Utrzymanie i remonty konstrukcji stalowych Wykonali: Michał Ślaź, Paweł Ziętarski Przemysław Wawryszczuk, Michał Pytyś

Stal jako materiał budowlany Stal jest wykorzystywana do wznoszenia budowli od końca XVIII w. Jest to jeden z trzech głównych materiałów budowlanych, oprócz betonu i drewna.

Zalety stali Mały ciężar własny Odporność na działanie sił dynamicznych Możliwość użytkowania zaraz po wykonaniu Przenoszenie dużych obciążeń Wytrzymałość na rozciąganie Możliwość pokonywania dużych rozpiętości Łatwość konserwacji, napraw i wzmocnień

Wady stali Wrażliwość na wpływy korozyjne Konieczność przeprowadzania okresowych konserwacji Duża przewodność cieplna i akustyczna Mała odporność na zmiany temperatury

Przykłady konstrukcji stalowych Wieża Eiffla

Przykłady konstrukcji stalowych Most wspornikowy w Quebec

Przykłady konstrukcji stalowych Budynek Chryslera w Nowym Jorku

Przykłady konstrukcji stalowych Most Golden Gate w San Francisco

Problemy występujące przy eksploatacji obiektów stalowych

Katastrofy obiektów stalowych Pożar hali Stoczni Gdańskiej Przyczyna: długotrwałe działanie wysokiej temperatury

Katastrofy obiektów stalowych Zawalenie wieżowców WTC Przyczyna: długotrwałe działanie wysokiej temperatury osłabienie konstrukcji na skutek silnego uderzenia

Katastrofy obiektów stalowych Zniszczenie hali wystawowej w Chorzowie Przyczyna: nadmierne obciążenie dachu błędy projektowe i wykonawcze utrata stateczności elementów konstrukcyjnych

Katastrofy obiektów stalowych Zawalenie dachu hali „Platan” w Szczecinie Przyczyna: nadmierne obciążenie dachu śniegiem

Katastrofy obiektów stalowych Zniszczenie mostu w Tacoma (USA) Przyczyna: błędy projektowe nadmierne obciążenie wiatrem i w konsekwencji rezonansowe drgania mostu

Zniszczenie Tacoma Bridge - film

Korozja Niszczenie metalu pod wpływem otaczającego go środowiska, powodujące zmiany właściwości tego metalu w wyniku zachodzących reakcji chemicznych. Korozja polega na utlenianiu metalu w wyniku stykania się go z tlenem powietrza, z wodą oraz gazami zawartymi w powietrzu.

Skutki korozji Skutki procesów korozyjnych określa się jakościowo na podstawie obserwowanych zniszczeń faz metalicznych w zależności od rozmieszczenia zniszczeń. - Korozja równomierna - korozja rozprzestrzenia się równomiernie na całej powierzchni przedmiotu metalowego. Ten rodzaj zniszczenia jest najmniej niebezpiecznym wynikiem działań korozyjnych. Nie wpływa bezpośrednio na zmianę własności wytrzymałościowych materiału, lecz pośrednio przez zmniejszenie przekroju poprzecznego przedmiotu.

Skutki korozji - Korozja miejscowa - zniszczenie obejmuje tylko pewne miejsca powierzchni przedmiotu metalowego zaznaczone w postaci plam, punktów i wżerów. Ten rodzaj zniszczenia, zwłaszcza w postaci wżerów, które mogą osiągnąć znaczną głębokość jest bardzo niebezpieczny dla materiału. Wpływa silnie na zmniejszenie własności wytrzymałościowych zarówno materiału, jak i konstrukcji. - Korozja międzykrystaliczna - zniszczenie występuje na granicach ziaren postępując w głąb materiału. Jest to najgroźniejszy rodzaj zniszczenia, powoduje silny spadek własności wytrzymałościowych, w wielu przypadkach jest trudny do zauważenia na powierzchni metalu.

