Коррозия узлов крепления, или короткая жизнь оцинкованного крепежа
В предыдущих статьях, опуликованных в журнале «СтройПРОФИль» («На войне цен гибнет качество», № 2 (56), 2007 г., «Кто ломает рынок крепежа», № 3 (57), 2007 г.), мы не раз касались такой больной темы, как коррозийная стойкость и, соответственно, долговечность применяемого в строительстве крепежа.
Ситуация с тех пор мало изменилась, скорее ухудшилась. И в строительстве быстровозводимых зданий с применением металлоконструкций (логистические терминалы, склады, заводы, мегамоллы), и при монтаже фасадных систем с воздушным зазором (жилые дома, гостиницы, торговые и офисные центры), в других направлениях строительства — засилье дешевого оцинкованного крепежа. Мы не раз писали о неотвратимости пагубных последствий его применения.
В прошлом году по нашему техническому заданию НПЦ «ЭкспертКорр-МИСиС» было проведено исследование «Оценка устойчивости к атмосферной и контактной коррозии элементов заклепочных и винтовых соединений несущих конструкций фасадных систем с воздушным зазором и систем легких металлических конструкций» с использованием крепежа различной коррозийной стойкости. Выдержки из исследования и полученные результаты, которые мы приводим в настоящей статье, по нашему мнению, убедительно доказывают, что практика применения оцинкованного крепежа в строительстве безответственна и опасна.
Целью проведения ускоренных коррозионных испытаний стали оценка количественных показателей, характеризующих интенсивность коррозионного разрушения элементов заклепочных и винтовых соединений, и определение срока их службы в условиях, имитирующих среду со среднеагрессивной степенью воздействия, а также определение срока службы крепежных деталей для каждого узла соединений.
При исследовании были проведены следующие работы:
- ускоренные коррозионные испытания;
- спектральный анализ;
- анализ внешнего состояния поверхностей образцов;
- металлографический анализ.
Ускоренные испытания соединений проводились в течение 30 суток в климатических камерах, имитирующих различные атмосферные условия в соответствии с ГОСТ 9.308-85:
- в камере влажности — имитация слабоагрессивной атмосферы (при относительной влажности 98% и температуре в камере 40 0С);
- в камере сернистого газа — имитация промышленной среднеагрессивной атмо-
сферы (при относительной влажности 98%, температуре в камере 40 0С и воздействии SO2 концентрацией — 0,75 г/куб. м);
- в камере соляного тумана — имитация приморской атмосферы (периодическое распыление 3%-ного раствора NaCl при относительной влажности 98% и температуре в камере 40 0С).
При расчете скорости коррозии принято, что 30 суток непрерывных испытаний в специальных атмосферах соответствуют 10 годам реальной эксплуатации в атмосфере средней агрессивности. Всего было испытано 6 групп соединений (см. табл. 1).
Таблица 1
|
№ узла
|
Область применения
|
Соединяемые элементы
|
Крепеж, используемый для соединения
|
|
1
|
Вентилируемые фасады
|
Кронштейн и направляющая из оцинкованной стали с покрытием
|
Заклепки из оцинкованной стали, заклепки из нержавеющей стали А2
|
|
2
|
Вентилируемые фасады
|
Кронштейн и направляющая из оцинкованной стали с покрытием
|
Самонарезающие винты из углеродистой стали с защитными покрытиями: оцинкованные, Ruspert ® type II, Xylan®, Dacromet 500® grade B |
|
3
|
Вентилируемые фасады
|
Направляющая из оцинкованной стали с покрытием, фиброцементная плита
|
Самонарезающие винты из нержавеющей стали AISI 304, AISI 410 с покрытиями: Ruspert type II, Ruspert type I
|
|
4
|
Монтаж сэндвич-панелей
|
Стальной окрашенный элемент металлоконструкции и оцинкованный стальной лист с полимерным покрытием
|
Самонарезающие винты из углеродистой стали с защитными покрытиями: оцинкованные, Ruspert ® type II, Xylan®, Dacromet 500® grade с EPDM шайбами (оцинкованная сталь, алюминий, нержавеющая сталь)
|
|
5
|
Вентилируемые фасады
|
Кронштейн и направляющая из алюминиевого сплава (неанодированный)
|
Заклепки AlMg5/нерж. сталь, анодированные и неанодированные
|
|
6
|
Светопрозрачные конструкции (фасады)
|
Кронштейн и направляющая из алюминиевого сплава (неанодированный)
|
Саморез из углеродистой стали с покрытием Ruspert ® type II, саморез
из нержавеющей стали AISI 304
|
В настоящей статье мы остановимся на первых четырех группах, связанных с применением конструкций из оцинкованной стали и оцинкованного крепежа (полностью результаты исследования можно получить у автора статьи).
Связано это с тем, что именно с конструкциями из оцинкованной стали больше всего нарушений и несоответствий в вопросе защиты от коррозии крепежных элементов. Они присутствуют:
- в большинстве технических свидетельств на такие фасадные системы;
- во всей технической документации на сэндвич-панели;
- практически на всех проектах с этими системами;
- практике применения.
