9.6. Аналитические (укрупненны е) м етоды расчета

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Каждый из аналитических методов расчета технико-экономических показателей ориентирован на определенный тип конструкций и заданный круг задач проекти­ рования. Наиболее подробные методы, предназначенные для использования на этапе проектирования для выбора основных параметров элементов конструкций каркасов промышленных зданий, подробно изложены и обоснованы в [2-4]. Рас­ сматриваются трудоемкость изготовления и монтажа, себестоимость изготовления, себестоимость в деле и приведенные затраты. Подобно обсуждается влияние раз­ личных факторов на показатели.

Подробное обоснование методик, содержащееся в [1, 2], помогает создавать аналогичные методики для конструкций других видов. Рекомендации по расчету себестоимости и приведенных затрат представляют на сегодня только методиче­ ский интерес, ввиду резкого изменения цен и тарифных ставок. В [1, 2] вместо термина «себестоимость» используется термин «стоимость».

Удобные формулы расчета трудоемкости элементов конструкций каркасов про­ мышленных зданий предложены в руководстве [5]. Основное назначение послед­ него - расчеты при проектировании производства металлических конструкций. Но они вполне применимы при проектировании конструкций для оценки трудоемко­ сти на этапе выбора параметров каркаса и основных параметров элементов конст­ рукции.

Руководство [6] предназначено для численной оценки технологичности конст­ рукций одноэтажных каркасов промышленных зданий на этапе выбора основных параметров, исходя из приближенных расчетов трудоемкости по предлагаемой укрупненной методике.

Все приведенные аналитические методики в настоящее время следует рассмат­ ривать только как примеры построения приближенных выражений. Рекомендуе­ мые в них цифровые значения коэффициентов устарели.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Программа расчета технико-экономических показателей стальных каркасов промышлен­ ных зданий. Руководство программиста / ЦНИИпроект. - М.: 1984 (Межотраслевой фонд алгоритмов и программ автоматизированных систем в строительстве. Вып. П -48).

2.Пихтарников Я .М . Экономика стальных конструкций. - Киев: 1962.

3.Пихтарников Я .М . Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций. - М.: Стройиздат, 1979.

4.Кузнецов А.Ф. Строительные конструкции из стали повышенной и высокой прочности. - М.: 1975.

5.Руководство по проектированию заводов металлоконструкций. Методика и нормы расче­ та трудоемкости изготовления металлоконструкций промышленных зданий / Ц НИ И - проектстальконструкция. - М: Стройиздат, 1985.

6.Руководство по количественной оценке технологичности металлических конструкций

промышленных зданий на стадии проектирования. - Ц НИ ИП СК . - М.: 1982.

7.Зеленков В.И. Составление плановых калькуляций изготовления стальных конструкций с помощью ПЭВМ. - Монтажные и специальные работы в строительстве. - 1993. - № 5.

388

РАЗДЕЛ IV

ЗАЩИТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ КОРРОЗИИ

ГЛАВА 10

КЛАССИФИКАЦИЯ АГРЕССИВНЫХ СРЕД И КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ МАТЕРИАЛОВ

ЮЛ. К л а с с и ф и к а ц и я а г р е с с и в н ы х ср ед

При проектировании металлических конструкций необходимо учитывать кор­ розионную стойкость материалов в средах с различной степенью агрессивного воздействия и стремиться к применению, в первую очередь, материалов, не тре­ бующих защиты от коррозии, при обеспечении минимума приведенных затрат по СН 423-71. По этому признаку к материалам повышенной коррозионной стойко­ сти следует отнести некоторые низколегированные стали, оцинкованную листовую сталь по ГОСТ 14918-80*, алюминированную листовую сталь по ТУ 14-11-236-88, сталь с алюмоцинковым покрытием по ТУ 14-11-247-88 и ряд алюминиевых спла­ вов по ГОСТ 21631-76*Е и ГОСТ 13726-78*Е. Особую категорию материалов пред­ ставляют высоколегированные нержавеющие стали, титановые сплавы и др., кото­ рые из-за их высокой стоимости целесообразно применять в строительных конст­ рукциях в основном в качестве плакирующего или облицовочного слоя при допол­ нительном технико-экономическом обосновании.

Сповышением степени агрессивного воздействия среды возрастают требования

ккоррозионной стойкости материалов, применяемых без защиты от коррозии, и к защитным покрытиям. Поэтому степень агрессивного воздействия среды может быть оценена по коррозионной стойкости материалов, если конструкции приме­ няются без защиты от коррозии, или по устойчивости материалов, используемых для защитных покрытий, которые обеспечивают долговременную защиту конст­ рукций от коррозии. Исходя из скорости коррозии материалов конструкций и защитных металлических покрытий в средах с определенной степенью агрессив­ ного воздействия, приведенной в табл. 10.1, тонколистовые ограждающие конст­ рукции изготовляют из более коррозионностойких материалов, чем конструкции из прокатного профиля или толстого листа.

