ورق‌های فولادی پوشش‌دار در صنعت ساخت‌وساز

نگارش: مجتبی تراشی

فروردین 1404

چکیده

ورق‌های فولادی پوشش‌دار به‌عنوان مصالحی ضروری در ساخت‌وساز مدرن، ترکیبی بهینه از استحکام و مقاومت فولاد و حفاظت سطحی مطلوب در برابر خوردگی‌های محیطی دارند. این مقاله به بررسی اجمالی پوشش‌های فلزی رایج مورداستفاده برای افزایش طول عمر فولاد در کاربردهای ساختمانی می‌پردازد. در این مقاله به بررسی فولاد گالوانیزه، گالوالوم، گالفان و پوشش‌های زم می‌پردازیم و تفاوت‌ها، مکانیسم‌های محافظتی و ویژگی‌های عملکردی آن‌ها را شرح می‌دهیم. این بررسی شامل تجزیه‌وتحلیل کاربردهای این محصولات در عناصر مختلف ساختمانی، خواص مکانیکی مرتبط با یکپارچگی ساختاری و ارزیابی و مقایسه مزایا و محدودیت‌های آن‌ها در مقایسه با مصالح ساختمانی جایگزین است. علاوه بر این، نوآوری‌های اخیر در فناوری‌های پوشش را با هدف ایجاد درک جامعی به متخصصان ساخت‌وساز برای تسهیل انتخاب آگاهانه مواد، به‌صورت مختصر بیان می‌کنیم.

کلمات کلیدی

ورق فولادی پوشش‌دار، فولاد گالوانیزه، گالوالوم، گالفان، زم، مقاومت به خوردگی، صنعت ساخت‌وساز، سازه‌های فولادی سبک، پروفیل‌های فولادی، محصولات فولادی.

مقدمه

صنعت ساختمان‌سازی به مصالحی وابسته است که هم استحکام و پایداری لازم برای سازه را تضمین کنند و هم عمر طولانی داشته باشند. فولاد، باوجود استحکام بی‌نظیرش، در برابر خوردگی آسیب‌پذیر است. به همین دلیل، برای اطمینان از دوام و کاهش نیاز به تعمیرات در طول زمان، استفاده از روش‌های محافظتی ضروری است.

ورق‌های فولادی پوشش‌دار به شکل مؤثری این مشکل را حل می‌کنند. این ورق‌ها با بهره‌گیری از مزایای مکانیکی ذاتی فولاد و ترکیب آن با روش‌های پیشرفته‌ی پوشش‌دهی سطحی، مقاومت در برابر خوردگی و ساییدگی را به میزان قابل‌توجهی افزایش می‌دهند.

این نوع مصالح، در گستره‌ی وسیعی از کاربردهای ساختمانی، ازجمله سیستم‌های سقف و دیوار و همچنین اسکلت‌های سازه‌ای، نقش کلیدی ایفا می‌کنند و تعادلی مناسب بین قیمت مقرون‌به‌صرفه، دوام بالا و انعطاف‌پذیری در طراحی را فراهم می‌سازند.

انواع پوشش‌های فلزی برای ورق‌های فولادی

چندین پوشش فلزی برای محافظت از ورق‌های فولادی استفاده می‌شوند که هرکدام خواص و سطوح حفاظتی منحصربه‌فردی دارند. برجسته‌ترین این پوشش‌ها در صنعت ساخت‌وساز عبارت‌اند از گالوانیزاسیون، گالوالوم، گالفان و پوشش‌های زم.

