Стойкость промышленных стальных конструкций к коррозии в холодно-влажных условиях

Низкие температуры, высокая влажность и электрохимическая коррозия

В холодно-влажных условиях — особенно при температурах ниже 10 °C — агрессивная электрохимическая коррозия промышленной стали представляет серьёзную угрозу. Ускорение катодных реакций из-за повышения растворимости кислорода в тонких плёнках влаги сочетается со снижением подвижности ионов, что приводит к концентрации анодной активности в локальных зонах и инициирует язвенную коррозию. Синергетическое воздействие этих факторов объясняет, почему скорость коррозии во влажных условиях при температурах ниже нуля может быть в 1,5–2 раза выше, чем в других климатических зонах. Кроме того, ситуация усугубляется при наличии морской соли в воздухе и химических реагентов для борьбы с обледенением.

Холоднокатаная и горячекатаная сталь: долговечность в коррозионно-агрессивных прибрежно-влажных зонах

Выбор материала для элементов стальных конструкций определяет их долгосрочную эксплуатационную надёжность. Холодногнутая сталь (CFS) обладает повышенной коррозионной стойкостью в прибрежных и влажных зонах благодаря равномерному и контролируемому на заводе цинковому покрытию. В отличие от неё, горячекатаные профили имеют неконтролируемый прокатный окалиновый слой, что приводит к неравномерной защите от коррозии. Независимые испытания в солевом тумане показали, что оцинкованные элементы из холодногнутой стали не образуют красной ржавчины на 40 % дольше, чем неоцинкованная горячекатаная сталь. Кроме того, у CFS более мелкозернистая структура, что способствует уменьшению микротрещин и, как следствие, снижению путей распространения коррозии.

Стандарт ASTM G101 по испытанию коррозионной стойкости промышленных стальных конструкций для Тихоокеанского Северо-Запада и Атлантической Канады

Ускоренные коррозионные испытания по стандарту ASTM G101 подтвердили региональные различия в холодных и влажных зонах Австрии:

Регион | Углеродистая сталь без защиты (миллидюймов в год, mpy) | Оцинкованная сталь (миллидюймов в год, mpy)

Повышенные скорости коррозии в Атлантической Канаде обусловлены повышенной концентрацией солей в воздухе из-за постоянного морского брызга. Эти результаты требуют применения защитных систем как минимум класса ISO 12944 C5M для открытых конструктивных элементов и соединений. Это самый высокий класс защиты от коррозии для морско-промышленной среды.

Стратегии управления влажностью в промышленных стальных конструкциях

Контроль точки росы и конденсации в системах изолированной металлической облицовки

В холодных и влажных промышленных зданиях из стальных конструкций точный анализ точки росы критически важен для контроля конденсации в межслоевом пространстве. Когда тёплый влажный воздух соприкасается с холодными поверхностями, возникает конденсация, и начинается коррозия ограждающих конструкций. Наличие сэндвич-панелей с теплоизоляцией ускоряет этот процесс коррозии. Даже погрешность в 5 °C при определении точки росы может привести к увеличению накопления влаги на 40 %. Учёт климатических особенностей при тепловом моделировании и выборе места размещения теплоизоляции является наиболее эффективным подходом к контролю конденсации. Проверка осуществляется с помощью инфракрасной термографии в ходе монтажа. Добавление непрерывного контроля влажности обеспечивает наилучший подход к предотвращению коррозии в здании.

Размещение пароизоляционных барьеров и устройство механической вентиляции

Адаптация пароизоляционных барьеров строителями должна соответствовать климатически обусловленному паровому давлению. В регионах с холодным и влажным климатом пароизоляционные барьеры должны располагаться на внутренней стороне строительного узла. В этом случае барьеры будут находиться при температуре выше точки росы, что позволит снизить проникновение влаги извне. Согласно стандарту ASTM E96, пароизоляционные барьеры с проницаемостью 0,1 перм, правильно герметизированные, снижают скорость передачи влаги на 97 %. Наиболее эффективно это достигается за счёт механической вентиляции, соответствующей требованиям ASHRAE, обеспечивающей, как минимум, 0,3 куб. фута/мин на кв. фут площади. Это позволяет поддерживать относительную влажность воздуха внутри помещений ниже 45 %. В сочетании с надлежащей герметизацией всех проходов и стыков это предотвращает удержание влаги и сохраняет целостность несущих стальных конструкций.

