Заклепка - относительно небольшой, но очень важный конструктивный элемент,
который служит для скрепления компонентов фасадной системы. Ее устойчивость к
негативным воздействиям окружающей среды и прочностные характеристики определяют
степень надежности крепежного узла, а, стало быть, влияют на качество и
долговечность всей НФС. В статье, предлагаемой вниманию читателя, речь пойдет о
типичных ошибках, совершаемых на различных стадиях реализации проекта (при
проектировании, подготовке технической документации, поставках и монтаже), и
возможных методах контроля качества этого элемента крепежа.
Сначала напомним о самом элементе. Это важно, поскольку на практике
существует некоторая путаница с терминами. Вытяжная заклепка (с выступающим
бортиком - тип заклепки, используемой в строительстве), ее составные части и
размеры детально изображены на рис. 1, 2, 3, 4.
Иногда в коммерческих предложениях и технической документации системщиков и
строителей встречается словосочетание “потайная заклепка”. Наиболее вероятная
версия его происхождения - неправильный перевод с английского blind rivet.
Путаницу вносит и тот факт, что согласно терминологии ИСО и принятым среди
продавцов крепежа обозначениям, существует понятие “вытяжная заклепка с потайным
бортиком” (рис. 5).
Такую заклепку для краткости иногда называют “потайной”. Ее использование
предполагает, что отверстие в скрепляемом материале (в нашем случае - в
кронштейне, направляющей или облицовочном материале) развальцовывается под углом
120°. В строительной практике подобные заклепки используются крайне редко.
Реально предлагаются и применяются системщиками и строителями вытяжные заклепки
с выступающими бортиками (рис. 1).
Составные части вытяжной заклепки с выступающим бортиком
Тело заклепки. Применительно к этой части заклепки достаточно часто
используются названия “корпус”, “втулка”, “гильза”, “цилиндр”. Внесем
ясность: это та часть заклепки, которая после ее установки выполняет
несущие функции (рис. 2).
Бортик (рис. 2 и 4). Можно встретить также термины “головка”, “головка
тела”, “шляпка” и даже “юбка”. Толщина и диаметр бортика играют
важную роль в характеристиках прочности на разрыв или вырыв заклепки
(что не одно и тоже).
Увеличенный бортик. (Возможен вариант “широкий бортик”). У каждой стандартной
заклепки имеется бортик стандартного размера. Например, заклепки
наиболее популярного диаметра 4,8 мм изготавливаются с бортиком
9,5 мм, заклепке диаметром 4 мм соответствует бортик 8 мм. Но в
ряде случаев (при фиксации мягких материалов) применяются заклепки
с бортиком увеличенного диаметра (по сравнению со стандартным).
Как правило, это диаметры 11,14 или 16 мм.
Стержень (рис. 3). (Некоторые предпочитают названия “стержень-гвоздь”,
“сердечник”). Элемент заклепки, который играет важную роль при ее
установке и в период эксплуатации системы может повлиять на характеристики
коррозионной стойкости крепежного узла.
Наиболее типичные ошибки при использовании заклепок в строительстве.
Ошибки, совершаемые на стадии проектирования и подготовки технической документации.
Наименование материала, из которого изготовлена заклепка. В документации
должен указываться материал тела заклепки и ее стержня. При этом
необходимо называть конкретный сплав и по возможности приводить
химический состав этого сплава. На практике же чаще всего указывается
что-то типа “алюминиевая заклепка”, “заклепка из алюминиевых сплавов”,
“коррозионностойкая сталь”, “стальная заклепка” и т.д. Порой встречаются
и очевидные противоречия. В одном и том же документе сначала можно
встретить наименование “стержень из коррозионностойкой стали” (какой
именно?), а затем, в следующей таблице - “стальной стержень-гвоздь”.
То есть в первом случае имеется в виду заклепка AL/A2, а во втором
- Al/St. Почему-то точное указание сплавов, что давно принято при
маркировке остальных конструктивных элементов вентилируемого фасада
- кронштейнов, направляющих, кляммеров и т.д., - в ситуации с заклепками
не практикуется. А зря, поскольку устойчивость к коррозии и прочностные
характеристики заклепки в значительной степени зависят от химического
состава сплава, из которого она изготовлена. Рассмотрим пример с
алюминием. За рубежом согласно требованиям европейских стандартов
при производстве заклепок используется сплав 5154, так называемый
AlMg3,5%. В России же повсеместно применяется заклепка, изготавливаемая
из сплава AlMg1%. Оценить прочностные характеристики заклепок с
телом из AlMg3.5% и АlМg1% помогут таблицы 1 и 2, в которых приведены
результаты лабораторных испытаний этих заклепок на срез и разрыв.
