Автор: редакционная статья

Категории: применение металлопродукции

Защита легких стальных конструкций от деструктивных процессов (коррозии и огня)

Развитие технологических процессов производства дало возможность изготавливать стальные конструкции, которые, несмотря на свою легкость, имеют запас прочности не меньше, чем конструкции, которые производились до тех пор.

Их отличие от других состоит в том, что при их производстве применяется тонкий листовой металл  в форме холодноформованных профилей, толщина которого от 1мм. Также отличительной особенностью является применение стержней различного вида сечений – круглые, квадратные, открытие, закрытие. 

В производство внедрены новые способы изготовки и применения соединений. Также стоит заметить, что отличительной особенностью производства является обработка холодногнутых профилей из тонкого листового металла, которые сокращенно называются “гнутые профили“.

Использование этих профилей и элементов и них отражаются на технико-экономических результатах работы, которые становятся выше, чем при работе с обычными конструкциями. Выбор наиболее уместной области применения гнутых профилей производится, исходя из конструкционных условий, таких как производственный процесс, антикоррозионная защита, величина вылета, величина нагрузки и др.

Помимо этого, при выборе опираются на экономические показатели, условия, в которых объект будет эксплуатироваться, и, в некоторых случаях, на эстетическое восприятие. Главные области, где применяются вышеуказанные конструкции, представлены в таблице.

       Отдельно стоит отметить элементы конструкций, которые называет смешанными, потому что в них гнутые профили содержатся вместе с стальными прокатными профилями, либо какими-то другими материалами.
Преимуществами рассматриваемых конструкций являются:

• Экономия металла (на 25-50%)
• Меньше затрат времени на монтаж конструкций (30-60%)
• Экономия затрат по другим статьям расходов (10-25%)
• Хорошие показатели прочности
• Материал свободно формируется по сечению стержня
• Эстетическая составляющая  (красивый внешний вид)

    Недостатки же такие выделяют:

• Дороговизна
• Больше затрат труда на разработку проекта
• Риск повреждения поверхности при перевозке
• Более дорогая антикоррозионная защита

         Антикоррозионная защита рассматриваемых конструкций чрезвычайно важна.   Плохо защищенные тонкостенные конструкции могут прослужить недолго.
Коррозия данных стальных конструкций может возникать вследствие таких причин:

• Соединение двух разных металлов – в случае, когда повреждается оболочка из олова и листовая сталь входит в контакт с железом;
• Металл соприкасается с неметаллическими примесями
• Частичная пассивизация металла, частичное покрытие его окислами или негерметичной оболочкой из окисла.
• Контакт металла и растворов с разным содержанием солей и кислорода, возникновение различных температур на разных участках поверхности конструкции
• Кислород поступает неравномерно
• Металл находится в напряженном состоянии
• Неравномерно отполированная поверхность

        Должен быть предусмотрен способ антикоррозийной защиты, в зависимости от рода сечения, планируемого срока эксплуатации, коррозионной среды, расположения и назначения. В зависимости от этих факторов выбирается способ защиты от коррозии.

Самым дорогим и самым лучшим способом является покрытие слоем металла (процесс набрызгивания). Набрызгиваемый слой содержит чистый цинк, который обладает хорошими антикоррозионными качествами. Чем толще  цинковая оболочка, тем она эффективней.

Эффективность защитного действия значительно увеличивается благодаря наносимому слою защитной краски. Это дорого, но это окупается, так как обеспечивает защиту на много лет.
Однако, ввиду дороговизны данного способа, самым популярным способом защиты от коррозии является покрытие металла слоем краски.

Применяя этот способ, следует помнить, что перед нанесением краски следует тщательно очистить поверхность от ржавчины, окалины. Влаги и технических жиров. От  этого зависит долговечность защиты. Для удаления ржавчины чаще всего применяются специальные аппараты, так как они могут обеспечить высокий уровень производительности труда, и при этом не требовать высоких затрат.

Кроме вышеперечисленных методов, поверхность конструкции готовят к нанесению защитного слоя краски с помощью газового пламени, или с помощью химической очистки. К химическим веществам, облегчающим снятие ржавчины можно отнести фосфор,  на основе которого существует средство, удаляющее ржавчину и оставляющее на металле антикоррозионную пленку, защищающую поверхность конструкции в течение двух недель. Из свинцового сурика на олифе и мела изготовляется паста, которой шпаклюют места, труднодоступные для краски.

