zastita celicnih konstrukcija od korozije i pozara

UNIVERZITET U BEOGRADU SAOBRAĆAJNI FAKULTET ODSEK ZA LOGISTIKU

Predmet: GRAĐEVINARSTVO SEMINARSKI

RAD

ZAŠTITA ČELIČNE KONSTRUKCIJE OD KOROZIJE I PROTIV POŽARNA ZAŠTITA

Nastavnik: Prof. dr Branislav Pujević, dipl.inž. Student: Nebojša Perišić LO140342

BEOGRAD 2016.

1

SADRŽAJ:

Uvod......................................................................................................................................................3

Zaštita od korozije.................................................................................................................................3

Zaštita od požara..................................................................................................................................10

Zaključak.............................................................................................................................................13

Literatura.............................................................................................................................................14

2

Uvod Savremene građevinske konstrukcije najčešće se izvode od čelika, armiranog betona, drveta ili cigli (zidane konstrukcije). Koji material će biti korišćen za neku konstrukciju, zavisi od više parametara, a može biti određen I naklonošću projektanta. Čelik, kao građevinski materijal koji se intenzivno koristi u graditeljstvu, raspolaže izuzetnim karakteristikama koje su omogućile premošćavanje velikih raspona, projektovanja konstrukcija koje odgovaraju na kompleksne estetske zahteve, adaptilnost, funkcionalst I drugo. Ono što predstavlja problem kad su čelične konstrukcije u pitanju, je to što u slučaju izbijanja požara, za veoma kratko vreme nezaštićen čelik može dostići kritičnu temperature na kojoj gubi stabilnost I nosivost, što može uzrokovati rušenje građevine I katastrofalne socijalne I ekonomske posledice. I kada su izloženi istovremenom dejstvu vode I vazduha, koroziraju. Korozija je negativna pojava iz prostog razloga što deo koji je zahvaćen korozivnim procesom umanjuje efektivni deo poprečnog preseka, što za posledicu ima smanjenje nosivosti jednog dela, ili cele konstrukcije.

Zaštita od korozije Korozija se može definisati kao razaranje materijala koje nastaje složenim fizičkohemijskim dejstvom okoline (Slika 1.). Korozija metala je u stvari obrnut proces od postupka dobijanja metala i ona predstavlja prirodnu pojavu povratka metala u početno ravnotežno stanje, pri čemu sistem smanjuje slobodnu energiju. Najveće štete izaziva atmosferska korozija koja napada mašinske i građevinske konstrukcije u zagađenoj atmosferi naročito u industrijskim zonama, gradskim sredinama, u rudnicima i drugim sredinama sa povećanom vlažnošću. Poznavanje problema korozije je važno zbog činjenice da su godišnji gubici zbog dejstva korozije oko 25 tona materijala. Da bi došlo do pojave korozije, neophodno je prisustvo kiseonika i vlage. U odsustvu bilo kog od ovih činilaca do korozije neće ni doći, kao što je slučaj:  U suvim sredinama (odsustvo vlage) 3

 Kod hermetički zatvorenih šupljih profila (odsustvo kiseonika)  U slučaju podvodnih I podzemnih konstukcij, gde stepen korozije zavisi od dovoda kiseonika 

U atmosferi, gde je kiseonik slobodan, stepen korozije zavisi od dužine trajanja prisustva vlage.

