"Рекомендации по применению алюминиевых сплавов в зонах с агрессивными средами"

Одна из рациональных областей применения алюминиевых конструкций - промышленные здания с некоторыми агрессивными средами, где конструкции из других материалов недостаточно долговечны.

Настоящие Рекомендации содержат основные положения по выбору марок алюминиевых сплавов и минимально допустимых толщин конструктивных элементов в соответствии с условиями эксплуатации, расчету и конструированию с учетом агрессивных воздействий среды производства, установлению необходимости и выбору способов защиты конструкций от коррозии, а также по рациональным областям применения и особенностям эксплуатации алюминиевых конструкций.

Рекомендации составлены в развитие главы СНиП II-В.5-64 "Алюминиевые конструкции. Нормы проектирования" и "Указаний по проектированию антикоррозионной защиты строительных конструкций" СН 262-67.

Рекомендации разработаны НИИ бетона и железобетона Госстроя СССР (кандидатами техн. наук И.А. Ефимовым, Е.А. Гузеевым, М.И. Субботкиным и инж. Н.Г. Сметаниной), Харьковским ПромстройНИИпроектом Госстроя СССР (инж. В.Я. Флаксом), ВИЛС (канд. хим. наук Г.М. Будовым) под руководством д-ра техн. наук, проф. В.М. Москвина с учетом предложений и замечаний ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, ЦНИИПроектстальконструкции, ЦНИИПромзданий, МИСИ и других организаций.

Замечания и предложения по содержанию настоящих Рекомендаций, а также данные по опыту эксплуатации алюминиевых конструкций в промышленных зданиях с агрессивными средами просим направлять в НИИЖБ Госстроя СССР по адресу: Москва, Ж-389, 2-я Институтская ул., д. 6.

1.1. Настоящие Рекомендации предназначены для проектирования, изготовления и эксплуатации ограждающих и совмещающих ограждающие и несущие функции строительных конструкций надземных частей промышленных зданий с агрессивными средами в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Рекомендации могут быть использованы для конструкций вновь строящихся зданий, а также при реконструкции и капитальном ремонте существующих зданий.

1.2. Выбор марок алюминиевых сплавов должен удовлетворять требованиям главы СНиП II-В.5-64 "Алюминиевые конструкции. Нормы проектирования" и "Указаний по проектированию антикоррозионной защиты строительных конструкций" СН 262-67 и настоящих Рекомендаций.

1.3. Коррозионная стойкость и долговечность алюминиевых конструкций, применяемых без специальной защиты, зависит от правильного выбора марки и состояния сплава, назначения допустимых минимальных толщин элементов, рациональных конструктивных форм.

1.4. Применение алюминиевых сплавов в строительных конструкциях промышленных зданий с агрессивными средами должно обеспечить увеличение сроков службы конструкций, продление межремонтных периодов и снижение эксплуатационных расходов.

1.5. При проектировании промышленных предприятий с агрессивными средами необходимо предусматривать мероприятия, направленные на снижение агрессивности воздействия среды производства на строительные конструкции (герметизация технологического оборудования, оснащение цехов мощной приточно-вытяжной вентиляцией и местными отсосами, нейтрализация, спуск отработанных электролитов и т.д.).

2.1. Выбор материалов и минимальных толщин конструкций следует производить в зависимости от степени агрессивности среды производства и должен быть не менее величин, приведенных в табл. 1 и 2. Принятие толщин конструктивных элементов менее указанных в табл. 2 допускается при специальном обосновании.

--------------------------------

<*> Газообразный фтор является сильным окислителем и молизуется в незначительной степени.

Примечания: 1. Приведенная оценка степени агрессивности различных сред относится к наружным атмосферным условиям и условиям внутри помещений при относительной влажности воздуха > 75% и температуре до 30 °C.

