Stal ocynkowana w budownictwie wielkogabarytowym -
zastosowania i trwałość

W halach, magazynach i obiektach rolniczych blacha powlekana ogniowo według EN 10346 pełni dwie funkcje naraz: jest materiałem konstrukcyjnym dla elementów giętych na zimno i materiałem obudowy. Gatunki konstrukcyjne od S220GD do S550GD dają granicę plastyczności od 220 do 550 MPa, a powłoki od Z100 do Z600 odpowiadają grubości cynku od 7 do 42 µm na stronę. Dobór pary gatunek plus gramatura decyduje o tym, czy obiekt przetrwa zakładany okres eksploatacji bez ingerencji konserwacyjnej.

Rachunek trwałości jest przy tym prostszy, niż się przyjmuje. Wystarczą dwie liczby: grubość powłoki i szybkość jej ubytku w danym środowisku.

Gdzie w obiekcie pracuje blacha powlekana

Zastosowania rozkładają się na kilka grup o różnych wymaganiach.

Elementy konstrukcyjne gięte na zimno, czyli płatwie i rygle o przekroju C, Z lub sigma, powstają z taśmy w gatunkach konstrukcyjnych, najczęściej S280GD, S320GD i S350GD. Decyduje tu granica plastyczności i powtarzalność własności w partii.

Obudowa, czyli blacha trapezowa, kaseton ścienny i okładziny, powstaje z gatunków o niższych wymaganiach wytrzymałościowych, ale z wyższymi wymaganiami wobec powierzchni, ponieważ element pozostaje widoczny.

Płyty warstwowe wykorzystują blachę powlekaną jako okładzinę zewnętrzną i wewnętrzną rdzenia izolacyjnego.

Obróbki blacharskie, systemy odwodnienia i konstrukcje wsporcze instalacji stanowią czwartą grupę, w której o doborze decyduje przede wszystkim odporność korozyjna i formowalność.

Zależność jest widoczna na pierwszy rzut oka: wzrost granicy plastyczności odbywa się kosztem wydłużenia, a więc kosztem zdolności do formowania. Przy profilach o skomplikowanym przekroju i małych promieniach gięcia gatunek najwyższy wytrzymałościowo nie zawsze jest gatunkiem właściwym.

Normy projektowe i wykonawcze

Rozgraniczenie między EN 1090-2 a EN 1090-4 bywa źródłem nieporozumień. Część druga obejmuje konstrukcje stalowe w ujęciu ogólnym, część czwarta odnosi się wprost do elementów cienkościennych formowanych na zimno oraz do konstrukcji dachowych, stropowych i ściennych, czyli do tego, z czego w praktyce zbudowana jest obudowa hali i jej podkonstrukcja. Norma EN 14782 ogranicza z kolei zakres do zastosowań nienośnych, z obciążeniem stałym ograniczonym do ciężaru własnego blachy.

Trwałość powłoki, czyli rachunek na dwóch liczbach

Gramatura powłoki przekłada się na grubość według stałej zależności: 275 g/m2 liczone łącznie dla obu stron odpowiada około 20 µm na stronę.

Drugą liczbą jest szybkość ubytku cynku w danym środowisku, określona w ISO 9223 dla pierwszego roku ekspozycji.

Podzielenie grubości powłoki przez szybkość ubytku daje orientacyjną trwałość. Dla Z275, czyli 20 µm na stronę, w kategorii C2 wychodzi kilkadziesiąt lat, w C3 od około dziesięciu do niemal trzydziestu lat, w C4 od pięciu do dziesięciu lat, a w C5 od dwóch do pięciu. Metoda jest zachowawcza, ponieważ rzeczywista szybkość korozji cynku maleje w czasie wraz z tworzeniem się patyny węglanowej, więc faktyczna trwałość bywa dłuższa.

Wniosek dla obiektu projektowanego na 25-50 lat bez konserwacji jest jednak czytelny. W kategoriach C1 i C2 powłoka Z275 wystarcza z zapasem. W górnej części C3 zbliża się do granicy. W C4 i C5, czyli w otoczeniu przemysłowym, nadmorskim i w obiektach inwentarskich, potrzebne jest rozwiązanie mocniejsze: wyższa gramatura, powłoka organiczna na blasze, powłoka cynkowo-magnezowa albo, dla elementów konstrukcji nośnej, cynkowanie ogniowe zanurzeniowe.

W przypadku powłok cynkowo-magnezowych warto pamiętać, że badanie niezależnego instytutu wykazało dla ZM250 ubytek grubości około 2,2 razy wolniejszy niż dla Z275 w lokalizacjach nienadmorskich, a ZM310 uznano za dające ochronę nie gorszą niż Z600. Pozwala to osiągnąć tę samą trwałość przy niemal dwukrotnie mniejszej ilości metalu.

Cynkowanie ciągłe a cynkowanie zanurzeniowe

Oba rozwiązania stosuje się w tym samym obiekcie, ale do innych elementów.

Wymagania EN ISO 1461 rosną wraz z grubością elementu: dla stali powyżej 6 mm minimalna grubość średnia wynosi 85 µm, dla przedziału 3-6 mm 70 µm, dla 1,5-3 mm 55 µm, a poniżej 1,5 mm 45 µm. Różnica względem blachy powlekanej jest więc dwukrotna lub większa, co przy elementach nośnych przekłada się wprost na okres bezobsługowej eksploatacji.

Ograniczeniem cynkowania zanurzeniowego są gabaryty wanny cynkowniczej oraz konieczność zaprojektowania otworów technologicznych. Norma wymaga zapewnienia wystarczającej liczby i wielkości otworów umożliwiających bezpieczne odpowietrzanie i odpływ cynku, a niewentylowane przestrzenie zamknięte nie mogą być cynkowane ze względu na ryzyko wybuchu. To wymaganie dotyczy geometrii elementu po spawaniu, więc musi zostać uwzględnione na etapie projektu, a nie przy zleceniu cynkowania.