Прочностные характеристики
заклепок. К числу типичных ошибок, совершаемых как при внесении
системщиками данных в технические свидетельства на систему, так
и при проектировании, относится использование прочностных характеристик,
приведенных в каталоге производителя заклепок. Однако каталог не
является нормативным документом. В каталогах даются усредненные
значения результатов испытаний, которые производились изготовителем
продукции. Но в действительности прочностные характеристики могут
быть как ниже, так и выше значений, указанных в каталогах. Пример:
показатель прочности заклепок в значительной степени зависит от
качества сырья, из которого они изготовлены.
Ранее упомянутый сплав
5154 имеет допуски по содержанию магния 3,1-3,9% (чем выше % магния,
тем прочнее сплав). Поскольку сплавы разных партий могут отличаться
по количеству содержащегося в них магния, то и показатели прочности
изготовленных их этих сплавов заклепок будут неодинаковыми. То же
самое можно сказать и об остальных материалах. Поэтому правильнее
ориентироваться на нормативные документы - стандарты ISO регламентирующие,
а также на минимально допустимые показатели по прочности (табл.
3; 4; 5).
Прочностные характеристики
узла с заклепкой. Этот момент зачастую неправильно понимается или
просто игнорируется. Как правило, в технической документации приводятся
прочностные характеристики на срез и разрыв самой заклепки. Но,
во-первых, прочность на разрыв самой заклепки и прочность на разрыв
узла - не одно и то же. При испытаниях самой заклепки по методике
ISO 14589 используется оснастка из материалов заведомо более прочных,
нежели сама заклепка. Поэтому происходит разрыв самой заклепки,
а не вырыв ее из оснастки. В случае же с системами вентилируемых
фасадов компоненты системы наоборот могут оказаться менее прочными
по сравнению с заклепками. Прежде всего, это относится к системам
с подконструкциями, изготовленными из алюминиевых сплавов (в основном
АД-31, 6060, 6063) и навесными алюминиевыми композитными панелями,
прочность которых меньше прочности алюминиевых (из сплава AlMg3,5%)
заклепок. В результате происходит вырыв заклепки из скрепляемых
ею материалов. Чтобы исключить риск возникновения подобных проблем
используют заклепки с увеличенным бортиком, благодаря которому происходит
перераспределение нагрузки на большую площадь и повышается прочность
всего узла. Но точные данные можно получить только в ходе испытаний
всего узла в целом.
Во-вторых, следует определять запас прочности, и в проект закладывать
предельно допустимые значения с учетом этого запаса. (Аналогично ситуации с
анкерными дюбелями, для которых определен запас прочности 5-7).
Коррозионная стойкость. К категории наиболее проблемных в отношении
устойчивости к воздействиям агрессивных сред относятся заклепки Al/St со
стержнем из оцинкованной стали и заклепки St/St из оцинкованной стали.
Заклепки Al/St с телом из сплава AlMg3,5% и стержнем из оцинкованной стали
достаточно широко используются отечественными производителями систем НВФ.
Серьезные
зарубежные фирмы, как правило, применяют заклепки из нержавеющей стали А2/А2
или Al/A2 со стержнем из нержавеющей стали и телом из сплава 5154. Почему?
Ответ прост. Толщина цинкового покрытия стержня заклепки составляет 5-7 мкм.
Однако при эксплуатации НВФ в городских условиях толщина цинкового покрытия
ежегодно уменьшается на 5-7 мкм. Стало быть, через год, максимум через два в
теле алюминиевой заклепки останется ничем не защищенный стальной стержень.
Сочетание
“сталь-алюминий” вызовет электрохимическую реакцию, в результате которой
коррозия
алюминия многократно ускорится, и прочностные характеристики заклепочного
соединения
существенно снизятся.
