Okładziny stalowe samonośnych izolacyjno-konstrukcyjnych płyt warstwowych – występowanie korozji

Przypomnijmy, że C3 to popularne środowisko, które występuje najczęściej w dużych miastach w Polsce i cechuje się tym, że średnie stężenie ditlenku siarki raczej nie przekracza poziomu 30 μg/m³.

Środowiska C1 i C2 występują na obszarach wiejskich i małych miast, bez znacznego zanieczyszczenia czynnikami korozyjnymi. Z kolei deklarowana przez producentów gwarancja to zobowiązanie producenta wobec kupującego, że sprzedawany towar będzie spełniał określone wymagania i charakteryzował się określonymi parametrami przez dany okres.

Gwarancja ta sprowadza się przede wszystkim do deklarowania utrzymywania się trwałości standardowej 25 µm poliestrowej warstwy ochronnej na okładzinach stalowych płyt warstwowych, przy dodatkowym jej zabezpieczeniu warstwą cynku, która np. dla typu Z275 kształtuje się najczęściej w granicach 20 µm.

Istotą zatem prawidłowo ustalonego okresu gwarancji jest brak występowania złuszczeń i spękań wierzchniej warstwy płyt warstwowych oraz brak znaczących zmian barwy powierzchni narażonej na promieniowanie UV, a w konsekwencji – powstawania ognisk korozji.

Przegląd literatury zagranicznej, w tym analiza treści deklaracji pochodzących od zagranicznych producentów płyt warstwowych, pozwala na konkluzję, że okresy gwarancji na rynkach zagranicznych ustalane są na znacząco dłuższy czas.

Spotyka się nawet 20-letni okres gwarancji na wyroby płytowe, w którym producent deklaruje brak występowania defektów korozyjnych blachy stalowej spowodowanych złuszczeniem, pęknięciami czy odbarwieniem powłok ochronnych. Pojawia się więc pytanie, czy jest możliwe osiągnięcie takiej trwałości wyrobów płytowych również w Polsce, a jeżeli tak, to w jaki sposób prowadzić badania wyrobów w celu ustalenia prawdopodobieństwa zachowania się wierzchniej warstwy płyty warstwowej w dłuższym czasie.

Płyty warstwowe a aprobaty techniczne

Specyfikacje techniczne, jakimi są aprobaty techniczne Instytutu Techniki Budowlanej w Warszawie, wskazują, że materiałem do produkcji płyt warstwowych są blachy stalowe obustronnie ocynkowane, w gatunkach stali: S250GD, S280GD, S320GD, mające powłokę cynkową o masie co najmniej 275 g/m² (grubość – ok. 20 µm) oraz dodatkowe powłoki poliestrowe SP o grubościach: licowej – 25 µm i odwrotnej – 6 µm.

Powłoki cynkowa i poliestrowa powinny spełniać określone wymagania ilościowe, a ponadto powłoka poliestrowa SP25 winna być odporna na działania środowisk agresywnych określanych jako C1, C2, C3. Informacje te nie są jednak wystarczające do ustalenia czasu, do jakiego odporność korozyjna może być faktycznie ograniczona.

Co istotne, zarówno norma PN-EN 14509:2010 [1], jak i aprobaty techniczne powołują się na normę PN-EN 10346:2011 [2]. Określa ona wprawdzie wymagania dotyczące blachy stalowej, jednak po bliższej jej analizie okazuje się, że stanowi ona raczej podstawę do przyjęcia odmiennych zasad postępowania w zakresie korozyjności, niż podano w aprobatach technicznych i odbywa się to w praktyce obrotu gospodarczego.

Na podstawie badań powołanych w aprobatach technicznych przyjmuje się, iż płyta warstwowa w okładzinie z wyżej opisanych blach może być stosowana w środowiskach o kategoriach korozyjności atmosfery C1, C2 i C3, jednak bez precyzyjnego określania okresu do pierwszej renowacji oraz bez uzasadnienia przyjmowania takiego, a nie innego okresu gwarancji.

Wydłużenie okresu gwarancji

Wydaje się, że jednym z rozwiązań umożliwiających wydłużenie okresu trwałości płyty warstwowej jest sformułowanie zasad okresowej oceny stopnia zużycia jej wierzchniej warstwy oraz zasad jej pielęgnacji.

Faktem jest, że użytkownik obiektu budowlanego, na którym zamocowane zostały płyty warstwowe, najczęściej nie ma świadomości dotyczącej stopnia zużywania się zakupionego wyrobu ani zasad konserwacji powierzchni ścian i dachu.

Wydaje się więc uzasadnione, by producenci wyrobów warstwowych dążący do wydłużenia okresu gwarancji sformułowali takie wymogi adresowane do użytkownika, których spełnienie mogłoby być warunkiem obowiązywania takiej wydłużonej gwarancji.