2. Для условий внутри помещений с относительной влажностью воздуха < 75% и отсутствие возможности образования конденсата степень агрессивности газообразных и твердых веществ снижается на одну ступень, за исключением сильноагрессивных сред, степень агрессивности которых не изменяется.

3. Возможность воздействия жидких веществ на надземные алюминиевые конструкции допускается в случае кратковременных проливов технологических жидкостей.

4. Для отнесения среды к определенной группе агрессивности достаточно присутствие в ней одного из приведенных компонентов независимо от его агрегатного состояния.

2.2. Применение указанных в табл. 2 алюминиевых сплавов в сильноагрессивных средах не допускается.

2.3. Применение в слабо- и среднеагрессивной средах алюминиевых сплавов, не приведенных в табл. 2, может быть допущено, но только при специальном обосновании.

2.4. Для конструктивных элементов декоративного назначения в слабоагрессивных средах рекомендуются сплавы системы Al-Mg-Si марки 01301.

2.5. Заклепки, болты, крюки и другие крепежные элементы в алюминиевых конструкциях следует выполнять из алюминиевых сплавов. Применение этих элементов из стали допускается в слабоагрессивных средах с соблюдением мер защиты от коррозии, приведенных в табл. 3, а в других средах только при специальном обосновании.

Примечания: 1. Грунт АЛГ-7 применяется для защиты конструкций, подвергающихся нагреву до температуры 100 - 150 °C.

2. Грунт АЛГ-12 применяется для защиты соприкасающихся поверхностей, соединяемых при помощи контактной сварки.

2.6. Элементы конструкций, выполняемые из сплавов с минимальными толщинами, рекомендованными в табл. 2, не требуют защиты от коррозии.

2.7. В защите от коррозии независимо от условий эксплуатации нуждаются участки конструкций в местах:

а) нахлесток, зазоров, щелей;

б) недоступных для дальнейших осмотров;

в) контактов с разнородными металлами и некоторыми неметаллическими материалами.

2.8. Защита от коррозии отдельных участков конструкций, указанных в п. 2.7, может быть осуществлена при помощи металлических, лакокрасочных покрытий и изолирующих прокладок в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 3 и приложении 2.

2.9. Для защиты алюминиевых конструкций не допускается применение грунтов и красок, содержащих свинец, медь и ртуть.

2.10. Защитно-декоративную отделку элементов конструкций следует производить в соответствии с рекомендациями, приведенными в приложении 2, и требованиями специальных инструкций.

2.11. Для уплотнения стыков конструкций рекомендуется применять полиизобутиленовые, тиоколовые мастики, тиоколовые ленты, а также другие материалы при их технико-экономическом обосновании.

3.1. При расчете и конструировании алюминиевых конструкций следует руководствоваться положениями главы СНиП II-В.5-64 "Алюминиевые конструкции. Нормы проектирования" и СН 262-67 "Указания по проектированию антикоррозионной защиты строительных конструкций" с учетом требований настоящих Рекомендаций.

3.2. Расчетные сопротивления полуфабрикатов и сварных соединений из алюминиевых сплавов марок 01915, 01301 следует принимать по данным, приведенным в приложении 3 настоящих Рекомендаций, а для всех остальных сплавов - в соответствии с требованиями главы СНиП II-В.5-64 "Алюминиевые конструкции. Нормы проектирования".

3.3. Толщины элементов конструкций, совмещающих ограждающие и несущие функции, должны приниматься в соответствии с расчетом на силовые воздействия, но из условия долговечности не менее величин, указанных в табл. 2.

В случае получения по расчету меньшей толщины, чем по данным табл. 2, следует путем концентрации материала, изменения размеров конструкций и сечений довести расчетную толщину элементов конструкций до величины, рекомендуемой из условия долговечности.

3.4. Сечения элементов конструкций должны иметь по возможности простые формы и меньшее отношение периметра к площади.

3.5. Следует избегать образования в конструкциях непроветриваемых мест, зазоров, щелей, где возможно скопление пыли и длительное сохранение влаги.