Чаще всего строительные металлические конструкции подвергаются атмосфер­ ной коррозии (на открытом воздухе, внутри промышленных зданий и под навеса­ ми). Степень агрессивного воздействия среды на конструкции при атмосферной коррозии определяется продолжительностью воздействия фазовой и адсорбцион­ ной пленок влаги, а также видом и концентрацией газов, составом, растворимо­ стью и гигроскопичностью твердых пылевидных частиц, наличием солей и аэрозо­ лей в воздухе.

Коррозия металлических конструкций, эксплуатируемых в закрытых помеще­ ниях определяется воздействием адсорбционной пленки влаги, а также агрессив­ ностью воздуха. С повышением относительной влажности и агрессивности воздуха помещений воздействие адсорбционной пленки увеличивается. Фазовая пленка влаги на конструкциях внутри зданий образуется в виде конденсата. Образование фазовой пленки влаги на металлических конструкциях ускоряет коррозию на по­ рядок.

389

Таблица 10.1. Оценка степени агрессивного воздействия среды на основные материалы металлических конструкций

*Защита от коррозии в процессе эксплуатации конструкций не требуется.

**Долговечность подобных систем покрытий в 1,6-2,3 раза больше арифметической суммы долговечности металлических и лакокрасочных покрытий.

390

Коррозия конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе, в основном оп­ ределяется продолжительностью воздействия фазовой пленки влаги (дождь, мок­ рый снег, роса и т.д.), которая изменяется в зависимости от местности и в некото­ рых районах сухой зоны в 5-6 раз меньше, чем в ряде районов влажной зоны. Зона влажности устанавливается в соответствии с СНиП II-3-79. Продолжительность воздействия фазовой пленки влаги на конструкции, расположенные под навесами, меньше (только роса, туман, иней), чем на конструкции, находящиеся на откры­ том воздухе в той же зоне влажности. Поскольку фазовая пленка влаги вызывает более существенную коррозию, чем адсорбционная, степень агрессивного воздей­ ствия среды на конструкции под навесами при прочих равных условиях примерно такая же, как внутри неотапливаемых зданий. В зданиях, в которых действующими санитарными нормами допускается образование конденсата, фазовая пленка влаги образуется, в первую очередь, на поверхности ограждающих конструкций.

Коррозионная активность газов при равной влажности воздуха возрастает от группы А к группе Г (табл. 10.2). Классификация степени агрессивного воздействия сред при атмосферной коррозии в зависимости от концентрации газов приведена в табл. 10.3. Коррозионная активность солей, аэрозолей и пыли значительно возрас­ тает при переходе от малорастворимых к хорошо растворимым гигроскопичным (табл. 10.4). Классификация степени агрессивного воздействия сред при атмосфер­ ной коррозии в зависимости от вида и свойств солей, аэрозолей и пыли приведена в табл. 10.5.

Таблица 10.2. Группы агрессивных газов в зависимости от их вида и концентрации

Воздействию неорганических жидких сред (природных и технических вод, рас­ творов неорганических солей, щелочей и кислот) подвергаются конструкции гид­ ротехнических сооружений, очистных сооружений, некоторых объектов доменных комплексов, резервуаров и газгольдеров. Конструкции резервуаров для нефти и нефтепродуктов подвергаются также воздействию органических жидких сред. Сте­ пень агрессивного воздействия жидких сред определяется кислотностью (pH), концентрацией растворенных солей и газов, включая кислород, температурой, а также напором или скоростью движения потока жидкости. Классификация степе­ ни агрессивного воздействия жидких сред на материалы конструкций и защитных металлических покрытий приведена в СНиП 2.03.11-85.

391

Таблица 10.3. Степень агрессивного воздействия газов при атмосферной коррозии металлических конструкций

Таблица 10.5. Степень агрессивного воздействия солей, аэрозолей и пыли на металлические конструкции

392

Таблица 10.4. Группа солей, аэрозолей, пыли и их характеристики

10.2. К о р р о зи о н н а я с т о й к о с т ь с т ро и т е л ьн ы х сталей

Конструкции из углеродистой стали марок ВСтЗсп5, ВСтЗпсб ВСтЗкп2 по ГОСТ 380-88* в агрессивных средах1 следует применять только при условии обес­ печения защиты от коррозии. Низколегированная сталь марок 14Г2АФ, 16Г2АФ, 09Г2С, 10Г2С1, 15Г2СФ, 14Г2АФД, 12Г2СМФ по коррозионной стойкости близка к углеродистой стали. К защите от коррозии конструкций из стали перечисленных марок предъявляются те же требования, что и к защите конструкций из углероди­ стой стали.

Повышенной коррозионной стойкостью обладает низколегированная сталь ма­ рок 10ХСНД, 15ХСНД, 10ХНДП, 10ХДП, 12ХГДАФ, 08ХГСДП, причем последние четыре марки созданы специально как коррозионностойкие материалы для строи­ тельных конструкций. Эти стали целесообразно применять без защиты от корро­ зии для конструкций, не имеющих нахлесточных соединений, эксплуатируемых на открытом воздухе в слабоагрессивной среде, поскольку на их поверхности образу­ ется плотный слой продуктов коррозии (после 1-3 лет эксплуатации).

