Коррозионная стойкость металлоконструкций фасадных систем с вентилируемым зазором

Для выполнения своих функций металлические детали строительных конструкций кроме коррозионной стойкости также должны обладать комплексом свойств (таких как прочность, твёрдость, электро- и теплопроводность), которые в совокупности служат критериями при выборе конструкционного материала для их изготовления.

В навесных фасадных системах (НФС) в основном используются три группы конструкционных материалов – углеродистые стали с дополнительными антикоррозионными покрытиями, алюминиевые сплавы и нержавеющие стали.

Металлоконструкции 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 несущих конструкций происходит оседание пыли и конденсата водяных паров, содержащих агрессивные агенты, а через зазоры облицовки к ним проникают осадки в виде дождя или снега.

Кроме учёта взаимодействия элементов подконструкций, изготовленных из разнородных металлических материалов, необходимо принимать во внимание одновременный контакт этих металлов с минераловатными утеплителями, изготовленными, как правило, на фенольной связке, коррозионная активность которой по отношению к элементам подконструкции ранее не учитывалась.

Коррозия - это разрушение металла в результате химической или электрохимической реакции. Однако, чисто химический процесс коррозионного разрушения встречается крайне редко. Для его протекания металлическая деталь должна быть полностью погружена в электролит, если же погружение частичное, то на границе сред будет возникать разность потенциалов, и будет создан элемент дифференциальной аэрации. Аналогичное явление можно наблюдать вокруг посторонних включений в металл или на стыке двух пластин, соединённых внахлёст, где окисление происходит гораздо интенсивнее.

На кафедре «Защита металлов и технологии поверхности» НИТУ «МИСиС» проводятся комплексные исследования влияния материала утеплителя на коррозионную стойкость нержавеющих сталей, алюминиевых сплавов и углеродистых сталей в условиях, приближенных к реальным.

Для испытаний были изготовлены образцы двух вариантов исполнения, когда заклёпка крепления направляющей и кронштейна находится в толще утеплителя (рис. 1а) и вынесена из утеплителя (рис. 1б). Ускоренные коррозионные испытания были проведены в камере, моделирующей условия прохождения «точки росы», когда осуществляется увлажнение поверхностей деталей на границе раздела «металл-утеплитель».

Рис. 1. Внешний вид образцов для испытаний металлоконструкций в контакте с утеплителем

В результате коррозионных испытаний установлено, что только коррозионностойкие стали устойчивы в контакте с утеплителем. На их поверхностях выявлено незначительное помутнение (рис. 2а), коррозионных повреждений в материале деталей не зафиксировано (рис. 2б).

Рис. 2. Внешний вид (а) и состояние материала (б) деталей из коррозионностойких сталей

Одним из способов борьбы с электрохимической коррозией является применение протекторных покрытий, в частности цинка. Принцип протекторной защиты основан на разности электрохимических потенциалов железа (–0,44 В) и цинка (–0,76 В). При повреждении покрытия и наличии электролита (капель воды, раствора соли, и т.д.) в этом месте образуется гальваническая пара, в которой корродирует цинк, а не железная основа. Поэтому такое покрытие эффективно даже при наличии дефектов, а защита работает тем дольше, чем толще слой цинка. Однако, цинковое покрытие не защищает стальные детали от интенсивной коррозии при контакте с утеплителем. Через месяц испытаний выявлено практически полное разрушение защитного слоя и признаки коррозии стальной основы (рис. 3).

Рис. 3. Внешний вид деталей из оцинкованной стали

Окрашенные оцинкованные стали после испытаний в толще утеплителя, сохранились практически полностью. Утеплитель не повлиял ни на их внешний вид (рис. 4а), ни на физико-механические свойства, в частности адгезию (рис. 4б).

Рис. 4. Внешний вид (а) и свойства (б) деталей из окрашенной оцинкованной стали. На рисунке (б) показазано определение адгезии по методу Х-образного надреза.

Самый неожиданный эффект обнаружен в материале деталей, изготовленных из алюминиевого сплава типа 6063. Как известно, по результатам многолетних испытаний вышеуказанного сплава, как в натурных, так и лабораторных условиях не наблюдалось ни одного случая расслаивающей коррозии или коррозионного растрескивания. Однако, в контакте с утеплителем уже через месяц испытаний в материале деталей была выявлена довольно интенсивная расслаивающая коррозия, которая является наиболее опасным видом коррозионного разрушения, так как это единственный тип коррозии, который не тормозится со временем, что может привести к значительному изменению геометрии профилей. В связи с тем, что в фасадных системах используются тонкостенные детали, то к возможности появления таких коррозионных повреждений следует относиться очень внимательно.

Рис. 5. Внешний вид (а) и состояние материала (б) деталей из алюминиевого сплава

Таким образом, на основании исследований, проведённых на кафедре «Защиты металлов и технологии поверхности» НИТУ «МИСиС» установлено, что образующаяся внутри утеплителя среда является активно коррозионно-агрессивной. Металлические кронштейны, на которые действует постоянная нагрузка от веса облицовки, находятся внутри утеплителя в зоне конденсации с доступом воздуха, но без эффективной вентиляции. Это является отличительной особенностью именно навесных фасадных систем и в процессе эксплуатации может значительно ускорить коррозионные процессы в металлах, которые протекают вне зависимости от агрессивности наружной среды. При этом необходимо учесть, что навесные фасадные системы являются тонкостенными конструкциями, и интенсивное коррозионное разрушение может достаточно быстро снизить несущую способность и, как следствие, эксплуатационную безопасность. Появление коррозии возможно только при наличии влаги на поверхности металла или в толще утеплителя; при отсутствии конденсации влаги на поверхностях деталей утеплитель защищает металлоконструкции от воздействия агрессивной атмосферы.

Автор: Волкова О. В., научный сотрудник
Кафедра «Защита металлов и технологии поверхности» НИТУ «МИСиС»
Данная статья была опубликована в журнале «Крепеж, клеи, инструмент и...» в номере № 3 (49) от 2014 г,
сайт журнала www.fastinfo.ru