Атмосферостойкая сталь: сто лет красоты
Все больше объектов разного толка – от домашних светильников до высотных зданий, изготавливается сегодня из атмосферостойкой стали. Но если прежде на российском рынке царила так называемая кортеновская сталь, сегодня атмосферостойкую сталь поставляют отечественные предприятия.
Атмосферостойкие стали появились в США в начале ХХ века, когда специалисты U.S. Steel заметили, что стальной лист, легированный медью, меньше подвержен сквозной коррозии, чем лист углеродистой стали. Сначала эта сталь использовалась при сооружении бункеров в угольных вагонах, но сегодня она применяется в строительстве промышленных и общественных зданий, а также для создания дизайнерских и арт-объектов.
Свойства атмосферостойкой стали определяет содержание легирующих элементов – фосфора, меди, марганца, хрома, никеля. Они обеспечивают устойчивость к коррозии, помогая образованию на поверхности листа защитного слоя – патины. Слой патины формируется в течение трех лет и при этом меняет оттенок. В зависимости от окружающей среды он варьируется от светло-коричневого до рыжего, бронзового, темно-коричневого. Можно искусственно ускорить патинирование, применяя специальные средства, которые помогают окислению.
Первым зданием, где атмосферостойкая сталь использовалась при оформлении фасада, стал головной офис компании John Deere в США.
Благодаря своим уникальным внешним данным атмосферостойкая сталь все чаще применяется для фасадов, интерьеров, арт-объектов.
Сегодня широко известен павильон-инсталляция для некрополя - «Исчезнувший дом» в Китае. Создается впечатление, будто сам дом уже исчез, остался лишь некогда обвивавший его плющ.
Не менее известный объект - «Болотная башня» (Marsk Tower) в национальном парке Дании. Высота башни – 25 метров, но обзорная площадка из-за особенностей ландшафта находится на высоте 36 метров, куда ведут 146 ступеней по спирали. Дизайн башни отсылает к строению ДНК. Вес башни – 300 тонн. С годами темнеющая атмосферостойкая сталь позволит башне постепенно слиться с ландшафтом.
Объект аналогичного ряда – маршрут «Путь каменоломен» (Chemin des Carrières) во французском Эльзасе. Это дорога шириной 3 метра, длиной 11 километров. Здесь можно пройти пешком или проехать на велосипеде между соседними деревнями. Маршрут повторяет путь некогда пролегавшей здесь железной дороги Rosheim-St Nabor, повторяя ландшафт местности, оборудованный объектами из стали.
В Португалии недалеко от Лиссабона появился технопарк для старт-ап компаний по проекту мастерской Жорже Меальи. Для облицовки здесь использованы стальные перфорированные панели, которые хорошо контрастируют с белыми конструкциями.
В центральной части Пекина (Китай) несколько лет назад построен театральный комплекс 77 Theatre с раздвижным стальным фасадом. Главный фасад может подниматься, чтобы задействовать в представлениях улицу. Вряд ли фасад из иного материала предоставил бы театру такие возможности.
В России уже достаточно активно используют атмосферостойкую сталь, в том числе для крупных объектов. В Петербурге УК «Теорема» в рамках редевелопмента промышленной территории строит пул бизнес-центров. В 2021 году возведены два здания «Ferrum» с использованием атмосферостойкой стали по проекту архитектурного бюро Tchoban Voss Architekten Сергея Чобана. «Атмосферостойкая сталь – материал, обладающий целым спектром достоинств. Во-первых, он создает эстетически очень привлекательную, сложную поверхность, которой к тому же можно придать активный рельеф. Во-вторых, этот материал обеспечивает долговечность фасада и его контролируемое «старение». Идею применить на фасадах бизнес-центра Ferrum именно атмосферостойкую сталь в качестве основного облицовочного материала предложил я. Заказчик эту идею горячо поддержал, что и позволило реализовать этот не совсем обычный по своему облику фасад», - рассказал Сергей Чобан.