3.6. Для кровель и наружных обшивок многослойных кровельных панелей, в особенности в среднеагрессивной среде, следует преимущественно применять гладкие листы вместо волнистых. Уклон кровли должен быть не менее ¹/₁₀.

3.7. Места соединения конструктивных элементов и конструкций между собой должны быть влаго- и пыленепроницаемы.

Предпочтение следует отдавать сварным соединениям на сплошных швах, выполняемых в среде защитных газов. При соединении элементов внахлестку рекомендуется производить обварку стыка с двух сторон по всему контуру.

3.8. Для уменьшения количества стыков, наиболее уязвимых в коррозионном отношении мест конструкций, рекомендуется применять крупноразмерные элементы.

3.9. При сочленении элементов конструкций из алюминиевых сплавов с другими металлами следует руководствоваться данными, приведенными в табл. приложения 1 настоящих Рекомендаций.

4.1. Применение алюминиевых сплавов в конструкциях промышленных зданий с агрессивными средами в первую очередь целесообразно в условиях, где коррозионная стойкость алюминиевых конструкций в несколько раз (до 5 - 6 раз) выше коррозионной стойкости конструкций из стали или других строительных материалов.

Применение алюминиевых конструкций в других агрессивных условиях допускается при технико-экономическом обосновании.

4.2. Примерный перечень объектов металлургической, химической и других отраслей промышленности, где из условия повышения коррозионной стойкости и долговечности целесообразно применение алюминиевых конструкций, дан в приложении 4.

4.3. При складском хранении до монтажа алюминиевых элементов или конструкций не допускается непосредственный их контакт со средой, имеющей большую степень агрессивности, чем при эксплуатации конструкций.

4.4. Не рекомендуется производить выпуск водяного пара, газов и пыли в непосредственной близости от поверхности алюминиевых конструкций.

4.5. Нельзя без специального обоснования делать в алюминиевых конструкциях отверстия для пропуска различных коммуникаций, сооружений на кровле надстроек, ветроотбойных щитов и т.д.

4.6. Не допускается также временно складировать и хранить на поверхности алюминиевых конструкций какие-либо материалы или предметы, в особенности выполненные из приведенных в табл. приложения 1.

4.7. Ходить по кровле рекомендуется по специальным мостикам в мягкой обуви; очистку ее от пыли или снега следует производить деревянными лопатами.

4.8. Алюминиевые конструкции должны находиться под систематическим наблюдением организованной на заводе службы смотрителей зданий и сооружений.

4.9. Осмотр конструкций должен производиться не реже одного раза в год.

При этом особое внимание следует обращать на состояние мест крепления конструкций между собой и к каркасу здания, мест контактов со стальными элементами и т.д.

1. Алюминий и его сплавы относятся к металлам с большой химической активностью, которые легко вступают в соединения с кислородом и образуют на поверхности тонкие окисные пленки.

Окисная пленка образуется на поверхности металла мгновенно.

Толщина окисной пленки в естественных условиях достигает 0,01 - 0,02 мк и может быть увеличена искусственно до 5 или 50 мк соответственно путем химического или анодного оксидирования.

При механических повреждениях и царапинах окисная пленка в кислородсодержащей среде быстро восстанавливается. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов в различных агрессивных средах во многом зависит от стойкости в этих средах окисной пленки.

2. Коррозионная стойкость алюминиевых сплавов зависит в основном от химического состава, вида термической обработки или степени нагартовки.

По сопротивляемости коррозии алюминиевые сплавы различных марок даже в пределах одной системы неравноценны. Различия между ними могут меняться в зависимости от состава агрессивной среды.

3. Для получения более высоких прочностных характеристик сплавов алюминий легируется некоторыми элементами: Zn, Cu, Mg, Si, Mn. При этом увеличивается электрохимическая неоднородность, обусловленная образованием интерметаллических соединений, происходит изменение потенциала твердого раствора, снижается коррозионная стойкость сплавов.