В элементах несущих конструкций из стали марки 10ХНДП с толщиной стенки не менее 5 мм, не подлежащих защите от коррозии, очистка поверхности от про­ катной окалины не является обязательной.

Сталь марок 10ХСНД и 15ХСНД при атмосферной коррозии практически во всех слабо- и среднеагрессивных средах в 1,5-3 раза более коррозионностойка, чем углеродистая сталь. Поэтому конструкции из стали этих марок, эксплуатируемые на открытом воздухе в сухой зоне влажности при концентрации агрессивных газов по группе А, можно применять без защиты от коррозии. Требования к очистке поверхности стали остаются теми же, что и для стали марки 10ХНДП. В более агрессивных средах на открытом воздухе, а также в агрессивных средах внутри помещений сталь повышенной коррозионной стойкости должна быть защищена от коррозии. Долговечность лакокрасочных покрытий на поверхности стали повы­ шенной коррозионной стойкости по крайней мере в 1,5 раза больше, чем на по­ верхности углеродистой стали.

Пониженной по сравнению с углеродистой сталью коррозионной стойкостью в атмосфере с серосодержащими газами и в жидких средах обладает марганцовистая сталь марок 09Г2, 14Г2, а также сталь 18Г2АФпс. К защите от коррозии конструк­ ций из стали этих марок предъявляются такие же требования, как и к защите кон­ струкций из углеродистой стали. Тем не менее конструкции из стали пониженной

1 Здесь и далее под агрессивными средами следует понимать среды со слабо-, средне- и сильноагрессивной степенями воздействия.

393

коррозионной стойкости главой СНиП 2.03.11-85 не допускаются в средах с по­ вышенным содержанием сернистого ангидрида и сероводорода (по группам газов Б-Г), поскольку даже под защитными лакокрасочными покрытиями будет проте­ кать избирательная коррозия по включениям сульфида марганца, ускоряющая потерю несущей способности конструкций. Сталь марок 15Г2СФ, 14Г2АФ, 16Г2АФ и18Г2АФпс менее подвержена язвенной коррозии, чем марганцовистая или кремнемарганцовитсая стали, и на эти марки не распространяются ограниче­ ния по применению.

10.3. Вл и я н и е н а п р я ж е н и й на к о р р о зи ю ста льн ы х с т р о и т е л ь н ы х КОНСТРУКЦИЙ

Внутренние и рабочие напряжения практически не влияют на скорость равно­ мерной коррозии материалов конструкций. Исключение составляет коррозия в кислых (pH ниже 3) сильноагрессивных жидких средах, постоянному воздействию которых строительные конструкции подвергаться не должны. Однако воздействие некоторых рабочих сред может изменять характер коррозии стали в напряженном состоянии и вызывать коррозионное растрескивание. Снижение уровня рабочих напряжений обычно замедляет процесс коррозионного растрескивания, но эта мера требует увеличения расхода металла и ухудшает технологические параметры. В приводимых далее примерах рассмотрены другие пути предотвращения коррози­ онного растрескивания конструкций.

Примерами коррозионного растрескивания стали в щелочной среде могут слу­ жить случаи разрушения декомпозеров и воздухонагревателей доменных печей. В декомпозерах технологический процесс происходит в щелочной среде. Внутренняя поверхность кожухов воздухонагревателей подвергается воздействию конденсата, в котором могут быть растворены щелочные составляющие, содержащиеся в рудной пыли при производстве ферромарганца. Щелочному охрупчиванию подвержена углеродистая и низколегированная сталь всех марок. Этот процесс происходит при температуре выше 40-50°С. Трещины зарождаются на участках максимальных сва­ рочных напряжений и распространяются межкристаллитно по основному металлу.

Поскольку в щелочных средах конструкции обычно не защищают от общей коррозии, для повышения их устойчивости против коррозионного растрескивания необходимо применять сталь как можно более чистую по неметаллическим вклю­ чениям, в частности, углеродистую сталь спокойных марок, а также выносить мон­ тажные сварные швы из зоны непосредственного воздействия жидких щелочных сред или возможного образования щелочного конденсата. В этих зонах не допус­ каются технологические приварки на монтаже; заводские сварные швы следует отжигать в термических печах при температуре 650°С для снятия сварочных на­ пряжений.

В ряде сред немодифицированная марганцовистая сталь корродирует с развити­ ем глубоких язв, которые в зонах концентрации напряжений могут переходить в межкристаллитные трещины коррозионной усталости или коррозионного растрес­ кивания. Эти виды разрушения особенно характерны для листовых конструкций и конструкций типа сосудов со стыковой сваркой.

Относительное влияние агрессивной среды на выносливость конструкций сни­ жается с усложнением формы элемента или соединения, т.е. с ростом концентра­ ции напряжений. Для защиты скрубберов от коррозии помимо применения стали, не склонной к местной коррозии, целесообразно использовать защитные металли- зационно-лакокрасочные покрытия или снижать агрессивность воды.

394

Роль статических и циклических напряжений, действующих на конструкции, существенно возрастает с повышением прочности стали. При одновременном воздействии напряжений растяжения и агрессивной внешней среды элементы конструкций из термически упрочненной стали могут подвергаться разрушению вследствие водородного охрупчивания, коррозионного растрескивания или корро­ зионной усталости.

