Европейский стандарт EN 1999-1-1:2014 является одной из пяти частей Еврокода 9 «Проектирование алюминиевых конструкций». В этом стандарте излагаются общие принципы проектирования алюминиевых конструкций. Приложение D этого стандарта дает рекомендации по защите алюминиевых конструкций от коррозии в различных условиях их эксплуатации.
В целом подход к защите алюминиевых конструкций от коррозии соответствует подходу российских строительных норм СП 28.13330.2012 «Защита строительных конструкций от коррозии (актуализированный СНиП 2.03.1185). Вместе с тем, европейский стандарт отличается более детальным описанием методов защиты различных алюминиевых сплавов в различных условиях эксплуатации, а также разъяснением физических и химический явлений, которые могут приводить к коррозии алюминия.
Ниже кратко изложены основные положения этих рекомендаций с целью первоначального ознакомления. Для более детальной информации и применения на практике необходимо обратиться к полному тексту этого стандарта.
Коррозия алюминия
Естественное защитное оксидное покрытие
Алюминиевые сплавы имеют высокую естественную коррозионную стойкость благодаря защитному оксидному покрытию, которое образуется на их поверхности сразу после контакта с воздухом. Поскольку это покрытие образуется естественным образом при контакте с воздухом или кислородом, то во многих средах, содержащих кислород, при механическом повреждении оно самопроизвольно залечивается.
Коррозия алюминия в различных условиях
В малозагрязненной окружающей среде поверхность алюминия будет оставаться без изменений в течение многих лет и для большинства алюминиевых сплавов не требуется никакой защиты от коррозии.
В умеренной промышленной окружающей среде алюминиевая поверхность темнеет и огрубляется. Если окружающая среда становится более агрессивной, например, более кислотной или щелочной, обесцвечивание поверхности и ее шероховатость становятся более явными с белым налетом порошкообразных оксидов. В таких случаях алюминий требует полной защиты от коррозии. Аналогичные условия могут возникать в местах контактов между элементами конструкций из-за локальной повышенной кислотности или щелочности.
В условия морского побережья поверхность алюминия огрубляется и становится серой. В этих условиях коррозионная защита некоторых алюминиевых сплавов является обязательной.
При погружении алюминиевых конструкций в воду, пресную или морскую, применение специальных мер по защите любых алюминиевых сплавов от коррозии является обязательным.
В общем случае конструкции необходимо проектировать таким образом, чтобы избегать коррозии алюминия. Необходимо всегда рассматривать возможность возникновения гальванической и щелевой коррозии и предусматривать меры по их предотвращению. Все элементы конструкций должны предусматривать дренаж влаги.
Если необходимо сохранять декоративный внешний вид алюминия в течение длительного времени, то применяют подходящую обработку поверхности в виде органического покрытия (жидкого, порошкового) или анодного покрытия.
Рейтинг алюминиевых сплавов по коррозионной стойкости
Еврокод 9 рекомендует для применения в строительных конструкциях 17 деформируемых алюминиевых сплава и 6 литейных алюминиевых сплавов.
Все эти алюминиевые сплавы, деформируемые и литейные, подразделяются в порядке снижения коррозионной стойкости на три класса А, В и С.
Деформируемые алюминиевые сплавы:
- самый высший класс А имеют сплавы серий 3000 (Al-Mn) и 5000 (Al-Mg);
- сплавы серии 6000 (Al-Mg-Si), в том числе сплавы 6060 и 6063 (аналоги сплава АД31), имеют средний класс В;
- единственный сплав из серии 7000 (Al-Zn-Mg), сплав 7020 (аналог сплава 1915), имеет самый низкий класс С.
Литейные деформируемые сплавы:
- имеют коррозионный класс А или В.
Чем ниже класс коррозионной стойкости сплава, тем больше степень его защиты от коррозии в тех или иных условиях эксплуатации.
Защита от строительного алюминия от коррозии
Еврокод 9 рекомендует для применения в строительных конструкциях 17 деформируемых алюминиевых сплава и 6 литейных алюминиевых сплавов.
Все эти алюминиевые сплавы, деформируемые и литейные, подразделяются в порядке снижения коррозионной стойкости на три класса А, В и С.
Механизмы коррозии
Тип коррозионной защиты элементов алюминиевых конструкций должен согласоваться со следующими механизмами коррозии:
- поверхностная (общая) коррозия;
- гальваническая (контактная) коррозия;
- щелевая коррозия икоррозия от конта
- кта с другими строительными материалами.
Защита от поверхностной (общей) коррозии
Общие рекомендации
Рекомендации по общей коррозионной защите алюминиевых сплавов в различных условиях их работы дает таблица D.1 стандарта EN 1999-1-1:
- Сплавы класса А независимо от толщины материала в сельской и умеренной промышленной атмосфере, в непромышленной и умеренной морской атмосфере, а также при работе в пресной воде не требуют коррозионной защиты. Однако в сильнозагрязненной промышленной атмосфере и морской атмосфере с повышенным содержанием хлоридов, а также при работе в морской воде эти сплавы также требуют защиты от коррозии.
