Коррозионная стойкость

Весьма проблематичным может  оказаться применение хромоникелевых аустенитных сталей в том случае, когда строящийся объект расположен на морском побережье. Это объясняется тем, что в условиях приморской атмосферы у подобных сталей появляется склонность к точечной коррозии Для строительства в прибрежных районах больше подойдет аустенитная сталь, легированная молибденом и титаном (например, сталь 08Х17Н13МЗТ). Поэтому я еще раз повторяю: чтобы правильно выбрать материал для подконструкций. необходимо исходить из конкретных условий эксплуатации.

Легирующие элементы, без  всякого сомнения, благотворно влияют на характеристики сплавов, но они заметно  увеличивают их стоимость. Поскольку  ценовой показатель — один из основных факторов, влияющих на выбор компонентов  системы, многие стараются использовать материалы подешевле, что не всегда бывает обоснованно. В связи с этим хочется напомнить известную пословицу: "скупой платит дважды", которую следует понимать так: "сэкономишь на строительстве — потеряешь на эксплуатации".

Но вопросы экономической  политики — это не наша сфера, поэтому  продолжим разговор о конструкционных  материалах. Помимо сплавов на основе железа в строительной отрасли нашли  применение сплавы алюминия с магнием и кремнием. Кроме основных компонентов в алюминиевых сплавах присутствуют неизбежные примеси: железо, медь, цинк, свинец, водород. Первые алюминиевые сплавы, полученные в 50-х годах XIX века, представляли собой сплав алюминия с кремнием и характеризовались невысокими прочностью и коррозионной стойкостью. В середине прошлого века, когда объемы потребления алюминия в строительстве заметно возросли, в подавляющем большинстве случаев для изготовления конструкций применялись сплавы системы Аl-Мg-Si (типа 6063 и его российский аналог АД31). В дальнейшем развитие сплавов строительного назначения шло по пути увеличения их механических и коррозионностойких свойств за счет повышения содержания легирующих добавок. В настоящее время в мире существует около 70 марок Аl-Мg-Si сплавов/ Алюминиевые сплавы, применяемые в фасадостроении. можно условно разделить на две группы: сплавы строительного назначения для ограждающих конструкций (типа 6060; 6063; АД31), обладающие пределом прочности 170-250 МПа. и конструкционные сплавы для несущих конструкций (типа 6061; 6082; российские аналоги АДЗЗ и АД35 соответственно) с повышенным содержанием легирующих элементов и пределом прочности не менее 300 МПа. Основная цель, которая преследовалась при разработке сплавов трехкомпонентной системы Аl-Мg-Si, как раз и заключалась в том чтобы обеспечить максимальную коррозионную стойкость конструкций при использовании их в атмосферных условиях.

— Какие виды разрушений характерны для алюминиевых сплавов?

— В отличие от обычных  сталей для алюминиевых сплавов  характерна незначительная общая коррозия. Алюминий очень хорошо окисляется На поверхности "живого", то есть дополнительно не обработанного алюминиевого сплава быстро образуется пленка Аl₂O₃, и создается впечатление, что с самим металлом вроде бы ничего не происходит. Конструкции остаются гладкими, блестящими в течение достаточно длительного периода времени. Однако многие не догадываются, что под воздействием атмосферных условий в объеме сплава происходит внутреннее охруп-чивание, так называемая локальная коррозия, в связи, с чем прочность конструктивных элементов намного уменьшается, и срок службы системы, естественно, сокращается.

Алюминиевые сплавы в "живом", то есть в не анодированном виде, на мой взгляд использовать нежелательно. Анодирование, то есть принудительное образование защитного оксида — очень эффективный способ зашиты алюминиевых конструкций от многих видов коррозии, позволяющий как минимум процентов на 50% увеличить их долговечность. Скажем, на конструкциях, выполненных из АД31. при их эксплуатации в не анодированном виде уже лет через 15-20 могут появиться существенные очаги повреждений. Анодированный же сплав начинает разрушаться лет через 25, а чаще всего после 35-40 лет эксплуатации. Продлить срок службы алюминиевого каркаса до 50 лет позволяет двухступенчатая система защиты: анодирование с последующим нанесением лакокрасочного покрытия.

К числу недостатков алюминиевых  сплавов следует отнести зависимость  качества сплава от того, кто его  изготавливает и из каких элементов. Ведь можно сделать алюминиевый  сплав, по соотношению основных компонентов  соответствующий нормативным требованиям, но при этом не соблюсти ограничения  по концентрации вредных примесей: Fе, Cu, Zn, Pb. Например, увеличить содержание железа или меди, что сразу же переведет сплав в разряд коррозионно неустойчивых. Вот почему любые коррозионные исследования (и в том числе испытания) необходимо начинать с определения химического состава конструкционного материала.

Один из основных недостатков  алюминиевых сплавов — низкий предел огнестойкости, что отрицательно сказывается на пожарной безопасности фасадной системы. Температура плавления  алюминия 660°С, однако алюминиевые конструкции уже при 200-250°С начинают терять прочность. Эта особенность должна обязательно учитываться при проектировании фасадных систем.

