Odolnost průmyslové ocelové konstrukce proti korozi v chladných a vlhkých prostředích

Nízká teplota, vysoká vlhkost a elektrochemická koroze

V chladných a vlhkých prostředích – zejména tam, kde teploty klesají pod 10 °C – je agresivní elektrochemická koroze průmyslové oceli vážným problémem. Zrychlené katodické reakce způsobené zvýšenou rozpustností kyslíku v tenkých vrstvách vlhkosti se kombinují se sníženou iontovou pohyblivostí, čímž se anodická aktivita koncentruje v místních oblastech a spouští se pitting. Synergie těchto faktorů vysvětluje, proč jsou rychlosti koroze ve vlhkých prostředích pod nulou až 1,5–2krát vyšší než v jiných klimatických podmínkách. Navíc se situace ještě zhoršuje v přítomnosti mořské soli ve vzduchu a chemikálií používaných k odstraňování ledu.

Studeně tvářená versus horkovalená ocel: trvanlivost v korozivních pobřežních a vlhkých oblastech

Volba materiálu pro prvky ocelové konstrukce určuje jejich dlouhodobý výkon. Studeně tvářená ocel (CFS) je odolnější vůči korozi v pobřežních vlhkých oblastech, protože má továrně řízené a rovnoměrné zinkové povlaky. Naopak u teple válcovaných profilů dochází k nekontrolovatelnému vzniku měřítkové vrstvy (mill scale), což má za následek nerovnoměrnou ochranu proti korozi. Nezávislé testy v solné mlze ukázaly, že zinkované prvky CFS nevykazují červenou rez po dobu o 40 % delší než nezinkovaná teple válcovaná ocel. CFS má také jemnější zrnitou strukturu, která usnadňuje snížení mikrotrhlin a tím i snížení cest pro korozní útok.

Korozní zkoušky průmyslových ocelových konstrukcí podle ASTM G101 pro oblast Pacifického severozápadu a Atlantické Kanady

Zrychlené korozní zkoušky podle ASTM G101 poskytly důkazy o regionálních změnách v rakouských chladných a vlhkých oblastech:

Oblast | Neprotektovaná uhlíková ocel (mpy) | Zinkovaná ocel (mpy)

Zvýšené rychlosti koroze v atlantické části Kanady jsou způsobeny vyšší koncentrací soli ve vzduchu, kterou způsobuje trvalý mořský postřik. Tyto výsledky vyžadují ochranné systémy s minimální úrovní ochrany proti korozi ISO 12944 C5M pro vystavené konstrukční prvky a spoje. Jedná se o nejvyšší úroveň ochrany proti korozi v námořním průmyslovém prostředí.

Strategie řízení vlhkosti pro průmyslové ocelové konstrukce

Řízení rosného bodu a kondenzace v izolovaných kovových obkladových systémech

V chladných a vlhkých průmyslových ocelových budovách je přesná analýza rosného bodu klíčová pro kontrolu mezivrstvé kondenzace. Když teplý, vlhký vzduch narazí na chladné povrchy, vzniká kondenzace a stěnové konstrukce začínají korodovat. Korozní proces se urychluje díky přítomnosti izolovaných kovových panelů. I chyba o 5 °C v určení rosného bodu může vést k navýšení akumulace vlhkosti o 40 %. Nejlepším přístupem k omezení kondenzace je zahrnutí klimaticky specifického tepelného modelování při určování umístění tepelné izolace. Toto je během montáže ověřováno infračervenou termografií. Přidání nepřetržité kontroly vlhkosti představuje nejlepší řešení pro omezení koroze v budově.

Umístění parotěsných vrstev a mechanické větrání

Přizpůsobení parotěsných bariér staviteli musí odpovídat klimaticky podmíněnému parnímu tlaku. V oblastech definovaných jako chladné a vlhké musí být parotěsné bariéry umístěny na vnitřní straně stavební konstrukce. Zde budou bariéry teplejší než teplota rosného bodu a sníží vnitřní migraci vlhkosti. Podle normy ASTM E96 snižují parotěsné bariéry s propustností 0,1 perm, které jsou správně utěsněny, rychlost přenosu vlhkosti o 97 %. To je nejlépe dosaženo mechanickým větráním vyhovujícím požadavkům ASHRAE, které zajišťuje minimální průtok vzduchu 0,3 cfm/ft² (cubic feet per minute per square foot). Tím se zajistí, že relativní vlhkost vnitřního prostředí zůstane pod 45 %. Spolu s řádným utěsněním všech průchodů a spojů to zajišťuje, že se vlhkost nezachytí uvnitř konstrukce a nedojde k poškození nosné ocelové konstrukce.

