Алюминий для навесных фасадов. Вторая часть

Сплавы алюминия и специфика их антикоррозионной стойкости

Несмотря на существование в современном материаловедении более 500 разновидностей алюминиевых сплавов, в мировой фасадной индустрии применяется ограниченная группа — не более двенадцати модификаций. В основном это высокотехнологичные сплавы алюминия с магнием (серия 5ххх) и марганцем (серия 3ххх), которые дополнительно легируются кремнием, медью, цинком и титаном для улучшения кристаллической структуры.

Естественная коррозионная стойкость алюминия базируется на его способности к пассивации — мгновенному образованию на открытом воздухе сверхтонкой, но чрезвычайно плотной оксидной пленки ($Al_2O_3$), которая перекрывает доступ кислорода к глубинным слоям металла. Однако для суровых условий внешней эксплуатации естественного оксидного слоя недостаточно. Его толщину и плотность искусственно наращивают в промышленных условиях с помощью метода анодирования (электрохимического оксидирования).

В агрессивных эксплуатационных средах, таких как:

1. промышленные зоны с высокой концентрацией оксидов серы и азота (кислотные дожди);
2. приморские рекреационные зоны с высокой активностью солевых туманов и хлоридов;
3. мегаполисы с высоким уровнем смога и щелочных соединений;

обязательным является использование алюминиевой облицовки с двусторонним защитным покрытием. Кроме того, при проектировании и монтаже узлов крепления категорически запрещено допускать прямой контакт алюминия с медью или неизолированной черной сталью. Это приводит к образованию разрушительной гальванической пары, в которой алюминий выступает анодом и стремительно разрушается из-за электрохимической коррозии. Для нивелирования этого эффекта все элементы крепления должны быть выполнены исключительно из нержавеющей стали (А2, А4), высококачественной оцинкованной стали или разделены специальными диэлектрическими EPDM-прокладками.

Промышленные технологии нанесения защитно-декоративных покрытий

Качество защитного слоя непосредственно определяет срок службы фасада до первого реновационного ремонта (проектный срок современных систем составляет более 50 лет). Нанесение полимерных составов на алюминий осуществляется исключительно в заводских условиях на автоматизированных линиях. Существует три базовые технологии покрытия строительного алюминия:

1. Модифицированный полиэстер (РЕ): Наиболее распространенное, классическое бюджетное покрытие. Обладает хорошей пластичностью, что позволяет гнуть металл после окрашивания без образования микротрещин. Подходит для регионов с умеренным климатом и невысоким уровнем УФ-излучения.
2. Поливинилиденфторид (PVDF / Kynar-500 / Hylar-5000): Элитное многослойное покрытие (комбинация фторполимера и акрила), которое наносится методом валкового переноса (Coil Coating) поверх специального химически активного грунта. PVDF обладает абсолютной стойкостью к ультрафиолетовому излучению (высший класс по шкале RUV4), не выгорает десятилетиями, обладает уникальной стойкостью к агрессивным кислотам, щелочам и солям, а также эффектом «самоочищения» под воздействием дождя.
3. Порошковая эмаль (электростатическое напыление): Наносится на уже отформованные кассеты или экструдированные профили. Обеспечивает повышенную толщину защитного слоя (до 60–100 мкм), что гарантирует отличную защиту от механических повреждений, царапин и ударов града.

Важный технологический нюанс: Полимеризация всех вышеперечисленных типов покрытий происходит в туннельных печах при температурах от 150 °C до 230 °C. Для алюминия этот процесс является синергетическим, поскольку высокая температура одновременно выполняет роль технологического отжига металла. Отжиг снимает внутренние механические напряжения, возникшие в алюминиевом прокате во время его холодной вальцовки, выравнивает кристаллическую решетку, значительно повышает пластичность материала и стабилизирует его прочностные характеристики. Для других металлов (например, стали) такой режим запекания краски не имеет столь глубокого положительного влияния на внутреннюю структуру самого металла.

Пожарная безопасность и поведение металла в условиях реального пожара

Согласно государственным строительным нормам (в частности, ДБН В.1.1-7 «Пожарная безопасность объектов строительства»), цельнолистовой алюминий и его сплавы относятся к классу НГ (негорючие материалы). Они не воспламеняются на воздухе, не поддерживают горение, не являются источником токсичного дыма и не способствуют распространению открытого пламени — ни в твердом состоянии, ни в случае перехода в жидкую фазу.

Под прямым воздействием огня алюминиевая кассета сначала локально деформируется (коробится). При достижении точки плавления металл начинает плавиться и стекать каплями, которые, тем не менее, не способны поджечь смежные материалы, поскольку быстро охлаждаются на воздухе. Высокая теплопроводность алюминия поначалу играет положительную роль: она интенсивно отводит тепло из эпицентра возгорания, распределяя тепловую нагрузку по большой площади фасада и отсрочивая момент разрушения.

Однако инженерам и пожарным инспекторам необходимо учитывать критический фактор температурного размягчения. Температура плавления строительных алюминиево-магниево-кремниевых сплавов (например, широко применяемых AW 6061, AW 6063 или АД31) составляет около 585–590 °C. Тем не менее потеря конструктивной прочности и резкое падение несущей способности (текучесть) алюминия начинается значительно раньше — уже при достижении температуры свыше 200–230 °C.

В случае вырывания пламени из оконного проема внутрь вентиляционного канала фасада, температура газовых потоков мгновенно превышает 600 °C. В таких условиях алюминиевые несущие кронштейны и направляющие, находящиеся непосредственно над окном, могут пластически деформироваться за считанные минуты. Это приведет к обрушению облицовки и открытию прямого доступа огня к внутренним слоям утеплителя.

Инженерные меры безопасности (Требования для высотного строительства):

1. Для зданий повышенной этажности (выше 26,5 метров) настоятельно рекомендуется комбинировать материалы: подсистему (кронштейны и анкеры) выполнять из стали с высокой температурой плавления (свыше 1400 °C) или из нержавеющей стали.
2. Обязательным является устройство межэтажных пожарных отсечек. Это специальные сплошные короба из толстой оцинкованной стали (не менее 0,55–1,0 мм), которые полностью перекрывают вентиляционный зазор по всему периметру здания над каждым оконным проемом. Они отсекают поток горячих газов, направляя его наружу, вдали от вентиляционного канала НВФ, и спасают алюминиевую подсистему верхних этажей от термического коллапса.