титан цинк Ламарина от цинкови сплави за строително приложение

История и основни положения 

Въпреки  че още от времената на древен Вавилон и Асирия цинкът е бил познат като метал, който влиза в състава на месинга, то самостоятелната, осъзната употреба на цинка се отнася някъде към XVII - XVIII век след Христа. Датиран запис от 1637 посочва претопяването на цинк за пръв път в Китай. През 1720 година в Уелс  започва производството на цинк в сравнително големи за времето си размери, вероятно базирано на ориенталска техника на леене. През 1743 Уилям Чемпиън построява първата металургична фабрика в Бристол, Англия, която произвеждала над 200 тона годишно. По-късно подобни фабрики се появяват в Южна Полша и Западната част на днешна Германия. 

Най-старото използване на цинка било в бронзови сплави. След като била открита способността на цинка да се прегъва, дължащо се на неговата ковкост, използването му за строителни приложения се засилило. Влагал се предимно като покритие за покриви, както и за изработката на елементи за водоотвеждане (улуци и водосточни тръби). 

През 1805 било открито, че цинкът може да бъде валцуван при температура 100-150 градуса. Първата такава фабрика заработила в Белгия. През 1821 още няколко заработили в Силезия (Полша). Техниката на производство  чрез валцуване на цинкова ламарина се усъвършенствала и нейното качество  като строителен материал се подобрявало. Тази техника се използвала чак до 60-те години на деветнадесети век. Произвеждали са се предимно листове в стандартен формат 1000/2000 mm. В процеса на технологично развитие цинкът в сплавта достигнал до 98,5%, като все още бил далеч от постиженията на съвременното индустриално производство (понастоящем в титанцинковите сплави делътна цинка е 99,995%). Интересното е, че цинковата ламарина тогава била крехка. Характеризирала се е с ниска якост на умора на материала и не притежавала достатъчно висок коефициент на разтягане (само 0,036 мм/1 м). Не е било възможно да се прегъвана паралелно на посоката в която е била валцована, а само перпендикулярно.

След като цинковата ламарина не покривала изискванията на пазара в Западна Европа от средата на 20-ти век старата технология на валцоване била сменена през 60-70 те годни от немския производител RHEINZINK и френски производител VMZINK. Така се появила съвременната титан цинкова ламарина.

Корозионна устойчивост и дълговечност

В състава на титан цинковата ламарина влезли цинковите сплави на титан и мед или алуминий,  с което се повишила нейната еластичност и якост. Легиращите елементи в цинковите сплави са с ниско съдържание, но имат съществена роля за подобряване харакеристиките на цинковата ламарина по отношение на ковкост, корозивна устойчивост, якост на опън и термични разширения.  

Всеки метал корозира, но какво се случва с цинковата ламарина под агресивното въздействие на атмосферните условия? Нивата на корозия са различни в зависимост от това колко агресивна е атмосферата около тях, както и къде е инсталирана ламарината. Стръмните скатове на покривите и фасадите корозират по-слабо в сравнение с почти хоризонталните приложения. Според проучване проведено от Мюнхенския институт Ecotec с ултразвук през 1987 г. средната загуба в дебелината на ламарината е около 4-5 микрона годишно в градска среда. Това означава, че лист с дебелина от 0,7 мм би загубил половината от сечението си за 80-100 години (за да продължи все пак да материалът, макар и изтънен,  да изпълнява своите функции). В планински въздух цинкова ламарина по фасада или отвесен покрив би корозирал под 1 микрон годишно. По аналогичната логика половината от дебелината на същата ламарина 0,7 мм би корозирала за 350 години.

Добиване и рециклиране

Добиването и преработката на цинк е повсеместно. По настояще най-големите мини са разположени в Австралия, Канада и Перу. Все повече,  обаче се използва рециклиран материал,  защото за производството на рециклирана цинкова ламарина са необходими само 5 % от енергията за добиване на нов материал. Правителствата също насърчават рециклирането,  като начин за гарантиране на самостоятелност и независимост за местните си индустрии от чужди доставчици. Нещо, което става много актуално напоследък.

За разлика от лист чиста цинкова ламарина, то лист от титан цинкова сплав (99,995% чист цинк с малки количества от титан и мед) дори и при сгъване и приплесване на 180 градуса не се пука и не нарушава структурата и целостта си независимо дали материалът се прегъва по дължината или перпендикулярно на посоката на навиване на рулото. 

 Вижте още статията: Титан цинкова ламарина. Производители и продукти

Теглата за различни дебелини ламарина се определя от обемното тегло на цинка, което е 7200 кг./м3, като :

• 0,70 мм – 5,0 кг/м2
• 0,80 мм – 5,8 кг/м2
• 1,00 мм – 7,2 кг/м2
• 1,20 мм – 8,6 кг/м2
• 1,50 мм – 10,8 кг/м2

Влияния на атмосферните условия върху титан цинка

Титан-цинковата ламарина е температурно устойчива, негорима и не се повлиява от UV слънчевите лъчи. Изследване, поведено върху цинково покритие на куполен покрив на сграда на Хановерското изложение, Германия, през 1989-1991 показва, че най-високата измерена температура на повърхността на метала била 65 градуса, а най-ниската -14 градуса. Което показва, че цинковата ламарина запазва своите характеристики при доста широки температурни вариации.

