Материалы для металлических кровель

История жестких кровель из металла исчисляется столетиями, но сегодня вряд ли кто-либо сможет четко и наглядно представить эволюцию металлических кровель по найденным находкам отдельных элементов на особо значимых для истории архитектуры раскопках. Рекордсменом по долговечности в «натуральном выражении» пока остается крыша собора в Хильдесхайме (Германия), выполненная из кровельной меди более 700 лет назад, однако в домонгольской Руси еще до постройки собора в Хильдесхайме уже использовались золоченая медь и листовой свинец для обустройства кровель каменных храмов и церквей (церковь Успения Пресвятой Богородицы 986 - 996 гг. в Киеве с покрытием свинцовыми листами, медные кровли и элементы водоотвода собора в Боголюбове в XII веке и т.д.). В 1280 году по летописям Успенский собор в Ростове был покрыт свинцом, Успенский собор во Владимире – оловом, а в конце XV - начале XVI после работы над кровлей московского Успенского собора начала использоваться белая жесть (луженое железо – покрытое оловом).

Сегодня свинец перестали использовать из соображений экологической безопасности (преимущественно), а луженую жесть - из-за активной электрохимической коррозии железа при нарушениях сплошности оловянного покрытия, которые могут быть вызваны, как механическим воздействием, так и структурным фазовым переходом олова при температурах ниже -13 градусов Цельсия с образованием серого олова малой плотности, увеличением объема почти на четверть и, как следствие – разрушением (оловянная чума).

Условный «вакуум» эффективных кровельных материалов из мeталла был заполнен в основном в прошлом веке – наряду с медными покрытиями появились алюминиевые, стальные (покрытые пассивирующим слоем цинка, цинк-алюминиевых сплавов, полимерными материалами), а также кровли из нержавеющих сталей и сплавов (цинка с медью и титаном, цинка с медью, титаном и алюминием, цинка с медью (латуни) и т.д.). Основной упор при разработке кровельных покрытий делается на их долговечность, которая в целом определяется устойчивостью материала к атмосферной химической и электрохимической коррозии.

Здесь следует отметить некоторую несуразность применения термина патина (пленка) к самопассивации цветных металлов, во всяком случае – избирательного применения, как это стало популярным в публикациях на разных ресурсах в Сети. Во-первых, пассивные в отношении влаги и кислорода воздуха карбонаты, хлориды, фосфаты, оксихлориды и оксиды (в случае алюминия) образуют на металле или сплаве проникающий вглубь слой различной толщины, но никак не пленку. Во-вторых, удаление этих соединений с поверхностного слоя путем эрозии или механического воздействия не приводит к разрушению основного металла/сплава, а вновь запускает процесс пассивации, который в естественных условиях продолжителен и зависит от большого числа внешних и внутриструктурных факторов. Исключением можно было бы считать оцинкованные стали, но и здесь наряду с тонким слоем цинка (или цинк-алюминиевого сплава) на поверхности при горячем оцинковании образуется промежуточный слой интерметаллидов (Zn-Fe, Zn-Fe-Al, Fe-Al), в которых теоретически происходит электрохимическая коррозия с разрушением протекторных элементов – цинка и алюминия в пользу железоуглеродистого сплава.

Предельно сложно и не так, как бы хотелось изучены процессы пассивации меди с образованием основных карбонатов Cu2(CO3)(OH)2, Cu3(CO3)2(OH)2, (Сu,Zn)2(СO3)(OH)2 (ярко-зеленый малахит, лазурно-голубой азурит, зелено-синий розазит соответственно) и хлоридов Cu2Cl(OH)3 (темно-зеленый атакамит, синевато-зеленый боталлакит и зеленый паратакамит)).

Очень сложная и зависящая от условий пассивация цинка, а тем более в цинк-титановых (вернее цинк-титан-медных и цинк-титан-алюминий-медных) сплавах. В отличие от более «прозрачных» или пористых окисей хрома, защищающих нержавеющие стали, карбонаты цинка более плотные и устойчивые. В нормальных условиях сначала идет процесс окисления цинка при воздействии кислорода воздуха до появления белого порошкообразного оксида цинка ZnO на поверхности, который реагирует с Н2О осадков или воздуха с образованием гидроксида цинка, Zn (OH)2. Однако только реакция гидроксида с углекислым газом воздуха приводит к появлению нерастворимых и плотных карбонатов цинка, дающих темно-серый оттенок, причем при наличии в атмосфере достаточного количества хлорида натрия преобладает реакция образования оксихлорида цинка Zn2OCl2, имеющего светло-серый цвет. Как карбонат, так и оксихлорид цинка имеют высокую коррозионную стойкость, но для их эффективного образования к гидроксиду цинка должен быть свободный доступ углекислого газа, что реально только при условии сухой поверхности. Отчасти это объясняет ограничения по углам наклона скатных крыш для цинковых и цинк-титановых покрытий, которые не должны быть менее 5-15градусов и то, исключительно при наличии действенной вентиляции пространства под кровлей.

В целом коррозию кровли на основе цинка, меди и алюминия правильнее было бы называть эрозией, поскольку материал истончается в процессе эксплуатации при эрозионном вымывании, выветривании карбонатов, оксихлоридов, оксидов и хлоридов с поверхности, что вызывает новые процессы самопассивации, но не разрушения материала, как это происходит в случае ржавления железа (стали). В этой связи приоритетными, но и дорогими по стоимости для кровель материалами в настоящий момент можно считать медь, цинк и сплавы на его основе, медно-цинковые сплавы (латуни), алюминий (вернее алюминиевые сплавы). Менее долговечными, но более дешевыми будут стальные кровли с покрытием цинком или цинк-алюминиевым сплавом, полимерными составами, нержавеющие стали, а экстремальными в отношении коррозионной устойчивости – стальные кровли из обычного листового проката, в том числе профилированного с окрашиванием или нанесением декоративно-защитных лакокрасочных покрытий.