Внутри здания атмосферостойкая сталь использована и для изготовления интерьерных светильников в кафе.
Вместо стали европейского производства сегодня на российском рынке представлена атмосферостойкая сталь отечественных компаний. Не так давно атмосферостойкую сталь под брендом Forcera предложила «Северсталь». Интереснейший проект на петербургском рынке жилья – малоэтажный комплекс «VEREN VILLAGE стрельна» в пригородной Стрельне. Центр проекта – физкультурно-оздоровительный комплекс (ФОК), который заметно выделяется на фоне остальных построек не только по функции, но и по своей архитектуре: скульптурный объем, напоминающий гранитный камушек. Изначально предполагалось использовать для фасада спортивного сооружения дерево, однако затем участники проекта предпочли сталь Forcera, что придало объекту индивидуальность и оригинальность.
«Именно благодаря необычной фактуре этого материала ФОК фактически стал композиционным центом ЖК, привлекая внимание своим нетривиальным
В центре Екатеринбурга возведена самая высокая в России 42-метровая стела «Город трудовой доблести». Она изготовлена из гранита и атмосферостойкой стали Forcera, которой ушло 32 тонны.
Но есть также малые архитектурные формы и арт-объекты, которые изготавливаются из атмосферостойкой стали. Например, на базе отдыха в Торово установлены фигуры животных, выполненные Дмитрием Нечепуренко, художником и скульптором Санкт-Петербургского скульптурного цеха. Одна из последних – фигура кота с мячом.
На промплощадке Череповецкого металлургического комбината тоже установлены фигуры животных.
Дмитрий Нечепуренко рассказал, что ему очень нравится работать с атмосферостойкой сталью, особенно изготавливать животных: «Фигуры выглядят более естественными, особенно со временем, когда поверхность становится бархатистой, имеют естественный цвет. Они не холодные».
Чтобы объекты сразу выглядели естественно, используются реактивы, ускоряющие «старение» металла. В арсенале скульптора соль, перекись водорода, уксусная кислота. Кстати, среди заказчиков немало частных лиц и небольших компаний.
Фигура быка возле ресторана в Сочи.
Фигура аллигатора на гольф-поле в Петербурге
Живая цветовая палитра делает постройки и арт-объекты с атмосферостойкой сталью уникальными, для архитекторов это новые возможности и полет фантазии при разработке объектов любых форм. Как отмечают в «Северстали», Forcera все чаще используют в качестве отделочного материала, в том числе для создания атмосферных интерьеров. Особенно хорошо эта сталь «прозвучит» в стилях «индастриал», «гранж» и «лофт». Из рыжей стали делают кашпо, лавки, клумбы, подпорные стенки и др. элементы ландшафтного дизайна.
Однако внешние данные – не единственное преимущество атмосферостойкой стали. Forcera – это высокопрочная сталь, устойчивая к внешним воздействиям, срок ее службы достигает ста лет. Не случайно Forcera была использована для изготовления и обшивки пандуса крупнейшей в Европе доменной печи №5 «Северянка» Череповецкого металлургического комбината в ходе ее реконструкции в 2019 году. Материал был выбран с учетом высоких требований к промышленному объекту и сложных условий эксплуатации. Высокая прочность атмосферостойкой стали позволяет применять ее и для других ответственных объектов - в мостовых конструкциях, опорах ЛЭП. Кроме того, изделия и постройки из атмосферостойкой стали не требуют специального обслуживания, что позволяет экономить на ремонтных работах.
Высокая стойкость, оригинальная текстура и живой цвет, а также простота в обслуживании определяют в целом безграничность сфер применения атмосферостойкой стали. И архитекторы, и застройщики высоко оценивают потенциал этого материала по сравнению с традиционными, его освоение в отечественной строительной практике, по сути, только начинается.