Примерно по той же схеме будет разрушаться цинковое покрытие заклепки St/St,
a потому ее тело через год или два тоже начнет коррозировать. Для дополнительной
защиты крепежного узла европейские производители предлагают увеличивать толщину
цинкового покрытия до 8 мкм и покрывать заклепку специальным гидролаком, что
существенно сказывается на ее стоимости. Поэтому на российский рынок
поставляются
в основном стандартные стальные оцинкованные заклепки. При желании их можно
обработать защитным составом (как оцинкованные направляющие), но на практике
этого никто не делает.
Совместимость материалов. Один из основных показателей совместимости
материалов - невозможность протекания электрохимической реакции между
компонентами системы. Наиболее распространенная ошиб ка - использование в НФС
материалов, которые при контакте образуют гальваническую пару (например,
алюминиевые заклепки + стальные направляющие и кронштейны). На данный момент
этот вопрос скорее уже относится к разделу “брак при монтаже”, так как в
последнее время разработчики систем и контролирующие органы уделяют вопросам
коррозии гораздо более пристальное внимание.
Толщина соединения. Длина заклепки должна подбираться в зависимости от
толщины скрепляемых материалов. Диапазон толщин, при котором допускается
использовать ту или иную заклепку, можно узнать у поставщика заклепок. Но иногда
длина заклепки выбирается с запасом. Почему-то считается, что это "не помешает,
что будет прочнее". Это заблуждение: будет не прочнее, а скорее -наоборот. Ведь
производители не зря дают свои рекомендации, и их следует принимать во
внимание.
Ошибки и нарушения при поставках и монтаже
Использование
заклепок AlMg1%/сталь. Как уже упоминалось выше, использование этих
заклепок недопустимо в НВФ. Но их по-прежнему продолжают широко
применять ввиду дешевизны. Причин, как видится, две:
1. Отсутствие четкого указания на сплавы, из которых должны изготавливаться
заклепки. В этой ситуации монтажники руководствуются принципом "если разницы не
видно, зачем платить больше".
2. Сознательная подмена в расчете на то, что контролирующие органы ее не
заметят.
Использование заклепок AlMgЗ,5%/сталь вместо заклепок AlMg3.5%/нерж.сталь,
определенных технической документацией. Проблемы со стержнем из оцинкованной
стали уже рассматривались выше. Из года в год увеличивается количество систем
НВФ, в которых "прописаны" заклепки AlMgЗ,5%/А2 со стержнем из нержавеющей стали
А2, но монтажники нередко пренебрегают регламентирующими документами и покупают
заклепки AlMg3,5%/St, которые минимум в 2,5 раза дешевле. Расчет прост - не
специалисту по металлам трудно определить (особенно тогда, когда заклепка уже
установлена, и стержень едва виден), что стержень изготовлен не из нержавеющей,
а из обычной стали.
Крепление кляммера из нержавеющей стали при помощи алюминиевой заклепки
(заклепка должна быть тоже из нержавеющей стали). В системах с керамогранитной
облицовкой в целях пожарной безопасности разрешается применять только стальные
(из нержавейки) кляммеры. В недалеком прошлом для их крепежа использовались
преимущественно алюминиевые заклепки, что резко понижало пожарную безопасность
системы. В последнее время этот вопрос решается контролирующими органами
исключительно в пользу заклепок из нержавеющей стали. Хотя на практике это
требование нередко нарушается.
Применение заклепки существенно меньшего диаметра по сравнению с диаметром
отверстия. Эта проблема чаще всего возникает при закреплении кляммеров. В
нормативах ISO четко указано, что диаметр отверстия под заклепку должен быть на
0,1 -0,2 мм больше диаметра самой заклепки. Увеличение этой разницы может
негативно повлиять на прочностные характеристики установленной заклепки. У
производителей систем данный вопрос тщательно продуман. Когда же начинаются
"творческие поиски" путей удешевления фасада и по этой причине отдельные
элементы системы, например те же кляммеры, приобретаются не у разработчика
системы, а у случайных людей, размер отверстий в кляммере может существенно
отличаться от диаметра заклепок.
Крепление композитных панелей при помощи заклепок со стандартным бортиком.
Серьезные производители/поставщики алюминиевых композитных панелей
рекомендуют использовать заклепки с увеличенным (11 мм и 14 мм)
бортиком. Например, при листовом методе крепления панелей можно
использовать заклепки с бортиком не менее 14 мм. Поскольку заклепки
со стандартным бортиком дешевле, эти рекомендации из соображений
экономии сознательно нарушаются. Результаты такой экономии - смятый
заклепкой композит - можно увидеть сразу же после монтажа (см. фото).
