Захист металоконструкцій від корозії та вогню

З цього матеріалу ви дізнаєтеся:

• Захист металоконструкцій від корозії
• Пасивний антикорозійний захист металоконструкцій
• Активні методи захисту металоконструкцій від корозії
• Сучасні методи захисту металу від корозії
• Захист металоконструкцій від вогню
• Металоконструкції, які слід захищати від вогню
• Засоби і склади, що використовуються для вогнезахисту
• Способи вогнезахисту металоконструкцій

Усі метали здаються міцними і довговічними, тому той факт, що через зовнішній вплив вони деформуються або руйнуються, здається малоймовірним. А між тим це цілком можливо і залежить від того, як відбувається подальший догляд.

Захист металоконструкцій від корозії та пожежі сьогодні в центрі нашої уваги. Розглянемо важливе питання, як уберегти метал від агресивного середовища, і дамо корисні поради щодо профілактики.

Захист металоконструкцій від корозії

Корозія являє собою руйнування металів і сплавів під дією зовнішніх факторів. Цей процес має електрохімічну або хімічну природу і негативно відбивається на функціях і тривалості служби виробу.

Ще на етапі проєктування важливо продумати захист будівельних металоконструкцій від корозії, включити до кошторису витрати на ці заходи. У будівельних нормах і правилах (ДБН) подібні методи названі конструктивними. Згідно з визначенням, відповідно до цих способів підбирають матеріали і способи їх нанесення, щоб мінімізувати зіткнення металевих поверхонь з агресивним середовищем.

У ДБН щодо захисту металоконструкцій йдеться про необхідність вибору захисного покриття, а також рекомендуються способи оптимального використання виробів. Необхідно:

• усунути всі присутні на поверхнях предмета щілини і поглиблення, в яких може збиратися волога або утворюватися аномальна область нагріву/охолодження, що загрожує руйнуванням антикорозійного покриття;
• закрити метал від попадання бризок, водяних крапель;
• ввести в агресивне середовище спеціальні інгібітори.

Пасивний антикорозійний захист металоконструкцій

Цей підхід є найменш ефективним і передбачає обробку поверхні металу будь-яким лакофарбовим покриттям. Подібний захист сталевих конструкцій не здатний забезпечувати належний результат протягом значного відрізка часу у зв'язку з такими факторами:

• Метали мають відмінну теплопровідність, тому покриття схильне до частих перепадів температури, через що за п'ять років втрачає свої властивості і потребує заміни.
• Захист об'ємних сталевих конструкцій з використанням лакофарбового покриття є занадто трудомістким. Річ у тім, що перед нанесенням такого шару потрібно видалити з металу оксидну плівку, після чого заґрунтувати всі поверхні.

З названими мінусами вже вдалося частково впоратися завдяки сучасним хімічним засобам, які видаляють відразу оксидну плівку та іржу. Зазвичай компоненти таких складів поставляються окремо і змішуються перед нанесенням. Виробники говорять про можливість антикорозійного захисту металоконструкцій на десятиліття за допомогою подібних засобів незалежно від погодних умов.

Активні методи захисту металоконструкцій від корозії

Йдеться про методи захисту металоконструкцій від корозії відповідно до ГОСТів, завдяки яким забезпечується підвищена стійкість феросплавів і виробів на їхній основі:

• Гаряче цинкування. Насамперед виріб знежирюється, проходить піскоструминну обробку або травлення кислотою, після чого в спеціальній обертової ванні на нього наноситься тонкий шар розплаву цинку. Хімічна реакція призводить до формування на поверхні захисної плівки, яка запобігає потраплянню вологи на основний метал. Крім того, цинк утворює зі сталлю гальванопару і може самовідновлюватися в разі невеликих пошкоджень. Роль сировини для гарячого методу нерідко відіграють і інші метали. Загалом, спосіб встиг зарекомендувати себе при обробці великих об'єктів, таких як судна, баки, цистерни.
• Електрохімічне або гальванічне цинкування. В основі підходу лежить принцип дифузійного вилучення іонів цинку зі слабокислого розчину завдяки електролізу. Для цього у ванну з електролітом занурюють металоконструкції, яким необхідний захист, і джерело цинку. В якості останнього можуть використовуватися пластини, кулі, болванки. Далі через ванну пропускається електричний струм. У процесі електролізу цинк бере на себе роль анода, розчиняється і осідає на сталевій поверхні, і та набуває красивого блискучого вигляду. Щоправда, таке покриття має низьку адгезію, а обробка дуже трудомістка і шкідлива для екології. Такий підхід використовують для захисту метизів і деталей середніх розмірів.
• Термодифузійне нанесення цинкового покриття. Тут атоми цинку з цинковмісного порошку за температури в межах +290...+450 °C проникають у поверхню заліза. У результаті утворюється дуже твердий і зносостійкий захисний шар, який повністю повторює форму вихідної деталі, зокрема різьблення і тонкий рельєф. Перевагою цього способу є відсутність складної підготовки, такої як видалення вогнищ іржі, знежирення та ін. У результаті покриття металоконструкцій і трубопроводів служить у 2-3 рази довше, ніж гальванічне. Крім того, воно справно виконує свої функції навіть під час використання виробів у морській воді. Однак метод має низьку продуктивність і потребує використання особливого обладнання, а саме роторних печей.