·      فولاد با پوشش گالوانیزه (GI): گالوانیزاسیون یک فرآیند کاملاً تثبیت شده است که شامل اعمال یک پوشش روی (Zn) به فولاد می‌شود. این کار معمولاً از طریق گالوانیزاسیون غوطه‌وری گرم انجام می‌شود، جایی که فولاد در روی مذاب غوطه‌ور می‌شود و یک لایه مقاوم در برابر خوردگی ایجاد می‌کند. پوشش روی به‌عنوان یک مانع یا سد عمل می‌کند و از رسیدن عوامل خورنده به زیرلایه فولادی جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، روی حفاظت فداکارانه یا حفاظت کاتدیک نیز داشته و به‌عنوان آند فدا شونده در مکانیزم خوردگی نقش ایفا می‌کند؛ حتی اگر پوشش خراشیده شود، روی به‌جای فولاد خورده می‌شود و از فولاد زیرین محافظت می‌کند. گریدهای رایج شامل Z220 و Z180 است که به دلیل لایه ضخیم‌تر روی خود برای اجزای سازه‌ای و سقف‌ها شناخته شده است و پوشش‌های سبک‌تر مانند Z90 و Z60 برای کاربردهای داخلی با تقاضای کمتر.

·      فولاد با پوشش گالوالوم (GL) / آلومینایز: گالوالوم که به آلومینایز نیز معروف است، پوششی است که تقریباً از 55٪ آلومینیوم (Al)، 43.4٪ روی (Zn) و 1.6٪ سیلیکون (Si) تشکیل شده است. این پوشش آلیاژی مقاومت به خوردگی طولانی‌مدت برتری را در مقایسه با فولاد گالوانیزه، به‌ویژه در محیط‌های اتمسفری و دمای بالا تأمین می‌نماید. جزء آلومینیوم به‌عنوان سد و مانع عمل کرده و یک لایه متراکم اکسید آلومینیوم تشکیل می‌دهد که از خوردگی جلوگیری می‌کند، درحالی‌که روی حفاظت فداکارانه یا حفاظت کاتدیک، به‌ویژه در لبه‌های برش‌خورده را انجام می‌دهد. فولاد گالوالوم با نام تجاری Galvalume® و ZINCALUME® شناخته‌می‌شود.

·      فولاد با پوشش گالفان (GF): پوشش گالفان یک آلیاژ روی-آلومینیوم است که به‌طورمعمول از حدود 95٪ روی و 5٪ آلومینیوم تشکیل شده است. افزودن آلومینیوم به روی در پوشش‌های گالفان، مقاومت به خوردگی را افزایش داده و شکل‌پذیری را در مقایسه با پوشش‌های گالوانیزه خالص بهبود می‌بخشد. پوشش‌های گالفان یک ریزساختار منحصربه‌فرد را نشان می‌دهند که به عملکرد مقاومت به خوردگی آن‌ها کمک می‌کند و ترکیبی از حفاظت به‌صورت مانع سطحی و حفاظت فداکارانه یا حفاظت کاتدیک را انجام می‌دهد.

·      فولاد با پوشش زم (روی-آلومینیوم-منیزیم): پوشش زم و پوشش‌های هم‌خانواده از این گروه یک پیشرفت جدیدتر در پوشش‌های فلزی است که از روی، آلومینیوم و منیزیم تشکیل شده است. درحالی‌که نسبت‌های دقیق می‌تواند متفاوت باشد، زم اصلی و تحت لیسانس نیپون‌استیل ژاپن شامل روی با تقریباً 6٪ آلومینیوم و 3٪ منیزیم است. این سیستم آلیاژ سه‌تایی مقاومت به خوردگی به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته را در اختیار قرار می‌دهد که از هر دو پوشش گالوانیزه و گالوالوم، به‌ویژه در محیط‌های سخت مانند محیط‌های ساحلی و کشاورزی، فراتر می‌رود. منیزیم موجود در پوشش نقش مهمی در افزایش خواص خود ترمیم‌شوندگی ایفا می‌کند و حتی در لبه‌های برش‌خورده و خراش‌ها، حفاظت استثنایی در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی دارد. محصولاتی مانند ZAM® به‌عنوان محصولات مدرن "حفاظت در برابر خوردگی قرن بیست و یکم" برندسازی و ثبت شده‌اند.

