Долговечность любых зданий и сооружений из металлоконструкций определяется скоростью коррозии стального несущего каркаса, которая, в свою очередь, зависит от характеристик защитного покрытия и физико-химических параметров среды эксплуатации. Самое распространенное защитное покрытие несущих конструкций ЛСТК – слой цинка толщиной 19 мкм (275 гр/кв.м), поэтому далее мы рассматриваем долговечность конструкций именно с таким покрытием. Характеристики среды эксплуатации определяются местом расположения несущих конструкций из ЛСТК, которое для разных типов зданий может варьироваться: конструкции могут находиться внутри или вне помещения, либо вообще быть заэкранированы от окружающией среды, находясь внутри ограждающей конструкции.
ЛСТК конструкции внутри здания
Этот вариант используется в большинстве промышленных зданий, складов, ангаров. В этом случае скорость коррозии определяется температурой, влажностью и химическим составом воздуха в помещении. В отапливаемых зданиях среда, как правило, является неагрессивной (кроме особых случаев – например, постоянно высокая влажность, технологические выбросы коррозионно-активных газов). В неагрессивной среде расчетный срок службы цинкового покрытия может составлять сотни лет.
ЛСТК конструкции в условиях открытой атмосферы
Такой способ размещения несущих конструкций часто применяют при строительстве птичников и других сельскохозяйственных зданий с агрессивной средой в помещениях. Изнутри каркас обшивают сэндвич панелями, создавая герметичный тепловой контур и одновременно защищая металлоконструкции от огня и коррозии, а снаружи они контактируют с окружающей средой (система “наружный каркас”).
В условиях открытой атмосферы работают также навесы, различные специальные сооружения (эстакады, платформы и пр.). В этом случае скорость коррозии оценивается, исходя из климатических характеристик атмосферы (температуры, влажности, количества осадков) и ее состава – уровня загрязнения коррозионно-активными веществами (диоксид серы, хлориды). Согласно исследованиям Института Физической химии и электрохимии РАН, основанным на долговременном мониторинге образцов оцинкованной стали в натурных условиях и на актуальных данных о климате и химическом составе атмосфер, практически на всей территории России (за исключением ряда самых экологически неблагополучных промышленных городов и прибрежных районов), срок службы цинкового покрытия толщиной 19 мкм составляет более 50 лет.
В силу новизны технологии ЛСТК, которая применяется в мире чуть более полувека, а в России – всего два десятка лет, при оценке срока службы сооружений из ЛСТК используют расчетные модели. Они строятся на основе данных о коррозионных потерях цинкового покрытия в реальных атмосферных условиях за разные сроки экспозиции. Чем дольше экспонируются образцы, тем точнее данные о скоростях коррозии. Так, в исследовании Международной Цинковой Ассоциации (International Zinc Association- IZA), основанном на 10-летних натурных испытаниях образцов оцинкованной стали, прогнозный срок службы цинкового покрытия толщиной 19 мкм составляет 150 лет даже в таких агрессивных условиях эксплуатации, как морской климат и сильно загрязненная индустриальная атмосфера.
ЛСТК каркас внутри ограждающих конструкций
В зданиях жилищно-гражданского назначения (жилые дома из ЛСТК, детские сады, школы, офисные здания) несущие конструкции из оцинкованной стали находятся внутри ограждающих конструкций. В этой ситуации динамика коррозионных процессов определяется составом и структурой ограждающей конструкции, контактирующей с каркасом из ЛСТК. В силу многообразия конструктивных систем быстровозводимых домов из ЛСТК, срок их службы нужно оценивать индивидуально на основании коррозионных испытаний каждой конкретной конструкции.
Для системы СТИЛТАУН®, применяемой компанией «Андромета», такие исследования проводились Кафедрой защиты металлов и технологии поверхности НИТУ МИСиС. По результатам испытаний долговечность конструкций из ЛСТК в среде сверхлегкого пенобетона плотностью 200-300 кг/куб.м составляет 50 и более лет, что соответствует требованиям к сроку службы жилищно-гражданских строений согласно ГОСТ Р 54257-2010 «Надежность строительных конструкций и оснований».
Для оценки долговечности оцинкованных каркасов СТИЛТАУН® были проведены следующие виды исследований:
- ускоренные коррозионные испытания образцов в климатических камерах
- теплотехнические исследования для определения зоны конденсации влаги в многослойных структурах стеновых панелей
- оценка скорости потери цинка в конструкциях СТИЛТАУН®, защищенных пенобетоном.
На основании коррозионных испытаний и теплотехнических исследований была оценена скорость потери цинка в конструкциях, защищенных от атмосферных воздействий пенобетоном. Установлено, что эта скорость составит не более 0,5 мкм/год в течение первых 2-5 лет эксплуатации и уменьшится до 0,3 мкм/год в последующие годы за счет образования защитной оксидной пленки на поверхности цинка. Следовательно, за 50 лет реальной эксплуатации максимальное уменьшение толщины слоя цинка составит: 5 * 0,5 + 45 * 0,3 = 16 мкм. Минимальная толщина цинкового покрытия класса Z275, используемого в конструкциях СТИЛТАУН® составляет 19 мкм. Таким образом было доказано, что конструкции СТИЛТАУН® устойчивы к коррозии и могут эксплуатироваться в среде пенобетона сроком более 50 лет.