4. Сплавы системы Al-Mg при содержании Mg > 4% подвержены коррозионному растрескиванию и межкристаллитной коррозии. Сплавы системы Al-Zn-Mg (с добавками Mn, Cr, Zr) склонны к коррозионному растрескиванию при (Zn + Mg) > 6%. Сплавы системы Al-Mg-Si (в том числе с небольшим содержанием меди) не склонны к коррозионному растрескиванию.

Для наиболее легированных сплавов характерна расслаивающая коррозия.

Искусственное старение после закалки обычно снижает коррозионную стойкость сплавов. Длительные нагревы сплавов системы Al-Mg (при Mg > 5%), Al-Mg-Si; Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg (Zn + Mg > 6%) при температурах более 50 °C могут привести к появлению или повышению склонности к межкристаллитной коррозии или к коррозионному растрескиванию.

5. Влияние агрессивных газов на ускорение коррозионных процессов связано в основном с увеличением электропроводности влажных пленок на поверхности металла, образованием растворимых продуктов коррозии и т.д.

Влияние пыли на ускорение атмосферной коррозии связано с ее способностью адсорбировать водяные пары и газы, а при растворении во влажной пленке увеличивать ее электропроводность и коррозионную активность.

Отдельные виды пыли (кокс, графит, Fe₃O₄) в присутствии электролита могут играть роль катодных частиц на поверхности алюминия.

6. Температура воздуха оказывает двоякое влияние на протекание атмосферной коррозии. С одной стороны, с повышением температуры увеличивается скорость электрохимических реакций, с другой - уменьшается растворимость газов во влажной пленке и ускоряется испарение влаги с поверхности металла. Повышение температуры воздуха до 60 °C обычно не оказывает существенного влияния на величину атмосферной коррозии алюминия.

При отрицательных температурах коррозионные процессы значительно замедляются в связи с переходом влаги в твердое состояние (лед).

7. Для алюминия и его сплавов наиболее характерным видом коррозии является местная коррозия. Вид коррозионных разрушений (язвенная, межкристаллитная, слоевая коррозия), а также степень их неравномерности зависят от марки сплава, его состояния и в некоторой степени от состава агрессивной среды.

Для технического алюминия и сплавов марок АМ_Ц:АМ_Г 2 характерна язвенная коррозия, а для сплавов АД31, 01301, АВ (Cu < 0,1%), 01915 наряду с язвенной возможна также и межкристаллитная коррозия.

8. Увеличение глубины коррозионных поражений со временем у алюминиевых сплавов замедляется в гораздо большей степени, чем у стали. Однако в зависимости от марки сплава и среды возможны отклонения от указанной зависимости.

Так, присутствие в атмосфере Cl₂, HCl, HF, а также других галоидов приводит к интенсивной, не затухающей со временем коррозии алюминиевых сплавов.

В большинстве же атмосферных условий заметные коррозионные разрушения могут появляться на алюминиевых конструкциях в первые годы эксплуатации, а затем их рост затормаживается.

Торможение развития местной коррозии в глубину не исключает возможности появления со временем новых местных очагов разрушений на нетронутых участках поверхности, рост глубины которых в дальнейшем также затормаживается. Это приводит к тому, что со временем коррозионные разрушения развиваются больше по поверхности, а не в глубину.

9. Разрушения алюминиевых конструкций в результате коррозии могут происходить вследствие:

а) уменьшения сечений конструктивных элементов, вызываемого общей, местной или межкристаллитной коррозией, которое приводит к потере несущей способности или устойчивости;

б) коррозионного растрескивания у сплавов, обладающих склонностью к коррозии под напряжением;

в) нарушения плотности соединений и стыков конструкций при распирании их увеличивающимися в объеме продуктами коррозии;

г) местных сквозных поражений, приводящих к потере конструкций ограждающих и гидроизоляционных функций при сохранении несущей способности.

