аспирант
Орел, Орловская область, Россия
сотрудник
Орел, Орловская область, Россия
ГРНТИ 67.11 Строительные конструкции
ББК 385 Строительные конструкции
Обобщение опыта строительства зданий для выращивания шампиньонов показало многообразие их строительных решений. Установлено, что в шампиньонницах каркасной конструктивной схемы ограждающие конструкции производственных помещений экономически целесообразно выполнять методом послойной сборки с обшивками из оцинкованной стали и алюминиевых сплавов. Однако технологически требуемый мокрый влажностный режим воздушной среды помещений и содержащиеся в ней агрессивные газы при строительном проектировании осложняют выбор рационального типа наружных слоёв ограждающих конструкций. Для выявления рационального материала обшивок в производственных помещениях шампиньонницы проводились коррозионные испытания образцов алюминиевых сплавов систем Al – Mg, Al – Mn, Al – Mg – Si, технического алюминия, оцинкованной стали и оцинкованной стали с защитным покрытием. Для экспонировавшихся образцов установлены вид и скорость проникновения коррозии. По результатам испытаний определены целесообразные материалы обшивок для различных видов производственных помещений шампиньонницы.
шампиньонница, агрессивная среда, металлические образцы, коррозионные испытания
Введение. Как показали натурные обследования шампиньонных комплексов, ограждающие конструкции производственных помещений отечественных (не импортной поставки) шампиньонниц выполнены из различных материалов и изделий: керамического кирпича, бетонных блоков, железобетонных плит, стеклопластиковых и асбестоцементных экструзионных панелей [1]. Строительные решения помещений обусловлены агрессивной воздушной средой, создаваемой выделениями из используемого сырья и технологически требуемым влажностным режимом [2, 3]. Исследование воздушной среды производственных помещений показало, что ограждающие конструкции в процессе эксплуатации подвергаются воздействиям влаги (φ= 85- 100 %), повышенных температур на отдельных стадиях технологического процесса (до 60–70 °C) и агрессивных газов: аммиака, окислов азота, сероводорода, углекислого газа.
Проведенные технико-экономические расчёты показали, что наиболее экономичным решением ограждающих конструкций является их послойная сборка: наружные слои –листы из оцинкованной стали или алюминиевых сплавов, средний слой – лёгкий утеплитель, например,URSA.Для определения коррозиестойких типов обшивок признано целесообразным проведение натурных испытаний металлических образцов материалов, рекомендуемых
СП 72.13330.2017«Защита строительных конструкций от коррозии» и СП 128.13330.2012 «Алюминиевые конструкции» для применения в ограждающих конструкциях производственных помещений.
Методология. Планирование и проведение натурных коррозионных испытаний образцов осуществлялось в соответствии с требованиями ГОСТ Р 9.905-2007 «Методы коррозионных испытаний. Общие требования» и ГОСТ 9.908-85 «Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости». Цель испытаний заключалась в определении исходных данных (глубины и скорости проникновения коррозии, вероятной долговечности обшивок) для обоснования целесообразного решения обшивки по каждому виду помещений. Принятая продолжительность испытаний позволяла по их результатам однозначно определить поведение образцов.
Основная часть. Технологический процесс промышленного выращивания шампиньонов состоит из трёх основных стадий: пастеризации субстрата, состоящего из влажной смеси соломы и куриного помёта; проращивания грибницы в субстрате; выращивания грибов. Параметры воздушной среды для каждой стадии процесса, установленные по результатам замеров, приведены в табл. 1. Для определения концентрации агрессивных газов использовались газоанализаторы УГ-2 и Riken Keiki (Model – Ri 501A).
Из данных табл.1 следует, что в период пастеризации субстрата воздушная среда помещения является наиболее агрессивной к ограждающим конструкциям. Во время проращивания грибницы и роста грибов воздушная среда имеет примерно равные параметры и степень её агрессивности практически одинакова.