Водородное охрупчивание высокопрочной стали происходит даже при атмо­ сферной коррозии, если в воздухе содержатся агрессивные газы S02, H2S, НС1, HF в концентрации по группам Б-Г. Степень охрупчивания иногда не настолько ве­ лика, чтобы привести к самопроизвольному разрушению статически нагруженных элементов конструкций, но заметно снижает сопротивление динамическим нагруз­ кам и пластичность строительной стали с прочностью до 700 МПа и более высо­ кой прочности (высокопрочные болты, канаты и т.п.). Пластическая деформация (до 2% ) увеличивает склонность этих сталей к водородному охрупчиванию.

Для предотвращения коррозионного растрескивания высокопрочных болтов не­ обходимо выполнять следующие требования. По окончании монтажа конструкции вместе с выступающими частями высокопрочных болтов должны быть окрашены. Кроме того должна быть обеспечена герметизация соединений на высокопрочных болтах.

В слабоагрессивной среде допускается применение высокопрочных болтов из стали марок 40Х, 40ХФА, ЗОХЗМФ и 30Х2НМФ без дополнительной защиты от коррозии, а лишь с окраской конструкций и выступающих частей болтов после монтажа. Однако предотвращение коррозионного растрескивания высокопрочных болтов обеспечивается лишь при условии точного соответствия химического соста­ ва требованиям ГОСТ 4543-71, соблюдения режимов термической обработки бол­ тов и указаний по производству монтажа соединений.

У высокопрочных болтов склонность к коррозионному растрескиванию после проведения соответствующей термообработки, хотя и уменьшается, но полностью не устраняется. Кроме того в процессе эксплуатации болты без защитных покры­ тий начнут корродировать, при этом может дополнительно происходить процесс наводороживания, и вероятность растрескивания болтов увеличивается. В средне- и сильноагрессивных средах высокопрочные болты должны быть защищены от коррозии металлическими покрытиями до монтажа.

Для защиты болтов от коррозии применяются главным образом цинковые ме­ таллические покрытия, которые наносятся различными методами. Однако необхо­ димо учитывать, что при нанесении гальванических покрытий будет наблюдаться наводороживание металла и увеличение склонности болтов к коррозионному рас­ трескиванию. Болты с гальваническим покрытием обязательно должны быть под­ вергнуты обезводороживающему отпуску.

Защита от коррозии стали цинком, осажденным из расплава (горячий метод), когда создается цинковое покрытие толщиной 40-80 мкм, не наводороживает сталь, но при этом толстые покрытия могут перекрывать допуск на размеры и появится затруднение при свинчивании болта и гайки.

Оптимальным методом нанесения защитных металлических покрытий на высо­ копрочные болты является термодиффузионный процесс насыщения поверхности болта. Процесс термодиффузионного обогащения поверхности болта цинком из­ меняет структуру поверхностного слоя металла и удаляет из стали водород, оба эти фактора способствуют предотвращению коррозионного растрескивания. Общая коррозионная стойкость высокопрочных болтов с термодиффузионным цинковым покрытием по сравнению с цинковым гальваническим покрытием при одинаковых

395

толщинах повышается в несколько раз за счет более высокой коррозионной стой­ кости, образовавшейся в поверхностном слое 8-фазы (FeZn7).

Термодиффузионное покрытие цинком, не изменяя механических свойств ста­ ли, полностью предотвращает коррозионное растрескивание болтов из высоко­ прочных сталей марок 38ХС, 40Х2Ф, 40Х.

10.4. К о р р о зи о н н а я с т о й к о с т ь а л ю м и н и е в ы х сплавов

Наиболее высокой коррозионной стойкостью в слабо- и среднеагрессивных средах обладают технический алюминий АД1, сплав системы алюминий - марганец АМц и сплавы системы алюминий - магний AMrl, АМг2, АМгЗ, АМг4. Поэтому конструкции из рекомендованных СНиП 2.03-06-85 термически неупрочняемых сплавов АД1М, АМцМ и АМг2М допускается применять без защиты от коррозии не только в слабоагрессивных, но и в среднеагрессивных средах (листовые ограж­ дающие конструкции по табл.38 СНиП 2.03.11-85).

В средах, содержащих хлористые соли, газообразный хлор или хлористый водо­ род по группам А и Б, наиболее высокой коррозионной стойкостью обладают сплавы системы алюминий - магний. Нагартовка сплавов этой системы не снижа­ ет их коррозионной стойкости, поэтому сплав АМг2Н2 в слабоагрессивных средах обычно также применяется без защиты от коррозии. Другие сплавы алюминия с магнием в строительных конструкциях применяются ограниченно, особенно спла­ вы, содержащие более 5 % магния, поскольку в нагартованном состоянии послед­ ние приобретают склонность к межкристаллигной коррозии после длительных (свыше 3000 ч) нагревов до температуры 60-70°С.

