Коррозионная стойкость и защита алюминиевых сплавов в строительных конструкциях
Алюминий начали применять в строительстве еще в 19 веке. Так, например, в 1897 году алюминием чистотой 98,4% был покрыт купол собора Сан Гиачино в Риме [1]. Безупречное состояние материала подтвердили обследования, проведенные в 1937 и 1954 годах, т. е. после 40, а потом 57 лет эксплуатации, соответственно. По мере развития производства алюминия и снижения его стоимости этот новый материал стал шире применяться в строительстве, в том числе для несущих конструкций. Алюминиевые сплавы широко используются в строительстве благодаря внешнему виду, стойкости к атмосферным воздействиям, низкой плотности (2,7–2,8 г/см3) по сравнению со сталями (7,8–8,2 г/см3), возможности изготавливать детали различных размеров и конфигурации, хорошей свариваемости. Основным материалом для алюминиевых строительных конструкций является технический алюминий и деформированные малолегированные алюминиевые сплавы систем Al-Mn, Al-Mg, Al-Zn-Mg, Al-Mg-Si, обладающие высокой коррозионной стойкостью, что является одним из основных требований для конструкций с длительным календарным сроком эксплуатации. В последние годы в строительстве для несущих конструкций стали применяться высоколегированные сплавы средней и высокой прочности, такие, как Д1Т, Д16Т, В95Т1 [2], имеющие пониженную коррозионную стойкость и требующие обязательного применения защитных покрытий. С учетом большой номенклатуры сплавов, режимов термообработки, формы, размеров и свойств полуфабрикатов расчетные значения прочностных характеристик алюминиевых сплавов для строительных конструкций меняются в широких пределах — от 250 кг/см2 до 3 400 кг/см2. Малолегированные коррозионно-стойкие сплавы, в том числе свариваемые, применяемые в строительных конструкциях для деталей, воспринимающих повышенные статические нагрузки, для кровельных и облицовочных целей, не требующих декоративной отделки, применяются, как правило, без защитных покрытий, либо с анодно-окисными покрытиями [1, стр. 653]. Сплавы, применяемые в строительных конструкциях, не склонны к коррозионному растрескиванию, расслаивающей и межкристаллитной коррозии. Учитывая тот факт, что ускоренные лабораторные испытания не могут в полной мере характеризовать коррозионную стойкость сплавов в эксплуатационных условиях, многие исследователи проводят длительные испытания материалов в натурных климатических условиях, что позволяет более обоснованно подойти к вопросам прогнозирования их коррозионного поведения. В атмосферных условиях эти сплавы подвержены в основном питтинговой коррозии.
В работе [3] приведены и обобщены результаты экспозиции материалов, изделий и конструкций из алюминиевых сплавов 1 100, 3 003, 3 004 в течение 20 лет в различных климатических условиях, в том числе в атмосфере прибрежных морских районов с субтропическим и тропическим климатом. Результаты (рис.1), экстраполированные до 52 лет, показывают, что глубина коррозии материалов после 52 лет экспозиции в атмосфере прибрежных морских районов может составлять 0,1–0,3 мм, а в атмосфере промышленных районов — 0,07–0,17 мм. Сопоставление коррозионной стойкостиалюминиевых сплавов1 100, 3 003, 3 004 с коррозионной стойкостью малоуглеродистой стали (0,09% С и 0,07% Cu) показывает (рис. 2), что в зависимости от климатических условий районов экспозиции материалов алюминиевые сплавы по коррозионной стойкости превосходят малоуглеродистые стали в 50–100 раз.
В работе [4] автор приводит результаты длительных натурных испытаний сплавов Al-Mg, Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg, Al-Cu-Mg в морской атмосфере. Установлено, что сплавы систем Al-Mg и Al-Mg-Si имеют повышенную коррозионную стойкость. Результаты 20-летних коррозионных испытаний в Японии [5] привели к аналогичным выводам: отмечается достаточно высокая коррозионная стойкость сплавов систем Al-Mg и Al-Mg-Si. Исключение составляет сплав системы Al-Cu-Mg, снижение прочности которого составило почти 40%. За 12-летний срок испытания в морской атмосфере Германии [6] алюминиевых сплавов Al99,5, AlMg3, AlMg4, AlMg5, AlMg1Si1, AlZnMg1, AlZn3Mg3 потери прочности не превышали 6%, а глубина коррозионных поражений для всех исследованных сплавов различалась незначительно и составляла 0,15–0,2 мм.
Замечательной особенностью алюминиевых сплавов является замедление атмосферной коррозии во времени в результате образования плотных продуктов коррозии, способствующих ее торможению. Поскольку алюминий и малолегированные алюминиевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, в технической информации приводятся в основном обобщенные данные по скорости, глубине коррозии и потерям механических свойств. Кривые на рисунке 2 а построены [3] по средним значениям для сплавов 1 100, 3 003, 3 004, 5 052, 5 154, 6 053, 6 061 и 6 063.
Усредненные потери прочности сплавов после 20 лет испытаний в атмосфере Поинт-Джуди (умеренный климатический пояс, 91 м от берега океана, преобладает направление ветра с океана, бурное море, значительное количество брызг морской воды, частые туманы) достигают 9% и к 20-ти годам составляют 0,2% в год. Следовательно, в пересчете на срок эксплуатации 50 лет максимальные потери прочности составят 15%, на 100 лет — 25%.
Таким образом, анализ экспериментальных данных технической информации показывает, что коррозионно-стойкие алюминиевые сплавы в результате длительной (в течение 50–100 лет) эксплуатации в атмосферных условиях климатических поясов России могут быть подвержены питтинговой коррозии глубиной до 0,3 мм (50 лет) и до 0,5 мм (100 лет). Это приведет к снижению прочностных характеристик материала на 15–25%.
Продолжение следует.
Литература
1. «Алюминиевые сплавы»; перевод с немецкого. — М.: Изд. «Металлургия», 1979 г.
2. «Применение алюминиевых сплавов». Справочное руководство. — М.: Изд. «Металлургия»,1973 г.
3. «Алюминий»; перевод с английского. — М.: Изд. «Металлургия», 1972 г.
4. Guilhaudis A. Some Aspects of the Corrosion Resistance of Aluminium Alloys in Marine Atmosphtre – Anti-corrosion., №3, 1975, p.12–16.
5. Kehler W. F. Zurich 20 jahrigeBewitterung-sversuche in Japan. — Sar/RSA,1978, №3, р. 113–118.
| Автор: А. Д. Жирнов, С. А. Каримова, В. Н. Головина Дата: 23.03.2010 Журнал Стройпрофиль 2-10 Рубрика: фасадные системы. фасады Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |  |