Все стали, за исключением атмосферостойких и нержавеющих, могут коррозировать и обычно нуждаются в антикоррозионной защите. Меры, используемые при строительстве многоэтажных зданий со стальными каркасами, различные способы создания и поддержания антикоррозионной защиты и их стоимость кратко освещены в следующих разделах.
Химический процесс
Образование ржавчины зависит прежде всего от относительной влажности и содержания агрессивных веществ в атмосфере. Диаграмма 1 показывает, что ощутимое образование ржавчины начинается при относительной влажности воздуха 70%.
В процессе коррозии кислород вступает % реакцию с железом на поверхности стали. Это возможно и при незначительной влажности воздуха, например в субтропическом сухом климате и внутри здания в умеренном климате, но только в ограниченном объеме.
Защита от окисления при большой влажности воздуха может быть пассивной или активной. Пассивная защита заключается в создании замкнутой оболочки, препятствующей проникновению кислорода. Уже самые маленькие поры или трещины в покрытии дают возможность доступу кислорода и развитию ржавчины, которая быстро распространяется, так как ржавчина занимает больший объем, чем железо, и разрушает покрытие. Поэтому одна такая мера недостаточна.
Активная защита предполагает создание оболочки, содержащей металл, который связывает кислород и со своей стороны, правда, значительно медленнее, чем железо, вступает с ним в реакцию, например свинец в свинцовом сурике или цинк в цинк-хромате (нейтрализующее покрытие), или цинк или кадмий в металлических покрытиях. Процесс окисления ведет к быстрому истощению металла в защитном покрытии и делает его неработоспособным.
Поэтому действенный способ продолжительной защиты от коррозии состоит из создания одного активного основного слоя и одного защитного покрывающего слоя. Основное покрытие состоит из грунтовки с пигментами-наполнителями, содержащими нейтрализующий металл, или с металлическими пигментами. Защитный слой может быть создан окраской поверхности.
Подобная защита в условиях малой влажности воздуха может достигаться и другими мероприятиями, которые препятствуют доступу влаги к слою грунтовки, например облицовкой. В качестве пассивной защиты от коррозии используют обетонирование стальных конструкций, несмотря на то что при этом возникают определенные химические реакции.
Опасность коррозии уменьшается при правильном конструктивном решении.
Удаление ржавчины
Основные грунтующие покрытия только в том случае будут прочно держаться на стальной поверхности и действительно предохранять ее, когда она предварительно будет очищена от загрязнений (например, масла), ржавчины и окалины. Окалина — это общее понятие для окисленных слоев, которые проявляются в процессе прокатки стали в горячем состоянии. Следует также удалить прочно приставшую окалину, так как образовавшиеся под ней продукты коррозии могут сорвать окалину вместе с окраской на большой площади.
Различают три степени очистки поверхности от ржавчины:
- 1-я степень: очистка от наслоений;
- 2-я степень: металлически чистая поверхность со следами ржавчины и старой краски в порах;
- 3-я степень: очистка до металлического блеска.
Удаление ржавчины вручную проволочными щетками, скребками, молотками или другими ручными инструментами недостаточно для создания полноценной антикоррозионной защиты и в настоящее время выходит из употребления. Выполняется только при небольших ремонтных работах.
Грунтовка. Металлопокрытие
Предпосылкой для эффективного грунтового покрытия служит безукоризненная подготовка поверхности стали и безотлагательное нанесение на нее покрывающих слоев. Наиболее часто употребляемые грунтовые покрытия: с нейтральными пигментами — свинцовый сурик и цинк-хромат; с металлическими пигментами — цинковая пудра.
Они наносятся почти исключительно путем набрызга. Так как из-за токсичности свинца набрызг свинцового сурика требует особых мер по защите и опасен для сварщиков при выполнении сварочных работ, то в дальнейшем в возрастающем объеме будет применяться цинк-хромат. Цинковая пыль хотя и дороже, но менее чувствительна к механическим повреждениям и обладает высокой стойкостью на открытом воздухе, так что пригодна для длительного монтажного периода.
