Prawidłowy dobór stalowych elementów konstrukcyjnych i materiałów lekkiej obudowy w środowiskach korozyjnych według wytycznych DAFA

Artykuł ma służyć odbiorcom z branży budowlanej w poszerzeniu ich wiedzy z zakresu zarówno odporności korozyjnej produktów stalowych, jak i ochrony przed szkodliwym oddziaływaniem korozji na materiały i produkty z nich wykonywane. W artykule podano klasy korozyjności, a także rodzaje obciążeń korozyjnych.

Correct selection of steel structural elements and light housing materials in corrosive environments  according to DAFA guidelines

The article is intended to help recipients from the construction industry to broaden their knowledge in the field of both corrosion resistance of steel products and protection against the harmful effects of corrosion on materials and products made of them. The article lists the corrosiveness categories, as well as the types of corrosions.

***

Materiały konstrukcyjne odpowiedzialne przede wszystkim za kształt i nośność budowli wraz z materiałami stosowanymi do lekkiej obudowy są narażone na warunki panujące zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynku.

W pierwszej kolejności przy projektowaniu obiektu większość z nas skupiłaby się na normach dotyczących wytworzenia produktu. Nic bardziej mylnego! Jednym z najistotniejszych dokumentów rozpoczynających cały proces jest norma dotycząca właściwego doboru materiałów funkcjonujących w warunkach środowisk korozyjnych, wpływających na trwałość, estetykę wyrobu, a także gwarancję wydaną przez producenta.

Dowiedz się więcej o: Problemach projektowych i wykonawczych związanych z obudową z płyt warstwowych

Nie należy zapominać, że środowisko korozyjne oddziałuje wszędzie tam, gdzie stosujemy materiały inżynierskie, w tym także stalowe, jak np. do wytwarzania m.in. płyt warstwowych, blach trapezowych, kasetonów elewacyjnych, różnego rodzaju drzwi i bram, jak również systemów mocowań.

Zarówno firmy projektowe, architekci, wykonawcy, jak i osoby odpowiedzialne za odbiór budynków powinny posiadać wiedzę z zakresu klas środowiskowych wewnątrz i na zewnątrz budynków – niestety w wielu przypadkach tak nie jest.

Zadanie i znaczenie ochrony antykorozyjnej

Stal to materiał inżynierski, wykorzystywany w sektorze budowlanym od blisko 150 lat, który ze względu na swoje właściwości mechaniczne (m.in. wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności, twardość, sprężystość) oraz efektywność ekonomiczną, zgodnie z prognozami zachowa i wzmocni swoją dominującą pozycję wśród materiałów stosowanych na elementy cienkościenne [1, 2].

Najczęściej występującym zagrożeniem dla elementów stalowych jest zjawisko korozji.

Najogólniej rzecz ujmując, efekt korozji jest mierzalną zmianą materiału, która może prowadzić do jego uszkodzenia. Istotny wpływ na postępującą korozję materiałów stosowanych do lekkiej obudowy metalowej mają:

• rodzaj systemu zabezpieczenia antykorozyjnego, produkcja, z późniejszą obróbką materiału, uszkodzenia mechaniczne, kształt konstrukcji,
• dominujące warunki oddziaływania, m.in. czas ekspozycji, temperatura, promieniowanie UV, zanieczyszczenie atmosfery substancjami szkodliwymi (siarka, chlorki itd.), kondensacja (para wodna), łączenia materiałów (w szczególności różnoimiennych) i inne.
  Trzeba pamiętać i zwracać szczególną uwagę na fakt, że ochrona antykorozyjna musi w każdym indywidualnym przypadku być dostosowana do przewidywanych warunków i okresu użytkowania danego obiektu.

Należy przy tym uwzględnić także kwestie założeń architektonicznych, estetyki oraz kolorystyki produktu. Zawsze należy dążyć do optymalnego rozwiązania kwestii okresu ochrony zastosowanego materiału w rozumieniu racjonalnego terminu i rachunku ekonomicznego.