Также на основе свинцового сурика и олифа производится олифовый краситель, который применяют для грунтовки поверхности металла. В случае отсутствия необходимого количества этих материалов, в сплав со свинцовым суриком могут добавлять окислы железа и синтетические смолы.
Грунтовка должна осуществляться обязательно следом за очисткой поверхности. В случаях, когда очистка производится пескоструйным устройством либо механическими инструментами, слой грунтовки необходимо наносить в тот же день, для того чтобы избежать возникновения коррозии на очищенных поверхностях из-за конденсации влаги в ночное время суток.

Наносить слой неравномерной толщины не рекомендуется, потому что необходимость повторной окраски определяется по местам с самым малым слоем пленки. Наиболее эффективным и экономически выгодным является равномерное распределение слоя покрытия по поверхности, которая была подготовлена должным образом и в должных рабочих условиях.

К слову, о синтетических материалах: их тоже используют для того, чтобы уберечь конструкцию от коррозии – стальные полосы покрываются жидкими, полужидкими термопластическими или термореактивными  материалами, а также готовой пленкой. Толщина оболочки обычно колеблется от 20 до 400 мкм. Чем больше оболочка, тем меньше вероятность повреждений при транспортировке. Для дополнительной защиты нанесенного слоя накладывается ещё один защитный слой.

Работа по нанесению защитного слоя покрытия должна выполняться тщательно, под контролем компетентных лиц.  Помещение, в котором проводятся работы в зимнее время, должно сохранять тепло и обладать хорошей вентиляцией. При необходимости проводить работу на открытом пространстве, надо обращать внимание на погодные условия  (в дождь, разумеется, красить не рекомендуется).

Отдельные сооружения, ввиду условий эксплуатации, требуют специальных мер по защите от деструктивных процессов. Это такие объекты, как путепроводы, которые испытывают влияние дыма и кислотообразующих локомотивных газов, элементы пролетных строений, которые иногда могут контактировать с вытекающим из вагонов рассолом и другими жидкостями, способствующими коррозии.

В этих случаях для защиты путепроводов устанавливают дымозащитные листы, бетонируют металлическую проезжую часть и защитные элементы, которые больше всего контактируют с дымом; покрывают торкретом некоторые элементы проезжей части или используют пропитанный лес вместо металлических  компонентов проезжей части.
Чтобы избежать или снизить вероятность коррозии, которой могут способствовать контакты поверхности с рассолом, применяют такие меры:

• Используют легированную сталь в производстве элементов, наиболее подверженных влияния рассола;
• Накладывают на поверхность слой цинка, свинца, кадмия, алюминия или олова;
• Для продления срока эксплуатации элементов проезжей части увеличивают площадь их поперечного сечения;
•  Используют балластную проезжую часть с увеличенной толщиной балласта, эффективным водоотводом и не пропускающим воду настилом;
•  Для малых пролетов используют железобетон с арматурой разных параметров прочности, в зависимости от специфики применения.

         Важно принимать меры по защите данных стальных конструкций не только от коррозии, но и от огня. В виду специфических свойств этих сооружений при нагревании до огромных температур у них могут меняться показатели прочности, ползучести стали и удлинении, а это пагубно влияет на несущую способность конструкции.

В большинстве случаев для защиты стальных конструкций от нагревания до критических температур их изолируют с помощью бетонной облицовки, гипсовой или цементно-известковой штукатурки по стальной сетке, облицовки из сплошных керамических изделий.

Разумеется, мероприятия по защите конструкций надо выбирать, исходя из назначения здания. На примере зарубежных стран можно оценить высокую эффективность защиты рассматриваемых стальных конструкций от огня с помощью материала, который называется биотитовая слюда (или вермикулит). Это алюмосиликат, содержащий магний и калий, который обладает переменным химическим составом и способен при воздействии температур свыше 1000º по Цельсию  увеличивать свой объем в 15-20 раз путем дегидратации и расщепления вдоль поверхности стыка кристаллов. Это возможно благодаря очень низкому показателю теплопроводности (0.04-0.05) и плотности более 80 кг/м3.
Также в некоторых странах широко применяется такой материал, как асбестоцемент. Он имеет плотность где-то около 144-192  кг/м3, и наносится набрызгивания на элементы конструкции. Но асбестоцемент доступен не везде, поэтому вместо него могут использовать материалы из шлаковой и базальтовой ваты, которые имеют близкие к асбестоцементу изолирующие свойства. 

Стоит помнить, что для повышения огнестойкости легких стальных конструкций  надо заниматься не только лишь самой поверхностью объекта, но также важно и целесообразно повышать физико-механические качества стали. Это позволит поддерживать уровень прочности и ползучести стали на нужном уровне.

Александр Рыбаков
Источники при написании статьи:

"Легкие стальные конструкции" Я. Брудка, М. Лубински