Как снизить ущерб от коррозии металла и сократить затраты на обслуживание трубопроводов на 10%?
Каждая шестая домна в России сегодня работает «впустую» по одной причине: коррозия съедает около 10% всего производимого металла[1]. Проблема коррозии под изоляцией обостряется с каждым годом, так как эксплуатируемые металлические изделия стареют, а количество разрушающих факторов увеличивается. В результате коррозия становится причиной колоссального экологического и экономического ущерба. Совсем избежать самопроизвольного разрушения металлов невозможно, но есть способы замедлить процесс. О том, как это сделать, рассказали в компании ROCKWOOL Россия. Эксперты компании с 2015 года прицельно исследуют проблематику возникновения коррозии под изоляцией.
Чем опасна коррозия металла?
Негативные последствия коррозии связаны с существенным увеличением затрат на эксплуатацию промышленного оборудования и устранение последствий разрушения металлов, а также с серьезными рисками для экологии и безопасности людей.
Так, если говорить об экономической стороне проблемы, то ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют 3-4% ВВП в США и Германии, а в России — более 5%. Из-за коррозии трубопроводов и оборудования под изоляцией сокращается потенциальный срок службы промышленных объектов, а вынужденные приостановки на ремонт снижают эффективность и увеличивают потери бизнеса. Так, час простоя может стоить до 20 тысяч долларов.
Эксперты ROCKWOOL добавляют, что 60% аварийных ситуаций с трубопроводами происходят вследствие коррозии металла. При этом стоимость ремонта может составлять до 300 тысяч рублей на один метр трубы. В среднем на ремонт повреждений от коррозии под изоляцией уходит около 10% от общего бюджета на обслуживание трубопроводов.
С точки зрения экологической безопасности и рисков для населения серьезные опасения вызывают возможные последствия из-за производственных аварий по причине коррозии. По данным Росприроднадзора, основная причина утечек из резервуаров и трубопроводов — это коррозионные повреждения. Так, в 2020 году из-за коррозии на трубопроводе Оха-Комсомольск-на-Амуре произошел разлив нефтесодержащей жидкости на площади 0,4 га.
К сожалению, коррозия металла приводит не только к экологическим катастрофам, но и к гибели людей. Один из самых резонансных случаев произошел в 2020 году в Перми: в результате прорыва теплотрассы погибли пять человек. Как сообщили в Ростехнадзоре, причиной аварии стал локальный коррозионный износ участка трубопровода вследствие старения антикоррозионного изоляционного покрытия.
Почему возникает коррозия?
В появлении коррозии всегда так или иначе виновата влага, однако ее влияние может быть разным, например:
- общая и точечная коррозия углеродистой стали возникает при контакте влажной среды и углеродистой стали;
- коррозионное растрескивание под действием внешних напряжений нержавеющей стали происходит из-за воздействия водорастворимых хлоридов из воды.
По оценкам ученых, в последние годы появились дополнительные факторы, которые провоцируют новые ЧП из-за самопроизвольного разрушения металлов. В частности, это интенсивное развитие трубопроводной сферы, нефтяной, химической и нефтехимической промышленности, а также устаревание существующего оборудования и несвоевременный ремонт. Кроме того, по словам академика РАН Евгения Каблова, к таким факторам можно отнести и появление новых видов бактерий.
«Воздействие отдельных бактерий привело к тому, что интенсивность коррозии увеличилась на 20–30%. Даже нержавеющие материалы, которые никогда не корродировали, эти бактерии прожигают, как лазер. Они передвигаются по металлической поверхности, и продукты их жизнедеятельности разрушают нержавейку», — рассказывает Евгений Каблов.
Не последнюю роль в возникновении коррозии играет и промышленная изоляция. Сегодня абсолютное большинство трубопроводов изолируются, чтобы снизить теплопотери. И именно под слоем изоляции зачастую и начинается разрушение металла.