Однако при сильных ветровых нагрузках следует ожидать и более серьезных
последствий вплоть до разрушения крепежного узла.
Регламентирующие документы: o Российские сертификаты соответствия по системе
ГОСТ-Р. Это документ, который обычно предъявляют поставщики заклепок. На самом
деле сертификат соответствия заклепок ГОСТу 1 0304-80 никоим образом не является
документом, подтверждающим их качество и пригодность для использования в
системах НВФ. ГОСТ 10304-80 разработан для забивных заклепок, у которых очень
мало общего с вытяжными заклепками.
Стандарты ISO. Это основные регламентирующие документы, определяющие такие
важные характеристики самих заклепок, как типы материалов (но не конкретные
сплавы и их химический состав), размеры с допусками, рекомендуемые толщины
соединений,
проч-ностные характеристики и другие.
Внутренние стандарты производителя. Ряд вопросов все же не нашел отражение
в ISO. Например, конкретные сплавы, из которых изготавливаются заклепки, их
химический состав. Также нет отдельных ISO на заклепки Al/A2 (только на Al/St)
и на заклепки с увеличенным бортиком. Эти параметры регламентируются внутренними
стандартами производителя. Получить их всегда можно у поставщиков качественного
крепежа.
Добровольная сертификация. Протоколы испытаний. Подтверждением качества
поставляемых заклепок могут быть протоколы испытаний по основным
параметрам,определенные в стандартах ISO, а также выданные на их основе
добровольные сертификаты на соответствие стандартам ISO. Проверять необходимо
как минимум по 5 образцов каждого вида по каждой характеристике (размеры,
разрушающая нагрузка на срез, разрыв и другие). Также производителем при
испытаниях должны указываться не просто
типы заклепок (Al/St, Al/A2, St/St, A2/A2), но и наименование и химический
состав сплавов, из которых эти заклепки изготовлены. Стоит также особо
подчеркнуть, что лаборатория, проводящая такие испытания, должна иметь
необходимое оборудование, оснастку и в совершенстве владеть методиками
испытаний. Все это подробно регламентировано в ISO 14589:2000 “Вытяжные
заклепки. Механические испытания”. В противном случае результаты испытаний
нельзя считать достоверными.
Техническое свидетельство (свидетельство об оценке технической пригодности)
на систему НВФ). Техническое свидетельство на систему является документом, в
котором четко регламентировано, какие конструктивные элементы можно
использовать.
Но из-за недостатка информации по заклепкам именно по этому компоненту системы
до сих пор встречаются недоработки и противоречия (см. выше).
Техническое свидетельство на заклепки. Этот документ, по всей
вероятности, со временем станет базовым, вмещающим в себя не только
стандарты ISO и внутренние стандарты производителей, но и рекомендации
по применению, результаты дополнительно проведенных испытаний, исследований.
Появление такого серьезно проработанного документа поможет добросовестным
участникам рынка и отсеет бракоделов.
Таблица 1. Результаты испытаний на срез и разрыв заклепок с телом
из AlMg3,5%
Наименование изделия
Заклепка Al/St |
Норма на разрыв, не менее, (Н) |
Разрушающая нагрузка на разрыв, (Н) |
Норма на срез, не менее, (Н) |
Разрушающая нагрузка на срез, (Н) |
1700 |
2825 |
1200 |
2165 |
|
3096 |
|
2145 |
|
2668 |
|
2098 |
|
3044 |
|
2170 |
|
2910 |
|
2140 |
|
Ср.знач. |
|
Ср.знач. |
|
2909 |
|
2144 |
Таблица 2. Результаты испытаний на срез и разрыв заклепок с телом
из AlMg1%
Наименование изделия
Заклепка Al/St |
Норма на разрыв, не менее, (Н) |
Разрушающая нагрузка на разрыв, (Н) |
Норма на срез, не менее,
(Н) |
Разрушающая нагрузка на срез, (Н) |
1700 |
1275 |
1200 |
825 |
|
1055 |
|
638 |
|
1302 |
|
645 |
|
1330 |
|
868 |
|
1271 |
|
750 |
|
Ср.знач. |
|
Ср.знач. |
|
1247 |
|
745 |
Таблица 3. Механические характеристики вытяжных заклепок “нерж.сталь/нерж.сталь”
(по ISO 15983)
Номинальный диаметр, (мм) |
Тело заклепки |
Усилие на разрыв стержня,не более, (Н) |
Разрушающая нагрузка на срез, не менее, (Н) |
Разрушающая нагрузка на разрыв, не менее, (Н) |
3 |
1800 |
2 200 |
4100 |
3,2 |
1 900 |
2 500 |
4 500 |
4 |
2 700 |
3 500 |
6 500 |
4,8 |
4 000 |
5 000 |
8 500 |
5 |
4 700 |
5 800 |
9 000 |
Методы контроля качества
До
появления комплексного документа - технического свидетельства
(свидетельства об оценке технической пригодности) на заклепки
- хотелось бы порекомендовать следующие методы контроля качества
этого элемента крепления:
- предоставление поставщиком копий протоколов испытаний на прочностные
характеристики заклепок и письменных рекомендаций по использованию
заклепок в конкретных узлах;
- предоставление поставщиком информации о материалах, из которых
изготовлена заклепка, что позволит, сравнив эту информацию с
требованиями нормативных документов, убедиться в том, что поставляемая
продукция им соответствует;
•химический анализ материалов, из которых изготовлена заклепка.