Jednocześnie samo określenie procedury konserwacji płyty warstwowej nie jest wystarczające do ustalenia okresu jej trwałości. W interesie producenta jest bowiem zdobycie maksymalnie wielu informacji o faktycznej trwałości wyrobu w warunkach jego eksploatacji. Istotne staje się więc pytanie, czy jest możliwe uzyskanie takiej wiedzy i która z norm może stanowić podstawę do zmiany przyjętych założeń.

Normy do badania korozyjności powłoki

Wydaje się również, iż treść aprobat technicznych w zakresie odnoszącym się do korozyjności płyt warstwowych może okazać się niekompletna, jeżeli przyjąć, że eksploatacja płyt warstwowych odbywa się w środowiskach zewnętrznych o korozyjności C1, C2 i C3, ale także w środowisku zewnętrznym C4 oraz wewnętrznym A5.

Tego sposobu użytkowania nie przewidziano jednak w badaniach typu, a co z tym związane – nie przewidziano w wymaganiach, a następnie w instrukcjach producenta dotyczących użytkowania płyt warstwowych.

Treść aprobat technicznych wskazuje, że wprawdzie są prowadzone indywidualne, czasochłonne badania odporności korozyjnej powłoki zewnętrznej z tworzywa sztucznego umieszczonej na warstwie cynku, jednak odbywa się to według norm badawczych PN-EN ISO 12944-2:2001 [3], PN-EN ISO 2812-1:2009 [4] i PN-EN ISO 9227:2007 [5], czyli według norm zawierających wymagania dotyczące farb i lakierów umieszczonych na konstrukcjach stalowych.

Płyty warstwowe konstrukcjami stalowymi?

Otwarte pozostaje pytanie, czy płyty warstwowe rzeczywiście są konstrukcjami stalowymi, z pełnymi tego konsekwencjami, w tym w zakresie wyboru norm badawczych. Wydaje się jednak, że nie – płyty warstwowe nie są konstrukcjami stalowymi i dlatego należałoby prowadzić ich badania na podstawie innych norm badawczych. Wybór tych norm nie może być jednak uznaniowy.

Ze względu na specyfikę płyt warstwowych celowe staje się odwołanie do postanowień normy PN-EN 14509:2010 [1], która przywołuje odpowiedni ciąg norm związanych, umożliwiających ocenę powierzchni ochronnych, w tym norm PN-EN 13523:2010 [6], PN-EN ISO 14713:2010 [7] i PN-EN 10169:2011 [8].

Za takim stanowiskiem przemawia fakt, że wymienione w aprobatach technicznych normy dotyczą wyłącznie ochronnych systemów malarskich nałożonych na powierzchnie konstrukcji stalowych, a więc nie tylko odnoszą się do innego rodzaju materiałów, ale ponadto nie pozwalają ocenić skuteczności ocynkowania płyt warstwowych.

Warto w tym miejscu podkreślić, że warstwa ochronna cynku na płycie warstwowej, niezależnie od jej grubości, bywa ściśle zasłonięta powłoką organiczną. Tymczasem konstrukcje stalowe w budynkach w przeciwieństwie do samonośnych płyt warstwowych są z zasady narażone na kontakt z alkalicznymi materiałami budowlanymi, które są wytwarzane na bazie cementu, co stanowi kolejny argument przemawiający za koniecznością ustalenia odmiennych wymogów badania okładzin płyt warstwowych od takich konstrukcji stalowych w budynkach.

Należy również wskazać, iż w normie dotyczącej blachy/taśmy stalowej PN-EN 10346:2011 [2] została zalecona do stosowania norma zawierająca przesłanki oceny powłok cynkowych, a mianowicie PN-EN ISO 14713-1:2010 [7]. Norma ta zawiera z kolei wytyczne i zalecenia dotyczące ogólnych zasad projektowania oraz zakresy odporności korozyjnej w różnych środowiskach w odniesieniu do blach ocynkowanych.

Obecnie w wypadku deklarowania przez producenta zgodności z normą PN-EN 14509:2010 [1] wydaje się pożądane, aby konsekwentnie korzystać z wytycznych tej właśnie normy w celu oceny prawdopodobieństwa przebiegu korozji okładzin metalowych na płytach warstwowych.

Określanie korozyjności powłoki

Do zabezpieczania powierzchni blach stalowych stosowany jest od lat tradycyjny system duplex, czyli kompilacja dwóch powłok wzajemnie się uzupełniających, pierwszej – cynkowej i drugiej – organicznej. Taki system cechuje się tym, iż występuje efekt synergizmu, czyli wzmocnienia efektów ochronnych poszczególnych warstw.