Одним словом, пригодных материалов много, просто их применение должно быть обоснованным. Тогда и проблем, обусловленных  способностью металлов разрушаться  под воздействием негативных факторов окружающей среды, будет меньше.

— В деле обеспечения  долговечности и безопасности навесной фасадной системы не последнюю роль играет крепеж. Анкеры, болты, винты, саморезы. заклепки и т.п., изготавливаемые из сплавов на основе железа и алюминия, при определенных условиях могут спровоцировать развитие разрушительных процессов. Какие моменты следует учитывать, чтобы сократить до минимума риск возникновения проблем, обусловленных недостаточной коррозионной стойкостью металлических компонентов фасадной системы?

— Во-первых, надо запомнить  одно правило — никогда не применять  крепежные изделия, не прошедшие  техническую оценку пригодности. К  сожалению, на сегодняшний день ситуация такова, что случаи использования  не сертифицированного крепежа встречаются  сплошь и рядом. У такого крепежа, как правило, и механическая прочность  не надлежащая, и покрытие выполняет  скорее декоративные функции, нежели защитные, поскольку по толщине не превышает 4-5 мкм.

Очень часто встречающаяся  ошибка, которая может привести к  непредсказуемым последствиям. — применение в одном крепежном узле разнородных материалов: оцинковки, нержавеющей стали и алюминиевых сплавов без дополнительных мер изоляции контактирующих поверхностей. Иногда это грубейшее нарушение технологии закладывается в проект, что свидетельствует о некомпетентности разработчика системы. В некоторых случаях дает о себе знать пресловутый человеческий фактор. Это те самые случаи, когда монтажник знает, как надо делать, но по каким-то причинам не выполняет рекомендации разработчика системы относительно технологии монтажа. Ведь практически в любом альбоме технических решений сказано, каким образом должны изолироваться места контакта: где необходимо применить окрашивание, где следует установить прокладки. Кроме того, существуют строительные нормы и правила, в которых все это достаточно подробно расписано. Однако и они благополучно игнорируются. Самое эффективное средство борьбы с подобной самодеятельностью — контроль, но разве можно проконтролировать качество выполнения всех крепежных узлов?

В фасадных конструкциях существует еще один потенциально опасный момент — контакт металлических элементов  с теплоизоляционными материалами  из минерального, каменного или стеклянного  волокна. К сожалению, в отечественном  материаловедении достаточно много  белых пятен, поэтому мы пока еще  не можем точно определить степень  агрессивности среды, возникающей  при увлажнении той же минваты, дать какие-то определенные рекомендации относительно способов защиты металлоконструкций, но о подобном разрушающем факторе тоже не следует забывать.

—В чем суть процесса коррозии, протекающего в  местах контакта разнородных элементов, например, оцинкованного крепежа  и несущих конструкций из алюминиевых  сплавов?

— Во-первых, следует иметь  в виду, что контактная коррозия возникает практически в любой  конструкции, так как это обусловлено  неизбежным применением разнородных  металлов. Желательно, чтобы электрохимическая  разнородность была минимальна.

В основе явления контактной коррозии лежит работа гальванического  элемента, в котором разрушается  анодный (более электроотрицательный) компонент. Отсюда следуют основные способы предотвращения (или торможения) этого вида коррозионных разрушений — применение изолирующих (размыкающих  гальванический элемент) прокладок, уменьшение площади катодных (электроположительных) деталей, нанесение защитных покрытий.

В общем случае (как было показано в работах Акимова Г.В., Томашова Н.Д.. Розенфельда И.Л.) коррозия алюминиевых сплавов уменьшается при образовании гальванической пары с цинком. Но в реальных конструкциях, эксплуатирующихся в атмосфере, ситуация несколько сложнее лабораторных условий, так как возможны местное образование конденсата, появление участков с пористыми гигроскопичными наслоениями пыли, образование объемных продуктов коррозии контактирующих материалов.

Например, в местах достаточно жестких контактов (под шляпкой  заклепки или под головкой болта), где образование конденсата практически  исключено, электролитическая реакция  протекать не сможет, но после значительного  повреждения крепежа и образования  продуктов коррозии вблизи места  контакта начнется локальная коррозия алюминиевого сплава (рис. 2). Чаще повреждения  возникают в местах неплотного примыкания шляпки оцинкованного крепежа к  поверхности алюминиевого профиля  вследствие образования конденсата в зазоре.

Кстати, саморезы — достаточно небезопасный для вентфасадов элемент конструкции, поскольку при импульсных вибрациях навесных элементов облицовки соединение постепенно разбалтывается, что при одновременном постепенном уменьшении сечения саморезов вследствие коррозии может привести к их самовыкручиванию. Заклепочное соединение обладает большей надежностью. Кроме того, с заклепками проще подобрать тот или иной материал и легче организовать изоляцию одного материала от другого.

Источник: Журнал "Технологии строительства" №7, 2006 г.