Лаборатории, в которых можно провести такой анализ, взяв заклепку
чуть ли не со строительной площадки, имеются практически в каждом
городе. Стоимость такой процедуры невелика, а результат очень
важен, поскольку от химического состава материала напрямую зависят
прочностные характеристики заклепок и показатели их коррозионной
стойкости;
- проверка размеров. В данном случае речь идет не о проверке
номинальных размеров, (например, 4,8 или 3,2), а о проверке
реальных размеров и сравнении полученных результатов с нормативами
на допуски, закрепленными в стандартах ISO. Если размеры превышены,
заклепка может просто не пройти в отверстие, например, кронштейна
или кляммера. Если размеры меньше допустимых значений, это может
повлиять на прочностные характеристики крепежного узла. Определение
фактических размеров и химического состава с большой вероятностью
позволит, сравнив показания стребованиями нормативных документов,
определить, будет ли заклепка соответствовать заявленным прочностным
характеристикам или нет;
- проведение лабораторных испытаний на проверку прочностных
характеристик заклепок поставленной партии. (Особенности таких
испытаний были рассмотрены выше).
Таблица 4. Механические характеристики заклепок “алюминий AlMgЗ,5%/сталь”
и “алюминий AlMgЗ,5%/нерж.сталь” (по ISO 15977)
Номинальный диаметр, (мм) |
Тело заклепки |
Усилие на разрыв стержня, не более,
(Н) |
для заклепок класса L (с
телом из сплава AlMg3,5%) |
для заклепок класса Н |
Разрушающая нагрузка на срез, не менее, (Н) |
Разрушающая нагрузка на разрыв, не менее, (Н) |
Разрушающая нагрузка на срез, не менее, (Н) |
Разрушающая нагрузка на разрыв, не менее, (Н) |
2,4 |
250 |
350 |
350 |
550 |
2 000 |
3 |
400 |
550 |
550 |
850 |
3 000 |
3,2 |
500 |
700 |
750 |
1100 |
3 500 |
4 |
850 |
1 200 |
1250 |
1800 |
5 000 |
4,8 |
1 200 |
1700 |
1850 |
2 600 |
6 500 |
5 |
1400 |
2 000 |
2150 |
3100 |
6 500 |
6 |
2100 |
3 000 |
3 200 |
4 600 |
9 000 |
6,4 |
2 200 |
3150 |
3 400 |
4 850 |
11000 |
Таблица 5. Механические характеристики заклепок “сталь/сталь”
(по ISO 15979)
Номинальный диаметр, (мм) |
Тело заклепки |
Усилие на разрыв стержня, не более, (Н) |
Разрушающая нагрузка на срез, не менее, (Н) |
Разрушающая нагрузка на разрыв, не менее, (Н) |
2,4 |
650 |
700 |
2 000 |
3 |
950 |
1100 |
3 200 |
3,2 |
1100 |
1200 |
4 000 |
4 |
1700 |
2 200 |
5 800 |
4,8 |
2 900 |
3100 |
7 500 |
5 |
3100 |
4 000 |
8 000 |
6 |
4 300 |
4 800 |
12 500 |
6,4 |
4 900 |
5 700 |
13 000 |
|
|