Оцинкована сталь у великогабаритному будівництві -
застосування та довговічність
У цехах, складах і сільськогосподарських будівлях лист із гарячим покриттям за EN 10346 виконує дві функції одночасно: він є конструкційним матеріалом для гнутих на холодно елементів і матеріалом огороджувальних конструкцій. Конструкційні марки від S220GD до S550GD дають границю текучості від 220 до 550 МПа, а покриття від Z100 до Z600 відповідають товщині цинку від 7 до 42 мкм на сторону. Поєднання марки і маси покриття визначає, чи прослужить об’єкт запланований строк експлуатації без втручання з обслуговування.
Розрахунок довговічності при цьому простіший, ніж зазвичай вважають. Достатньо двох чисел: товщини покриття і швидкості його втрати в певному середовищі.
Де в об’єкті працює лист із покриттям
Застосування поділяються на кілька груп з різними вимогами.
Гнуті на холодно конструкційні елементи, тобто прогони і ригелі C-, Z- або сигма-подібного перерізу, виготовляють зі стрічки конструкційних марок, найчастіше S280GD, S320GD і S350GD. Тут вирішальними є границя текучості та стабільність властивостей у партії.
Огороджувальні конструкції, тобто профнастил, стінові касети та облицювання, виготовляють з марок із нижчими вимогами до міцності, але вищими вимогами до поверхні, оскільки елемент залишається видимим.
Сендвіч-панелі використовують лист із покриттям як зовнішнє і внутрішнє облицювання теплоізоляційного осердя.
Покрівельні доборні елементи, водостічні системи та опорні конструкції інженерних мереж становлять четверту групу, де вибір визначають насамперед корозійна стійкість і здатність до формування.
| Марка за EN 10346 | Re min [МПа] | Rm min [МПа] | A80 min [%] |
|---|---|---|---|
| S220GD | 220 | 300 | 20 |
| S250GD | 250 | 330 | 19 |
| S280GD | 280 | 360 | 18 |
| S320GD | 320 | 390 | 17 |
| S350GD | 350 | 420 | 16 |
| S390GD | 390 | 460 | 16 |
| S420GD | 420 | 480 | 15 |
| S450GD | 450 | 510 | 10-14 |
Залежність видно з першого погляду: зростання границі текучості відбувається коштом видовження, а отже, здатності до формування. Для профілів зі складним перерізом і малими радіусами гнуття найміцніша марка не завжди є правильною.
Проєктні норми та норми виконання
| Стандарт | Сфера застосування |
|---|---|
| EN 1993-1-3 | проєктування холодногнутих профілів і профільованих листів |
| EN 1090-2 | виконання сталевих конструкцій, класи виконання EXC1-EXC4 |
| EN 1090-4 | виконання тонкостінних елементів, сформованих на холодно, а також покрівельних, перекриттєвих і стінових конструкцій |
| EN 508-1 | самонесучі покрівельні та фасадні вироби зі сталевого листа |
| EN 14782 | самонесучі металеві листи для покрівель, зовнішніх облицювань і внутрішніх оздоблень |
| EN 10346 | технічні умови постачання виробів із безперервним гарячим покриттям |
Розмежування між EN 1090-2 і EN 1090-4 часто спричиняє непорозуміння. Друга частина охоплює сталеві конструкції загалом, а четверта стосується безпосередньо тонкостінних елементів, сформованих на холодно, а також покрівельних, перекриттєвих і стінових конструкцій, тобто того, з чого на практиці складаються огороджувальні конструкції цеху та їхня підконструкція. Стандарт EN 14782 своєю чергою обмежує сферу застосування ненесучими виробами, у яких постійне навантаження обмежене власною вагою листа.
Довговічність покриття: розрахунок на двох числах
Маса покриття переводиться в товщину за сталою залежністю: 275 г/м2, враховані разом для обох сторін, відповідають приблизно 20 мкм на сторону.
| Позначення | Маса покриття [г/м2] | Товщина на сторону [мкм] |
|---|---|---|
| Z100 | 100 | 7 |
| Z140 | 140 | 10 |
| Z200 | 200 | 14 |
| Z275 | 275 | 20 |
| Z350 | 350 | 25 |
| Z450 | 450 | 31 |
| Z600 | 600 | 42 |
Другим числом є швидкість втрати цинку в певному середовищі, визначена в ISO 9223 для першого року експозиції.
| Категорія корозійності | Втрата цинку [мкм/рік] | Типове середовище |
|---|---|---|
| C1 | до 0,1 | опалювані чисті приміщення |
| C2 | 0,1-0,7 | сільська місцевість, низьке забруднення |
| C3 | 0,7-2,1 | міські та промислові райони з помірним забрудненням |
| C4 | 2,1-4,2 | промислові райони, помірна засоленість |
| C5 | 4,2-8,4 | промислові зони з високою вологістю, узбережжя |
| CX | 8,4-25 | екстремальні середовища, офшор |
Ділення товщини покриття на швидкість втрати дає орієнтовну довговічність. Для Z275, тобто 20 мкм на сторону, у категорії C2 це кілька десятиліть, у C3 від приблизно десяти до майже тридцяти років, у C4 від п’яти до десяти років, а в C5 від двох до п’яти. Метод консервативний, оскільки фактична швидкість корозії цинку з часом зменшується в міру утворення карбонатної патини, тож реальна довговічність буває більшою.
