Анкеры из оцинкованной или нержавеющей стали для наружных работ? Практическое руководство

Краткий ответ: где можно и не место оцинкованным анкерам на открытом воздухе

Оцинкованные анкеры подходят для использования на открытом воздухе, когда помещение защищено, воздух сухой и анкер не подвергается прямому воздействию осадков, контакту с почвой или воздуху, насыщенному хлоридами. Нержавеющая сталь становится необходимым материалом, когда какое-либо из этих условий не соблюдается. Это основное правило принятия решения, и оно применяется независимо от того, закрепляете ли вы кронштейн столба забора, опорную плиту перил или салазки тяжелой машины на внешней плите.

В нашей работе с анкерными болтами на заводе мы неоднократно видим одну и ту же ошибку: покупатель выбирает оцинкованные анкеры исключительно по цене, пропускает анализ окружающей среды и в течение двух-трех сезонов получает пятна ржавчины или расшатавшуюся арматуру. Распространена и обратная ошибка: покупатель платит в четыре раза больше за нержавеющую сталь в сухом крытом помещении, где качественный оцинкованный анкер имел бы такой же срок службы. Ни одна крайность не является правильной, и цель этого руководства — дать вам практическую основу, которую вы сможете применить непосредственно к своему проекту.

Что на самом деле делает цинкование с якорем

Цинкование – это гальваническое покрытие. Якорь помещают в ванну с электролитом, содержащим ионы цинка, и постоянный ток наносит на стальную поверхность слой металлического цинка. Стандартная коммерческая толщина крепежных изделий составляет от 5 до 12 микрон. Эти уровни толщины определены в ASTM B633 с такими обозначениями, как Fe/Zn 5, Fe/Zn 8 и Fe/Zn 12, где число указывает на содержание цинка в микронах.

Слой цинка защищает сталь двумя способами. Во-первых, он действует как физический барьер, который удерживает кислород и влагу от поверхности стали. Во-вторых, что более важно, он защищает электрохимически. Поскольку цинк более активен, чем сталь, цинк разъедает преимущественно любые царапины, вмятины или открытые края. Именно это жертвенное действие придает оцинкованным анкерам известную устойчивость к красной ржавчине даже после повреждения покрытия во время установки.

В уличных условиях на оцинкованном анкере сначала образуется белая ржавчина — порошкообразное соединение оксида цинка. Белая ржавчина означает, что слой цинка активно жертвует собой, а именно для этого он и был предназначен. Когда вы начинаете видеть оранжево-красную ржавчину, это означает, что слой цинка изношен или изначально был слишком тонким. В этот момент анкер продолжит корродировать, как стальной болт без покрытия, и скорость потери металла полностью зависит от окружающей среды.

Толщина покрытия является наиболее важным параметром качества оцинкованных анкеров. Анкер с покрытием толщиной всего 3 микрона может разрушиться в течение нескольких месяцев при воздействии на открытом воздухе, тогда как тот же анкер с покрытием толщиной 12 микрон может сохраняться годами в сухом климате. Когда вы заказываете оцинкованные анкеры для любых работ на открытом воздухе, укажите толщину не менее 8 микрон, предпочтительно Fe/Zn 12, и запросите покрытие прозрачным хроматом или трехвалентной пассивацией. Пассивация задерживает появление белой ржавчины, что продлевает срок службы цинкового слоя.

Анкерные металлы из нержавеющей стали: объяснение марок 304 и 316

Нержавеющая сталь не требует покрытия. Его коррозионная стойкость обусловлена ​​самим сплавом. Когда содержание хрома в стали достигает не менее 10,5%, на поверхности образуется тонкая устойчивая пленка оксида хрома. Эта пленка блокирует доступ кислорода и влаги к основному металлу. Если поверхность поцарапана, пленка практически мгновенно восстанавливается в присутствии кислорода. Поскольку защита является частью металла, а не слоем поверх него, нержавеющая сталь обеспечивает одинаковый уровень сопротивления по всему корпусу анкера, резьбе, зажиму и гайке.

Две марки нержавеющей стали, наиболее часто используемые для каменных и бетонных анкеров, — это А2 и А4. Нержавеющая сталь А2, также известная как нержавеющая сталь 304 или 18/8, содержит около 18% хрома и 8% никеля. Это прочный, широко доступный сорт, который хорошо выдерживает сельскую, городскую и промышленную атмосферу, при условии, что хлориды не присутствуют в значительных концентрациях.

Нержавеющая сталь А4, обычно называемая 316, идентична 304 по основному составу, но содержит от 2 до 3% молибдена. Молибден укрепляет пассивную оксидную пленку от воздействия хлоридов. Это делает 316 заметно более эффективным в прибрежном воздухе, противообледенительных солевых стоках, ограждениях бассейнов и анкерных креплениях в бетоне, где ионы хлорида мигрируют в поровую воду. Если выбранный материал имеет маркировку А4-80 на головке, он также соответствует испытательной прочности около 600 МПа, поэтому это законный конструкционный материал, а не просто удобный, устойчивый к коррозии.

Оцинкованная сталь и нержавеющая сталь: параллельное сравнение

В таблице ниже приведены практические различия, которые необходимо оценить перед выбором анкерного материала.

Как внешняя среда меняет уравнение коррозии

Воздействие на открытом воздухе не является одним из условий; это ряд условий, которые предъявляют к одному и тому же якорю совершенно разные требования. Анализ особенностей вашего сайта полезнее любых общих правил.

Сухой внутренний климат

В засушливых и полузасушливых регионах с низким годовым количеством осадков и небольшой влажностью оцинкованный анкер Fe/Zn 12 может хорошо работать в течение многих лет. Слой цинка просто не изнашивается при частом смачивании. Одной только конденсации редко бывает достаточно, чтобы истощить 12-микронное покрытие за десятилетие. Если ваш проект находится в Неваде, центральной Австралии или на Ближнем Востоке, а анкер затенен или находится под крышей, цинкование является оправданным и экономичным выбором.

Влажные и влажно-сухие велосипедные регионы

Влажность и ежедневные циклы конденсации более тяжелы для цинка, чем постоянное погружение. Поверхность смачивается, высыхает, снова смачивается, и каждый цикл смывает оксид цинка и обнажает свежий металл. В субтропических и муссонных регионах на оцинкованных анкерах обычно появляется значительная белая ржавчина в первый год и красная ржавчина между двумя и пятью годами, в зависимости от толщины покрытия. Для постоянной конструкции нержавеющая сталь является более надежным выбором. На обслуживаемом объекте, где анкеры доступны и заменяемы, цинк по-прежнему можно использовать, если запланировать замену.

Прибрежный и морской воздух

Даже в нескольких сотнях метров от берега переносимые ветром частицы соли оседают на металлических поверхностях. Когда влажность воздуха повышается, эти хлоридные соли растворяются в тонкой пленке электролита, которая агрессивно воздействует на цинк. На оцинкованном якоре, установленном на берегу моря, менее чем через год могут появиться красные полосы ржавчины. В той же среде со временем может возникнуть коррозия из нержавеющей стали 304, поэтому марка 316 является предпочтительной маркой для крепления на крыше, перил палубы и указателей в пределах примерно двух километров от открытой морской воды.

Промышленное и химическое воздействие

Диоксид серы, оксиды азота и кислотные дожди в результате промышленной деятельности ускоряют коррозию цинка. Если ваш объект находится рядом с химическим заводом, электростанцией или коридором с интенсивным движением транспорта, рассматривайте оцинкованный анкер как временное решение. Нержавеющая сталь 304 хорошо справляется с большинством промышленных сред. В случае прямого контакта с агрессивными химикатами обновите модель до 316 и проверьте предполагаемую химическую совместимость перед установкой.

Вмонтированный в бетон и ниже уровня земли

Якорь, встроенный в внешний бетон, воспринимает окружающую среду иначе, чем якорь, расположенный на открытом воздухе. Высокая щелочность бетона изначально защищает углеродистую сталь и цинк. Однако со временем карбонизация снижает pH бетона, и хлориды из противообледенительных солей или морской воды диффундируют внутрь. Это превращает невинно выглядящий встроенный якорь в коррозионную ячейку. Для наружного бетона, который может подвергаться воздействию влаги и солей, рекомендуется использовать нержавеющую сталь 316. Если вам необходимо использовать оцинкованные анкеры во влажном наружном бетоне, применяется то же правило: цинк дает время выхода, а не постоянную защиту.

Более подробное обсуждение влажной среды и выбора якоря см. в нашем техническом обзоре подходит ли винтовой анкер для тяжелых условий эксплуатации на открытом воздухе или во влажных условиях .

Гальваническая коррозия: когда сосуществуют нержавеющая сталь и цинк

Выбор коррозионностойкого анкера не ограничивается самим анкером. Вся сборка, включая кронштейн, шайбу, гайку и материал основания, участвует в коррозионной активности. Если вы прикрепите анкер из нержавеющей стали через кронштейн из оцинкованной или горячеоцинкованной стали, вы создадите гальваническую пару.

В любой гальванической паре более активный металл корродирует быстрее, чем в одиночку. Цинк занимает первое место в гальваническом ряду, а нержавеющая сталь — гораздо ниже. Это означает, что цинковое покрытие на кронштейне может изнашиваться гораздо быстрее в точке контакта, особенно если в зазоре между кронштейном и головкой анкера находится вода.

Практические последствия очевидны. Не смешивайте анкер из нержавеющей стали с оцинкованным кронштейном или шайбой при использовании на открытом воздухе во влажной среде, если вы не готовы заменить кронштейн раньше. Если вам необходимо смешать материалы, используйте шайбу из нержавеющей стали и изолирующую втулку или качественную уплотнительную шайбу, чтобы предотвратить соединение воды между двумя металлами. Альтернативно, замените кронштейн и шайбу на ту же марку нержавеющей стали, что и анкер.

Влияет ли тип анкера на выбор материала?

Геометрия анкера не меняет описанные выше принципы коррозии, но влияет на то, как собирается влага и насколько сложной будет замена. Вот почему решение о материале должно приниматься вместе с решением о стиле якоря, а не после него.

Клиновые анкеры для более тяжелых наружных нагрузок

Клиновые анкеры передают нагрузку за счет расширения зажима, прижатого к стенке просверленного отверстия. Они являются популярным выбором для крепления рельсов для оборудования, колонн из конструкционной стали и тяжелых креплений к наружному бетону. При установке на открытом воздухе корпус клинового анкера является компонентом, наиболее подверженным коррозии, и расширительный зажим должен оставаться достаточно пластичным, чтобы сохранять усилие зажима. Высокопрочный клиновой анкер 316 хорошо удерживается даже в условиях дождя с ветром и дорожных солей.

Ультраклиновой анкер для крепления высокопрочного бетона Этот клиновой анкер из нержавеющей стали 316 устойчив к коррозии от дождя с ветром и дорожных солей, что делает его идеальным для открытых наружных бетонных конструкций. Посмотреть продукт →

Когда объект находится в крытом гараже или на сухом складе, оцинкованный клиновой анкер с хорошей толщиной покрытия обеспечивает значительно более низкую общую стоимость. Только не ждите того же внешнего вида без ржавчины после нескольких лет прямых дождей.

Анкерные втулки для регулируемых и съемных креплений

Гильзовые анкеры расширяются по большей части своей длины, что делает их эффективными в кирпиче, блоках и бетоне низкой прочности. Поскольку вся муфта прилегает к стенке скважины, любая влага, попадающая в скважину, остается в контакте с большой площадью поверхности. Это повышает важность использования нержавеющей стали во влажных или незагерметизированных отверстиях. Оцинкованные анкерные втулки лучше всего использовать внутри помещений, где полость стены остается сухой.

Сверхпрочные щитовые анкеры для соединений конструкций

В анкерах для тяжелых условий эксплуатации используется расширяющийся щит, обеспечивающий высокую прочность крепления в твердом бетоне. Их обычно выбирают для внешних структурных соединений, где отказ может быть опасным, например, анкеры для защиты от падения, опоры мезонина и кронштейны парковочных конструкций. Для этих целей 304 является разумным минимумом в не прибрежных районах, а 316 — правильным значением там, где присутствуют хлориды. Инженерные усилия, затраченные на расчет несущей способности, будут потрачены впустую, если через пять лет анкер проржавеет до части своего первоначального сечения.

Болт-анкер для тяжелых условий эксплуатации для структурных соединений Распорный анкер с регулируемым крутящим моментом, подходящий для тяжелых конструкций, таких как защита от падения и парковочные кронштейны, а также варианты из нержавеющей стали, выдерживающие воздействие хлоридов. Посмотреть продукт →

Одинарные анкеры расширения для легких и средних условий эксплуатации

В одном расширительном анкере используется один расширяющийся механизм, и его легко установить. Его часто используют для изготовления кабельных лент, кабельных лотков и опор облицовки наружных стен. В этих положениях анкер подвергается воздействию дождевых стоков с поверхности стены, поэтому нержавеющая сталь защищает как анкер, так и внешний вид здания. Оцинкованные одинарные анкеры расширения можно использовать для временных опор или предметов легкой нагрузки, которые будут перемещаться в течение срока службы здания.

Одинарный анкер для наружного монтажа в легких условиях эксплуатации Простой в установке анкер из цинка или нержавеющей стали для кабельных хомутов, кабельных лотков и опор облицовки, обеспечивающий баланс между защитой от коррозии и затратами при использовании на открытом воздухе. Посмотреть продукт →

Прочность и грузоподъемность: что меняется с материалом

Распространенным заблуждением является то, что нержавеющая сталь слабее оцинкованной углеродистой стали. Правда более тонкая. Оцинкованный анкер, изготовленный из углеродистой стали класса 8,8, имеет предел прочности стержня выше 800 МПа. Анкер из нержавеющей стали А4-80 имеет предел прочности около 600 МПа и минимальную прочность на разрыв 800 МПа. Для большинства случаев применения анкеров в бетоне обоих материалов более чем достаточно в их полноразмерном диапазоне, а практическая номинальная нагрузка обычно определяется состоянием бетона, глубиной заделки и краевым расстоянием, а не маркой стали анкера.

Само по себе цинкование ничего не добавляет к механической прочности анкера. Это слой защиты от коррозии, а не конструктивный элемент. Это означает, что таблицы нагрузок, опубликованные для сухого внутреннего анкера, применимы к наружному анкеру того же размера и марки стали, при условии, что марка материала идентична.

Что действительно меняет материал, так это долгосрочное сохранение несущей способности. Корродированный анкер теряет толщину сечения, а распорный зажим теряет способность удерживать установочное напряжение. Якорь из нержавеющей стали марки 316, который через десять лет выглядит чистым, сохранит свое первоначальное сцепление и несущую способность, в то время как оцинкованный якорь в том же прибрежном месте может потерять настолько большую часть сечения, что его лучше рассматривать как непригодный для использования. В частности, о бетонных клиновых анкерах см. нашу статью о Грузоподъемность клинового анкера и номинальная нагрузка в зависимости от размера дает полезную отправную точку для определения сильной стороны решения.

Стоимость года обслуживания: вопрос разумной покупки

Различия в закупочной цене легко увидеть, но они могут ввести в заблуждение. Оцинкованный клиновой анкер M10 может стоить примерно на 30–50% дешевле, чем тот же анкер из нержавеющей стали 304, а версия 316 стоит даже дороже. Но застежка стоит не столько, сколько она стоит на прилавке; оно стоит столько же, сколько и в течение срока службы, включая трудозатраты, время простоя и риск сбоя соединения.

Рассмотрим простой пример: анкер M10 стоит 0,80 доллара за оцинкованный вариант и 3,20 доллара за нержавеющую сталь 316. Установленный в сухом месте на суше со сроком службы 12 лет, цинковый анкер стоит около 0,07 доллара в год. Якорь 316, установленный в том же месте и прослуживший 35 лет, стоит около 0,09 доллара в год. Эти два варианта практически идентичны по годовой стоимости. В прибрежной зоне цинковый якорь может прослужить всего два года по цене 0,40 доллара в год, тогда как якорь модели 316 по-прежнему стоит около 0,09 доллара в год. Если вы добавите трудозатраты на удаление вышедшего из строя анкера, повторное сверление и установку нового, более дешевая цена покупки перестанет быть дешевле вообще.

Для объектов, к которым трудно получить доступ, таких как края крыши, ямы и крепления башни, трудозатраты на замену легко превышают в двадцать раз стоимость анкера. В этих случаях выбирайте материал более высокого качества, даже если расчет для сухой среды кажется приемлемым, поскольку стоимость замены решительно меняет баланс.

Ошибки при монтаже, ускоряющие коррозию

Даже правильный материал может рано выйти из строя, если он установлен некачественно. Анализируя наш собственный опыт производства и поддержки на местах, мы видим пять ошибок при установке, которые постоянно сокращают срок службы анкеров вне помещений.

1. Чрезмерная затяжка гайки. Чрезмерный крутящий момент растягивает резьбу и может привести к растрескиванию цинкового покрытия или пассивной пленки на нержавеющей стали. Трещины в пассивной пленке из нержавеющей стали обычно повторно пассивируются, но трещины в цинковом покрытии обнажают оголенную сталь и на этом этапе теряют защитную защиту. Всегда используйте значение крутящего момента, указанное в таблице анкерных нагрузок.
2. Оставление буровой пыли в отверстии. Абразивная пыль, уловленная на дне отверстия, удерживает воду в зоне расширения. Эта лужа влаги удерживает наиболее нагруженную часть анкера влажной, что ускоряет коррозию именно там, где это наиболее важно. Перед установкой продуйте отверстие и почистите его щеткой.
3. Установка во влажную яму. Если бетон влажный во время установки анкера, влага задерживается за телом анкера. Образующаяся щель может оставаться влажной в течение длительного времени даже в сухом климате. Высушите скважину или примите тот факт, что анкер с мокрой установкой будет иметь более короткий срок службы.
4. Использование неподходящих шайб и гаек. Нержавеющий анкер с оцинкованной гайкой и шайбой представляет собой гальванический элемент, ожидающий воды. Подберите весь крепежный элемент из одного и того же сорта материала или используйте изоляторы, если смешивание неизбежно.
5. Головка якоря оставлена ​​в водосборном кармане. Основание приспособления, обращенное вниз, с углубленным карманом может задерживать дождевую воду вокруг головки анкера и гайки. Наклоните крепление или добавьте валик герметика, чтобы вода не скапливалась на верхней части анкера.

Руководство по выбору материалов для каждого проекта

На следующих карточках показано, как мы обычно помогаем клиентам принять решение о выборе оцинкованной стали или нержавеющей стали при обычной наружной установке.

Часто задаваемые вопросы

Заключительная рекомендация: соответствие якоря экспозиции

Начните свой выбор с описания фактических условий места установки. Сколько осадков выпадает в этом месте в год? Якорь защищен выступом или полностью открыт? Насколько близко находится ближайший источник соленой воды или антиобледенительной соли? Можно ли легко заменить якорь и каковы последствия его выхода из строя? Ответы на эти вопросы указывают на четкий выбор материала.

Для открытых мест на открытом воздухе со значительной влажностью ответом является нержавеющая сталь. Между двумя марками нержавеющей стали используйте 304 для более широкого спектра общих работ на открытом воздухе и 316 для прибрежных, морских и тяжелых хлоридов. В сухих, защищенных местах, где оцинкованные анкеры могут справиться с этой задачей, настаивайте на толщине качественного покрытия Fe/Zn 8 или Fe/Zn 12 и подбирайте шайбу и гайку с одинаковой отделкой.

На нашем заводе мы контролируем обе стороны этого решения. Каждый анкер, будь то углеродистая сталь с тщательно нанесенным слоем цинка или изделие из сертифицированной нержавеющей стали 304/316, изготавливается на автоматизированных производственных линиях с проверкой размеров и проверкой перед упаковкой. Если вы все еще не уверены, какой материал подходит для вашего проекта, предоставление нам подробной информации об объекте даст вам более полезный ответ, чем прайс-лист для одного заказа.