Ochrona przed korozją W zależności od rodzaju korozji i charakteru chemicznego czynników korozyjnych istnieje wiele sposobów zapobiegania lub zmniejszania skutków korozji: Znacznie można obniżyć działanie korodujące niektórych czynników przez zastosowanie inhibitorów (opóźniaczy) korozji. Inhibitory tworzą zwykle na powierzchni metalu warstewki ochronne hamujące szybkość korozji. Zabezpieczenie przed korozją elektrochemiczną stanowi tak zwana ochrona katodowa. Ochrona katodowa polega na połączeniu chronionej konstrukcji z metalem mniej szlachetnym, tworzącym anodę (protektor) ogniwa, natomiast katodą jest obiekt chroniony.

Ochrona przed korozją Inhibitory korozji: Środki chemiczne hamujące przebieg procesów korozji. Inhibitory mogą zmniejszać szybkość postępowania korozji poprzez tworzenie warstwy ochronnej na powierzchni metalu, nie usuwając jednak powstałych przed ich użyciem skutków korozji - rdzy i osadu. Do oczyszczania materiału z tego typu zanieczyszczeń służą inne preparaty chemiczne. Inhibitory powodują powstawanie na powierzchni materiału warstwy ochronnej (tzw. proces pasywacji). Warstwa pasywna narażona jest na przerwanie. Gdy zabraknie preparatu, w miejscu uszkodzenia powierzchni pasywnej tworzy się mikroogniwo i rozpoczyna się korozja.

Ochrona przed korozją Ochrona katodowa Ochrona antykorozyjna, która polega na tym, że do konstrukcji chronionej dołącza się zewnętrzną anodę w postaci metalu o potencjale standardowym niższym niż materiał chronionej konstrukcji. Płytka taka nazywa się protektorem. Połączenie protektora z konstrukcją chronioną wykonuje się poprzez bezpośredni styk lub za pomocą przewodnika. Materiał chronionej konstrukcji staje się katodą i nie koroduje.

Ochrona przed korozją Najprostszym i najczęściej stosowanym sposobem ochrony konstrukcji przed korozją jest stosowanie powłok ochronnych.

Powłoki nakładane metalowe Na powłoki metalowe o dużej odporności na korozję używa się niklu, chromu, miedzi, srebra, cyny, cynku, ołowiu, kadmu, aluminium. Powłoki ochronne nakłada się galwanicznie oraz przez zanurzenie, natrysk, platerowanie.

Powłoki nakładane niemetalowe Oddzielają mechanicznie metal od agresywnego środowiska. Są pochodzenia organicznego, np. farby, oleje, lakiery, smoły, asfalty oraz różnego rodzaju smary. Ostatnio stosuje się do tego celu tworzywa sztuczne.

Powłoki wytwarzane metalowe Uzyskuje się je w wysokiej temperaturze na zasadzie dyfuzji metalu ochronnego w głąb metalu chronionego. Najbardziej znane są procesy wprowadzania do stali aluminium, cynku oraz nachromowywanie.

Powłoki wytwarzane niemetalowe Są wytwarzane metodami chemicznymi lub elektrochemicznymi. Najczęściej stosuje się oksydowanie i fosforanowanie stali. - oksydowanie – wytwarzanie na powierzchni warstwy tlenku żelaza - fosforanowanie – wytwarzanie warstwy krystalicznej fosforanów żelaza na powierzchni stali

Powłoki malarskie Najczęściej używany rodzaj powłok. Powłoki te mają mniejszą trwałość od wymaganego okresu użytkowania konstrukcji. Wynosi ona 2-15 lat, w zależności od zastosowanych rozwiązań materiałowych, sposobu wykonania itp. Wpływ na pogorszenie jakości powłok mają: - kwaśne deszcze - sól - brud - ptasie odchody - promieniowanie UV

Powłoki malarskie - wilgotność - zmiany temperatur - gazy przemysłowe - soki z drzew Środki zapobiegawcze: - woski pielęgnacyjne - środki polerskie

Powłoki malarskie Koszt renowacji z całkowitym usunięciem powłoki jest kilkakrotnie wyższy niż koszt uzupełnienia powłok malarskich. Powstaje również problem niszczenia środowiska, którego źródłem są usuwane powłoki zawierające szkodliwe pigmenty, takie jak minia ołowiana, pigmenty chromianowe, jak również ścierniwa stosowane podczas obróbki strumieniowo-ściernej. W porę dokonana konserwacja powoduje zmniejszenie kosztów utrzymania konstrukcji. Dlatego ważnym jest przeprowadzanie okresowych przeglądów stanu zabezpieczeń które umożliwią podjęcie decyzji o konserwacji w odpowiednim czasie.