Таблица 1
Параметры воздушной среды по стадиям процесса
|
Стадия процесса |
Параметры воздушной среды |
||||||
|
влажность, % |
темпера тура, °С |
вид и концентрация газов, мг/м3 |
|||||
|
аммиак |
углеки- слый газ |
двуокись азота |
сероводород |
окись углерода |
|||
|
пастеризация субстрата
проращивание грибницы
выращивание грибов |
95–100
90–95
85–90 |
60–48
22–25
15–18 |
300–7 |
|
0,16–0,60 |
0,24–0,48 |
12–25 |
Для определения рационального материала металлических обшивок в течение двух лет проводились натурные коррозионные испытания их образцов в двух видах помещений: для пастеризации субстрата и для проращивания грибницы и выращивания грибов. Экспонировались образцы размерами 150×50×1 мм из стали с нанесённым горячим способом цинковым покрытием толщиной 40 мкм и алюминиевых сплавов систем Аl-Mg-Si (АД31Т5), Аl-Mn (АМцН2), Аl-Mg (АМг2М, АМг2Н2) и технического алюминия (АД1М) (табл. 2).
Таблица 2
Результаты коррозионных испытаний образцов
|
Сплав |
Размеры коррозионных поражений за период испытаний |
Характер коррозии |
|||
|
глубина поражения, мкм |
штук на см2 (в среднем) |
% пораженной поверхности |
|||
|
макси- мальная |
средняя |
||||
|
Помещение проращивания грибницы и выращивания грибов |
|||||
|
АД1М |
– |
– |
– |
|
сплошная равномерная |
|
АМг2М |
105 |
49 |
2,43 |
0,5 питтинг |
питтинг, биокоррозия до 20 % площади |
|
АМг2Н2 |
117 |
56 |
1,81 |
0,3питтинг |
питтинг, биокоррозия менее 1 % площади |
|
АД31Т5 АМцН2 оцинкован ная сталь |
160 10 – |
62 – – |
4,0 – – |
0,9 питтинг 2,0 |
питтинг, отдельные очаги отслоений отдельные очаги расслаивающей коррозии сплошная равномерная, белые продукты разрушения цинка на поверхности |
|
Помещение пастеризации субстрата |
|||||
|
АД1М |
– |
– |
– |
|
сплошная равномерная |
|
АМг2М |
– |
– |
– |
|
сплошная равномерная |
|
АМг2Н2 |
– |
– |
– |
|
сплошная равномерная |
|
АД31Т5 |
– |
– |
– |
|
сплошная равномерная |
|
АМцН2 |
– |
– |
– |
|
сплошная равномерная |
|
оцинкован ная сталь |
– |
– |
– |
|
сплошная равномерная, белые продукты разрушения цинка на поверхности |
Также испытывались образцы из оцинкованной стали с эпоксидным покрытием ЭП-140 (помещение пастеризации субстрата) и из оцинкованной стали с нанесённой по грунтовке ЭП-0200 полиэфирсиликоновой эмалью МЛ-1202 (помещение выращивания грибов). Часть образцов из сплава АМг2М анодировали для оценки коррозионной стойкости покрытия. Съём всех образцов для выявления кинетики их коррозионного разрушения проводили через 6 мес., количество образцов на каждую точку (съем) составляло 4 шт. В соответствии с ГОСТ 9.908-85 «Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости» основным количественным показателем коррозионной стойкости при равномерной (сплошной) и питтинговой коррозии является время проникновения коррозии на допустимую глубину. В связи с этим для равномерной коррозии рассчитывалась средняя скорость ее проникновения (мкм/год), а для питтинговой – подбирались уравнения для экстраполирования во времени максимальной глубины проникновения точечных поражений. Глубина и диаметр питтингов измерялись микроскопом МИМ-7, для подсчета их числа на поверхности использовался бинокулярный микроскоп МБС-2.