Aplikace ochranných nátěrů a problémy s jejich výkonem za chladných a vlhkých podmínek

Existují vážné obavy týkající se výkonu ochranných nátěrů, pokud jsou aplikovány při teplotách pod 5 °C. V těchto podmínkách mají nátěry vysoké riziko selhání, protože se nedají správně vysušit a vytvořit tak ochrannou vrstvu pro kov. Navíc vysoká viskozita ochranných nátěrů brání vytvoření rovnoměrné vrstvy. Při stavbě průmyslových ocelových konstrukcí taková aplikace nebude chránit proti korozi, neboť pod nátěrem vznikne kondenzace. Na povrchu oceli se vytvoří reaktivní námraza, která povede ke vzniku puchýřů pod nátěrem. To způsobí selhání korozní ochrany. Aby se tomu zabránilo, musí být staveniště řízeno tak, aby bylo zajištěno vyhřívané uzavřené prostředí s teplotou na staveništi v rozmezí 10–27 °C (50–80 °F). Je také nutné kontrolovat vlhkost vzduchu i přípravu povrchu, která musí zahrnovat odstranění veškeré námrazy či vlhkosti ještě před aplikací nátěrů.

Přizpůsobení tepelného výkonu základů průmyslových ocelových konstrukcí a zmírňování mrazového zvedání

V chladných a vlhkých klimatických podmínkách tvoří pobřežní jílovité pásy zvláště náročné podmínky pro podepření průmyslových ocelových konstrukcí na nasycených podložních základech. Tyto náročné, nasycené a expandující podložní podmínky vyžadují základy odolné proti mrazovému zvedání. Hluboké základy pronikají pod místní mrazovou hranici a tak zabrání vztlakovému zvedání. Zrnité drenážní vrstvy a úplně obalený vodotěsný drenážní membránový základ snižují hydrostatický tlak způsobený sezónními kolísáními hladiny podzemní vody. Terénní úprava za účelem usnadnění povrchového odtoku směrem od obvodu budovy snižuje nasycení podloží a zvyšuje stabilitu základu vůči účinkům mrazového zvedání a cyklům zmrazování a rozmrazování.

Neustálá izolace a redukce tepelného mostu

Tepelné mosty způsobené velkými ocelovými prvkami jsou zvláště škodlivé pro tepelný výkon budov v chladných a vlhkých klimatických podmínkách, což vede ke zvýšení tepelných ztrát o 30–50 %. U ocelových konstrukcí je použití nepřerušované vnější tepelné izolace klíčové pro tepelný výkon budovy i pro prevenci koroze. Konstrukční tepelné přerušení a stlačovací těsnění s různou propustností umístěná v kritických bodech podpor a spojů vnějšího pláště budovy pomáhají regulovat proudění vlhkosti i tepelné energie.

Často kladené otázky

Proč jsou chladné a vlhké klimatické podmínky zvláště korozivní pro ocel?

Chladné a vlhké klimatické podmínky urychlují korozi oceli kvůli snížené pohyblivosti iontů a zvýšené rozpustnosti kyslíku, stejně jako kvůli vrstvám vlhkosti, které korozní proces napomáhají.

Jaká je výhoda tenkostěnné oceli (CFS) oproti válcované oceli za uvedených podmínek?

Díky továrně řízenému zinkovému povlaku a jemné struktuře zrna CFS, která nabízí méně cest pro pronikání vlhkosti, je studeně tvářená ocel odolnější vůči korozi.

Jaké jsou nejlepší postupy pro kontrolu meziprostorové kondenzace ve stavebnictví z oceli?

Nejlepší postup zahrnuje modelování teploty rosného bodu, správné umístění a výběr parotěsných bariér a tepelné izolace, ověření pomocí infračervené termografie a monitorování vlhkosti uvnitř dutiny.

Jaké jsou některé podmínky a nevýhody ochranných povlaků za nízkých teplot?

Při aplikaci ochranných povlaků při teplotách pod 5 °C vznikají problémy, jako je vysoká viskozita a nízká adheze způsobené námrazou/vlhkostí, což zvyšuje riziko vzniku puchýřů a selhání povlaku.

Jaké metody se používají k potlačení mrazového zvedání během zimních měsíců?

Potlačení mrazového zvedání během zimních měsíců lze dosáhnout například návrhem hlubokého základu, který sahá pod mrazovou hranici, stejně jako použitím odvodnění, hydroizolace a správného terénního vyrovnaní.