Сучасні методи захисту металоконструкцій від корозії

Метод алітування

Алюмінієве напилення формується за допомогою використання порошкоподібних сумішей на базі фероалюмінію. Для цього на предмет наноситься металізований порошок, а потім проводиться ізоляційна обмазка. Далі виріб готують до дифузійного відпалу і обробляють спеціальною фарбою, що також має алюміній у своєму складі. Після чого, відповідно до ГОСТу, для отримання антикорозійного захисту металоконструкції занурюють в алюмінієвий розплав з витримкою.

Характеристики останньої залежать від вимог до результату. Алітування дає змогу домогтися найвищої зносостійкості металевих поверхонь.

Метод фаолітування

Цей підхід поєднує в собі обробку металізованими сумішами і поверхневе нанесення ЛФП. За утворення захисного бар'єру відповідає суміш, основним компонентом якої є кислототривка термореактивна пластмаса. Готове антикорозійне і теплозахисне покриття здатне справлятися навіть із впливом хімічно агресивних солей.

Важливо, що такий антикорозійний захист металоконструкцій зберігає свої властивості за високої температури. Але щоб домогтися максимального ефекту, потрібно попередньо покривати виріб бакелітовою лаковою основою.

Метод електрохімічного захисту від корозії

Під час формування електрохімічного захисту до деталі кріплять протекторний анод із металу, що має більш електронегативні властивості, ніж матеріал виробу. Таким чином швидкість окислення в самій конструкції знижується практично до нуля до повного руйнування анода - його ще називають "жертовним".

Так екранують пальові фундаменти, метал яких розміщений у ґрунті, що особливо важливо для засолених ґрунтів. Крім того, технологію застосовують для захисту нафтогазопромислових споруд, сховищ, днищ суден, на які весь час впливає солона вода.

Для виготовлення анодів використовують платинований титан, залізнокремнієві сплави, графітопласти. Сьогодні створюються технології електрохімічного захисту кузовів автомобілів, у рамках яких аноди з електропровідних полімерів мають декоративний зовнішній вигляд і наклеюються на кузов у місцях, найбільш схильних до утворення вогнищ іржі.

Метод "рідка гума"

Для надійного захисту металоконструкцій використовується двокомпонентний еластомер зі значним терміном служби. Він являє собою безшовний мембранний прошарок, який наноситься розпилювальним пістолетом і не потребує попередньої підготовки металу. Навіть на гладкій, слизькій і вологій основі бітумна емульсія миттєво твердне без патьоків і нерівностей.

Виробник дає гарантію: такий шар зберігатиме свої властивості 20 років, поступово набуваючи все більшої міцності. Цей метод підходить для захисту металевих труб, будівельних конструкцій незалежно від їхньої конфігурації, поверхонь цистерн і покрівлі. Оброблені "рідкою гумою" метали не реагують на підвищену вологість і критичну температуру.

Захист металоконструкцій від вогню

Вогнезахист є настільки ж актуальною темою, що й антикорозійний захист металоконструкцій. Він передбачає проведення низки заходів щодо зниження, повного запобігання впливу вогню, підвищення вогнестійкості виробів на деякий відрізок часу.

Під впливом високої температури метал зазнає таких змін:

• плавиться, через що підвищується пластичність;
• втрачає колишню форму, на виробі утворюються тріщини, відшарування;
• втрачає міцність.

У разі пожежі останній фактор несе головну небезпеку, адже може призвести до руйнування стін будівлі всього за кілька хвилин впливу вогню.

Металоконструкції, які слід захищати від вогню

Відповідно до норм безпеки, захист від пожежі є обов'язковим для таких видів металоконструкцій:

• несучих і опорних, на які лягає основне навантаження;
• що мають конструктивне значення;
• відкритих, тому насамперед відчувають на собі вплив полум'я.

Крім цього, важливо захищати з'єднання і кріплення, якщо їх руйнування, викривлення може призвести до обвалення частин будівлі.

Необхідно забезпечити захист таких металоконструкцій зі сталі, чавуну та алюмінію:

• усіх несучих елементів: колон, балок перекриттів, ферм тощо;
• сходів і прольотів;
• покрівлі, її фрагментів і опор;
• складових металокаркаса;
• частин протипожежних огорож.

Обійтися без захисту металоконструкцій можна, якщо:

• такі частини не належать до основної конструкції будівлі;
• об'єкт не нормований за ступенем пожежної небезпеки і прирівняний до V категорії;
• будова має нижчу вогнестійкість, ніж її елементи з металу;
• можливе використання незахищених конструкцій до класу R15.

Варто пояснити, що в названих випадках допускається відмова від захисту металоконструкцій, оскільки вони в будь-якому разі будуть зруйновані вогнем пізніше, ніж сама будівля.