Висновок для об’єкта, розрахованого на 25-50 років без обслуговування, однак, очевидний. У категоріях C1 і C2 покриття Z275 достатнє із запасом. У верхній частині C3 воно наближається до межі. У C4 і C5, тобто в промисловому, приморському середовищі та у тваринницьких будівлях, потрібне сильніше рішення: вища маса покриття, органічне покриття на листі, цинк-магнієве покриття або, для елементів несучої конструкції, гаряче цинкування зануренням.
Щодо цинк-магнієвих покриттів варто пам’ятати, що дослідження незалежного інституту показало для ZM250 втрату товщини приблизно у 2,2 раза повільнішу, ніж для Z275, у неприморських локаціях, а ZM310 визнано таким, що забезпечує захист не гірший за Z600. Це дає змогу досягти тієї самої довговічності майже з удвічі меншою кількістю металу.
Безперервне цинкування і цинкування зануренням
Обидва рішення застосовують на тому самому об’єкті, але для різних елементів.
| Характеристика | Лист із покриттям за EN 10346 | Цинкування зануренням за EN ISO 1461 |
|---|---|---|
| Момент нанесення покриття | перед різанням і формуванням, на безперервній лінії | після виготовлення елемента |
| Типова товщина покриття | 7-42 мкм на сторону, залежно від маси покриття | 45-85 мкм у середньому, залежно від товщини сталі |
| Кромки, отвори і зварні шви | без заводського покриття в місці обробки | покриті, бо обробка передує цинкуванню |
| Типове застосування | гнуті профілі, профнастил, касети, доборні елементи | несуча конструкція, зварні елементи, підконструкції |
Вимоги EN ISO 1461 зростають із товщиною елемента: для сталі понад 6 мм мінімальна середня товщина становить 85 мкм, для діапазону 3-6 мм 70 мкм, для 1,5-3 мм 55 мкм, а нижче 1,5 мм 45 мкм. Різниця порівняно з листом із покриттям є, отже, дворазовою або більшою, що для несучих елементів прямо позначається на строку експлуатації без обслуговування.
Обмеженням цинкування зануренням є габарити цинкувальної ванни та необхідність проєктувати технологічні отвори. Стандарт вимагає достатньої кількості та розміру отворів для безпечного видалення повітря і стікання цинку, а невентильовані замкнені порожнини не можна цинкувати через ризик вибуху. Ця вимога стосується геометрії елемента після зварювання, тому її потрібно врахувати на етапі проєкту, а не під час замовлення цинкування.
Кромки після різання, отвори і з’єднання
У листі з безперервним покриттям кожне різання і свердління оголює сталеве осердя. Цинк захищає таке місце катодно, але радіус цього захисту залежить від товщини матеріалу.
Дослідження GalvInfo чітко показують цю залежність: лист завтовшки 1 мм не мав іржі на кромці після шести місяців експозиції, тоді як на листі 2,3 мм вона з’явилася через два тижні. За товщини менше 1 мм кромка після різання може залишатися без іржі протягом усього строку служби виробу.
Практичний висновок: в огороджувальних конструкціях із тонкого листа кромки не потребують особливої обробки, натомість у товстіших елементах і в місцях, зварених та просвердлених після цинкування, потрібно відновити захист, зазвичай фарбою з високим вмістом цинку.
Болтові з’єднання між оцинкованими елементами не створюють ризику гальванічної корозії, бо різниця потенціалів незначна. Ризик виникає при контакті з іншими металами.
Особливі середовища
Контакт із міддю та латунню. У вологому середовищі він прискорює корозію цинку, причому шкідливим є навіть стікання води з цих металів. Рекомендовано електричну ізоляцію непровідними прокладками.
Контакт із просоченою деревиною. Сучасні консерванти на основі міді значно агресивніші щодо корозії, ніж старіші склади. Допустимими рішеннями для кріплень і фурнітури в контакті з такою деревиною вважають сталь, оцинковану гарячим способом, або нержавіючу сталь.
Контакт із бетоном. Оцинкована сталь у бетоні витримує в кілька разів вищу концентрацію хлоридів, ніж чорна сталь, до депасивації, а продукти корозії цинку, менш об’ємні, ніж оксиди заліза, мігрують у матрицю бетону, не спричиняючи відколів захисного шару. Увага: алюмоцинкові покриття поводяться в цьому середовищі протилежно і не повинні контактувати зі свіжим бетоном.