Коррозионная стойкость сплавов системы алюминий - магний - кремний сни­ жается в следующем порядке: АД35, АД31, АДЗЗ, АВ. Сплав АВ содержит 0,2- 0,6 % меди и в состоянии после искусственного старения приобретает склонность к межкристаллитной коррозии. Искусственное старение сплава АДЗ1 незначитель­ но снижает его коррозионную стойкость по сравнению с состоянием после естест­ венного старения. Ограждающие конструкции из сплавов АД31Т и АД31Т1 можно применять без защиты от коррозии в слабоагрессивных средах.

С повышением прочности сплавов алюминия и увеличением расчетных нагру­ зок или внутренних напряжений, связанных с нагартовкой или сваркой, возрастает опасность потери несущей способности конструкций в результате язвенной или расслаивающей коррозии, а также коррозионного растрескивания. Поэтому к за­ щите от коррозии несущих конструкций из алюминиевых сплавов при эксплуата­ ции их в средах, содержащих хлор, хлористый водород или фтористый водород по группе газов Б, предъявляются более жесткие требования. Эти конструкции долж­ ны быть защищены электрохимическим анодированием уже при слабоагрессивной степени воздействия среды.

Особое внимание должно быть уделено высокопрочным свариваемым сплавам системы алюминий - цинк - магний (01915, 01920 и 01925). Хотя по сопротивле­ нию общей коррозии они и относятся к числу стойких, но в состоянии после есте­ ственного старения, в том числе в зоне термического влияния после сварки, под­ вергаются расслаивающей коррозии.

В агрессивных средах сплавы этой системы и их сварные соединения после ес­ тественного старения могут проявить склонность к коррозионному растрескива­ нию. Анодная пленка толщиной 15-20 мкм не обеспечивает достаточной защиты от этого вида коррозии. Скорость роста трещин, как и склонность к их образова­ нию, заметно повышается при переходе от слабоагрессивной к среднеагрессивной степени воздействия среды и снижается при переходе от сплава 01920Т и сварных

396

соединений, полученных с использованием проволоки В92св, к сплаву 01915Т. Этот сплав и его сварные соединения, полученные с использованием проволоки 01557 (системы Al-Mg), в состоянии естественного старения не подвергаются кор­ розионному растрескиванию в слабоагрессивных средах даже в случае образования сварочных трещин или других острых концентраторов напряжений.

ГЛАВА 11

ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКТИВНОЙ ФОРМЕ ДЛЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ КОНТАКТНОЙ КОРРОЗИИ

Металлические конструкции для зданий с агрессивными средами и сооружений на открытом воздухе следует проектировать такой формы, которая исключала бы возможность скопления на поверхности элементов конструкций атмосферной влаги, конденсата, производственной пыли и жидких агрессивных сред и не за­ трудняла бы их удаление. Необходимо предотвращать образование застойных мест в виде пазух, карманов, узких щелей и т.п. Элементы и соединения металлических конструкций должны иметь свободный доступ для осмотров и возобновления за­ щитных покрытий.

Металлические конструкции зданий и сооружений для производств с агрессив­ ными средами следует проектировать из профилей с меньшим периметром при площади сечения, требуемой по расчету несущей способности. Конструктивные решения должны предусматривать принцип концентрации материала и уменьше­ ния общей поверхности конструкций с полным использованием их несущей спо­ собности путем увеличения пролетов и шагов до 12 м и более. Для сильноагрес­ сивных сред конструкции зданий следует проектировать преимущественно сплошностенчатыми, а не решетчатыми.

При выборе конструктивных форм элементов конструкций в агрессивных сре­ дах необходимо учитывать влияние профиля элементов и расположения их в про­ странстве на продолжительность сохранения на их поверхности влаги (атмосферных осадков или конденсата) и накопления пыли, а следовательно, на скорость коррозии и разрушение защитных покрытий. В среднеагрессивных и сильноагрессивных средах листовой и профильный прокат с плоскими гранями и развитой поверхностью применяют преимущественно для конструктивных элемен­ тов, расположенных наклонно или вертикально. Примерами удачных конструк­ тивных решений, удовлетворяющих этим требованиям, могут служить фермы с элементами из труб или замкнутых прямоугольных профилей.

Для металлических конструкций в средне и сильноагрессивных средах не сле­ дует применять тавровые сечения из двух спаренных уголков, крестовые сечения из четырех уголков, незамкнутые коробчатые или двутавровые сечения из двух швеллеров и гнутого профиля.

Конструкции из стали и алюминиевых сплавов для агрессивных сред должны преимущественно применяться в виде сварного профиля замкнутого сечения и труб. Однако применение внутри помещений с агрессивными средами конструк­ ций из стальных элементов замкнутого сечения без защиты внутренней поверхно­ сти от коррозии допускается только при условии заделки торцов.

Для конструкций сооружений на открытом воздухе в слабоагрессивной среде допускается применение сечений в виде труб и замкнутого профиля без проверки

397

их герметичности, но при обязательном условии, что исключено попадание атмо­ сферных осадков внутрь элементов и обеспечен дренаж. Влага внутри таких эле­ ментов конденсируется очень редко из-за запаздывания изменений температурно­ влажностного режима, и среда внутри элементов имеет неагрессивную степень воздействия (скорость коррозии углеродистой стали не достигает 0,01 мм/год).