Коррозионная стойкость алюминиевых конструкций зависит от ряда факторов, основными из которых являются:

а) состав производственной среды;

б) коррозионные свойства материала;

в) форма конструкции и сечений ее элементов;

г) разнородные контакты;

д) вид и качество защитного покрытия.

10. Влияние формы конструкций и сечений ее элементов на коррозионную стойкость определяется ее способностью по-разному удерживать влагу, пыль, образовывать зазоры, щели, пылевые карманы, труднодоступные и плохо проветриваемые места.

Наличие в конструкции узких зазоров и щелей может привести к развитию щелевой коррозии, обусловленной длительным сохранением влаги и неравномерным доступом кислорода к различным участкам щели.

11. Коррозия алюминиевых конструкций может усилиться при наличии контактов с разнородными металлами, а также с некоторыми неметаллическими материалами.

В первом случае коррозионные процессы интенсифицируются вследствие различия электродных потенциалов контактируемых металлов, во втором - за счет содержащихся в неметаллических материалах растворимых агрессивных веществ, например, в щелочи, бетоне и др.

При контакте двух металлов с разными потенциалами разрушается металл, имеющий более отрицательный потенциал.

Опасность контактной коррозии обычно повышается с увеличением разности потенциалов между металлами. Исключение составляет нержавеющая сталь, с которой, несмотря на большую разность потенциалов, контакты для алюминия и его сплавов не опасны, вследствие высокой поляризуемости нержавеющей стали.

В агрессивных условиях могут представлять опасность контакты алюминиевых сплавов различных систем с одной стороны Al-Zn-Mn и Al-Mg, а с другой - систем Al-Mn, Al-Mg-Si.

Степень опасности контактной коррозии зависит от соотношения площадей анодного и катодного металлов. Опасность контактной коррозии возрастает, когда площадь анодного металла значительно меньше площади катодного металла, например, алюминиевая заклепка, установленная в конструкции из стали.

Качественная оценка коррозионной опасности контактов алюминиевых сплавов с некоторыми металлическими и неметаллическими материалами приведена в таблице.

Примечания: 1. Малоопасный и опасный контакт допускает сочленение элементов алюминиевых конструкций с приведенными в таблице материалами с защитой от щелевой или контактной коррозии.

2. Чрезвычайно опасный контакт исключает применение указанных материалов в сочетании с алюминиевыми конструкциями, а также возможность попадания стоков жидкости с этих материалов.

1. На заводах-изготовителях рекомендуется наносить лакокрасочные покрытия на алюминиевые конструкции на предварительно оксидированную или анодированную поверхность.

Рекомендуется наносить лакокрасочные покрытия по подслою травящих грунтов (ВЛ-02, ВЛ-08, в особенности на стройплощадке).

2. Толщина окисной пленки для нанесения лакокрасочного покрытия должна быть равна 2 - 10 мк, а для декоративной отделки в слабоагрессивных средах соответственно 15 - 25 мк.

3. При нанесении лакокрасочных покрытий следует учитывать, что некоторые эмали могут вызвать набухание грунта, например, перхлорвиниловые эмали по грунту АЛГ-1. В этих случаях следует применять переходный грунт, например 138-А, или другой состав покрытия.

4. Анодирование <1> под лакокрасочные покрытия и для декоративной отделки осуществляется в сернокислотном электролите при следующих режимах:

--------------------------------

<1> Общемашиностроительные типовые и руководящие материалы в области технологии и организации производства. ОМРТМ 7312-010-66. Окраска металлических поверхностей, 4-е изд. М., НИИ информации по машиностроению, 1966.

5. Общие данные о склонности к декоративной отделке полуфабрикатов из различных алюминиевых сплавов приведены в таблице.

--------------------------------

<2> Поставляется Всесоюзным институтом легких сплавов в опытном порядке по заказам.

--------------------------------

<*> Механические свойства листов.