Нанесение защитных покрытий и проблемы их эксплуатационных характеристик в холодных и влажных условиях

Существуют серьезные опасения относительно эффективности защитных покрытий, если их наносят при температурах ниже 5 °C. В этих условиях покрытия имеют высокий риск отказа, поскольку не могут высохнуть и образовать защитный слой на металле. Кроме того, высокая вязкость защитных покрытий препятствует формированию однородного слоя. При строительстве промышленных стальных конструкций такое нанесение не обеспечит защиты от коррозии, поскольку под покрытием будет конденсироваться влага. На поверхности стали образуется реактивный иней, что приведет к возникновению вздутий (пузырей) под покрытием. В результате защита от коррозии теряет свою эффективность. Чтобы избежать этого, на строительной площадке необходимо обеспечить контролируемую среду — нагреваемый временный enclosure (ограждение), в котором температура должна поддерживаться в диапазоне от 10 до 27 °C (50–80 °F). Также необходимо контролировать влажность воздуха и тщательно подготовить поверхность, включая удаление любого инея или влаги перед нанесением покрытий.

Адаптация фундаментов промышленных стальных конструкций для повышения тепловой эффективности и предотвращения морозного пучения

В холодных и влажных климатах прибрежные глинистые полосы создают особые трудности при устройстве опор промышленных стальных конструкций на водонасыщенных грунтовых основаниях. Такие сложные, водонасыщенные и набухающие грунтовые условия требуют устройства фундаментов, устойчивых к морозному пучению. Свайные или глубокие фундаменты проходят ниже местной глубины промерзания грунта, предотвращая подъёмные силы, вызванные выталкиванием. Дренирующие слои из сыпучих материалов и полностью обёрнутый водонепроницаемый дренажный мембранный фундамент снижают гидростатическое давление, обусловленное сезонными колебаниями уровня грунтовых вод. Планировка участка с обеспечением поверхностного стока воды от периметра здания уменьшает водонасыщение грунта и повышает устойчивость фундамента к воздействию морозного пучения и циклов замерзания-оттаивания.

Непрерывное Утепление и Снижение Термомостов

Тепловые мосты через крупные стальные элементы особенно вредны для тепловой эффективности зданий в холодных и влажных климатах, приводя к увеличению теплопотерь на 30–50 %. Для стальных конструкций применение непрерывной наружной теплоизоляции имеет решающее значение как для тепловой эффективности здания, так и для предотвращения коррозии. Структурные тепловые разрывы и уплотнительные прокладки сжатия различной паропроницаемости, расположенные в критических точках опор и соединений наружных ограждающих конструкций здания, помогают контролировать перенос влаги и тепловой энергии.

Часто задаваемые вопросы

Почему холодные и влажные климатические условия особенно агрессивны по отношению к стали?

Холодные и влажные климатические условия ускоряют коррозию стали из-за снижения подвижности ионов и повышения растворимости кислорода, а также за счёт образования плёнок влаги, способствующих коррозионным процессам.

Какие преимущества имеет холодногнутая сталь (CFS) по сравнению с горячекатаной сталью в указанных условиях?

Благодаря контролируемому на заводе цинковому покрытию и усовершенствованной зернистой структуре холоднокатаной стали (CFS), которая обеспечивает меньшее количество путей для проникновения влаги, холоднокатаная сталь обладает повышенной стойкостью к коррозии.

Каковы наилучшие практики по предотвращению межслойной конденсации в стальных конструкциях?

Наилучшая практика включает моделирование точки росы, правильный выбор и размещение пароизоляционных материалов и теплоизоляции, проверку с помощью инфракрасной термографии, а также контроль влажности внутри полости.

Каковы некоторые условия и недостатки нанесения защитных покрытий при низких температурах?

При нанесении защитных покрытий при температуре ниже 5 °C возникают трудности, такие как высокая вязкость и низкая адгезия из-за наличия инея/влаги, что повышает риск образования вздутий и отказов покрытия.

Какие методы применяются для предотвращения морозного пучения в зимний период?

Предотвращение морозного пучения в зимний период может быть достигнуто за счёт проектирования глубокого фундамента, который опускается ниже глубины промерзания грунта, а также за счёт применения дренажа, гидроизоляции и правильного уклона поверхности.