Ponadto skoro w normie PN-EN ISO 14713-1:2010 [7] przyjęto, na podstawie doświadczeń i badań, iż powłoka cynkowa jest dwa razy trwalsza od organicznej, nie może to pozostać bez wpływu na kompleksową ocenę trwałości systemu duplex.

W sytuacjach, w których względna wilgotność powietrza jest niższa niż 60%, szybkość korozji stali też jest niska i w związku z tym nie jest wymagana obecność równocześnie dwóch powłok, cynkowej i tworzywowej, na powierzchni eksploatowanej wewnątrz budynku.

Dodatkowa warstwa farby na warstwie ochronnej cynku może być wymagana ze względów higienicznych, np. w miejscach wytwarzania żywności.

Natomiast gdy względna wilgotność powietrza jest wyższa niż 60% lub gdy występuje częste narażenie na wilgoć, zmienne warunki środowiskowe lub przedłużony okres kondensacji, stal odznacza się najczęściej już wyraźnie wyższym wskaźnikiem korozji, a zanieczyszczenia osadzające się na jej powierzchni, takie jak chlorki i siarczany, tylko jeszcze przyspieszają niszczenie. Również znaczne wahania temperatury wpływają na przyspieszenie procesu korozji.

O ile zatem korozja powierzchni stalowych wewnątrz budynku jest ściśle zależna od środowiska wewnętrznego panującego w pomieszczeniu, o tyle już w normalnej atmosferze suchej i ogrzewanej ma małe znaczenie. Jeśli natomiast chodzi o płyty zewnętrzne, szybkość korozji cynku w atmosferze o określonym stężeniu zanieczyszczeń można określić metodą obliczeniową na podstawie wytycznych normy PN-EN 14713-1:2010 [7]. Przeprowadzone wyliczenia przebiegu korozji powłoki cynkowej zewnętrznej i wewnętrznej na podstawie postanowień tej normy przedstawiono w tabelach 1 i 2.

Poniżej przedstawiono objaśnienia przykładowych obliczeń podanych w tabeli 2: w odniesieniu do klasy odporności C2, co odpowiada szybkości korozji cynku od 0,1 do 0,7 µm/rok, uzyskuje się odpowiednie wartości odporności dla Z275: 20/0,1 = 200 lat oraz 20/0,7 = 28 lat, czyli średnio ok. 100 lat. Klasę odporności, czyli zabezpieczenia powierzchni blachy, określa zatem wysoki wskaźnik „VH”. Oznacza to, że w pewnych szczególnych warunkach po okresie 100 lat warstwa cynku chroniąca powłokę metalową może ulec zniszczeniu w takim stopniu, że prawdopodobne jest rozpoczęcie procesu korozji stali.

Klasy odporności korozyjnej i kategorie korozyjności atmosfery

Norma PN-EN 14713-1:2010 [7] wyróżnia następujące klasy odporności korozyjnej w zależności od czasu do pierwszej renowacji i w zależności od kategorii korozyjności atmosfery:

• bardzo niska (VL) – od 0 do 2 lat;
• niska (L) – od 2 do 5 lat;
• średnia (M) – od 5 do 10 lat;
• wysoka (H) – od 10 do 20 lat;
• bardzo wysoka (VH) – powyżej 20 lat.

Co istotne, kategorie korozyjności atmosfery zewnętrznej, czyli poziomy korozyjności, oceniane są za pomocą stopnia skażenia atmosfery tlenkami kwasotwórczymi (według norm PN-EN ISO 14713-1:2010 [7], PN-EN 10169:2011 [8]) i przedstawiają się następująco:

• atmosfera C1 – zawartość SO₂ poniżej 0,5 µg/m³;
• atmosfera C2 – zawartość SO₂ poniżej 5 µg/m³;
• atmosfera C3 – zawartość SO₂ od 5 do 30 µg/m³;
• atmosfera C4 – zawartość SO₂ od 30 do 90 µg/m³.

Kategorie korozyjności atmosfery wewnętrznej, czyli poziomy korozyjności, oceniane są z kolei za pomocą stopnia zawilgocenia atmosfery (według normy PN-EN 10169:2011 [8]) i są następujące:

• atmosfera A1 – środowisko nieagresywne, a kondensacja sporadyczna;
• atmosfera A2 – środowisko mało agresywne, a kondensacja sporadyczna lub środowisko nieagresywne, a kondensacja częsta;
• atmosfera A3 – środowisko umiarkowanie agresywne, a kondensacja sporadyczna lub środowisko mało agresywne, a kondensacja częsta;
• atmosfera A4 – środowisko silnie agresywne, a kondensacja sporadyczna lub środowisko umiarkowanie agresywne, a kondensacja częsta;
• atmosfera A5 – środowisko bardzo silnie agresywne, a kondensacja sporadyczna lub środowisko nieagresywne, a kondensacja ciągła.

