Коррозионная стойкость стального анкерного крепежа

Одной из важных характеристик анкерного крепления является обеспечение коррозионной стойкости металлических элементов анкеров. Неспособность анкера сопротивляться долговременному воздействию агрессивных сред может привести к существенному снижению его прочностных характеристик и стать причиной аварийного состояния фасадной или другой строительной системы.

При изготовлении анкеров используются разные типы сталей и различные варианты защитных покрытий. Остановимся на наиболее часто используемых в строительной практике материалах.

Коррозионностойкие стали

Для изготовления анкеров применяется два типа коррозионностойких сталей А2 (Cr-Ni) и А4 (Cr-Ni-Mo), которые близки по составу и одинаково хорошо «работают» во влажных и промышленных средах как за счёт высокого содержания хрома, способного на поверхности деталей образовывать защитную пассивную плёнку, так и за счёт однородной аустенитной структуры, которая мало подвержена коррозии в этих средах.

Разница в коррозионной стойкости сталей заметна только в атмосферах, содержащих хлориды (рис.1), которые, нарушая пассивное состояние, приводят к локальному активированию поверхности и развитию мелких глубоких коррозионных поражений, называемых питтингами. Основным компонентом, препятствующим воздействию хлоридов на устойчивость сталей А2 и А4 к питтинговой коррозии, является хром. Введение 2-3% молибдена в состав стали А4 способствует повышению устойчивости пассивного состояния и приводит к уменьшению количества и глубины питтинговых повреждений.

Рис.1. Внешний вид поверхностей анкеров, изготовленных из сталей А2 и А4 после испытаний на склонность к питтинговой коррозии

Таким образом, анкеры из сталей А2 применяются в городских средах с повышенной влажностью и содержанием сернистого газа, сталь А4 рекомендуется использовать в приморских атмосферах, бассейнах, тоннелях.

Низкоуглеродистые стали с металлическими покрытиями

Самым распространённым металлом, применяемым для защиты анкеров из углеродистой стали от атмосферной коррозии, является цинк. Существуют различные виды цинкования, основными из которых являются гальваническое, горячее, термодиффузионное, имеющие свои особенности.

Гальванические цинковые покрытия (рис. 2) обладают наименьшей коррозионной стойкостью, так как они тонкие, 7-18 мкм (рис. 2б), и отличаются большой пористостью и низкой коррозионной стойкостью особенно в агрессивных промышленных атмосферах. Повысить защитные свойства таких покрытий можно при использовании финишной обработки в виде дополнительной пассивации с образованием композитных плёнок, которые защищают гальванический цинк от разрушения. Такая обработка предотвращает начало коррозии на поверхности цинкового покрытия в большинстве агрессивных промышленных атмосфер.

Рис. 2. Внешний вид (а) и внутреннее состояние (б) анкера с гальваническим цинковым покрытием

Покрытие горячим цинком (рис. 3), на сегодняшний день, является одним из лучших, главное преимущество которого - высокая коррозионная стойкость, в несколько раз превышающая стойкость электролитически оцинкованного крепежа. Для надёжной защиты стали требуются довольно толстые покрытия, толщина которых составляет не менее 45 мкм (рис. 3б). При нанесении тонких покрытий (25—30 мкм) есть большая вероятность образования различных несплошностей, что в процессе эксплуатации может снизить их защитную способность. По составу горячие цинковые покрытия двухслойные, состоящие из внутреннего диффузионного железо-цинкового и верхнего слоя, который состоит из чистого цинка. Образующиеся продукты коррозии достаточно рыхлые и могут легко удаляться, что способствует дальнейшему протеканию коррозионного процесса и разрушению слоя покрытия, что также является причиной необходимости нанесения толстых покрытий.

Рис. 3. Внешний вид (а) и внутреннее состояние (б) анкера с горячим цинковым покрытием

Термодиффузионный способ (рис. 4) обеспечивает получение беспористых цинковых покрытий, поэтому возможно их нанесение небольшой толщины 25—30 мкм (рис. 4б), что является большим преимуществом диффузионных покрытий по сравнению с технологией горячего цинкования.