- Сплавы класса В, в том числе сплавы 6060 и 6063, при толщине материала менее 3 мм могут применяться без коррозионной защиты только в сельских и умеренных промышленных районах. При работе в более жестких условиях и при погружении в воду (пресную или морскую) требуется коррозионная защита.
- Сплавы класса В, в том числе сплавы 6060 и 6063, при толщине материала 3 мм и более не требуют коррозионной защиты в условиях сельской, промышленной городской и умеренной морской атмосферы. В более жестких условиях, например, в промышленной морской атмосфере и при работе в воде (пресной и морской) требуется коррозионная защита.
- Сплав 7020, имеющий класс С, при любой толщине материала не требует защиты от коррозии в сельских и умеренных промышленных условиях, а также в непромышленных морских условиях. При работе в сильнозагрязненной промышленной атмосфере, в промышленной морской атмосфере и в пресной воде требует коррозионной защиты. Этот сплав не рекомендуется для работы в морской воде.
Методы защиты алюминиевых сплавов от общей коррозии
Методы защиты алюминиевых сплавов от общей коррозии указывает европейский стандарт EN 1090-3, который также входит в состав Еврокодов:
Анодно-окисное покрытие
Толщина анодно-окисного покрытия должна быть не менее 20 мкм.
Защитные лакокрасочные покрытия
Перед нанесением защитного лакокрасочного покрытия поверхность алюминия должна пройти очистку, обезжиривание и конверсионную химическую подготовку, например, хроматирование.
Анодно-окисное покрытие без наполнения пор также является хорошей основой для нанесения лакокрасочного покрытия, жидкого или порошкового.
Битумные покрытия должны быть нейтральными. Поверхность алюминия перед нанесением битумного покрытия должна быть обезжирена, но не должна обрабатываться грунтовкой.
Для ремонта поврежденного защитного покрытия производят удаление поврежденных участков покрытия, зачистку переходов между сохранившимся покрытием, обработку грунтовкой и нанесение краски.
Пассивация поверхности
Пассивацию поверхности проводят путем обработки ее различными пассивирующими препаратами, в том числе, обработки раствором хромовой кислоты (хроматирование) или фосфорной скислоты (фосфатирование).
Алюминий в контакте с алюминием и другими металлами
Дополнительная защита от гальванической и щелевой коррозии
Все контактные поверхности и соединения алюминия к алюминию или к другим металлам в болтовых, заклепочных или сварных соединениях должны иметь дополнительную защиту от коррозии в дополнение к общей (поверхностной) коррозионной защите, которая указана выше в разделе 3.2.
Факторы для гальванической и щелевой коррозии
Необходимость и степень дополнительной защиты от гальванической и щелевой коррозии определяется сочетанием следующих факторов:
металл в соединении с алюминием
- алюминий
- оцинкованная сталь
- окрашенная сталь
- нержавеющая сталь
материал болта или заклепки в соединении
- алюминий
- нержавеющая сталь
- оцинкованная сталь
среда эксплуатации соединения
- атмосферные условия (от сельской до сильно загрязненной промышленной городской)
- морская атмосфера (от сельской до загрязненной промышленной)
- с погружением в воду (пресную или морскую)
Обработка контактных поверхностей
В зависимости от сочетания факторов, указанных в 3.3.2, к контактным поверхностям конструкционных элементов применяются различные виды обработки.
Процедура 0
Обычно дополнительная обработка не требуется. К этому случаю относятся, например, соединения алюминия с алюминием, нержавеющей сталью или оцинкованной сталью с применением болтов и заклепок из алюминия, нержавеющей стали и оцинкованной стали в условиях сухой, незагрязненной сельской местности;
Процедура 0/Х
Обработка зависит от конструкционных особенностей соединения. Поверхности контакта, которые имеют малую площадь, а также имеют возможность быстрого высушивания, могут применяться без герметизации по процедуре Х.
К этому случаю относятся, например, применение соединений алюминия в контакте с алюминием, нержавеющей сталью и оцинкованной сталью в условиях умеренно загрязненной промышленно-городской атмосферы.
Процедура Х (Z)
Поверхности контакта должны исключить образование щелей, в которые могла бы попадать вода. Обе контактные поверхности, включая отверстия под болты и заклепки, должны быть химически подготовлены к окраске и прогрунтованы в один слой с выходом грунтовки за пределы контактирующих поверхностей. Сборку соединений производят по еще мокрой грунтовке. При монтаже предварительно окрашенных алюминиевых компонентов обработка их контактных поверхностей может не проводиться в зависимости от типа краски, срока службы конструкции и вида окружающей среды.
Процедуру Х выполняют для соединений алюминия с алюминием и другими металлами при эксплуатации в следующих условиях:
- сильнозагрязненная городская промышленная атмосфера,
- промышленная морская атмосфера, а также
- погружение в пресную воду.
Если применение процедуры Х невозможно, так как герметики нарушают передачу через соединение нагрузки, то применяется процедура Z, когда все соединение в целом полностью герметизируется.