Należy zauważyć, że dopuszczalne stężenie SO₂ w powietrzu atmosferycznym wynosi 20 µg/m³, a jak wynika z danych pomiarowych Wojewódzkich Inspektoratów Ochrony Środowiska, stężenia tego tlenku są bardzo różne. Istotne jest więc nie tylko ustalenie, że płyta warstwowa może być użytkowana w warunkach zewnętrznych C1, C2, C3, ale również niezbędna jest analiza warunków panujących w danej miejscowości (regionie), co ma wpływ na proces starzenia się płyty warstwowej.

Podsumowanie

W Polsce w ciągu ponad 20-letnich badań korozyjności okładzin płyt warstwowych wykonywanych na potrzeby wydawania aprobat technicznych zgromadzono wystarczającą bazę danych, aby odpowiedzieć na pytanie, czy blacha stalowa z tradycyjnymi warstwami ochronnymi cynku o grubości 20 µm oraz tworzywa sztucznego o grubości ok. 25 µm jest odpowiednio zabezpieczona nawet w środowisku o korozyjności C4, czyli w powietrzu o zawartości SO₂ powyżej 30 µg/m³, oraz na pytanie, jaki przyjąć rzeczywisty przedział czasowy, w którym płyta warstwowa nie powinna ulec korozji.

Producenci płyt warstwowych formułujący warunki gwarancji, w tym okres, w którym produkt nie będzie ulegał korozji, są najbardziej zainteresowani przeprowadzaniem możliwie precyzyjnych badań swoich wyrobów w celu właściwego określenia warunków gwarancji oraz umiejętności powiązania okresu trwałości korozyjnej ze sposobem i miejscem zastosowania płyt warstwowych.

W tym celu pożądane staje się sporządzanie, na podstawie szczegółowych badań, procedur określających zasady postępowania z okładzinami metalowymi płyt w trakcie ich eksploatacji przez użytkowników. Procedury te odnosiłyby się m.in. do zasad przeprowadzania pierwszej i kolejnych renowacji powierzchni płyty, tak aby deklarowany okres gwarancji był możliwie długi, a z drugiej strony, aby rzeczywiście odpowiadał jakości sprzedawanego produktu.

Europejskie normy dotyczące blach/taśm stalowych powlekanych w sposób ciągły powłokami ochronnymi wymienione w normie PN-EN 14509:2010 [1] powinny zostać wprowadzone do treści aprobat technicznych, a także upowszechnione wśród producentów płyt warstwowych w celu umożliwienia precyzyjnego formułowania warunków gwarancji czy umiejętności rozpoznawania reklamacji zgłaszanym w trakcie eksploatacji płyt warstwowych.

Użytkownicy płyt warstwowych z systemem duplex, składającym się z dwóch synergicznych warstw: cynku i tworzywa sztucznego na powierzchni blachy stalowej, stosujący płyty o zawartości cynku, tj. 200, 225, 275 g/m² i grubości odpowiednio 14, 16, 20 µm oraz o standardowej powłoce organicznej SP25 lub o innych powłokach, powinni dysponować stosownymi algorytmami ułatwiającymi ekonomiczny wybór powłok do środowiska korozyjności.

Literatura

1. PN-EN 14509:2010, „Samonośne izolacyjno-konstrukcyjne płyty warstwowe z dwustronną okładziną metalową. Wyroby fabryczne. Specyfikacje”.
2. PN-EN 10346:2011, „Wyroby płaskie stalowe powlekane ogniowo w sposób ciągły. Warunki techniczne dostawy”.
3. PN-EN ISO 12944-2:2001, „Farby i lakiery. Ochrona przed korozją konstrukcji stalowych za pomocą ochronnych systemów malarskich. Część 2: Klasyfikacja środowisk”.
4. PN-EN ISO 2812-1:2008, „Farby i lakiery. Oznaczanie odporności na ciecze. Część 1: Zanurzanie w cieczach innych niż woda”.
5. PN-EN ISO 9227:2007, „Badania korozyjne w sztucznych atmosferach. Badania w rozpylonej solance”.
6. PN-EN 13523:2010, „Metale powlekane metodą ciągłą. Metody badań”.
7. PN-EN ISO 14713-1:2010, „Powłoki cynkowe. Wytyczne i zalecenia dotyczące ochrony przed korozją konstrukcji ze stopów żelaza. Część 1: Zasady ogólne dotyczące projektowania i odporności”.
8. PN-EN 10169:2011, „Wyroby płaskie stalowe z powłoką organiczną naniesioną w sposób ciągły. Warunki techniczne dostawy”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!