خواص و مشخصات برای کاربردهای ساختمانی

انتخاب ورق فولادی پوشش‌دار مناسب برای ساخت‌وساز بستگی به درک مشخصات و ویژگی‌های عملکردی موردنیاز دارد. خواص کلیدی شامل مقاومت به خوردگی، استحکام مکانیکی و دوام است که همگی تحت تأثیر نوع و ضخامت پوشش قرار می‌گیرند.

·      مقاومت به خوردگی: مقاومت به خوردگی برای طول عمر در ساخت‌وساز بسیار مهم است. فولاد زم به‌طورکلی بالاترین مقاومت به خوردگی را نشان می‌دهد و پس‌ازآن گالوالوم، گالفان و سپس فولاد گالوانیزه قرار می‌گیرند.

·      قابلیت خود ترمیم‌شوندگی پوشش‌های زم یک مزیت اضافی، به‌ویژه در محیط‌هایی با قرار گرفتن در معرض رطوبت و عناصر خورنده بالا، فراهم می‌کند. برای مناطق ساحلی یا مناطق صنعتی، فولادهای گالوالوم و زم اغلب به دلیل عملکرد برتر خود نسبت به فولاد گالوانیزه استاندارد ترجیح داده می‌شوند.

·      خواص مکانیکی: خواص مکانیکی ورق‌های فولادی پوشش‌دار برای کاربردهای ساختاری بسیار مهم هستند و ظرفیت تحمل بار و شکل‌پذیری آن‌ها را تعیین می‌کنند. این خواص در درجه اول توسط گرید فولاد پایه تعیین می‌شوند. گریدهای رایج برای فولاد گالوانیزه، مطابق با ASTM A653، شامل گرید 33، 37، 40، 50 و 80 است که هرکدام حداقل استحکام تسلیم را برحسب ksi (کیلو پوند بر اینچ مربع) نشان می‌دهند. به‌طور مشابه، فولاد گالوالوم، تحت ASTM A792، گریدهای مختلفی را با خواص مکانیکی مشخص ارائه می‌دهد. سختی سطحی، یکی دیگر از خواص مکانیکی نشانگر، در پوشش‌های مختلف متفاوت است، به‌طوری‌که فولاد زم مقادیر سختی سطحی بالاتری (140Hv-160Hv) را در مقایسه با گالوالوم (100Hv-110Hv) و فولاد گالوانیزه (55Hv-65Hv) نشان می‌دهد.

·      دوام و طول عمر: دوام تابعی از هر دو مقاومت به خوردگی و چسبندگی پوشش است. پوشش‌هایی مانند گالوالوم و زم برای طول عمر طولانی‌تر طراحی شده‌اند و اغلب برای دهه‌ها در کاربردهای معمولی بیرونی ضمانت می‌شوند. پوشش‌های پودری که روی فولاد گالوانیزه اعمال می‌شوند، می‌توانند طول عمر را حتی در معرض مستقیم اشعه ماوراءبنفش به 20 سال یا بیشتر افزایش دهند و هم حفاظت و هم جذابیت زیبایی‌شناختی را بهبود بخشند.

·      استانداردها و انطباق: انطباق با استانداردهای بین‌المللی کیفیت و عملکرد مواد را تضمین می‌کند. ASTM A653، ASTM A792، ASTM A875/A875M و ASTM A1046/A1046M مشخصات حیاتی برای فولادهای گالوانیزه، گالوالوم، گالفان و زم هستند که به ترتیب خواص مواد، روش‌های آزمایش و معیارهای عملکرد را مشخص می‌کنند.

کاربردها در صنعت ساخت‌وساز

ورق‌های فولادی پوشش‌دار مصالحی همه‌کاره هستند که در کاربردهای ساختمانی متعددی مورداستفاده قرار‌می‌گیرند و از استحکام، شکل‌پذیری و خواص محافظتی ترکیبی خود بهره می‌برند.