Slika 1. Primer dejstva korozije

Po pitanju štete, korozija prouzrokuje može da prouzrokuje direktnu I indirektnu štetu. U direktne štete ubrajaju se:  Gubitak težine, odnosno umanjenje debljine čeličnog elementa  Negativna promena bitnih mehaničkih I tehnoloških svojstava čelika, kao što su: a) Granica razvlačenja b) Izduženje c) Otpornost na lom I druge Nakon dužeg perioda, sve nabrojano za posledicu može imati I narušavanje nosivosti, stabilnosti I upotrebljivosti čelične konstrukcije. Indirektnu štetu predstavlja:  Prekid proizvodnje  Troškovi popravki 4

 Ugrožena sigurnost ljudi I objekata itd O indirektnim štetama treba posebno voditi računa pri razmatranju problema korozije, jer mogu višestruko premašiti direktne štete. Pri izboru sistema zaštite od korozije treba uzeti mnoge faktore, a neki od njih su:  Pristupačnost  Vrsta preopterećenja  Vrsta čelika  Stanje površine konstrukcije  Vrsta I način oblikovanja  Položaj I stepen izloženosti konstrukcije spoljnim uticajima  Opasnost od skupljanja prašine I nečistoća  Mogućnost pregleda I obnove primenjenog sistema zaštite  Spoljnu sredinu I klimatske uslove (temperaturne promene, stepen vlažnosti, vetrove,…) Prema pravilniku o tehničkim merama I uslovima za zaštitu čeličnih konstukcija od korozije, u cilju utvrđivanja merila za izbor sistema zaštite od korozije, čelične konstrukcije se dele na tri klase:

I.

Značajne čelične konstrukcije na otvorenom prostoru (mostovi I druge konstrukcije koje služe javnom saobraćaju)

II.

Ostale čelične konstrukcije na otvorenom prostoru (zgrade, stubovi, cevovodi, …)

III.

Čelične konstrukcije u zatvorenom prostoru (krovne konstrukcije, noseće konstrukcije zgrada,…)

Postoje dva osnovna oblika zaštite čeličnih konstrukcija od korozije:

5

 Aktivna zaštita - podrazumeva mere koje utiču na smanjenje agresivnosti sredine, kao I izbor čeličnog materijala I povoljno konstrukcijsko oblikovanje sa stanovišta korozione otpornosti.  Pasivna zaštita – zasniva se na izolovanju čeličnih površina od sredine sa korozionim agensima Na slici 2. dat je šematski prikaz generalne klasifikacije mera za zaštitu od korozije.

6

Slika 2. Šematski prikaz mera za zaštitu od korozije

Mere aktivne zaštite od korozije:  Mere prema korozionoj sredini – Mere aktivne zaštite od korozije koje treba preduzeti još u fazi izbora lokacije objekta I izrade idejnog projekta usmerene su ka korozionoj sredini, odnosno nepovoljnim uslovima korišćenja koje as stanovišta korozije treba izbegavati.  Katodna zaštita – Predstavlja još jedan vid aktivne zaštite od korozije, koji se zasniva na katodnoj polarizaciji čeličnih konstrukcija u prisustvu elektrolita. Katodna polarizacija se ostvaruje pomoću spoljnog izvora jednosmerne struje ili vezivanjem čelične konstrukcije za metal (anodu), čiji je elektrohemijski potencijal negativniji od potencijala čelične konstrukcije koja se zaštićuje.  Izbor materijala – Različiti delovi konstrukcije često su izloženi različitim korozionim uslovima ili nisu podjednako pristupačni, zbog toga je njihova mogućnost obnove zaštite nejednaka. Treba izvršiti prikladan izbor različith materijala I kombinovati ih na pravi način zarad postizanja iste korozione otpornosti čitave konstrukcije.  Niskolegirani čelici sa povećanom otpornošću na koroziju – Sloj rđe koji se formira kod ugljeničnog čelika je porozan, propušta vodu I na taj način omogućava širenje procesa korozije na donje slojeve. Jedna od mera za sprečavanje takvog procesa je primena niskolegiranih čelika sa povećanom otpornošću prema koroziji.  Oblikovanje čeličnih konstrukcija – Još jedan vid aktivne zaštite od korozije predstavlja oblikovanje čeličnih konstrukcija I njihovih. Uz ostale mere zaštite, primenom ovakvog pristupa korozija čelične konstrukcije može se svesti na najmanji obim. Time se može postići ekonomičnost zbog niskih troškova obnove zaštite I smanjenje troškova pasivne zaštite. Tu spadaju: a)

Nosači (Slika 3.)

b)

Poprečni preseci (Slika 4.)

c)

Spojna sredstva

d)

Međuspratne konstrukcije

e)

Stubovi u obimnim zidovima I stope stubova (Slika 5.)