Пример (выдержка) из технического свидетельства одной из отечественных фасадных систем представлен в таблице 2.
Таблица 2
|
Наименование элемента системы
|
Материал
|
Вид и толщина защитного покрытия
|
|
Неагрессивная окружающая среда
|
||
|
Распорный элемент анкерного дюбеля
|
Углеродистая сталь
|
Гальваническое цинкование — не менее 10 мкм
|
|
Несущие кронштейны
|
Углеродистая сталь
|
Горячее цинкование I класса, полиэфирное покрытие — 80–120 мкм
|
|
Несущие профили
|
Углеродистая сталь
|
То же
|
|
Винты, шурупы, заклепки
|
Углеродистая сталь
|
Гальваническое цинкование — не менее 5 мкм
|
|
Слабоагрессивная окружающая среда
|
||
|
Распорный элемент анкерного дюбеля
|
Углеродистая сталь
|
Гальваническое цинкование — не менее 70 мкм
|
|
Несущие кронштейны
|
Углеродистая сталь
|
Горячее цинкование I класса, полиэфирное покрытие — 80–120 мкм
|
|
Несущие профили
|
Углеродистая сталь
|
То же
|
|
Винты, шурупы, заклепки
|
Углеродистая сталь
|
Гальваническое цинкование — не менее 5 мкм
|
|
Среднеагрессивная окружающая среда
|
||
|
Распорный элемент
|
Коррозионно-стойкая сталь
|
Не требуется
|
|
Несущие кронштейны
|
Коррозионно-стойкая сталь
|
Не требуется
|
|
Углеродистая сталь
|
Горячее цинкование I класса, полиэфирное покрытие — 80–120 мкм
|
|
|
Несущие профили
|
Углеродистая сталь
|
То же
|
|
Винты, шурупы, заклепки
|
Углеродистая сталь
|
Гальваническое цинкование
|
Между тем известно, что:
1) горячее цинкование (на кронштейнах и направляющих) значительно лучше защищает от коррозии, чем гальваническое (на распорных элементах дюбелей, винтах, заклепках);
2) слой оцинковки, по условиям производства, составляет на заклепках всего 5–
7 мкм, на саморезах — не более 12–20 мкм, а большинство дешевых саморезов имеют слой оцинковки 5–7 мкм;
3) самосверлящих саморезов с горячим цинкованием (были замечены такие в одном из ТС!) не производится: в процессе горячего цинкования саморез нагревается и теряет углерод, который придает ему прочность, и в результате саморез перестает сверлить;
4) слой покрытия цинком 70 мкм при гальваническом методе не реален, максимум — порядка 20 мкм.
Налицо полное несоответствие между защищенностью от коррозии заклепок и саморезов по сравнению с остальными элементами конструкции.
Решение этим вопросам давно найдено, но крайне неохотно используется в России из соображений сомнительной копеечной экономии при применении оцинкованного крепежа.
Стальные оцинкованные элементы скрепляются:
- заклепками из нержавеющей стали;
- саморезами из нержавеющей стали (биметаллические, тело — нерж. сталь, сверло — закаленная сталь) или из стали с долговечными антикоррозийными покрытиями, такими, как Ruspert®, Xylan®, Dacromet® (приведены оригинальные запатентованные названия производителей покрытий).
Вернемся к результатам исследования.
ГРУППА 1. Фасадные конструкции из оцинкованной стали, скрепленные оцинкованными заклепками и заклепками из нержавеющей стали.
Кронштейн и направляющая:
- марка стали — 08 по ГОСТ 9045, ГОСТ 1050;
- сталь производится по ГОСТ 14918-80 «Сталь тонколистовая оцинкованная с непрерывных линий», ГОСТ 52246-2004 «Прокат листовой горячеоцинкованный»;
- защитное покрытие фрагментов — двухслойное, по СНиП 2.03.11-85, горячее цинкование (t = 40–60 мкм) с последующей полимерной окраской.
Заклепки — 4,8×10 мм;
- марка стали гильзы и стержня (Со-
единение №1): C1008 (производится по ISO 15979);
- марка стали гильзы и стержня (Соединение №2): AISI 304 (производится по ISO 15983).
Анализ внешнего вида показал, что на гильзах оцинкованных заклепок после испытаний в камерах влажности и сернистого газа наблюдается частичное разрушение цинка, площадь повреждения составляет 10% и 30%, соответственно. На деформируемой части гильзы выявлены практически полное разрушение покрытия и пятна ржавчины. В атмосфере соляного тумана к концу испытаний выявлено полное разрушение цинкового покрытия на всей поверхности, которая практически полностью покрыта ржавчиной.
Внешний вид заклепок из коррозионно-стойкой стали практически не изменился за все время испытаний в каждой из атмосфер.
В зонах контактов заклепок с окрашенными стальными пластинами после воздействия агрессивных сред сернистого газа и соляного тумана выявлены потеки ржавчины, свидетельствующие о коррозионном разрушении низкоуглеродистой стали в местах повреждений ЛКП (отверстие под заклепку).