Тваринницькі будівлі. Підвищена температура і висока вологість ускладнюють утворення захисної патини на цинковому покритті. Практикою є додатковий захист нижньої зони елементів, найбільш схильної до контакту з вологою і підстилкою.
Конденсація під покрівлею. Механізм аналогічний складському нальоту: волога, затиснута без циркуляції повітря, підтримує поверхню мокрою. Вентиляційні рішення в перерізі даху мають тут значення, порівнянне з вибором маси покриття.
Вартісні та екологічні аргументи
Перевага оцинкованого рішення виявляється в розрахунку, що охоплює весь строк експлуатації, а не в порівнянні ціни матеріалу. Захист не потребує оновлення в типових категоріях корозійності, а вартість можливого доступу до конструкції на діючому об’єкті буває в рази вищою за вартість самого покриття.
З екологічного погляду сталь залишається матеріалом із високим рівнем відновлення. Методологія оцінки життєвого циклу, яку worldsteel застосовує для конструкційних профілів, передбачає 90 відсотків відновлення матеріалу наприкінці життєвого циклу та враховує 0,677 тонни зовнішнього брухту на тонну виробу як вторинну сировину.
Марку і масу покриття для конкретного об’єкта вигідно визначити на етапі замовлення матеріалу, а не після перших років експлуатації.
Доступні гатунки сталі, види покриттів та формати рулонів, поздовжньо різаної стрічки і листів подає пропозиція сталевого листа HEN-STOL, з окремими сторінками про оцинкований лист, холоднокатаний лист і гарячекатаний лист.
Перевірте, як ми можемо допомогти
HEN-STOL постачає лист із покриттям у марках і масах покриття, що застосовуються в будівництві, у рулонах, стрічках і листах, та допомагає підібрати параметри до категорії корозійності і запланованого строку служби об’єкта. Надішліть специфікацію та опис застосування, і ми перевіримо доступність та запропонуємо найвигідніший варіант.
Найчастіші запитання
Яку марку листа застосовують для прогонів і ригелів?
Найчастіше конструкційні марки за EN 10346: S280GD, S320GD і S350GD з границею текучості відповідно 280, 320 і 350 МПа. Вибір залежить від навантажень і необхідної здатності перерізу до формування.
Скільки років служить покриття Z275?
У категорії корозійності C2 кілька десятиліть, у C3 від приблизно десяти до майже тридцяти років, у C4 від п’яти до десяти. Оцінка ґрунтується на товщині 20 мкм на сторону і швидкостях втрати цинку за ISO 9223, причому реальна довговічність буває більшою, бо темп корозії з часом зменшується.
Чим оцинкований лист відрізняється від елемента, оцинкованого гарячим способом?
Моментом нанесення покриття та його товщиною. Лист має покриття, нанесене на безперервній лінії перед різанням і формуванням, типово 7-42 мкм на сторону. Елемент, оцинкований зануренням, отримує покриття після виготовлення, типово 45-85 мкм у середньому, що охоплює також кромки і зварні шви.
Чи потребують захисту кромки після різання?
У тонких листах цинк захищає кромку катодно, і за товщини менше 1 мм вона може залишатися без іржі протягом усього строку служби. Для товстішого матеріалу та в місцях, зварених і просвердлених після цинкування, рекомендовано відновити захист фарбою з високим вмістом цинку.
Яке покриття обрати для приморського або промислового об’єкта?
У категоріях C4 і C5 покриття Z275 не забезпечує довговічності в кілька десятиліть. Застосовують вищі маси покриття, цинк-магнієві покриття, органічні покриття на листі або цинкування зануренням несучих елементів.
Чи може оцинкована сталь контактувати з бетоном?
Так, і в бетоні вона поводиться сприятливо, витримуючи вищі концентрації хлоридів, ніж чорна сталь. Обмеження стосується алюмоцинкових покриттів, які не слід застосовувати в контакті зі свіжим мокрим бетоном.
Джерела
- EN 10346, Сталевий плоский прокат із безперервним гарячим покриттям - технічні умови постачання
- EN ISO 1461, Цинкові покриття, нанесені методом гарячого занурення на вироби зі сталі та чавуну
- ISO 9223, Корозійність атмосфери - класифікація, визначення та оцінка
- EN 1993-1-3, EN 1090-2 і EN 1090-4, проєктування і виконання конструкцій з елементів, сформованих на холодно
- The Steel Construction Institute, звіт RT1999 щодо цинк-магнієвих покриттів
- GalvInfo Center, GalvInfoNote 3.6, поведінка кромок оцинкованого листа після різання
- American Galvanizers Association, матеріали щодо контакту з іншими металами, бетоном і просоченою деревиною
- worldsteel, LCA eco-profile, конструкційні профілі