Процедура Y
Обеспечивается полная электрическая изоляции между двумя металлами и всеми крепежными изделиями. Это достигается применением электроизоляционных лент, прокладок и шайб для предотвращения металлического контакта между материалами. Эта процедура применяется в условиях погружения в воду, особенно морскую.
Антикоррозионная обработка болтов и заклепок
В зависимости от сочетания факторов, указанных в 3.3.2, к контактным поверхностям конструкционных элементов применяются различные виды обработки.
Процедура 0
Не требуется дополнительной обработки болтов и заклепок.
Такая ситуация характерна для условий сельской и умеренной городской атмосферы.
Процедура 1
В соединениях между головками болтов, гайками, шайбами и другими материалами в месте контакта должны быть установлены изоляционные шайбы или герметизирующие составы, чтобы предотвратить попадание влаги между ними. Необходимо убедиться, что изолирующие шайбы и составы не оказывают неблагоприятного влияния на передачу нагрузки через соединение.
Эта процедура выполняется в условиях сильнозагрязненной городской атмосферы, а также промышленной морской атмосферы.
Процедура 2
При эксплуатации болтовых и заклепочных соединений в условиях погружения в воду, особенно морскую, требуется дополнительная защита головок болтов, гаек заклепок как минимум одним слоем грунтовки. Все стыки между элементами соединения должны быть надежно загерметизированы.
Дополнительные процедуры а и z
Процедура а — для неокрашенных металлических деталей
Если смежные к зоне контакта металлические детали по каким-либо причинам не окрашены, может возникать необходимость защитить их аналогичным лакокрасочным покрытием в тех случаях, когда там может скапливаться грязь или задерживаться влага.
Процедура z — для оцинкованных деталей и крепежа
Иногда может возникать необходимость дополнительной защиты всей детали из оцинкованной стали.
Предварительно окрашенные компоненты
При сборке предварительно окрашенных или защищенных от коррозии компонентов в проектной документации должны быть указания о дополнительной герметизации контактных поверхностей и о процедуре такой герметизации. Эти требования должны учитывать ожидаемый срок службы конструкции, среду ее эксплуатации и качество коррозионной защиты этих компонентов.
Алюминиевые поверхности в контакте с неметаллическими материалами
Контакт с бетоном, раствором или гипсом
Контактная поверхность алюминия с бетоном, раствором или гипсом в сухой незагрязненной или незначительно загрязненной окружающей среде должны быть покрыты слоем битумной краски или аналогичным покрытием.
В промышленной или морской атмосфере контактная поверхность алюминия должна быть защищена не менее чем двумя слоями битумной краски. Поверхности контактирующих с алюминием поверхностей должны быть окрашены аналогичным образом.
Подводный контакт между алюминием и этими материалами не рекомендуется, однако, если это неизбежно, то рекомендуется разделять материалы путем применения подходящей мастики или герметика.
Легкие бетоны и аналогичные материалы требуют дополнительного рассмотрения, поскольку в присутствии воды они могут являться источником щелочи из цемента. Щелочной водный раствор затем может вызывать поверхностную коррозию алюминия.
Заделка в бетон
Алюминиевые поверхности должны быть защищены не менее чем двумя слоями битумной краски или горячего битума, при этом краска должна наноситься не менее чем на 75 мм выше бетонной поверхности.
Контакт с древесиной
Некоторые пропитки для древесины могут быть вредными для алюминия. Некоторые составы являются неприемлемыми для алюминия, например, нафтенат меди.
Контакт с почвой
Поверхность алюминия должна быть защищена не менее чем двумя слоями битумной краски, горячего битума или каменноугольной смолы.
Погружение в воду
Если поверхность алюминия погружается в пресную или морскую воду, то это должен быть сплав класса А по коррозионной стойкости (сплавы серий 3000 и 5000). При этом в соединениях должны применяться крепеж из алюминиевых сплавов или коррозионно-стойкой стали, а также сварка.
Контакт с химическими препаратами, применяемыми в строительстве
Составы для борьбы с вредными микроорганизмами и грибками могут содержать металлические соединения на основе меди, ртути, олова и свинца, которые во влажных условиях могут вызывать коррозию алюминия. Поэтому поверхности алюминия, которые могут подвергаться такому воздействию, должны быть защищены.
Некоторые моющие материалы (рН < 5 и рН > 8) могут повреждать поверхность алюминия. Если такие препараты применяются для чистки алюминия или других материалов конструкции, то должны быть приняты меры для защиты алюминия. Обычно быстрой и обильной промывки водой бывает достаточно.
Контакт с теплоизоляционными материалами
Такие материалы, как стекловолокно, полиуретановые и другие теплоизоляционные материалы могут содержать вещества, которые могут вызывать коррозию алюминия во влажных условиях. Теплоизоляционные материалы должны быть проверены на совместимость с алюминием во влажных условиях и в условиях сред с повышенным содержанием солей. Если есть сомнения в этом отношении, то лучше защитить алюминий от коррозии.
