Korrosionsbestandighed af industrielle stålkonstruktioner i kolde, fugtige miljøer

Lav temperatur, høj luftfugtighed og elektrokemisk korrosion

I kolde, fugtige miljøer – især ved temperaturer under 10 °C – udgør aggressiv elektrokemisk korrosion af industrielt stål en alvorlig bekymring. Accelererede katodiske reaktioner som følge af øget iltopløselighed i tynde fugtfilm er kombineret med en faldende ionmobilitet, hvilket koncentrerer anodisk aktivitet på lokale områder og udløser pitting. Synergien mellem disse faktorer forklarer, hvorfor korrosionshastighederne i fugtige, frostkoldmiljøer kan være 1,5–2 gange højere end i andre klimaer. Desuden bliver det endnu værre i nærværelse af luftbåren havsalt og isfritlagelsesmidler.

Koldformede versus varmvalset stål: holdbarhed i korrosive kystnære, fugtige zoner

Valget af materiale til elementer i stålkonstruktioner bestemmer den langsigtede ydeevne. Koldformede stålelementer (CFS) er mere korrosionsbestandige i kystnære fugtige zoner, fordi de har en fabrikskontrolleret og ensartet zinkdækning. I modsætning hertil har varmvalset stål en ukontrolleret valserust, hvilket resulterer i en uensartet korrosionsbeskyttelse. Uafhængige salt-spray-tests viser, at galvaniserede CFS-elementer ikke danner rød rust i 40 % længere tid end ungavlaniseret varmvalset stål. CFS har også en finere kornstruktur, hvilket letter reduktionen af mikrorevner og dermed reducerer korrosionsveje.

ASTM G101 Korrosionstestning af industrielle stålkonstruktioner for Stillehavs-nordvesten og Atlantisk Canada

ASTM G101’s accelererede korrosionstestning har leveret videnskabelig bevidsthed om regionale ændringer i Østrigs kolde og fugtige zoner:

Region Ugalleret kulstål (mpy) | Galvaniseret stål (mpy)

De øgede korrosionshastigheder i Atlantic Canada skyldes den øgede luftbårne saltindhold fra vedvarende havsprøjt. Disse resultater kræver beskyttelsessystemer med mindst ISO 12944 C5M for udsatte konstruktionselementer og forbindelser. Dette er den højeste korrosionsbeskyttelse til en marin-industriel miljø.

Fugtstyringsstrategier for industrielle stålkonstruktioner

Dugpunkt og kondenskontrol i isolerede metalbeklædningsystemer

I kolde og fugtige industrielle stålbygninger er præcis duggpunktanalyse afgørende for at kontrollere interstitiel kondensdannelse. Når varm, fugtig luft rammer kolde overflader, opstår der kondens, og vægopbygninger begynder at korrodere. Korrosionen accelereres på grund af tilstedeværelsen af isolerede metalplader. Selv en fejl på 5 °C i duggpunktet kan føre til 40 % mere fugtophobning. At inkludere klimaspecifik termisk modellering ved isoleringsplacering udgør den bedste fremgangsmåde til kondenskontrol. Dette kontrolleres med infrarød termografi under installationen. Tilføjelse af kontinuerlig fugtkontrol udgør den bedste fremgangsmåde til at kontrollere korrosion i bygningen.

Placering af dampspærre og mekanisk ventilation

Anvendelsen af dampspærre af bygherrer skal matche klimabetinget damptryk. I områder defineret som kolde og fugtige skal dampspærren placeres på den indvendige side af bygningskonstruktionen. Her vil spærrene være varmere end dugpunktet og mindske den indadgående fugtmigration. Ifølge ASTM E96 reducerer 0,1 perm-dampspærre, der er korrekt forseglet, fugtoverførselshastigheden med 97 %. Dette opnås mest effektivt ved mekanisk ventilation i overensstemmelse med ASHRAE-krav, som leverer mindst 0,3 cfm/pr. kvadratfod. Dette sikrer, at den indvendige relative luftfugtighed holdes under 45 %. Dette, kombineret med korrekt lufttætning ved alle gennemtrængninger og samlinger, sikrer, at fugt ikke bliver fanget, og at integriteten af konstruktionsstål ikke kompromitteres.