Kontrola powłok malarskich W okresie eksploatacji konstrukcji należy przeprowadzać kontrole stanu powłok malarskich. Zakres takich kontroli obejmuje sprawdzenie powłoki na wypadek wystąpienia następujących zjawisk: - spęcherzenie - przerdzewienie powłoki malarskiej - stopień spękania - stopień złuszczenia - stopień skredowania

Kontrola powłok malarskich Oceny stanu zniszczenia powłok dokonuje się na podstawie norm PN-EN ISO z serii 4628/1, 2, 3, 4, 5, 6. Skala ocen jest ponumerowana od 0 (brak zniszczeń) do 5 (zniszczenia są tak duże, że dalsza ich klasyfikacja nie jest celowa).

Kontrola powłok malarskich Intensywność zniszczenia ocenia się na podstawie zmiany wyglądu powłoki z podziałem na klasy: 0 – niedostrzegalna zmiana 1 – ledwo dostrzegalna zmiana 2 – dostrzegalna zmiana 3 – wyraźnie dostrzegalna zmiana 4 – zdecydowana zmiana 5 – intensywna zmiana

Kontrola powłok malarskich Spęcherzenie oceniane jest przez porównanie z wzorcami podanymi w Załączniku do normy PN-EN ISO 4628-2. Określa się gęstość i rozmiary pęcherzy na powłokach lakierowych. Rozmiary są oznaczone 2, 3, 4 i 5. Dla każdego rozmiaru występują gęstości oznaczone 2, 3, 4 i 5. Ogółem jest 16 wzorców.

Kontrola powłok malarskich Korozja jest oceniana wizualnie jest przez porównanie z wzorcami. Ilość rdzy naruszającej powłokę można ustalić w stopniach zardzewienia na podstawie procentowanego ustalenia powierzchni pokrytej rdzą. Stopień Ri 0 to 0% powierzchni zardzewiałej, Ri 1 to 0,05%, Ri 2 – 0,5%, Ri 3 – 1%, Ri 4 – 8%, Ri5 – 40/50%.

Kontrola powłok malarskich Spękanie ocenia się na podstawie rozmiaru, kierunku i głębokości. Przeciętny rozmiar pęknięć określa się wg następujących klas: 0 – niewidoczne przy 10-krotnym powiększeniu 1 – widoczne tylko przy powiększeniu najwyżej 10-krotnym 2 – ledwo widoczne przy skorygowanej zdolności normalnego widzenia 3 – widoczne przy skorygowanej zdolności normalnego widzenia 4 – duże pęknięcia szerokości do 1 mm 5 – bardzo duże pęknięcia, pow. 1 mm

Kontrola powłok malarskich Łuszczenie ocenia się na podstawie względnej powierzchni złuszczonej lub przykładowymi rysunkami zamieszczonymi w normie. Klasy złuszczenia: 0 – 0% 1 – 0,1% 2 – 0,3% 3 – 1% 4 – 3% 5 - 15%

Kontrola powłok malarskich Kredowanie jest to pojawienie się na powierzchni powłoki lakierowanej luźno przylegającego proszku pochodzącego z degradacji jednego lub więcej składników. Badanie polega na przyklejeniu do powierzchni taśmy przylepnej. Skredowanie przylegające do taśmy bada się wobec kontrastującego tła, a stopień skredowania szacuje się porównując je ze skalą oceny.

Odnawianie powłoki malarskiej Klasyfikacja stopni zniszczenia powłoki: 1 – utrata połysku, skredowanie, zmiana barwy 2 – zewnętrzna warstwa zniszczona jak w stopniu 1., ale w większym zakresie, dodatkowo pęcherze, złuszczenia, rysy, rdza 3 – jak w stopniu 2., ale w większym zakresie, plus rdza w postaci licznych ognisk na całej powierzchni

Odnawianie powłoki malarskiej Jakie należy podjąć środki: - Brak połysku, zmiana barwy, skredowanie: pokrycie jedną warstwą farby nawierzchniowej - Ogniska rdzy: zagruntowanie farbą dostosowaną do warunków