Грунтовое покрытие
Грунтовка конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе, должна иметь толщину 80 мкм и быть нанесена в один или в два слоя. Особое внимание следует обратить на достаточную толщину слоя по краям и на углах.Для конструкций, находящихся внутри здания, в помещениях с нормальной влажностью воздуха достаточно в общем случае толщины грунтового слоя 40 мкм.
При очистке перед обработкой стальные детали имеют в большинстве случаев покрытие, полученное при изготовлении, толщиной от 10 до 15 мкм, допускающее сварку и которое, если оно не повреждено, входит в общую толщину слоя. По указанным выше соображениям безопасности для защиты сварных конструкций может быть применен только цинк-хромат.
На смонтированных конструкциях повреждения грунтового покрытия, полученные в процессе транспортировки и монтажа, тщательно заделываются. Кроме того, следует окрашивать болты, если они не имеют металлопокрытия.
Металлопокрытие
Для этой цели наиболее часто применяется цинк. Оцинковка производится следующими способами.Горячее цинкование в ваннах гальваническим путем. Применимо и для длинных заготовок, так как ванны имеют длину до 20 м. Очень эффективная мера защиты прежде всего для труднодоступных строительных элементов здания, таких, как перила, мостки и т.п. Горячее цинкование — в некоторых случаях единственно надежный способ защиты от коррозии. Толщина слоя в большинстве случаев от 80 до 100 мкм. Детали, имеющие внутренние напряжения, после прокатки или сварки могут покоробиться вследствие нагрева в процессе цинкования и должны быть затем выправлены. Трапециевидные листы поставляются в большинстве случаев оцинкованными. Профили холодной обработки могут быть изготовлены из ранее оцинкованных листов или полос.
Цинкование напылением может быть выполнено на заводах и строительных площадках, на готовых стальных конструкциях любых габаритов, толщина слоя от 80 до 150 мкм. Обязательными являются тщательная очистка наружных поверхностей перед напылением и заполняющая поры покраска, выполняемая непосредственно после оцинкования. Очистка готовых смонтированных конструкций возможна только при наличии соответствующих условий.
Окраски. Облицовки. Покрытия
Для того чтобы с помощью окраски ограничить доступ агрессивной среды к грунтовому покрытию и помешать этим его преждевременному выходу из строя, должны выполняться определенные требования. Составы грунтового и верхнего покрывающего слоев должны быть химически подходящими друг к другу. Верхнее покрытие содержит пигмент требуемого цвета. Оно наносится обычно в один или в два слоя толщиной по 30—50 мкм на смонтированные конструкции. Окраска на открытом воздухе может выполняться только в сухую погоду при температуре от 5° до 50° С.
Элементы стального каркаса, которые позднее не будут доступны, также должны быть окрашены, например верхние полки балок покрытия, на которые будут укладываться при монтаже стальные трапециевидные листы, или наружные полки колонн, которые будут закрыты стеновыми панелями.
Общая толщина слоев (грунтового основания и верхнего покрытия) должна составлять:
- для открытых стальных элементов, находящихся во внутренних помещениях без особой влажности 130 мкм;
- в промышленной атмосфере и атмосфере больших городов 160 мкм;
- в условиях морского климата 200 мкм;
- при наличии агрессивной среды 220 мкм.
- для стальных элементов, расположенных между стеновыми панелями или при наличии неплотно прилегающей противопожарной облицовки, достаточно иметь только грунтовый слой 40 мкм без окраски;
- для стальных элементов в закрытых полостях междуэтажных перекрытий и покрытий, а также в низких помещениях технических этажей при небольшом количестве инженерных коммуникаций достаточно иметь один слой грунтового покрытия 40 мкм при условии, что работы по облицовке можно выполнить за короткое время. Если это неосуществимо, то предусматриваются грунтовка 40 мкм и верхнее покрытие 40 мкм;
- трапециевидные стальные листы, применяемые в качестве кровли или настила междуэтажного перекрытия, поставляются оцинкованными.