Данный способ позволяет получить гладкую поверхность и одновременно обеспечить высокую коррозионную стойкость и адгезию за счёт взаимной диффузии железа и цинка, поэтому покрытие мало подвержено отслаиванию или скалыванию при ударах, механических нагрузках и деформациях. На диффузионных цинковых покрытиях, состоящих из железоцинкового сплава, в эксплуатационных условиях при воздействии агрессивной среды образуются плотные слои из продуктов коррозии, которые обладают защитными свойствами и предохраняют нижележащие слои покрытия от разрушения.

Рис. 4. Внешний вид (а) и внутреннее состояние (б) анкера с термодиффузионным цинковым покрытием

Алюмоцинковое покрытие представляет собой сплав, состоящий из алюминия, кремния, цинка, который обеспечивает надёжную противокоррозионную защиту стальной основы. Алюминий на поверхности деталей образует устойчивый оксид и интерметаллическое соединение с кремнием, которые обладают высокой коррозионной стойкостью и способствуют прочному сцеплению покрытия с основой. Скорость коррозии такого покрытия на порядок ниже по сравнению с покрытием горячим цинком.

Следует отметить, что оцинкованная сталь применяется в конструкциях при непосредственном контакте с другими материалами. Поэтому долговечность оцинкованной стали зависит не только от характеристик покрытия (химический состав, толщина, равномерность, структура), но и от внешних факторов (контактирующих металлов и неметаллов, внешней среды).

Комплексные покрытия, состоящие из гальванического металлического покрытия и цинксодержащего слоя типа дакромет, расперт, дельта, геомет (рис. 5 a, б), применяются тогда, когда строго лимитированы прочностные свойства стальных анкеров и применение горячих покрытий нецелесообразно в связи с тем, что в процессе их нанесения возможен отпуск металлической стальной основы.

Коррозионная стойкость таких покрытий зависит от количества и состава слоев. Покрытия типа дакромет, расперт, дельта, геомет состоят из базового слоя, который относится к типу неэлектролитических, является анодными за счёт входящего в состав мелкодисперсного порошка цинка и обеспечивает электрохимическую защиту стальных деталей и дополнительных изолирующих композитных слоёв, которые защищают от «белой» коррозии благодаря созданию барьерного эффекта.

Комплексные покрытия рекомендуется использовать в качестве промежуточных слоев при контакте с другими металлами, например, с алюминиевыми сплавами и цинком (рис. 5 в, г).

Рис. 5. Внешний вид анкеров с покрытием дельта (а, б), внешний вид (в) и внутреннее состояние материала (г) винта, установленного в алюминиевый профиль, после испытаний в камере соляного тумана

Выводы

Таким образом, наименьшей коррозионной стойкостью обладают анкеры с гальваническим цинковым покрытием. Поэтому их рекомендуется применять в закрытых помещениях с контролируемой влажностью при отсутствии воздействия негативных факторов, вызывающих коррозию, например, в витражных конструкциях.

Анкеры с покрытиями горячим цинком и термодиффузионным цинкованием рекомендуется применять в навесных фасадных системах, представляющих собой конструкции, расположенные под навесом, когда на поверхности металлических деталей возможно образование конденсата из-за температурных колебаний и доступ коррозионно-агрессивных компонентов окружающей атмосферы, параметры которой (температуру, влажность и загрязнённость) необходимо учитывать для подбора вида и толщины покрытий.

Применения комплексных покрытий без предварительных испытаний, в экспериментальных средах, приближенных к условиям эксплуатации конструкции, не рекомендуется, так как свойства покрытий зависят от количества и составов используемых слоёв.

В заключение стоит отметить, что в отличие от Европы, где развитие анкерной техники сопровождалось большим объёмом исследований и, как следствие, создана нормативная база, позволившая практически исключить появление некачественной анкерной продукции, в России анкеры малоизвестных фирм, имеющие с анкерами ведущих производителей, таких как Fischer, Hilti, Sormat, Mungo, внешнее сходство, но при этом невысокое качество, интенсивно заполняют российский строительный рынок. К сожалению, отсутствие в России совершенной нормативно-правовой базы, учитывающей методы испытаний и оценок, серьёзно затрудняет обоснованный выбор анкерного крепежа при проектировании и производстве строительных работ.

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 № 2 (56) от 2016 г,
сайт журнала www.fastinfo.ru