Почти во всех исследованных образцах, кроме образцов из сплавов АД31Т5 и АМг2Н2 в помещении проращивания грибницы и выращивания грибов, процесс коррозии протекал с замедлением во времени, что в основном обусловлено образованием продуктов коррозии, препятствующих взаимодействию участков металла, подвергнутого разрушению, с агрессивной средой [4, 5]. Наиболее интенсивно процесс коррозии протекал в помещении пастеризации субстрата (рис. 1). За период испытаний скорость проникновения коррозии в цинковое покрытие в среднем составила 2,3 мкм/год (среднеагрессивная среда), для алюминиевых сплавов этот показатель к окончанию исследования составлял 0,3 – 0,4 мкм/год.
а б
Рис. 1. Скорость коррозии образцов в помещении пастеризации субстрата (а) и выращивания грибов (б)
В помещении проращивания грибницы и выращивания грибов средняя скорость проникновения коррозии в оцинкованную сталь составила 0,65 мкм/год. На алюминиевые сплавы среда помещения влияла различно. У сплавов АД31Т5 и АМцН2 после 12 месяцев испытания отмечена начальная стадия расслаивающей коррозии, идущей без торможения во времени. Отдельные очаги расслаивающей коррозии глубиной до 10 мкм у сплава АМцН2 можно объяснить его нагартовкой [5], так как в отожжённом состоянии (АМцМ) сплав обладает высокой коррозионной стойкостью [6]. Такое местное отслаивание может повлиять на долговечность обшивок и ухудшить их декоративный вид. У сплавов систем Аl-Mg и Аl-Mg-Si выявлена питтинговая (точечная) коррозия, свойственная алюминиевым сплавам в определённых средах [7, 8]. Предпочтительными местами возникновения питтинга являются границы зёрен и включения [9]. Максимального развития питтинговая коррозия достигает к концу второго года испытаний, а затем увеличение глубины поражений существенно замедляется [10]. Затухание процесса на многих участках связано и с взаимодействием питтингов между собой, сокращающем «жизненное пространство» слабых питтингов [11]. Известно, что из всех промышленных алюминиевых сплавов сплавы Al-Mg с содержанием магния не более 3 % имеют наилучшее сопротивление питтинговой коррозии и самую низкую скорость распространения язв [6].
Для определения глубины питтинга во времени может быть использована зависимость (Синявский В.С. Коррозия и защита алюминиевых сплавов. М.: Металлургия,1986.368с)
, (1)
где h – максимальная глубина питтинга; n и k – константы; τ – время.
Статистической обработкой результатов испытаний образцов [12] установлены зависимости глубины точечного поражения h, мкм, от времени τ, мес, позволяющие прогнозировать её развитие.
Так, для сплавов
АМг2М: (2)
АМг2Н2: (3)
АД31Т5: (4)
Формула (4) выведена без учёта коррозионных потерь массы образцов от расслаивающей коррозии. На основании полученных зависимостей расчётная глубина питтинга за 50 лет не превышает 0,5мм.
У сплавов АМг2М и АМг2Н2 также отмечена биологическая коррозия в виде неглубоких червеобразных поражений, причём сплав АМг в отожжённом состоянии более подвержен этому виду коррозии (~ 20 % поверхности). Биокоррозии подвержены углеродистые стали, легированные стали и цветные металлы [13]. Известно несколько групп бактерий и плесневых грибов, повреждающих металлы [14]. Однако из двух указанных видов коррозии в нашем случае определяющей является питтинговая. У сплава АД1М в помещении проращивания грибницы и выращивания грибов скорость проникновения сплошной равномерной коррозии составляла 0,07–
0,08 мкм/год, что характеризует его как весьма стойкий материал [15].
Испытания образцов из покрытой эпоксидной грунтовкой ЭП-140 оцинкованной стали в пастеризационном помещении дали неудовлетворительные результаты: при неизменённом внешнем виде покрытия адгезия равнялась 4 баллам по ГОСТ 31149-2014 «Материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом решетчатого надреза», прочность плёнки при обратном ударе равнялась нулю. В помещении проращивания грибницы и выращивания грибов эмаль МЛ-1202 на оцинкованных образцах не изменила внешнего вида, адгезия покрытия не ухудшилась (1 балл), его прочность при обратном ударе равнялась 500 Н· см. Анодно-окисное покрытие толщиной 15–20 мкм на образцах из сплава АМг2М полностью предотвращало их коррозию.