Противопожарные защитные покрытия, крепко пристающие и повторяющие форму профиля, состоят обычно из набрызга цементной штукатурки или бетонных слоев.
Набрызг штукатурки производится непосредственно на очищенную стальную поверхность. Налет ржавчины, который образуется в период между изготовлением металлоконструкций и нанесением штукатурки, не считается опасным. Штукатурка набрызгом обеспечивает антикоррозионную защиту стальных элементов.
Покрытие 4-см слоем тяжелого бетона, выполненное при необходимости по проволочной сетке, служит недежной противокоррозионной защитой неокрашенных обе-тонированных стальных элементов. Если элементы обетонированы не полностью, то следует обратить внимание на места перехода, особенно вне помещения, так как там обычно начинается коррозия. То же самое относится к местам, в которых пол первого этажа примыкает к колоннам, находящимся на открытом воздухе.
Стальные детали, находящиеся во внутренних помещениях с повышенной влажностью, должны быть обработаны так же, как стальные конструкции на открытом воздухе при соответствующих климатических условиях. Против применения стали никаких сомнений не возникает. В промышленном строительстве, в том числе для зданий металлургической и химической промышленности, стальные конструкции применяют даже при наличии весьма агрессивной среды.
Стальные детали в бассейнах с хлорированной водой могут быть защищены, как стальные конструкции в условиях морского климата. В лабораториях требуются, как правило, повышенные меры антикоррозионной защиты конструкций.
Конструктивные мероприятия
Особую опасность для стальных конструкций, находящихся на открытом воздухе, представляют места скопления пыли и грязи, которые при увлажнении могут служить очагами развития коррозии. Выбором правильного конструктивного решения можно избежать образования водяных мешков.
Все стальные детали, находящиеся на открытом воздухе или во влажных помещениях, должны быть доступными для нанесения первой покраски и ухода за ними. Внутренние поверхности полностью заваренных элементов, имеющих полые поперечные сечения, не требуют защиты от коррозии.
Содержание и стоимость защитных покрытий
Современные защитные покрытия от коррозии обеспечивают длительный срок службы конструкций. По данным Государственной железной дороги ФРГ, правила защиты от коррозии которой основаны на многочисленных опытах, срок службы хорошо выполненного покрытия в средних климатических условиях составляет от 10 до 15 лет, в благоприятном климате с сухим чистым воздухом — больше, а при наличии агрессивной среды, например в промышленных зонах или вблизи моря, — меньше.
По истечении установленного срока обновляют не всю антикоррозионную защиту, а лишь покрывающий слой. Необходимость через известный отрезок времени обновить защитное покрытие стальной конструкции без сомнения связана с увеличением эксплуатационных расходов, но имеет и положительную сторону, поскольку свежая окраска улучшает внешний вид сооружения.
Состояние окраски стальных конструкций рекомендуется проверять регулярно, примерно раз в год, устраняя при этом небольшие повреждения. Результаты осмотра должны быть зафиксированы в журнале антикоррозионной защиты. При надлежащем уходе за окраской расходы могут быть значительно, почти наполовину, сокращены по сравнению с расходами, связанными с восстановлением защиты после полного разрушения старого покрытия, при этом стальные конструкции должны быть полностью очищены и снова окрашены. Обновления противокоррозионных покрытий конструкций, находящихся внутри здания, обычно не требуются. В очень влажных помещениях или в помещениях с агрессивными парами стальные конструкции обрабатываются так же, как конструкции, находящиеся на открытом воздухе.
В многоэтажных зданиях со стальными каркасами расходы на антикоррозионную защиту составляют (% от общей стоимости стальных конструкций):
Удаление ржавчины, степень 2 около 1,8
- 1-я грунтовка 40 мкм — 2,4
- 2-я грунтовка 80 мкм — 4,6
- 1-й покрывающий слой 40 мкм — 2,5
- 2-й покрывающий слой 80 мкм — 4,9