеств алюминия улучшает процесс цинкования (повышается жидкотекучесть расплава, уменьшается окисление) и замедляет реакцию взаимодействия между сталью и жидким цинком и препятствует образованию промежуточного железоцинкового сплава. В этом случае толщина слоя интерметаллического соединения в покрытии не превышает 1–2 мкм при общей толщине покрытия до 40 мкм.
Долговечность стальных оцинкованных конструкций определяется в основном толщиной и качеством цинкового покрытия. Принято считать, что повышенная коррозионная стойкость оцинкованной стали объясняется электрохимической катодной защитой, т. е. работой гальванического элемента «сталь-цинк», в котором цинк в соответствии с теорией является анодом и постепенно окисляется, тогда как обнаженные участки стальной основы не разрушаются. Однако достаточно давно [2, 3] было показано, что коррозионная стойкость (и, соответственно, долговечность) оцинкованной стали в атмосферных условиях в основном определяется не работой гальванического элемента, а химической активностью цинка, скоростью образования защитной пленки продуктов коррозии цинка и ее устойчивостью. Электрохимическая защита стали цинковым покрытием возможна только на дефектных участках поверхности (задирах, царапинах, сверлениях, местах механической резки и т. п.) и до завершения образования защитной пленки на цинке. Ввиду высокой активности цинка наиболее распространенными методами повышения защитной способности покрытия являются хроматирование и фосфатирование. Такая обработка предотвращает образование «белой ржавчины» на поверхности цинкового покрытия в большинстве агрессивных промышленных атмосфер в течение 6–12 лет. Она обеспечивает увеличение срока службы на 15–30%.
Необходимо принимать во внимание и контакт металлов с минераловатными утеплителями, которые, как правило, изготавливают на фенольной связке, коррозионная активность которой по отношению к элементам подконструкции не учитывается строителями. Однако, по некоторым данным [1], средняя скорость коррозии низкоуглеродистой стали и цинкового покрытия увеличивается на 30–70% во влажной минераловатной плите по сравнению с эксплуатацией в открытой атмосфере.
От скорости коррозии и толщины слоя зависит срок службы цинковых покрытий. Проблема долговечности оцинкованной стали может быть решена как увеличением толщины покрытия до 0,3 мм (масса покрытия 600г/кв. м), так и введением в покрытие различных добавок.
Принято считать, что цинковое покрытие, нанесенное в количестве 760 г/кв. м (толщина 100 мкм), способно предохранить стальные конструкции без каких-либо дополнительных затрат в течение 20–50 лет в зависимости от условий эксплуатации. Если учесть, что атмосферная коррозия оцинкованной стали составляет в сельской местности 1–3 мкм/год, в городах 3–6 мкм/год и в промышленной атмосфере до 20 мкм/год, то коррозионная стойкость обычных видов оцинкованной стали в промышленной атмосфере сохраняется в течение 5–10 лет. Поэтому целесообразно вместо увеличения толщины цинковых покрытий применять нанесение на них органических полимерных покрытий, таких как полиэфирные и эпоксиполиэфирные порошковые краски или ПВДФ.
Необходимо указать, что существенное увеличение срока службы металлоконструкций возможно при замене цинковых покрытий на цинк-алюминиевые или алюмоцинковые покрытия типа «гальвалюм» или «гальфан». Применение таких покрытий позволяет при равных условиях добиться увеличения долговечности стальных изделий до 30–50 лет в зависимости от условий эксплуатации.
Литература
1. Подвальный А. М. «Основные проблемы долговечности вентилируемых фасадов зданий». // «СтройПРОФИль», 8 (30), 2003.
2. Розенфельд И. Л., Жигалова К. А. «Исследование процессов коррозии металлов». / Сб. «Коррозия металлов и сплавов», — М.: Металлургиздат, 1963, с. 347.
3. Кларк Г. Б., Томашов Н. Д., Михайлов-ский Ю. Н. / Труды ИФХ АН СССР «Исследование по коррозии металлов», — М.: АН СССР, 1959, с. 11.
| Автор: по материалам редакции Дата: 11.08.2005 Журнал Стройпрофиль 5-05 Рубрика: фасадные системы. фасады Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |