Достаточно давно известно, что долговечность металлоконструкций с точки зрения интенсивности коррозионных повреждений может быть обеспечена соблюдением известных правил: рациональным конструированием, правильным выбором материалов и учетом условий эксплуатации.
Долговечность и надежность металлоконструкций определяется не только совокупностью физических, механических и химических (в том числе и коррозионной стойкостью) свойств применяемых материалов, но и скоростью деградации этих свойств. Так как пока не обнаружено абсолютно коррозионностойких материалов, то необходимо учитывать постепенную деградацию рабочих свойств материалов и необходимость применения дополнительных мер противокоррозионной защиты. И одной из таких мер является применение цинковых покрытий.
Оцинкованная сталь является одним из наиболее распространенных материалов, применяемых в строительстве. 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» сталью.
Наиболее часто для изготовления элементов подконструкций НФС используется горячеоцинкованная сталь, поверхностный слой которой представляет собой 2-4-хслойную систему, состоящую из сплавов железо-цинк и чистого цинка.
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.
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 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 про-дуктов коррозии цинка и ее устойчивостью во времени. 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, фосфатирование и «цирконизация». Такая обработка предотвращает образование «белой ржавчины» на поверхности цинкового покрытия на деталях подконструкций навесных фасадов в большинстве случаев в городской атмосфере 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 опубликованным данным средняя скорость коррозии низкоуглеродистой стали и цинкового покрытия увеличивается на 30-70% во влажной минераловатной плите по сравнению с эксплуатацией в открытой атмосфере. В то же время следует учитывать, что утеплитель сильно увлажняется только в случае монтажных ошибок.
Оцинкованная сталь применяется достаточно широко в различных климатических условиях, однако без применения дополнительной защиты в виде полимерных покрытий долговечность конструкций из профилированной оцинкованной стали недостаточна и обычно не превышает 20-25 лет, так как чаще всего используется сталь со слоем цинка толщиной не больше 20 мкм.
Средняя скорость коррозии в открытой атмосфере в зависимости от степени ее агрессивности составляет для низкоуглеродистой стали– 50-200 мкм/год; для цинка – 2-16 мкм/год. Простой расчет показывает, что через 20 лет эксплуатации слой цинка практически исчезает, а глубина разрушения стали может превысить 2 мм (напомним, что средняя толщина стального профиля не превышает 1,5 мм). Расчеты подтверждаются результатами обследований в условиях реальной эксплуатации – при периодической конденсации влаги цинковое покрытие на саморежущих винтах разрушается на 80 % за 7-8 лет, на оцинкованных стальных профилях продукты коррозии стали появляются через 4-10 лет. Однако, при прямом доступе атмосферы разрушение оцинкованной стали может начаться и гораздо быстрее.
Однако не надо забывать про известное выражение: «просто коррозии материала не бывает, бывает коррозия конкретного материала в конкретных условиях». Это означает, что всегда следует рассматривать конкретные условия эксплуатации для назначе-ния конкретного типа противокоррозионной защиты.
Фасадные системы с воздушным зазором или, как их иногда называют, вентилируемые фасады, представляют собой пространственную конструкцию, состоящую чаще всего из облицовки, несущей конструкции и утеплителя. Поэтому следует отметить, что долговечность деталей из оцинкованной стали существенно зависит от степени «вентилируемости» воздушного зазора между стеной и облицовкой. При отсутствии такого зазора возможно сильное увлажнение утеплителя, вызывающее образование kонденсата на металлических деталях, что приводит к появлению ржавчины, свидетельствующей о полном разрушении цинкового покрытия, уже через 1-2 года.
Но есть и другие примеры, которые свидетельствуют о том, что оцинкованная сталь демонстрирует весьма неплохую устойчивость к атмосферной коррозии при условии практически полного отсутствия щелевых зазоров между облицовочными материалами по всей плоскости фасада (либо сплошная облицовка композитными панелями, либо сайдингоподобная полимерная облицовка). Подробное обследование подконструкции фасада здания в жилом массиве Москвы после 6 лет эксплуатации выявило увеличение скорости коррозии оцинкованной стали до 2-2,5 мкм/год только на участке с механически разрушенной облицовкой, тогда как для других обследованных участков установленная средняя скорость коррозии не превысила 0,5 мкм/год.
Обследование после 10 лет эксплуатации вблизи аэропорта «Домодедово» подконструкции фасада, обеспечивающей хорошую вентиляцию в зазоре, не выявило заметных повреждений цинкового покрытия на стальных профилях. Средняя скорость коррозии в данном случае составила лишь 0,5-1,0 мкм/год, что при толщине слоя цинка 30-35 мкм дало возможность сделать вывод о допустимости дальнейшей эксплуатации данной системы из оцинкованной стали без полимерного покрытия в течение не меньше 20-ти ближайших лет. Такая устойчивость оцинкованной стали, может быть обусловлена не только продуманностью конструкции в целом, но и тем, что по данным метеорологических служб атмосфера вблизи обследованных объектов по степени загрязненности может быть отнесена к слабоагрессивной.
Однако, так как в реальных условиях навесные фасадные системы с действительно хорошо вентилируемым зазором встречаются не часто, поэтому следует понимать, что увеличить срок эксплуатации оцинкованной стали можно двумя основными способами – увеличением толщины слоя цинка и (или) дополнительным окрашиванием специальными атмосферостойкими материалами.
Принято считать, что цинковое покрытие, нанесенное в количестве 760 г/м2 (толщина ≥100мкм), 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 в ряде случаев экономически целесообразно вместо увеличения толщины цинковых покрытий применять нанесение на них органических полимерных покрытий.
Окраска может быть осуществлена разными методами (воздушное, безвоздушное, электростатическое напыление или электрофорез) как в стационарных цеховых условиях, так и непосредственно на монтажной площадке.
Ответить на вопрос, какое лакокрасочное покрытие лучше или хуже, довольно сложно, так как выбор той или иной полимерной противокоррозионной системы зависит и от цены, и от требуемой долговечности, от ремонтопригодности и еще многих параметров.
Весьма неплохими можно считать полиуретановые, полиэфирные или поливинилдифторидные композиции, которые весьма хорошо себя проявляют и при профилировании и при эксплуатации. Обычные глифталевые или пентафталевые составы не позволяют защитить оцинкованную сталь от коррозии больше, чем 4-6 лет в условиях городской атмосферы, что недостаточно для НФС. В ряде случаев наиболее приемлемым решением может быть применение цинк- или алюминийнаполненных
протекторных составов.
протекторных составов.
Необходимо указать, что существенное увеличение срока службы металлоконструкций возможно при замене цинковых покрытий на цинк-алюминиевые или алюмо-цинковые 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.
Авторы: А. В. Казакевич, О. В. Волкова, НПЦ
«ЭкспертКорр-МИСиС», г. Москва
«ЭкспертКорр-МИСиС», г. Москва