Влияние формы, расположения в пространстве и размера щелей, возникающих в узлах, на характер протекания коррозии на открытом воздухе в слабоагрессивной среде иллюстрируется на примере стальных конструкций радиобашни системы Шухова после многолетней (50 лет) эксплуатации. Как показало обследование наиболее вероятно возникновение коррозии между элементами в узлах, где щели расположены горизонтально, что затрудняет вымывание загрязнений дождевой водой. В щелях, расположенных наклонно или вертикально, повышенная скорость коррозии по сравнению со скоростью коррозии основной поверхности наблюдает­ ся лишь при содержании сернистого газа или сероводорода в атмосфере выше концентраций по группе А. Коррозия внутренних поверхностей элементов в двух­ заклепочных соединениях возрастает с увеличением расстояния между заклепками от 30 до 75 мм; при дальнейшем увеличении этого расстояния до 140 мм она снижается, благодаря более легкому вымыванию загрязнений, и вновь несколько возрастает при увеличении расстояния между заклепками или болтами до

190мм.

Вжестких стыках коррозия не возникает при расстоянии между болтами или

заклепками до 120 мм, а при увеличении этого расстояния, особенно до 200- 650 мм, постепенно возрастает. Степень ускорения коррозии зависит от толщины стенок элементов, с уменьшением которой облегчается расклинивающее действие продуктов коррозии. Отдельные элементы конструкций из уголка с толщиной стенки 8-10 мм подвергаются значительной деформации продуктами коррозии.

Таким образом, степень опасности коррозии сопряженных элементов определя­ ется еще и жесткостью стыка: чем выше жесткость стыка (толщина элемента и число заклепок), тем большим может быть расстояние между заклепками или бол­ тами, при котором коррозия не возникает; следует рекомендовать для слабоагрес­ сивной среды расстояние между крепежом не более 400 мм, а для средне- и силь­ ноагрессивной среды - 200 и 120 мм соответственно. В этом отношении болтовые соединения и особенно соединения на высокопрочных болтах более устойчивы против коррозии в щелях, чем заклепочные. В соединениях на высокопрочных болтах положительно сказывается роль больших усилий, направленных нормально толщине элемента.

В местах соединения фасонок со стойками или опорными кольцами коррозия возникает уже при расстоянии между заклепками 60-100 мм. Значительная пло­ щадь фасонок способствует накоплению пыли в стыках и препятствует омыванию их дождевой водой. Наибольшая скорость коррозии элементов в подобных узлах наблюдается в случаях, когда образуются трехмерные полости. Так, в узлах, нахо­ дящихся у самой поверхности земли, зазоры заполняются снегом, и во время отте­ пели в них застаивается талая вода, что увеличивает фактическую продолжитель­ ность коррозии. Это явление характерно также для сварных и болтовых узлов кон­ струкций на открытом воздухе. Поэтому подобные узлы на уровне земли целесо­ образно замоноличивать в бетон на высоту снежного покрова, а на большой высо­ те - располагать в вертикальной плоскости.

Одноэтажные отапливаемые здания, в которых применяют легкие несущие ме­ таллические конструкции, должны проектироваться для производств с неагрессив­ ными и слабоагрессивными средами, а для производств со среднеагрессивными

398

средами - только при условии, если обеспечена долговременная защита конструк­ ций (см. табл. 10.1). Это требование вызвано тем, что невозможно обеспечить пол­ ную защиту конструкций лакокрасочными покрытиями на достаточно длительный период эксплуатации.

Ограждающие конструкции в виде металлических или комбинированных пане­ лей для отапливаемых зданий следует проектировать с таким расчетом, чтобы в холодные периоды года было предотвращено образование конденсата на внутрен­ ней поверхности панелей и на несущих конструкциях, а также обеспечена воз­ можность систематического удаления пыли и грязи с поверхности конструкций.

При проектировании конструкций из разнородных металлов или сплавов необ­ ходимо избегать решений, при которых может возникнуть контактная коррозия. В атмосферных условиях резкое ускорение коррозии конструкций из стали и алюми­ ния независимо от способа их защиты, как правило, происходит только при кон­ такте с медью. Такой контакт предотвращают применением неметаллических (паронитовых и т.п.) прокладок между элементами конструкций и медными дета­ лями. Нельзя допустить, чтобы дождевая вода с поверхности медных деталей сте­ кала на поверхность конструкций из алюминия, алюминированной или оцинко­ ванной стали.

В сопряжениях элементов конструкций из углеродистой или низколегирован­ ной стали с конструкциями, покрытыми цинком или алюминием с толщиной слоя более 40 мкм, не требуется дополнительной защиты, сверх необходимой для дан­ ной степени агрессивного воздействия среды. Однако при проектировании конст­ рукций из стали повышенной коррозионной стойкости, сопряженных с оцинко­ ванными, алюминированными конструкциями или алюминием, необходимо учи­ тывать, что до того, как на поверхности стали марок 10ХСНД 10ХНДП или 15ХСНД полностью сформируется защитный слой продуктов, дождевая вода, сте­ кающая с конструкций, может загрязнять алюминий, алюминиевые и цинковые покрытия, равно как и бетон, кирпич, другие неметаллические материалы, не ока­ зывая значительного агрессивного воздействия. Для предотвращения загрязнений обеспечивают отвод дождевой и талой воды.