7

Slika 3. Oblikovanje punih nosača

Slika 4. Položaj otvorenih preseka u konstrukciji

8

Slika 5. Oblikovanje stope stubova

Mere pasivne zaštite od korozije:  Premazna sredstva - Primena zaštitnih premaza je najčešće primenjivani način zaštite čeličnih konstrukcija od korozije. To su materije koje posle sušenja na vazduhu ostavljaju suvi film kao zaštitnu prevlaku. Svi zaštitni premazi nisu trajni, pa ih treba na određenom vremenskom periodu obnavljati.  Metalne presvlake – Zaštita od korozije može se ostvariti i oblaganjem površine čelika drugim metalom. Najčešće se koriste cink I aluminijum, a postupci za nanošenje su: a) Toplo cinkovanje – Postupak toplog cinkovanja sadrži sledeće operacije (Slika 6.): 

Mehaničko uklanjanje nečistoća



Hemijsko čišćenje čelične konstrukcije



Ispiranje u kadi sa vodom



Flusovanje



Sušenje konstrukcije



Potapanje čelične konstrukcije u kadu as rastopljenim cinkom



Hlađenje konstrukcije u kadi sa vodom

b) Metalizacija – Pod metalizacijom podrazumeva se vrsta zaštite čelične konstrukcije od korozije ostvarena prskanjem rastopljenog metala (cinka, aluminijuma ili olova) pištoljem.

9

Slika 6. Šema postupka toplog cinkovanja

Zaštita od požara Zaštita požara sastoji se od:  Sprečavanja nastanka požara  Sprečavanje širenja požara  Ugradnje uredjaja za gašenje I najavu požara  Predviđanja puteva evakuacije ljudi I dobara

Čelik ne gori ali samo do 300 C zadržava normalna mehanička svojstva. Preko 300 C smanjuje se nosivost čelika, a oko 700 C potpuno gubi svoju nosivost. Ako temperatura čelika pređe gornje granice, treba sprovesti zaštitu konstrukcije od vatre. Mera sposobnosti nosivog elementa da odoli izloženosti standardnoj vatri (Fire Resistance)i izražava se otpornošću na vatri u satima, npr. FR 1 do FR 4. Zavisno od izolacinog svojstva materijala I njegovoj debljini može se postići otpornost na standardnoj vatri od 1/2 do 4 sata. Cilj zaštite od požara nije potpuna zaštita od požara, već se govori o ograničenim opsegu zaštite u određenom vremenskom intervalu. Drugim rečima, mora se računati da do požara može doći, a zaštita se ograničava na preduzimanje mera da se 10

zagrevanje konstrukcijskih materijala što više odugovlači. Na taj način se dolazi do pojma zaštite od požara prema određenoj meri koju zahteva I propisuje zajednica kroz propise. Projektovanje protiv požarne zaštite zahteva da se kvantificira izloženost požaru sa jedne strane, kao I posledice tog izlaganja na ponašanje konstrukcije sa druge strane. Prema tome, požarno inženjerstvo uključuje:  Kvantifikaciju izloženosti požaru  Posledice izloženosti požaru Na slici 7. prikazan je klasifikacioni sastav za metode proračuna konstrukcija kod požarnog inženjerstva.

Slika 7. Klasifikacioni sistem metoda proračuna požarnog inženjerstva

11

Mere opreznosti zaštite od požara uključuju:  Građevinske mere zaštite a) Predviđanje pravca evakuacije b) Sigurnost objekta pri požaru c) Podela objekta na požarne delove  Pogonske mere zaštite a) Uređaji za najavu požara b) Oprema za gašenje požara (Slika 8.)