Anvendelse og ydeevne af beskyttelsesbelægninger i kolde og fugtige forhold

Der er alvorlige bekymringer for ydeevnen af beskyttende belægninger, hvis de påføres ved temperaturer under 5 °C. I disse tilfælde har belægningerne en stor risiko for at mislykkes, da de ikke kan tørre og derved danne et beskyttende lag på metallet. Desuden vil den høje viskositet af beskyttende belægninger forhindre dannelse af et ensartet lag. Ved konstruktion af industrielt stål vil denne påføring ikke beskytte mod korrosion, da kondensdannelse vil opstå under belægningen. Reaktive frosts dannes på ståloverfladen og fører til blærerdannelse under belægningen. Dette medfører, at korrosionsbeskyttelsen svigter. For at undgå dette skal der på byggepladsen sikres en kontrolleret, opvarmet omgivelse ved lufttemperaturer mellem 10 °C og 27 °C (50 °F til 80 °F). Luftfugtigheden skal ligeledes kontrolleres samt overfladebehandlingen, som skal omfatte fjernelse af al frosts eller fugt inden påføring af belægningerne.

Tilpasninger for den termiske ydeevne af industrielle stålkonstruktioners fundamenter og forhindring af frosthejning

I kold-fugtige klimaer gør kystlige lerzoner det særligt udfordrende at understøtte industrielle stålkonstruktioner på mættede undergrundsfundamenter. Disse udfordrende, mættede og udvidelsesvillige undergrundsbetingelser kræver fundamenter, der er modstandsdygtige over for frosthejning. Dybe fundamenter trænger ned under den lokale frostgrænse og forhindrer opadgående tryk som følge af isdannelse. Kornede drænelag og en fuldstændig indpakket, vandtæt drænmembran under fundamentet mindsker hydrostatiske tryk som følge af sæsonbetingede svingninger i grundvandsstanden. Terrænudformning til fremme af overfladedræning væk fra bygningens omkreds reducerer undergrundens mætning og forbedrer stabiliteten af fundamenterne over for virkningerne af frosthejning og fryse-og-tø-cykler.

Kontinuert isolation og reduktion af termisk bro

Varmebroer gennem store stålelementer er især skadelige for bygningers termiske ydeevne i kolde fugtige klimaer og resulterer i en 30–50 % stigning i varmetab. For stålkonstruktioner er anvendelsen af kontinuerlig yderisolering afgørende for bygningens termiske ydeevne og for at forhindre korrosion. Strukturelle varmeafbrydere og kompressionspakninger med forskellig dampgennemtrængelighed, placeret ved kritiske understøtnings- og forbindelsespunkter på bygningens yderside, hjælper med at regulere transporten af fugt og termisk energi.

Ofte stillede spørgsmål

Hvorfor er kolde fugtige klimaer især korrosive for stål?

Kolde fugtige klimaer accelererer stålkorrosion på grund af den nedsatte ionmobilitet og den øgede opløselighed af ilt samt fugtfilm, der fremmer korrosion.

Hvad er fordelene ved koldformet stål (CFS) frem for varmvalset stål under de nævnte forhold?

Mellem den fabrikskontrollerede zinkbelægning og den forbedrede CFS-kornstruktur, der giver færre fugtveje, er koldformet stål mere modstandsdygtigt over for korrosion.

Hvad er de bedste fremgangsmåder til at kontrollere interstitiel kondensdannelse i stålkonstruktioner?

De bedste fremgangsmåder består i at modellere dugpunktet, korrekt placering og valg af dampspærre og isolering samt verificering ved hjælp af infrarød termografi og fugtovervågning inden for hulrummet.

Hvad er nogle af betingelserne og ulemperne ved beskyttende belægninger i koldt vejr?

Når beskyttende belægninger påføres ved temperaturer under 5 °C, opstår udfordringer såsom høj viskositet og lav adhæsion som følge af frost/fugt, hvilket øger risikoen for bobler og fejl i belægningen.

Hvad er nogle metoder til at mindske frosthejvning i løbet af vintermånederne?

Frosthejvning kan mindskes i løbet af vintermånederne ved at anvende en dyb fundamentkonstruktion, der rækker ned under frostgrænsen, samt ved at bruge drænning, vandtætning og korrekt terrænudformning.