Если на конструкции воздействуют среднеили сильноагрессивные жидкие среды, то в зависимости от природы среды определенную опасность может пред­ ставлять контакт элементов конструкций с нержавеющей сталью, сплавами титана, а также контакты алюминия со сталью повышенной коррозионной стойкости и некоторых сплавов алюминия между собой.

Опасность контактной коррозии в жидких средах возникает и в случае неоп­ равданного назначения материалов для сварки конструкций. Так, контактная кор­ розия сварного соединения в среднеагрессивной жидкой среде наблюдается, на­ пример, когда сталь состава (% по массе): 0,16 С; 0,50 Si; 1,42 Мп; 0,013 Р; 0,016 S; 0,045 А1; 0,044 Nb сваривали с применением электродной проволоки состава (% по массе): 0,08 С; 0,25 Si; 0,8 Мп; 0,4 Ni; 0,6 Си с более высокой коррозионной стой­ костью, т.е. металл шва обладал значительно большей коррозионной стойкостью, чем основной металл.

Возможное возникновение контактной коррозии между швом и основным ме­ таллом необходимо предотвращать выбором соответствующих электродов для руч­ ной сварки низколегированной стали (таблица 11.1), которые обеспечивают рав­ ную коррозионную стойкость металла шва и основного металла из более широкой номенклатуры электродов, рекомендованной СНиП. В этом случае проволока для автоматической и полуавтоматической сварки конструкций имеет состав, возмож­ но близкий к составу стали, для сварки которой она предназначена.

399

Таблица 11.1 Материалы для сварки конструкций из низколегированной стали, при которых контактная коррозия минимальна

*1. Для автоматической сварки стали марок 10ХНДП, 12ХГДАФ, 08ХГСДП под слоем

флюса рекомендуется применять сварочную проволоку марки Св-08Х1ДЮ по ТУ 14- 1-1148-75 в сочетании с флюсом марки АН-348А по ГОСТ 9087-81*Е. 2. Механизиро­ ванную сварку в среде СО2 рекомендуется выполнять сварочной проволокой марки Св08ХТ2СДЮ по ТУ 14-1-3665-83 в углекислом газе по ГОСТ 8050-85. 3. Полуавтомати­ ческую сварку самозащитной проволокой рекомендуется выполнять сварочной проволо­ кой П ПВ -5к по ТУ 36-2528-83.

** Только для стали марки 10ХСНД.

При выборе материалов для сварки несущих конструкций из стали повышен­ ной коррозионной стойкости в условиях эксплуатации их без защиты от коррозии необходимо учитывать внутренние напряжения в зоне термического влияния (ЗТВ). В случае сварки стали марки 10ХНДП даже при применении электродной проволоки с составом, близким к составу стали, могут возникать напряжения, нарушающие адгезию продуктов коррозии к металлу шва и ЗТВ. Минимальные внутренние напряжения создаются при использовании проволоки марки Св08Х1ДЮ для автоматической сварки.

Конструкции, эксплуатирующиеся в сильноагрессивных средах, должны иметь сплошные сварные швы. Угловые сварные швы должны быть проварены с обеих сторон.

Существенное влияние на коррозионную стойкость стали, алюминия и защит­ ных металлических покрытий может оказать контакт с неметаллическими материа­ лами, способствующими неблагоприятному изменению pH среды. Поэтому для конструкций промышленных зданий, связанных с производством или применени­ ем в технологических процессах твердой щелочи, соды или других солей со ще­ лочной реакцией, которые могут входить в состав пыли в этих цехах, не допускает­ ся применение алюминиевых сплавов и оцинкованной стали, а также металличе­ ских защитных покрытий, даже при условии дополнительной их защиты лакокра­ сочными покрытиями.

Перечисленные материалы не следует также применять в агрессивных средах при возможном воздействии металлической (или соединений металлов) пыли, вызывающей контактную коррозию, если в ней содержатся медь, никель, сульфи­ ды, хлориды этих металлов, другие тяжелые, благородные или полублагородные металлы. При относительной влажности воздуха помещений выше 75 % и в усло­ виях конденсации влаги графит, коксовая и угольная крошка, также образуют электрохимические пары с цинком и алюминием.

400

Неблагоприятные по отношению к алюминию значения pH имеют незатвер­ девшие раствор и бетон. Поэтому главой СНиП 2.03.11-85 предъявляются повы­ шенные требования к защите от коррозии конструкций из алюминия, примыкаю­ щих к кирпичным, бетонным и железобетонным конструкциям.

ГЛАВА 12

ЗА Щ И Т А М Е Т А Л Л И Ч Е С К И Х К О Н С Т Р У К Ц И Й О Т К О Р Р О З И И

Защита стальных и алюминиевых конструкций от коррозии может произво­ диться специальными покрытиями или электрохимическими методами.