Slika 8. Oprema za gašenje požara

Razne vrste zaštite mogu se svrstati u sledeće grupe (Slika 9.):  Specijalni ekspandirajući premazi – Imaju izgled obične boje, koji nabubre na temperaturi od 150-300 C do debljine od nekoliko centimetara I tada deluju kao toplinska zaštita. Na ovaj način se može postići zaštita od 1/2 do 1 sata.  Prskane zaštite – Sastavljene su od sadre , koja sadrži do 20% vode ili cementa sa ekspandirajućim perlitom, staklenom ili mineralnom vunom. Ovakvom zaštitom se može postići do 4 sata otpornosti na vatru.  Pojedinačne obloge konstruktivnih elemenata – Sastoje se od sadrenih ploča, zidanih ili betonski obloga. Na ovaj način se može postići zaštita od 4 ili više sati, u zavisnosti od debljine zaštite. 12

 Elementi zaštićeni posebnim pregradama – Ovo je jedan od najboljih načina zaštite od vatre. Čitav konstuktivni sistem se zaštićuje protivpožarnim pregradama, kao što su masivni zidovi, podovi ili obložne konstrukcije. Ove pregrade moraju sprečiti prolaz vatri, pa se posebna pažnja treba posvetiti detaljima I vezama pregrada.  Specijalni oblici zaštite – Jedan specijalni način zaštite od požara sastoji se iz zatvorenog sistema vode koja može strujiti kroz nosivu konstrukciju. U požaru voda odvodi toplinu iz okolnog čelika I time smanjuje temperature čelične konstrukciju ispod kritične.

Slika 9. Primer zaštite konstrukcije od požara

13

Zaključak Danas je najvažnija I najzastupljenija metoda zaštite čeličnih konstrukcija od korozije zaštita primenom premaza. Zaštita primenom premaza vrlo je zahtevna, a tržište nam pruža vrlo velike mogućnosti odabira različitih vrsta premaza. Kod odabira je potrebno voditi računa o nameni konstrukcije I uslovima ekspoatacije. Međutim, I odabirom najskupljeg I najkvalitetnijeg sistema premaza neće se postići očekivani rezultat zaštite ako se priprema površine dovoljno kvalitetno ne izvede. Sa porastom temperature dolazi do pada mehaničkih svojstava čelika. Zadatak građevinske zaštite od požara leži u tome da se zagrevanje čeličnih elemenata konstrukcije odgovarajućim merama što više odugovlači, jer se na taj način može postići da u nekom određenom vremenskom periodu ne dođe do kritične temperature zbog koje dolazi do otkazivanja nosivosti elementa. Zaštita od požara zgrada sa čeličnom nosećom konstrukcijom može se primenom savremenog koncepta I mera zaštite ostvariti efikasno I ekonomski povoljnije nego što se to uobičajeno smatra.

Literatura 1) Dr. Dragan Buđevac, Mr. Zlatko Marković, Mr. Dragana Bogavac, Mr. Dragoslav Tošić, “Metalne konstrukcije”, Građevinski fakultet univerziteta u Beogradu, 1997 2) Boris Andronić, Darko Dujmović, Ivica Džeba, “Metalne konstrukcije 1”, Institut građevinarstva hrvatske 3) Emir Maslak, Enis Sadović, “Trajnost čeličnih konstrukcija sa aspekta korozije”, Međunarodna konferencija-Savremena dostignuća u građevinarstvu 24. April 2015. Subotica, Srbija 4) Martinez S. Štern I., “Korozija I zaštita-eksperimentalne metode”, Hinus, Zagreb, 1999. 5) http://www.international-pc.com/products/fire-protection/documents/fireprotection-brochure-eng.pdf 6) https://sr.scribd.com/doc/129937162/GLAVA-12-pdf 14

7) https://www.bca.gov.sg/sustainableconstruction/others/sc_corrosion_book_final .pdf

15