Выводы. Процесс коррозии почти всех испытанных образцов в производственных помещениях шампиньонницы протекал с затуханием во времени. Скорость сплошной равномерной коррозии цинкового покрытия в 2–6 раз превышала аналогичную скорость коррозии алюминиевых сплавов.
В ограждающих конструкциях помещения пастеризации субстрата возможно применение обшивок из алюминиевых сплавов АД1М, АМг2М, АМцМ толщиной 1 мм без защиты. Применение обшивок из оцинкованной стали без защиты от коррозии не рекомендуется.
В помещении проращивания грибницы и выращивания грибов в ограждающих конструкциях возможно применение обшивок из оцинкованных листов, защищённых нанесённой по грунтовке ЭП-0200 полиэфирсиликоновой эмалью МЛ – 1202, а также обшивок из алюминиевых сплавов АД1М, АМг2М, АМг2Н2, АМцМ толщиной 1 мм без защиты от коррозии.
Анодирование может быть рекомендовано как защита от питтинговой, равномерной и биологической коррозии алюминиевых сплавов в помещениях проращивания грибницы и выращивания грибов. Толщина анодно-окисного покрытия, предпочтительно с бихроматным наполнением, 15–20 мкм.
1. Блажнов А.А. Основы формирования шампиньонных комплексов и их производственных зданий: монография. Орёл: ОрёлГАУ, 2015. 202с.
2. Блажнов А.А. Основы формирования комплекса по производству шампиньонов на промышленной основе [Электронный ресурс] // Архитектон: известия вузов. 2014. №46. URL: http:// archvuz.ru/2014 2/7 (25.02.2019)
3. Лысенко В.П. Куриный помет - побочная продукция птицефабрик // Птица и птицепродукты. 2013. №5. С. 65-67.
4. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Альянс, 2014. 472с.
5. Коррозия: справочник. Под ред. Л.Л. Шрайера [пер. с англ.]. М.: Металлургия, 1981. 632 с.
6. Corrosion of Aluminum and Aluminum Alloys. Editedby J.R. Davis. ASMInternational, 1999. 313р.
7. Федосова Н.Л., Румянцева В.Е., Румянцева К.Е., Балмасов А.В., Чекунова М.Д. Антикоррозионная защита металлов. Иваново: ИГХТУ, 2009. 187 с.
8. Коррозия алюминия и алюминиевых сплавов. Под ред. Джозефа Р. Дейвиса [пер. с англ.]. М.: НП “АПРАЛ”, 2016, 315с.
9. Пахомов В.С. Коррозия металлов и сплавов: справочник, в 2т. М.: Наука и технология, 2013. Т.1.448 с.
10. Cristian Vargel. Corrosion of Aluminium. ELSEVIER, 2004. 658 р.
11. Кайдаров Р.А. Электрохимические методы исследования локальной коррозии пассивирующихся сплавов и многослойных систем: монография. Казань: Изд-воКНИТУ, 2013. 144 с.
12. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ [пер. с англ.]. М.: Диалектика, 2016.912с.
13. Лаптев А.Б., Луценко А.Н., Курс М.Г., Бухарев Г.М. Опыт исследований биокоррозии металлов // Практика противокоррозионной защиты. 2016. № 2(80). С. 36-57.
14. Колесникова Н.Н., Луканина Ю.К., Хватов А.В., Лихачёв А.Н., Попов А.А., Заиков Г.Е., Абзальдинов Х.С. Биологическая коррозия металлических конструкций и защита от неё // Вестник Казанского технологического университета. 2013. С. 170-174.
15. Жарский И.М., Иванов М.П., Куис Д.В., Свидунович Н.А. Коррозия и защита металлических конструкций и оборудования. Минск: Вышэйша школа, 2012. 303 с.