12. 1. З а щ и т н ы е п о к р ы т и я

По виду материалов защитные покрытия для строительных металлических кон­ струкций могут быть классифицированы как лакокрасочные, металлические, ок­ сидные, изоляционные. Возможны комбинации различных видов покрытий. По механизму защитного действия покрытия могут быть классифицированы как барь­ ерные, т.е. обеспечивающие только изоляцию, протекторные и с комбинирован­ ным барьерно-протекторным действием. Применение преобразователей и моди­ фикаторов ржавчины как правило недопустимо.

Лакокрасочные покрытия в зависимости от вида пигмента обеспечивают барь­ ерную, комбинированную или протекторную (электрохимическую) защиту стали. Цинковые защитные покрытия стальных конструкций обеспечивают как протек­ торную, так и барьерную защиту от коррозии; алюминиевые - обычно только барьерную, а в присутствии хлористых солей или хлора - также и протекторную.

Защита конструкций из алюминиевых сплавов выполняется с помощью искус­ ственно создаваемого на их поверхности (химическим или электрохимическим способом) естественного окисного слоя, который обеспечивает барьерную защиту металла от окружающей среды. Изоляционные покрытия выполняются из ткане­ вых материалов, пропитываемых битумно-резиновыми мастиками, или из поли­ мерных пленок, приклеиваемых к металлической поверхности, и применяются для защиты тонкого листа или гидроизоляции конструкций в грунте.

Нанесению лакокрасочных или металлических защитных покрытий должна предшествовать соответствующая подготовка поверхности конструкций; цель под­ готовки поверхности - удаление прокатной окалины, продуктов коррозии, жиро­ вых и других загрязнений и придание поверхности шероховатости, улучшающей сцепление с ней защитного покрытия.

12.2. П одготовка п о верх н о с ти стальны х ко н стру кц и й

ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

На заводах металлических конструкций применяются следующие основные ме­ тоды подготовки поверхности проката или конструкций, покрытых продуктами коррозии (окалиной или ржавчиной), независимо от степени окисленности и зажиренности поверхности по ГОСТ 9.402-80*:

•механические', обработка сухим абразивом (дробеструйная, дробеметная, метал­ лическим песком); обработка механизированным инструментом (проволочными щетками, шлифовальными машинками, иглофрезами);

•химические: обезжиривание в водных щелочных растворах; обезжиривание в органических растворителях; травление в кислотах.

401

Подготовка поверхности может производиться:

•на механизированных и автоматизированных технологических линиях очистки проката механическими или химическими методами с последующей консерва­ цией поверхности на время изготовления конструкций; консервирующие по­ крытия не должны препятствовать сварке и в дальнейшем входить в систему лакокрасочного покрытия (грунтовки BJI-02, BJI-023, ЭФ-0121 и т.п.); после сварки конструкций в этом случае необходимо производить зачистку сварных швов и околошовной зоны под грунтование; очистка проката абразивом произ­ водится и перед нанесением металлизационных покрытий;

•в тупиковых камерах дробеструйной очистки или в ваннах травления элементов и конструктивных отправочных марок после их сборки и сварки; подготовка поверхности готовых конструкций и отправочных марок на механизированных технологических линиях целесообразна только при условии достаточной повто­ ряемости конфигураций и габаритов, а также доступности всей поверхности для обработки.

Кислотное травление допускается для собранных конструкций лишь при усло­ вии отсутствия карманов и зазоров, в которых может остаться электролит, и не допускается для конструкций из стали 600 МПа и более высокой прочности. Ки­ слотное травление на ЗМК рекомендуется как метод подготовки поверхности стальных конструкций под нанесение металлических (цинковых, алюминиевых) покрытий методом погружения в расплав. Сварные конструкции должны иметь в основном стыковые или угловые соединения. Нахлесточные соединения должны производиться только лобовыми или только фланговыми швами при гарантиро­ ванном зазоре между элементами не менее 1,5 мм или при сплошной обварке по контуру.

Травление с последующим пассивированием, как и обработка сухим абрази­ вом - дробеструйным или дробеметным методами, обеспечивает вторую и третью степени очистки поверхности по ГОСТ 9.402-80; обработка механизированным инструментом допускается при малых объемах работ (зачистка сварных швов, ме­ стное удаление продуктов коррозии) обеспечивает при этом третью степень очист­ ки. Главой СНиП 2.03.11-85 эта степень очистки поверхности допускается только для конструкций, эксплуатируемых в слабоагрессивных и неагрессивных средах.

Очистка ручными щетками поверхности конструкций, покрытой прокатной окалиной или толстым слоем ржавчины, не обеспечивает степени очистки свыше четвертой и может быть допущена только для конструкций, предназначенных для эксплуатации в неагрессивных средах. Полное удаление продуктов коррозии почти в 5 раз увеличивает срок службы лакокрасочных покрытий (табл. 12.1).

Таблица 12.1. Влияние метода подготовки поверхности стального проката на долговечность лакокрасочных покрытий в слабоагрессивной среде на открытом воздухе

Очистка от окислов поверхности рулонных материалов (тонколистовая оцинко­ ванная сталь, алюминий) перед нанесением полимерных покрытий в заводских условиях производится специальными методами. Легкий налет продуктов корро­

402