Коррозионная стойкость металлоконструкций фасадных систем с вентилируемым зазором

Элементы фасадных систем из металла должны обладать не только устойчивостью к коррозии, но и другими важными характеристиками — прочностью, жёсткостью, теплопроводностью и электропроводностью. Все эти свойства учитываются при выборе подходящего материала для изготовления несущих конструкций.

В конструкциях навесных фасадов (НФС) чаще всего применяются три категории металлов: углеродистая сталь с антикоррозионной обработкой, алюминиевые сплавы и нержавеющая сталь. Однако в процессе эксплуатации эти материалы подвергаются воздействию агрессивных факторов окружающей среды, в результате чего возможно развитие контактной коррозии, особенно при сочетании разных металлов.

Особенности конструкции НФС предполагают постоянный воздухообмен между внешней и внутренней средой, а значит, материалы подвержены сезонным колебаниям влажности и температуры. В щели облицовки может проникать влага — в том числе дождевая и снежная — которая, вместе с пылью и конденсатом, становится источником коррозионных процессов на поверхности крепежа и подконструкции.

Кроме взаимодействия между различными металлами в составе фасада, следует учитывать контакт элементов подконструкции с утеплителем. В большинстве случаев применяются минераловатные плиты на фенольной связке, которая, как показывают исследования, может оказывать коррозионное воздействие на металлические компоненты, особенно при наличии влаги.

Коррозия — это разрушение металла под воздействием химических или электрохимических процессов. Чисто химическая коррозия встречается довольно редко: чаще всего коррозия развивается на границах сред или в местах стыков — например, внахлёст соединённых элементов, где создаются условия для дифференциальной аэрации. Подобные участки становятся очагами ускоренного разрушения металла.

На кафедре «Защита металлов и технологии поверхности» НИТУ «МИСиС» проводятся исследования, направленные на изучение поведения различных видов металла — от алюминиевых сплавов до нержавейки — при контакте с утеплителем в условиях, имитирующих реальные нагрузки.

В рамках этих испытаний были изготовлены образцы двух типов. В одном случае заклёпка размещалась внутри слоя утеплителя (рис. 1а), в другом — выносилась за его пределы (рис. 1б). Ускоренные испытания проводились в условиях, моделирующих прохождение "точки росы", чтобы определить интенсивность увлажнения металлических поверхностей на границе с утеплителем и степень коррозионного воздействия.

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