·      سقف و نما: فولاد پوشش‌دار به‌طور گسترده‌ای برای سیستم‌های سقف و دیوارپوش در ساختمان‌های مسکونی، تجاری و صنعتی استفاده می‌شود. فولاد گالوانیزه و گالوالوم به دلیل مقاومت در برابر آب‌وهوا و طول عمر، انتخاب‌های محبوبی برای سقف و دیوارپوش هستند. فولاد رنگی که اغلب از زیرلایه گالوالوم یا گالوانیزه استفاده می‌کند، تطبیق‌پذیری زیبایی‌شناختی را در طراحی سقف و نما در اختیار قرار می‌دهد. برای محیط‌هایی که نیاز به مقاومت استثنایی در برابر خوردگی دارند، مانند ساختمان‌های ساحلی، فولاد زم به‌طور فزاینده‌ای برای عناصر سقف و نما مشخص می‌شود.

·      اجزای سازه‌ای: فولاد گالوانیزه برای اجزای سازه‌ای مانند تیرها، ستون‌ها و خرپاها، به‌ویژه در سازه‌هایی که در معرض محیط‌های سخت قرار دارند، بسیار مهم است. سیستم‌های قاب‌بندی فولادی سبک (LSF) نیز از پروفیل‌های فولادی پوشش‌دار استفاده می‌کنند و ساخت‌وساز سریع و انعطاف‌پذیری طراحی را منجر می‌شوند.

·      آبرو و ناودان: فولاد پیش‌ساخته، ازجمله گزینه‌های گالوانیزه و رنگی، برای سیستم‌های آبرو مانند ناودان‌ها و لوله‌های آب باران ایده‌آل است و دوام و مقاومت مطلوبی در برابر هوازدگی دارند.

·      پانل‌ها و پروفیل‌ها: ورق‌های فولادی پوشش‌دار در ساخت انواع پانل‌ها و پروفیل‌های مورداستفاده در سقف و دیوارها به کار می‌روند، ازجمله:

• پانل‌های درز ایستاده: که ظاهری مدرن و یکپارچه به سقف می‌بخشند.
• ورق‌های موجدار: که به دلیل شکل خاصشان، استحکام و مقاومت بالایی در برابر بارهای وارده دارند.
• پانل‌های ساندویچی عایق: که ترکیبی از لایه‌های فولادی و عایق حرارتی هستند و عملکرد حرارتی ساختمان را بهبود می‌بخشند.

این پانل‌ها علاوه بر ایجاد استحکام و پایداری سازه، به آب‌بندی و جلوگیری از نفوذ هوا نیز کمک می‌کنند و تنوعی چشم‌نواز در طراحی ظاهری ساختمان دارند. همچنین، کویل‌های پرلین که معمولاً از فولاد گالوانیزه با استحکام بالا تولید می‌شوند، از اجزای حیاتی سیستم‌های نگهدارنده سقف و دیوار در ساختمان‌های فولادی محسوب می‌شوند.

·      نرده‌ها و دروازه‌ها: به‌منظور تأمین امنیت محیط و همچنین ارتقای زیبایی ظاهری، از فولاد گالوانیزه در ساخت نرده‌ها و گیت‌ها استفاده می‌شود. این نوع فولاد، راهکاری بادوام و کم‌هزینه ازنظر نگهداری را باعث شده که عمر طولانی دارد. برای بهبود بیشتر ظاهر و افزایش دوام نرده‌ها در کاربردهای مختلف، می‌توان از فولاد گالوانیزه با پوشش رنگ پودری نیز استفاده کرد. این پوشش علاوه بر ایجاد رنگ‌های متنوع و جذاب، لایه محافظتی مضاعفی در برابر عوامل محیطی ایجاد می‌کند.

تصویر 1: پانل‌های فولادی پوشش‌دار که جذابیت و حفاظت در برابر آب‌وهوا را در معماری معاصر ایجاد نموده‌اند.

مقایسه انواع پوشش و مزایا

هر نوع پوشش مجموعه منحصربه‌فردی از مزایا و ملاحظات را برای کاربردهای ساختمانی دارد.