Как снизить риски коррозии под изоляцией
Коррозия под изоляцией — это наружная коррозия трубопроводов или оборудования, которая появляется под внешней обшивкой изделия из-за проникновения влаги. Это одна из самых опасных и коварных разновидностей разрушения металла. Дело в том, что очаги коррозии в таких ситуациях скрыты изоляцией и их нелегко вовремя обнаружить. В лучшем случае проблема вскрывается при снятии изоляции во время очередной проверки, в худшем — уже при аварии. Наиболее высокий риск возникновения коррозии возникает на трубопроводах, работающих в циклическом режиме (нагрев-остывание).
О предотвращении коррозии нужно задумываться еще на этапе проектирования. Есть четыре ключевых правила:
- Трубопроводы и оборудование должны проектироваться так, чтобы положение опор, фитингов и прочего максимально способствовало отведению воды.
- На трубопроводы и оборудование необходимо наносить подходящее антикоррозионное покрытие и регулярно проверять его состояние в рамках плана техобслуживания.
- Необходимо выбрать подходящий изоляционный слой, который будет соответствовать назначению и не станет источником дополнительной коррозии.
- Следует подобрать оптимальную систему защиты от атмосферных воздействий. Она должна соответствовать назначению, сочетаться с установленной под ней изоляцией и регулярно проверяться.
Как выбрать подходящую изоляцию?
Обычно при выборе изоляции для трубопроводов и другого оборудования подрядчики уделяют внимание ее теплопроводности и максимальной температуре эксплуатации. Однако для снижения рисков коррозии под изоляцией этого недостаточно, важно учесть причины ее появления. Их всего три: материал впитывает влагу, плохо выводит влагу или же не соответствует по химическому составу. Таким образом, правильная изоляция не должна влиять на стальную конструкцию, поглощать воду и задерживать пар.
«Есть три параметра, которые непосредственно влияют на саморазрушение металла под изоляцией. Во-первых, это химическая инертность: коррозия стали ускоряется, если из изоляционного материала можно выделить кислотные соединения. Поэтому водная вытяжка из изоляционного материала должна быть слегка щелочной. Во-вторых, это содержание хлоридов. Они могут выщелачиваться и приводить к растрескиванию под внешним напряжением. Уровень содержания подверженных водному выщелачиванию хлоридов в изоляционном материале должен быть выше 10 мг/кг. В-третьих, это водоотталкивающее свойство: водопоглощение должно быть не более 1 кг/м2», — рассказывает Роман Бочков, менеджер по развитию направления Техническая изоляция и Огнезащита компании ROCKWOOL Россия.
Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов (NACE) провела ряд испытаний, чтобы проверить, какие именно изоляционные материалы соответствуют перечисленным свойствам. Оказалось, что самый оптимальный вариант для промышленного применения — это каменная вата. Во время испытаний этот материал показал самую низкую площадь повреждения поверхности: всего 32%, в то время как у изоляции из стекловаты этот показатель составил 42%, у пеностекла — 70%, а у ПИР — все 100%. Максимальная глубина повреждения металла при изоляции каменной ватой тоже оказалась самой низкой (всего 40 мкм), а максимальная скорость коррозии — самой медленной из всех (0,5 мм в год)[2].
Аналогичные испытания провела и лаборатория МГУ: каменную вату с содержанием водорастворимых хлоридов менее 10 мг/кг сравнили с каменной ватой с высоким содержанием хлоридов, а также со стеклянной ватой, синтетическим каучуком, пеностеклом и пенополиуретаном. Среди всех перечисленных материалов для промышленной изоляции лучшие результаты продемонстрировал первый образец: скорость коррозии при использовании каменной ваты с низким содержанием водорастворимых хлоридов составила всего 0,23 мм в год. Для сравнения: под изоляцией из каучука коррозия развивается со скоростью 0,52 мм в год, а под пенополиуретаном — 0,75 мм в год.