В результате металлографического анализа установлено, что на исследуемые заклепки нанесено цинковое покрытие, толщина которого составляет 5–7 мкм. После испытаний в камере сернистого газа в слое цинкового покрытия выявлены язвы глубиной до 4 мкм, в зоне контакта с окрашенной пластиной — полное разрушение цинка и язвенная коррозия стали на глубину до 7 мкм.
В материале заклепок, изготовленных из коррозионно-стойкой нержавеющей стали, после испытаний во всех экспериментальных атмосферах вблизи поверхностей коррозионных повреждений не выявлено. Контактной коррозией оцинкованной стали с нержавеющей сталью заклепки в данном случае можно пренебречь, так как в узком зазоре под шляпкой гильзы продукты коррозии цинка экранируют поверхность стали от доступа влаги и кислорода воздуха.
Таким образом, для длительной эксплуатации рекомендуется использование контакта окрашенной оцинкованной стали с заклепками из коррозионно-стойкой стали. Длительная эксплуатация контактов с оцинкованной заклепкой недопустма, так как в этом случае внешние участки находятся в свободном контакте с внешней влажной атмосферой, насыщенной кислородом, а на внутренних участках (между листами) движение влаги ограничено и содержание кислорода уменьшено, поэтому внутренние участки, как менее окисленные, становятся анодами и при коррозии разрушаются. А так как скорость коррозии углеродистых сталей велика (скорость коррозии цинкового покрытия в среднеагрессивной атмосфере составляет 3–5 мкм/год, а средняя скорость коррозии нелегированной стали, как было указано выше, составляет ~ 120 мкм/год), то из-за малой толщины стенки заклепки механическая прочность такого соединения может быть нарушена вплоть до отрыва бортика.
ГРУППА 2. Фасадные конструкции из оцинкованной стали, скрепленные оцинкованными саморезами и саморезами с устойчивыми антикоррозийными покрытиями.
Материал кронштейнов и направляющих тот же, что и в группе 1.
Самосверлящие, самонарезающие винты:
- марка стали — SAE 1022;
- сталь производится по DIN 7504K.
Защитные покрытия: гальваническое цинкование (12–20 мкм), Ruspert® type II, Xylan® и Dacromet 500® grade B.
В результате исследования установлено, что наиболее коррозионностойким в атмо-
сферах средней агрессивности является покрытие Dacromet 500® grade B. Внешний вид покрытия на головках винтов практически не изменился после испытаний во всех экспериментальных средах. В зоне контактной коррозии на участках с частично разрушенным покрытием глубина единичных язвенных повреждений стальной основы составляет до 10 мкм.
Внешний вид покрытий Ruspert® type II и Xylan® изменился незначительно, однако на поверхностях головок винтов обнаружены признаки коррозии цинковой составляющей (покрытий в виде налета белого цвета )и единичные точки ржавчины. В зоне контакта с окрашенными пластинами глубина множественных язвенных повреждений на стальной основе винтов составляет до 10 мкм, также выявлены отдельные участки с равномерно-язвенной коррозией стали (до 15 мкм).
Как показали данные исследования, покрытия Dacromet 500® grade B, Ruspert® type II и Xylan® устойчивы к воздействию промышленных атмосфер средней агрессивности. Покрытия двухслойные, состоящие из подслоя цинка и металлополимерного слоя. В процессе сборки винтовых соединений выявлено частичное механическое повреждение внешнего металлополимерного слоя, что привело к коррозии цинка и локальных участков стальной основы винтов в зоне контакта.
Цинковое покрытие относительно устойчиво во влажной атмосфере (η=96–98%) слабой агрессивности, при испытании в которой на поверхности винтов выявлен лишь незначительный белый налет продуктов коррозии цинка, однако в зоне соединения с пластинами имеются единичные язвенные повреждения стальной основы глубиной до 5 мкм. В среде, имитирующей среднеагрессивную атмосферу, головки винтов покрыты ржавчиной при полном разрушении защитного покрытия. В зоне контакта винта с пластинами имеется равномерная язвенная коррозия стали на глубину до 20 мкм.
Оценка скорости коррозии с учетом полученных экспериментальных результатов и литературных данных позволяет установить, что скорость коррозии покрытий Ruspert® type II, Xylan® и Dacromet 500® grade B составляет до 0,2 мкм/год, цинкового покрытия — 2–4 мкм/год, а углеродистой стали — 90–120 мкм/год. При расчете скорости коррозии принято, что 30 суток непрерывных испытаний в специальных атмосферах соответствуют 10 годам реальной эксплуатации в атмосфере средней агрессивности.
Таким образом, при сравнении четырех типов покрытий одинаковой толщины в контакте с окрашенными оцинкованными пластинами установлено, что наиболее устойчивым к коррозии в среднеагрессивной промышленной атмосфере является покрытие Dacromet 500® grade B. В несколько меньшей степени устойчивы винты с покрытиями Ruspert® type II и Xylan®. Атмосферостойкость испытанного цинкового покрытия по сравнению с вышеуказанными покрытиями значительно ниже.
Продолжение следует
| Автор: И. В. Орлов Дата: 25.03.2008 Журнал Стройпрофиль 2-08 Рубрика: фасадные системы. фасады Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |