„Projekt experimentálních stožárů Arcorox je připraven především z důvodu systematického testování různých variant šroubových spojů nárožníků,“

• Foto

S patinujícími ocelemi máte na VŠB-TU Ostrava bohaté zkušenosti?
Na Fakultě stavební VŠB-TU Ostrava se již delší dobu systematicky věnujeme problematice navrhování, realizace a hodnocení spolehlivosti ocelových konstrukcí z patinujících ocelí. Při řešení problematiky úzce spolupracujme s korozními specialisty, projektanty, odborníky na materiálové inženýrství a metalurgii, výrobci ocelových konstrukcí, stavebními firmami, správci a vlastníky objektů. Naše práce navazuje na rozsáhlé vědecko-výzkumné projekty probíhající v bývalém Československu již od konce šedesátých let minulého století. Nejvýraznějším výsledkem dosavadní spolupráce je Směrnice pro používání ocelí se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi vydaná v roce 2011 pod záštitou České asociace ocelových konstrukcí. Ve směrnici jsou soustředěny dostupné informace o možnostech uplatnění patinujících ocelí, dále o sortimentu a vlastnostech hutních výrobků, korozním působení, vhodném dispozičním a konstrukčním uspořádání nosných konstrukcí. Uvedeny jsou rovněž zásady navrhování konstrukcí z patinujících ocelí, problematika výroby, montáže, kontroly, údržby a oprav. Pozornost je rovněž věnována ekonomickým, ekologickým a estetickým aspektům použití patinujících ocelí. Snahou autorů směrnice bylo uvést objektivní, odborně podložené a v praxi použitelné informace vztahující se k použití patinujících ocelí. Je smutnou skutečností, že informace o konstrukcích z patinujících ocelí prezentované v nedávné době v českých médiích často postrádají onu potřebnou objektivitu a odbornost.

Jak probíhá spolupráce Fakulty stavební se společností ArcelorMittal Ostrava a. s. na výzkumu konstrukcí z patinujících ocelí?
V posledních dvou letech začala Fakulta stavební intenzivně spolupracovat se společností ArcelorMittal Ostrava, a. s. Významným tématem spolupráce je výzkum zaměřující se na možnost širšího uplatnění válcovaných tyčí z patinující oceli ve stavební praxi. Společnost ArcelorMittal Ostrava, a. s. v nedávné době dokončila certifikaci patinující oceli pod obchodní značkou Arcorox. Ocel Arcorox je ocel jakostního stupně S355J2W vyráběná v souladu s normou ČSN EN 10025-5. Konstrukční profily z oceli Arcorox jsou vhodné pro umístění do vnějšího prostředí. Pro zachování dlouhodobé životnosti není potřeba prvky konstrukce z oceli Arcorox chránit tradičními systémy protikorozní ochrany. U vhodně navržených konstrukcí dochází k minimalizaci nákladů spojených s výrobou a údržbou konstrukce. Společnost ArcelorMittal Ostrava, a. s. je v současné době jediným výrobcem profilových tyčí z patinující oceli v České republice.

Můžete blíže specifikovat testy, které momentálně probíhají v areálu ArcelorMittal Ostrava, a. s.?
Uplatnění profilových tyčí (především úhelníků) z patinující oceli je vhodné především u příhradových stožárů vystavených přímým povětrnostním vlivům. Volba materiálového řešení bez potřeby tradičních systémů protikorozní ochrany (nátěrové systémy, pozinkování) přináší u těchto konstrukcí výrazné ekonomické a environmentální výhody. V širším rozsahu se tak mohou profilové tyče z patinující oceli uplatnit při výstavbě nových vedení energetických přenosových soustav (v Německu se připravuje rozsáhlá výstavba vedení ze severních oblastí využívaných k výrobě obnovitelné elektrické energie do jižních průmyslových regionů) nebo při výstavbě větrných elektráren s příhradovou nosnou konstrukcí.

V České republice představují ocelové příhradové stožáry v energetických přenosových soustavách nejrozsáhlejší realizaci patinujících ocelí. V letech 1974 – 1992 bylo postaveno přibližně 4 000 stožárů vedení a 130 rozvoden napětí 110 kV, 220 kV a 400 kV. Stožáry byly vyrobeny z oceli 15 217 Atmofix A. V současné době se již od tohoto materiálového řešení upustilo. Jednou z hlavních příčin, proč energetické společnosti odstoupily od uplatnění této materiálové varianty, je nepříznivý vývoj korozních produktů ve spojích nárožníků z úhelníků navržených jako šroubové s příložkami. U těchto spojů dochází ve spáře mezi příložkami a spojovanými úhelníky ke vzniku štěrbinové koroze, viz obrázek 1. Ve spáře se prodlužuje doba ovlhčení povrchu, mohou se hromadit nečistoty, vznikají aerační a koncentrační rozdíly, což vše podporuje rozvoj korozního procesu. Ve spáře tak nenastávají podmínky potřebné pro vznik ochranné patiny. Nahromaděné korozní produkty pak mohou deformovat příložky ve spoji.

Nalezení optimálního konstrukčního řešení spoje nárožníků je proto nezbytným předpokladem k tomu, aby mohly být patinující oceli efektivněji uplatňovány při realizaci ocelových příhradových stožárů. Z tohoto důvodu byl zahájen projekt experimentálních stožárů Arcorox. V areálu společnosti ArcelorMittal Ostrava, a. s. byly postaveny tři experimentální konstrukce, na kterých probíhá systematické testování různých variant šroubových spojů nárožníků. Jedná se o dlouhodobý experiment, jehož cílem je nalezení takové varianty spoje nárožníků, která bude dlouhodobě minimalizovat vznik štěrbinové koroze a zároveň bude jednoduchá, levná, nebude komplikovat montáž a údržbu konstrukce. V rámci experimentu je sledována účinnost jednotlivých konstrukčních opatření proti vzniku štěrbinové koroze, u všech prvků byly podrobně stanoveny počáteční tloušťky materiálu, aby bylo možno stanovit reálné korozní úbytky. Sledován je rovněž vývoj a chemické složení ochranných korozních produktů.

Jaké druhy šroubových spojů sledujete?
Projekt experimentálních stožárů Arcorox je připraven především z důvodu systematického testování různých variant šroubových spojů nárožníků. Za tímto účelem byly vyvinuty tři experimentální konstrukce, na kterých bude dlouhodobě sledován vliv různých činitelů na korozní působení šroubových spojů nárožníků. Konstrukce stožárů se liší pouze ve spojích nárožníků. Konkrétně bude sledován vliv následujících činitelů:

a) Vliv roztečí a vzdáleností od konců a okrajů spoje
Předpokládá se, že spoje s nejmenšími dovolenými roztečemi a vzdálenostmi od konců a okrajů budou méně náchylné ke vzniku štěrbinové koroze. Na stožárech jsou proto navrženy příložky s různými roztečemi a vzdálenostmi od konců a okrajů.

b) Vliv tloušťky příložky
Předpokládá se, že spoje s příložkami o větší tloušťce budou méně náchylné ke vzniku štěrbinové koroze. Na stožárech jsou proto navrženy příložky různých tlouštěk.

c) Vliv předpětí šroubů
Předpokládá se, že spoje s předepnutými šrouby budou méně náchylné ke vzniku štěrbinové koroze. Na každém stožáru je polovina spojů s předepnutými šrouby.

d) Vliv úpravy styčné plochy příložek a nárožníku
Předpokládá se, že spoje s upravenými styčnými plochami budou méně náchylné ke vzniku štěrbinové koroze. Testovány jsou čtyři druhy styčných ploch – styčná plocha příložek bez úpravy, styčná plocha příložek s nátěrem, styčná plocha příložek se silikonovým tmelem a styčná plocha příložek s vazelínou. Na každém stožáru jsou vždy dva styčníky s příslušnou úpravou styčné plochy – jeden styčník bez předepnutých šroubů, druhý styčník s předepnutými šrouby.

K čemu povedou výsledky zkoušek?
Po ukončení experimentu bude vyhodnocena účinnost jednotlivých konstrukčních opatření, následně bude navrženo optimální řešení šroubového spoje nárožníků příhradových stožárů. Osobně očekávám, že optimální řešení spoje bude vyžadovat kombinaci několika opatření, jakými jsou dostatečná tloušťka příložek, předepnutí šroubů, vhodně zvolené rozteče a vzdálenosti ke koncům a okrajům, ochrana styčné plochy příložek nátěrovým systémem a aplikace tmelu. Při montáži experimentálních konstrukcí se jako
velmi nadějné opatření jevila aplikace silikonového tmelu – celá operace nanášení silikonového tmelu na příložku trvá maximálně 20 sekund, tmel je levný, po umístění příložky do konstrukce a následném dotažení šroubů došlo u nepředepnutých i předepnutých spojů k vytlačení tmelu za hrany příložky, tmel lze po obvodu příložky snadno zahladit.

V budoucnu bychom chtěli vzájemnou spolupráci Fakulty stavební VŠB-TU Ostrava a společnosti ArcelorMittal Ostrava, a. s. i nadále rozšiřovat. Při setkáních s projektanty a investory budou diskutovány výhody i rizika uplatnění patinujících ocelí na základě reálných výsledků prováděných výzkumů. Je pozitivní, že program experimentálních stožárů Arcorox velmi zaujal i další výzkumná centra společnosti ArcelorMittal v západní Evropě, se kterými bychom chtěli spolupracovat na obdobných projektech. V blízké době bychom rádi postavili celý příhradový stožár, jehož konstrukce bude, na rozdíl od stávajících příhradových stožárů uplatněných v přenosových soustavách, respektovat specifické konstrukční požadavky související s použitím nechráněné patinující oceli jako konstrukčního materiálu.

The Ostrava Steel Mills are to Produce New High-Added-Value Steel
Arcelor Mittal Ostrava a. s. is going to produce so-called Arcorox® weathering steel allocated to the ArcelorMittal group. The new steel has a higher content of copper enabling to form gradually a patina layer, which protects the steel against atmospheric corrosion. The Ostrava mills will be the only producer of weathering steel sections in the Czech Republic.

Autor

• Bc. Fejfar Vítězslav