Krawędzie cięte, otwory i połączenia

W blasze powlekanej w sposób ciągły każde cięcie i wiercenie odsłania rdzeń stalowy. Cynk chroni takie miejsce katodowo, ale zasięg tej ochrony zależy od grubości materiału.

Badania instytutu GalvInfo pokazują tę zależność wyraźnie: blacha o grubości 1 mm nie wykazywała rdzy na krawędzi ciętej po sześciu miesiącach ekspozycji, natomiast blacha 2,3 mm po dwóch tygodniach. Przy grubościach poniżej 1 mm krawędź cięta może pozostać bez rdzy przez cały okres użytkowania wyrobu.

Praktyczny wniosek: w obudowie z blachy cienkiej krawędzie nie wymagają szczególnego traktowania, natomiast w elementach grubszych oraz w miejscach spawanych i wierconych po cynkowaniu konieczne jest odtworzenie ochrony, zwykle farbą bogatą w cynk.

Połączenia śrubowe między elementami ocynkowanymi nie generują ryzyka korozji galwanicznej, bo różnica potencjałów jest znikoma. Ryzyko pojawia się przy kontakcie z innymi metalami.

Środowiska szczególne

Kontakt z miedzią i mosiądzem. W środowisku wilgotnym przyspiesza korozję cynku, przy czym szkodliwy jest nawet spływ wody z tych metali. Zalecana jest izolacja elektryczna przekładkami nieprzewodzącymi.

Kontakt z drewnem impregnowanym. Współczesne środki konserwujące na bazie miedzi są znacząco bardziej korozyjne od starszych formuł. Jako rozwiązania dopuszczalne dla łączników i okuć w kontakcie z takim drewnem wskazuje się stal cynkowaną ogniowo lub stal nierdzewną.

Kontakt z betonem. Stal ocynkowana w betonie wytrzymuje kilkukrotnie wyższe stężenie chlorków niż stal czarna przed depasywacją, a produkty korozji cynku, mniej objętościowe niż tlenki żelaza, migrują w matrycę betonu, nie powodując odprysków otuliny. Uwaga: powłoki aluminiowo-cynkowe zachowują się w tym środowisku odwrotnie i nie powinny mieć kontaktu ze świeżym betonem.

Obiekty inwentarskie. Podwyższona temperatura i wysoka wilgotność utrudniają wytworzenie ochronnej patyny na powłoce cynkowej. Praktyką jest dodatkowe zabezpieczenie dolnej strefy elementów, najbardziej narażonej na kontakt z wilgocią i ściółką.

Kondensacja pod poszyciem. Mechanizm jest analogiczny jak przy nalocie magazynowym: wilgoć uwięziona bez cyrkulacji powietrza utrzymuje powierzchnię mokrą. Rozwiązania wentylacyjne w przekroju dachu mają tu znaczenie porównywalne z doborem gramatury powłoki.

Argumenty kosztowe i środowiskowe

Przewaga rozwiązania ocynkowanego ujawnia się w rachunku obejmującym cały okres eksploatacji, a nie w porównaniu ceny materiału. Ochrona nie wymaga odnawiania w typowych kategoriach korozyjności, a koszt ewentualnego dostępu do konstrukcji w obiekcie czynnym bywa wielokrotnie wyższy od kosztu samej powłoki.

Po stronie środowiskowej stal pozostaje materiałem o wysokim poziomie odzysku. Metodologia analizy cyklu życia stosowana przez worldsteel dla kształtowników konstrukcyjnych zakłada 90 procent odzysku materiału na koniec cyklu życia i uwzględnia 0,677 tony złomu zewnętrznego na tonę wyrobu jako wsad recyklingowy.

Dobór gatunku i gramatury powłoki do konkretnego obiektu opłaca się ustalić na etapie zamówienia materiału, a nie po pierwszych latach eksploatacji.

Dostępne gatunki stali, rodzaje powłok oraz formaty kręgów, taśm i arkuszy przedstawia oferta blach stalowych HEN-STOL.

Sprawdź jak możemy pomóc

HEN-STOL dostarcza blachę powlekaną w gatunkach i gramaturach stosowanych w budownictwie, w kręgach, taśmach i arkuszach, i pomaga dobrać parametry do kategorii korozyjności oraz zakładanego okresu użytkowania obiektu. Wystarczy przesłać specyfikację i opis zastosowania, a sprawdzimy dostępność i zaproponujemy najkorzystniejszy wariant.

+48 664 700 160hs@henstol.pl

Najczęściej zadawane pytania

Źródła

1. EN 10346, Wyroby płaskie stalowe powlekane ogniowo w sposób ciągły - warunki techniczne dostawy
2. EN ISO 1461, Powłoki cynkowe nanoszone na wyroby stalowe i żeliwne metodą zanurzeniową
3. ISO 9223, Korozyjność atmosfer - klasyfikacja, określanie i ocena
4. EN 1993-1-3, EN 1090-2 i EN 1090-4, projektowanie i wykonanie konstrukcji z elementów formowanych na zimno
5. The Steel Construction Institute, raport RT1999 dotyczący powłok cynkowo-magnezowych
6. GalvInfo Center, GalvInfoNote 3.6, zachowanie krawędzi ciętych blachy ocynkowanej
7. American Galvanizers Association, materiały o kontakcie z innymi metalami, betonem i drewnem impregnowanym
8. worldsteel, LCA eco-profile, kształtowniki konstrukcyjne