|
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 качеств при эксплуатации изделия в условиях агрессивной внешней среды определяет в основном надежность работы и срок службы изделия.
Надежность и долговечность возведенных строительных конструкций - приоритетное направление современного строительства. Естественно, что это относится самым непосредственным образом к сравнительно новой разновидности фасадных систем - навесным фасадным системам (НФС).
Долговечность металлоконструкций обычно определяется следующими условиями:
- правильное конструирование,
- правильный выбор материалов,
- учет условий эксплуатации.
В практике строительства используются в основном три группы конструкционных материалов - "черные" стали, алюминиевые сплавы и нержавеющие стали. Эти материалы весьма сильно различаются по своим механическим и физико-химическим свойствам. Для улучшения эксплуатационных характеристик используемые материалы подвергаются дополнительной термомеханической и химической обработке.
Элементы фасадов в процессе эксплуатации подвергаются воздействию агрессивных компонентов внешней атмосферы, которое приводит к контактной коррозии разнородных материалов. Поэтому для определения коррозионной стойкости материалов НФС
необходимо учитывать постоянный 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, а через зазоры облицовки к ним проникают осадки в виде дождя (снега).
Опубликованные сведения по определению реального коррозионного износа материалов подконструкций НФС в настоящее время отсутствуют, и проектировщики вынуждены обращаться к результатам испытаний прошлого века.
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.
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, близких к реальным средам
применения. Было 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 (рис.1) и может привести к его внезапному разрушению под действием знакопеременных ветровых нагрузок.
Рис.1. Межкристаллитная коррозия алюминиевого сплава после испытаний в камере соляного тумана.
Кроме учета взаимодействия элементов подконструкций НФС, изготовленных из
разнородных металлических материалов, необходимо принимать во внимание
одновременный контакт этих металлов с минераловатными утеплителями, которые, как
правило, изготавливают на фенольной связке, коррозионная активность которой по
отношению к элементам подконструкции не учитывается строителями. Однако известно, что 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.
Немаловажным является тот факт, что приведенные данные по скорости коррозии относятся к равномерной коррозии, тогда как для стали в атмосфере характерны язвенные повреждения, а для алюминиевых сплавов - межкристаллитная и расслаивающая коррозия. Понятно, что местное повреждение существенно снижает сечение металлоконструкций, тем самым, ухудшает прочностные характеристики и, соответственно, уменьшает
долговечность конструкции.
В связи с тем, что в НФС используются тонкостенные алюминиевые профили, то к возможности таких коррозионных повреждений следует относиться очень внимательно. В качестве примера ниже приводятся результаты осмотра подконструкции одного из типов НФС, который эксплуатировался в течение 20 лет в Москве. Элементы подконструкции
изготовлены из сплава АД31. Внешний осмотр показал незначительное помутнение
поверхности профиля и небольшие язвенные повреждения (Рис.2), тогда как в то же время на поперечном шлифе уже видны трещины межкристаллитной коррозии глубиной
до 0,7 мм, а это уже треть сечения (Рис.3). Проведенные механические испытания показали снижение предела прочности на 20-30%, при этом на изломе видны продольные трещины расслаивающей коррозии (Рис.4).
Рис.2. Состояние
поверхности алюминиевого профиля после 20 лет эксплуатации в атмосфере г.
Москвы
Рис.3. Поперечный шлиф алюминиевого профиля
Рис.4. Поверхность излома несущего профиля
Ускоренные коррозионные испытания металлических материалов являются частью проблемы прогнозирования надежности строительных конструкций, эксплуатируемых в
различных климатических условиях. Моделирование условий эксплуатации неизбежно
связано с определенными упрощениями и допущениями, поскольку точное воссоздание
реальной коррозионной ситуации практически невозможно. Поэтому результаты испытаний могут дать только ориентировочную оценку.
Целью ускоренных коррозионных испытаний в климатических камерах является решение двух разных по своей направленности задач:
- "отбраковка" систем с низкой
коррозионной стойкостью
- прогнозирование коррозионной стойкости металлических материалов.
Если требуется провести сравнительные испытания различных металлов, то обычно выбирают более жесткие режимы испытаний по сравнению с реальными условиями
эксплуатации (более высокая температура или более агрессивная среда). В результате
таких испытаний удается отобрать наиболее коррозионностойкие системы. В то же время для получения прогнозных оценок следует реализовывать режимы, мало отличающиеся от 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, обладающего
требуемой коррозионной стойкостью является практический опыт, наличие которого
позволяет обоснованно подходить к анализу агрессивности условий, проведению
коррозионных испытаний и выдаче рекомендаций. Это означает необходимость проведения не только лабораторных ускоренных, но и реальных натурных испытаний на коррозионных станциях с тщательным описанием характеристик наблюдаемого разрушения и внешней среды (состава атмосферы, влажности, температуры и других параметров). 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.
Нельзя обойти и еще одну проблему - проблему качества поступающих на стройку материалов. Многолетние коррозионные испытания и определение соответствия химического состава используемых сплавов заявленным в документах значениям выявили периодически встречающиеся значительные отклонения. Так, содержание основных легирующих элементов в нержавеющих сталях может выходить за допустимые границы. Качество оцинкованной стали (равномерность толщины, возможная "непроцинковка", адгезия цинкового слоя) также сильно варьируется. Все это заметно влияет на долговечность строительных металлоконструкций и приводит к необходимости создания системы входного контроля материалов, применяемых в НФС.
|