Взаимодействие на цинковата ламарина с други строителни продукти

1. Битум. При определени условия, битумът може да доведе до корозия на цинка. Атмосферните условия образуват битумни отпадни продукти, които причинява киселинна реакция, когато са разтворени във вода. Достатъчно е малко количество вода от капки на мъглата или кондензна влага, което да доведе до образуване на  киселина, която атакува цинка. Ето защо всички цинкови елементи трябва да бъдат защитени и отделени от битума посредством подложни мембрани и материали.
2. Уплътнители (силикони). Силиконите трябва да са еднокомпонентни, с неутрална или алкална реакция ( pH < 12). Ако обаче са киселинна основа  като ацетатните системи, не трябва да влизат в контакт с цинка, защото ще предизвикат корозия. 
3. Дърво. Взаимодействието с дърво е напълно безопасно за цинковата ламарина. Изключение правят някои  северни дървесни иглолистни кипарисови видове и северни дъбове заради киселината, която отделят. Констатират се проблеми, когато покрив, покрит с дървени плоскости или дървени шиндли,  се отводнява в цинкови водоотливни системи (улуци и водостоци);
4. Следи от пръсти. Ако цинковата ламарина се инсталира с потни длани без ръкавици,  върху повърхнината остават отпечатъци. Тъй като потта съдържа киселина, то на този тип отпечатъци трябва да се отдели специално внимание. Съществуват препарати, препоръчвани от производителите на цинкова ламарина, с които да се третират такива участъци, но задължително  веднага след появата им. В противен случай те се инкорпорират в патината на цинка и остават видими за кратък период от време, до протичане на цялостното патиниране.
5. Метали. Електрохимичната корозия е анодно окисление, което се основава на самоволно възникнала галванична верига. Получава се, когато желязото е в допир с метали, играещи ролята на катод - спрямо Fe, какъвто е цинкът. При корозионната система Fe-Zn корозира цинка като химически по-активен, по-склонен да преминава в йонно състояние, с по-силно изразена електроннодонорна функция. Ето защо при работа с цинкова ламарина не следва да се използват железни крепежи. Те трябва да бъдат от неръжаема или поцинкована стомана, както и от алуминий. 
6. Хоросан и бетон. Материалите за монолитно и сухо строителство са безопасни за цинка. Различните добавки в бетоновите смеси, като например тези против мръзнене, могат да окажат негативно въздействие. Случайно попаднал хоросан върху цинковата ламарина може да не причинява корозия, но отстраняването на засъхнала смес по-скоро води до издраскване на повърхността, като причинява визуални дефекти, но не и конструктивни дефицити. Гипсът причинява корозия единствено и само ако е мокър. Заради бързото му съхнене причиняването на корозия е по-скоро изключение. 
7. Почистващи препарати. Повечето от почистващите препарати в строителството реагират с патината на цинковата ламарина и е възможно да доведат до появата на трайни петна. 
8. Покриване на цинковата ламарина с други плоскости и материали. Ако на ламарината не бъде осигурена вентилация, за осушаване, а обратно на това, е покрита с друг материал, то е възможно появата на петна. Ето защо мокра или с възможност за овлажняване цинкова ламарина не бива да се покрива. Както и плоскостите на ламарината не бива да са влажни, ако все пак се налага тяхното покриване. 
9. Корозия на топлата вода (топла корозия) – появява се от вътрешната страна на цинковата ламарина, когато образувалата се кондензна влага не се дренира и не отича в отводнителната система (на покрива и на фасадата). Както и когато не е осигурена вентилация, която да изсушава натрупаната вода. Позната и като  корозия на дупките  се предотвратява  чрез използването на специална мембрана с власинки, наподобяващи мъх, която дренира кондензната влага и осигурява микровентилация( продукти EVROVENT METALLIC и DuPont Tyvek Metal) . Естественото вентилирането на покриви и фасади също предотвратява появата на тази опасност по цинка.

Защитно фолио. Всички производители на цинкова ламарина предлагат при производството ламарината да бъде защитена с фолио. То предпазва детайлите от наранявания по време на инсталацията, както и случайно попадане на други течни строителни материали. Отстранява се лесно непосредствено след монтажа и не трябва да се оставя дълго време на слънце, защото UV лъчите го разрушават отстраняването му в последствие става много трудно.

Боядисване? Производителите предписват различни бои в случай на наложително боядисване , но все пак препоръчват материалът да бъде оставен да образува естествената си патина, която е най-добрата защита на повърхността на цинковата ламарина и носи най-голяма естетическа наслада. 

Патина и процес на патиниране

Патината е естественото образувано окислително покритие върху цинкa. Дължи се на освобождаването на цинкови йони. Зависи от климат, валежи и химичен състав на въздуха Повърхността на ламарината образува синьо-сив защитен слой, наречен патина. Този процес преминава през няколко етапа. Първо кислородът в атмосферата започва да образува цинков оксид. Дъждът и влагата водят до образуването на цинков хидроксид, който реагира с  карбон диоксида във въздуха, като образува стабилен, плътен и водонепропусклив слой от цинков карбонат (патина). Този синьо-сив слой е отговорен за високата корозивна устойчивост на цинка. Също така, той не позволява на ламарината да изглежда замърсена с прах. Така тя изисква минимална поддръжка за целия си жизнен цикъл. Ако патината бъде наранена (надраскана или увредена), то цинковият карбонат се самозапълва и възстановява. Ако има архитекти или инвеститори, които изискват и очакват на новите си сгради незабавен ефект на патината без да се налага да чакат, то производителите на титан-цинкова ламарина могат фабрично да „състарят“ материала и да го предложат във вариант с готова патина. Трябва да се има предвид, че нюансите на патината зависят преди всичко от титан-цинковата сплав, а не от околната среда. Така че на един обект трябва да се влага само материал от един и същи производител и още по-добре от една партида.

Авторски колектив: Калоян Илиев и инж. Христо Стоянов