«Мы регулярно проводим собственные исследования проблематики возникновения коррозии под изоляцией, ориентируясь, в том числе и на рекомендации NACE. Результатом этой работы стала специализированная линейка прошивных матов и навивных цилиндров из каменной ваты ProRox с низким содержанием водорастворимых хлоридов (меньше 10 мг/кг). Испытания показали, что применение такой изоляции увеличивает ресурс трубопроводов от 11 до 17 % по сравнению с изоляцией из каменной ваты с высоким содержанием водорастворимых хлоридов», — добавляет Роман Бочков.
Прошивные маты и цилиндры ProRox гидрофобизированы, что обеспечивает эффективную защиту от проникновения влаги по всей толщине её слоя. Кроме того, она не препятствует проходу пара, что снижает риск образования конденсата. Такая изоляция доказывает свою эффективность даже на предприятии в условиях Крайнего Севера.
Коррозия металла — неизбежный процесс, однако это не повод оставить попытки и прекратить бороться с ней. Современные разработки предлагают эффективные методы защиты технических сооружений от подобных повреждений и позволяют существенно снизить скорость саморазрушения металлов. А значит — избежать колоссального ущерба.
[1] По данным Института физической химии РАН, https://tribune-scientists.ru/articles/357
[2] ASTM – G189-07 Standard Guide for Laboratory Simulation of Corrosion Under Insulation. Испытания NACE
Преимущества и недостатки стеклофибробетона
Стеклофибробетон (СФБ) – экологически чистый, не горючий, антивандальный материал, легкий, но прочный и не требующий ухода, с эксплуатацией не менее 50 лет.
Преимущества
СФБ состоит на 99% из природных компонентов: цемента, кварцевого песка, щелочестойкого стекловолокна и пластификаторов. Путем добавления в состав пигментов и фракций натурального камня, слюд, зеркальной и стеклянной крошки получаются различные фактуры: имитация натурального камня (мрамор, травертин, известняк и др), имитация дерева, гладкий, рельефный, объемный, перфорированный рисунок по чертежам заказчика, фактура с кавернами, "короед", интеграция СФБ с клинкером.
Имитация натурального камня на фасаде пользуется наибольшей популярностью так как позволяет уменьшить смету и время производства минимум в 5 раз, а также снизить риск брака при изготовлении сложных по форме фасадных изделий и их перевозке.
Благодаря армирующему щелочестойкому стекловолокну в составе, изделия имеют более высокую прочность и антивандальность например в сравнении с клинкером. При этом фибра не добавляет избыточного веса, что снижает нагрузку на подсистему и как следствие на фасад здания.
Похожие характеристики у фиброцементных плит, но в отличие от них СФБ не ограничен плоской геометрией, т.е лепнина, радиусные карнизы из фиброцемента не получатся. Также, срок эксплуатации у СФБ не 20, а минимум 50 лет. Объясняется это технологией изготовления фасадного декора. Методом пневмонабрызга позволяет равномерно распределять фибру по всей форме. В результате поверхность не царапается, не скалывается и не хрупкая при перевозке.
Стеклофибробетон не горюч и устойчив к резким перепадам температур, что очень актуально в нашей стране, особенно в районах севера и в Сибири. Даже если пожар все-таки случился СФБ не выделяет токсичных и ядовитых веществ как пенополистерол, полиуретан или полимербетон. Это подтверждено сертификатами и лабораторными испытаниями.
Своей антивандальностью и долговечностью СФБ востребован при строительстве гос объектов. Особенно привлекательно для заказчика что за ним не надо так тщательно ухаживать как за камнем, например.
Недостатки
Стеклофибробетон не самый легкий материал, что влияет на цену при монтаже и перевозке. Тут преимущество на стороне стеклопластика, или как его еще называют стеклокомпозит. Изделия из него тоньше и легче примерно в 3-5 раз. Но сам материал дороже и ограничен по фактурам в отличие от стеклофибробетона.