Засоби і склади, що використовуються для вогнезахисту

Для захисту від вогню за необхідно застосовувати засоби, що формують тонку плівку на поверхні, не здатну змінювати форму металоконструкцій. Зазвичай використовують такі склади:

• Спучувані і невспучувані фарби. Перші утворюють коксове покриття під впливом підвищеної температури, паралельно виділяючи речовини, які призводять до самозатухання полум'я. Так, під час пожежі шар товщиною 4 мм збільшується до 4 см. Тоді як фарби, що не спучуються, мають у своєму складі силікати і за консистенцією нагадують товстий шар лаку. Вони поглинають тепло, виділяють інгібітори, воду і негорючі гази. Однак потрібно розуміти, що другий різновид має меншу ефективність, ніж аналоги, що спучуються.
• Лаки.
  Пасти, мастики і штукатурки, що наносяться шаром до 2 см. Якщо порівнювати пасти і мастики з фарбами, то перші мають високу дисперсність. А завдяки в'яжучим компонентам вони виявляються досить густими.
• Вогнетривкі ґрунтовки.

Потрібно розуміти, що для захисту металоконструкцій не використовується просочення, оскільки воно не здатне проникнути в оброблюваний матеріал.

При виборі засобів вогнезахисту враховують:

• на відкритій чи закритій території знаходиться конструкція;
• чи опалюється приміщення або має особливі умови утримання;
• яка мета нанесення, чи будуть паралельно застосовуватися інші склади;
• який метал обробляється: звичайна сталь або оцинкована.

Способи вогнезахисту металоконструкцій

Використовувані сьогодні в будівництві способи захисту металу і дерева від прямого вогню, теплового впливу пожежі з'явилися дуже давно. Наразі створюються більш сучасні підходи і засоби.

Далі названо методи захисту металоконструкцій від вогню і теплового впливу, які відчувають на собі серйозне навантаження, будучи частиною будови.

В основі такого конструктивного вогнезахисту лежить формування теплоізоляційного шару на поверхні будівельних елементів, відкритих для зовнішнього впливу. Подібне захисне покриття повинно мати достатню товщину і якість, щоб справлятися з вогнем і теплом протягом нормативного часу. Останнє фіксується ПБ під час проектування або будівництва в частині забезпечення вогнестійкості:

Вогнезахист колон, опорних стовпів з металу, що підтримують перекриття, покриття будівель і споруд.

Спочатку з цією метою застосовували природний камінь, цеглу, плитні матеріали природного, а пізніше штучного походження. Подібне облицювання від підлоги до перекриття захищає металеву конструкцію від можливого впливу вогню. Раніше зазначені матеріали викладали навколо колони, стовпа на будівельний вапняний розчин.

Зараз же використовують інші методи кріплення плитних, листових і рулонних матеріалів. Вони фіксуються на каркасі з повітряними прошарками - таким чином зменшується навантаження на міжповерхові перекриття і знижується вартість захисту металоконструкцій від вогню.

Вогнезахист балок.

Очевидно, що подібні металеві елементи складно і часом неможливо убезпечити від контакту з вогнем за допомогою каменю, цегли або плит, оскільки вони розташовані під стелею. Крім того, описаний вище захист може бути небезпечним для всіх, хто перебуває в будівлі, особливо на територіях з високою ймовірністю землетрусів.

З цієї причини металеві балки, як і колони, стовпи закривають шаром мокрої штукатурки, цементного розчину або за допомогою бетонування по дерев'яній дранці чи металевій сітці.

Також використовуються різні вогнезахисні в'язкі суміші, межа вогнестійкості яких залежить від товщини нанесення. Однак цей підхід має серйозні мінуси: через нього зростає навантаження на перекриття будівлі, також він передбачає додаткові витрати, зовнішню масивність металоконструкцій під подібним захистом. Останній недолік нерідко стає вирішальним для архітекторів і замовників проєктів будівель.

Вогнезахист сходів.

Сходи зустрічаються в більшості будівель і забезпечують можливість евакуації людей, тому їхньому вогнезахисту приділяється підвищена увага. У проєктуванні та будівництві часто вдаються до швидкомонтованих, відносно дешевих металевих сходів, яким можна задати будь-який ухил, висоту, ширину маршів.

Їх обробляють усіма названими вище способами, зокрема тонкошаровими напилюваними засобами.

Для захисту від вогню несучих металоконструкцій будівель і сходів застосовують комбінований метод, що поєднує в собі різні види обробки.

Склади, покликані забезпечити захист металоконструкцій, легко наносити, при цьому вони не вимагають особливих умов експлуатації. Їхній шар можна легко відновити після механічних пошкоджень завдяки обробці постраждалих зон. Під час пожежі, корозії покриття значно скорочує ймовірність повного руйнування об'єкта і дає змогу знизити витрати на відновлення.

Використання описаних вище підходів вважається обов'язковим для цивільного і промислового будівництва, тому засоби захисту металоконструкцій завжди користуються попитом.

03.10.2022