Przy projektowaniu konstrukcji lekkich, oprócz wyżej wymienionych aspektów środowiskowych, materiałowych i ekonomicznych należy zwrócić także szczególną uwagę na zmiany warunków środowiskowych, w trakcie okresu użytkowania obiektu, jak np.:

• wzrost oddziaływania korozji wynikający ze zmiennych warunków w danej lokalizacji,
• wzrost oddziaływania korozji w wyniku zmiany warunków użytkowania, które na ogół nie są przewidywalne i mogą prowadzić do istotnego ograniczenia okresu użytkowania.

Ochrona antykorozyjna wyrobów stalowych powinna wynikać z wymagań technicznych zgodnie z normami:

• PN-EN 10346:15 „Wyroby płaskie stalowe powlekane ogniowo w sposób ciągły do obróbki plastycznej na zimno. Warunki techniczne dostawy”,
• PN-EN 10169:2022 „Wyroby płaskie stalowe z powłoką organiczną naniesioną w sposób ciągły. Warunki techniczne dostawy”,
• PN-EN ISO 12944-1 „Ochrona przed korozją konstrukcji stalowych za pomocą ochronnych systemów malarskich. Ogólne wprowadzenie”,
• PN-EN ISO 12944-2 „Ochrona przed korozją konstrukcji stalowych za pomocą ochronnych systemów malarskich. Klasyfikacja środowisk”,
• PN-EN ISO 12944-4 „Ochrona przed korozją konstrukcji stalowych za pomocą ochronnych systemów malarskich. Rodzaje powierzchni i sposoby przygotowania powierzchni”,
• PN-EN ISO 12944-5 „Ochrona przed korozją konstrukcji stalowych za pomocą ochronnych systemów malarskich. Ochronne systemy malarskie”,
• PN-EN ISO 9223 „Korozja metali i stopów. Korozyjność atmosfer. Klasyfikacja, określanie i ocena”.

Kategorie korozyjności wg normy PN-EN ISO 12944

Przyporządkowanie klas ochrony antykorozyjnej do kategorii korozyjności wg normy PN-EN 12944-2 jest podane w zależności od okresu ochronnego i obciążenia atmosferycznego w normie PN-EN ISO 9223, w której występują kategorie korozyjności zgodnie z TABELĄ.

Dopóki nie występuje kondensacja lub wzmożone oddziaływanie środowiska korozyjnego, możliwe jest przypisanie kategorii korozyj­ności C1.

Oddziaływania korozyjne

Poza wyżej wymienionymi normami, istotna jest znajomość oddziaływań korozyjnych, zarówno wynikająca z użytkowania budynku, jak i bezpośredniego i dalszego otoczenia, w tym także środowiska naturalnego. Planowane zmiany użytkowania budynku należy uwzględniać – o ile to możliwe – już przy doborze systemu antykorozyjnego.

Dane na temat wpływów stref makroklimatycznych ujęte są w normach, tj. PN-EN ISO 9223 oraz PN-EN 12944-5. Dane mikroklimatyczne dla danej lokalizacji projektant powinien podać i opisać w katalogu prac projektowych. Szczególne obciążające czynniki projektant powinien wykazać możliwie szczegółowo, np. według rodzaju, składu, formy, natężenia, temperatury, czasu trwania i częstotliwości oddziaływania szkodliwych czynników.

Przy doborze odpowiedniego systemu antykorozyjnego należy wykazać i udokumentować wszystkie znane obciążenia i wymagania sytuacji rzeczywistej, warunków panujących na danym obszarze. Dokładny pomiar korozyjności można przeprowadzić wg wytycznych zawartych w normie PN-EN ISO 9223.