·      فولاد با پوشش گالوانیزه: فولاد گالوانیزه همچنان یک گزینه مقرون‌به‌صرفه و پرکاربرد است که تعادل خوبی بین حفاظت در برابر خوردگی و مقرون‌به‌صرفه بودن دارد. این پوشش همه‌کاره است و برای طیف گسترده‌ای از کاربردها، به‌ویژه در محیط‌هایی با خطرات خوردگی متوسط، مناسب است. بااین‌حال، طول عمر و مقاومت در برابر خوردگی آن به‌طورکلی در مقایسه با گالوالوم، گالفان و زم در محیط‌های تهاجمی کمتر است.

·      فولاد با پوشش گالوالوم: گالوالوم مقاومت به خوردگی و بازتاب حرارتی بهتری نسبت به بقیه پوشش‌ها دارد و آن را به یک انتخاب ارجح برای سقف و دیوارپوش، به‌ویژه در آب‌وهوا با تغییرات دمایی بالا یا قرار گرفتن در معرض محیط دریایی، تبدیل می‌کند. درحالی‌که گران‌تر از فولاد گالوانیزه است، طول عمر بیشتر و کاهش تعمیر و نگهداری آن می‌تواند صرفه‌جویی در هزینه‌های بلندمدت را فراهم کند.

·      فولاد با پوشش گالفان: گالفان حد وسط پوشش‌ها بوده و مقاومت به خوردگی بهتری را نسبت به فولاد گالوانیزه و شکل‌پذیری مطلوب‌تری دارد. این ماده عملکرد خوردگی خوب را با سهولت ساخت ترکیب می‌کند و آن را برای اشکال و اجزای پیچیده در ساخت‌وساز مناسب می‌سازد.

·      فولاد با پوشش زم: پوشش زم گزینه ممتاز را نشان می‌دهد و بالاترین سطح حفاظت در برابر خوردگی، خواص خود ترمیم‌شوندگی و دوام استثنایی را دارد. اگرچه معمولاً هزینه اولیه بالاتری دارد، عملکرد برتر و طول عمر طولانی‌تر آن می‌تواند سرمایه‌گذاری را در محیط‌های سخت و کاربردهای حیاتی که طول عمر و حداقل تعمیر و نگهداری از اهمیت بالایی برخوردار است، توجیه کند.

مقایسه ورق‌های فولادی پوشش‌دار با سایر مواد

ورق‌های فولادی پوشش‌دار در مقایسه با مصالح ساختمانی جایگزین مانند بتن، چوب و آجر، مزایا و معایب مشخصی دارند:

·      مزایا:

o        نسبت استحکام به وزن بالا: فولاد، حتی زمانی که پوشش‌دار باشد، در مقایسه با بتن، چوب و آجر، استحکام به‌طور قابل‌توجهی بالاتری را برای وزن معین دارد. این امر بارهای فونداسیون را کاهش داده و حمل‌ونقل و نصب را ساده‌تر می‌کند.

o        دوام و طول عمر: ورق‌های فولادی پوشش‌دار، به‌ویژه با پوشش‌های پیشرفته‌ای مانند گالوالوم و زم، مقاومت برتری را در برابر خوردگی، پوسیدگی، آفات و آتش‌سوزی در مقایسه با چوب و آجر داشته و در طول زمان به نگهداری کمتری نسبت به بتن و آجر نیاز دارند.

o        انعطاف‌پذیری طراحی و پیش‌ساختگی: اجزای فولادی را می‌توان با دقت بالا در خارج از سایت پیش‌ساخته کرد که منجر به زمان ساخت سریع‌تر و کاهش نیروی کار در محل می‌شود. ورق‌های فولادی پوشش‌دار را می‌توان به اشکال و پروفیل‌های پیچیده تبدیل کرد و آزادی در طراحی بیشتری دارند.

o        قابلیت بازیافت: فولاد بسیار قابل بازیافت است و به شیوه‌های ساخت‌وساز پایدار کمک می‌کند.