Właściwy system ochrony antykorozyjnej należy dobrać dla każdego indywidualnego przypadku zastosowania na podstawie danych warunków środowiska. Znaczenie ma przy tym położenie geograficzne budynku (czy w krajach południowych, czy północnych), promieniowanie słoneczne, względnie obciążenie promieniowaniem UV, w której części budynku system antykorozyjny ma zostać zastosowany (ściana, dach, strona świata) oraz prognozowany okres eksploatacji budynku, czyli na jaki czas jest projektowany, w rozumieniu bezawaryjności.

Obciążenia korozyjne mogą, w zależności od użytkowania budynku, być większe we wnętrzu budynku niż na powierzchni zewnętrznej tego samego budynku. Należy to uwzględnić przy doborze właściwego systemu antykorozyjnego. Ponadto, przypisanie danej kategorii korozyjności środowiska to nie tylko rola projektanta, lecz również technologa procesu technologicznego projektowanego obiektu.

Ponieważ sam projektant nie jest w stanie trafnie do końca zdefiniować klasy środowiska korozyjnego, bez dodatkowych informacji, o przewidywanych i możliwych do wystąpienia warunkach, tj. stężenie środków chemicznych, gazów, oparów, jak i in-nych obciążeń mających znaczący wpływ na kondycję budynku i/lub jego części składowych.

Rodzaje obciążeń

Przy ocenie systemu antykorozyjnego należy uwzględnić przedstawione następujące kryteria:

• odporność na obciążenia mechaniczne,
• odporność termiczną ze względu na wysokie temperatury na powierzchni elementów konstrukcyjnych,
• odporność na działanie czynników atmosferycznych, tj. temperaturę, wilgotność, opady i osady,
• odporność na promieniowanie UV,
• odporność na kredowanie, poprzez właściwy dobór powłok malarskich.

Oczekiwania trwałości systemu antykorozyjnego

Okres ochronny definiuje się jako okres od momentu rozpoczęcia obciążenia do momentu, w którym dla utrzymania ochrony antykorozyjnej konieczne jest odnowienie elementu, w celu dalszego utrzymania funkcjonalnego działania ochronnego (nie tylko estetycznego).

Poza znajomością występujących obciążeń przy ustaleniu optymalnego systemu antykorozyjnego decydujące znaczenie ma również znajomość zakładanej trwałości materiału, ponieważ można przez to z góry wykluczyć błędne oczekiwania co do zachowania określonych systemów antykorozyjnych. Należy podkreślić, iż okres ochronny nie jest „okresem gwarancyjnym”, ale stanowi pojęcie techniczne, określające względny czas eksploatacji elementów, który może pomóc zleceniodawcy wyznaczyć program przeglądów i konserwacji, natomiast „okres gwarancyjny” to pojęcie prawnicze, które stanowi przedmiot warunków określonych w umowie. „Okres gwarancyjny” jest na ogół krótszy niż „okres ochronny” i na tę chwilę nie ma reguł, które łączą obydwa pojęcia.

Stowarzyszenie DAFA tworzy wspólny głos wykonawców i producentów w podnoszeniu kultury projektowania, budowania i użytkowania budynków. Określa wytyczne i wydaje publikacje techniczne, uznawane za powszechnie obowiązujące zasady techniki, wpływając na podniesienie jakości i bezpieczeństwo funkcjonowania całej branży.

Artykuł powstał na bazie wytycznych „Grundlagen”, 2018 r., wydanych przez IFBS – Internationaler Verband für den Metallleichtbau, do którego Stowarzyszenie DAFA należy dzięki wsparciu partnerów: ArcelorMittal, Balex-Metal, Blachy Pruszyński.

Literatura

1. Światowy raport dot. produkcji aluminium: https://international-aluminium.org/statistics/primary-aluminium­ production/ (dostęp 7.10.2022 r.).
2. Światowe statystyki roczne produkcji surowej stali za 2021 r.: https://worldsteel.org/steel-topics/statistics/annual-production-steel-data

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!