Строительные материалы и технологии
Выпуск от 26.11.2008

Заклепки: типичные ошибки и контроль качества

По материалам журнала
"Технологии строительства"

Заклепка - относительно небольшой, но очень важный конструктивный элемент, который служит для скрепления компонентов фасадной системы. Ее устойчивость к негативным воздействиям окружающей среды и прочностные характеристики определяют степень надежности крепежного узла, а, стало быть, влияют на качество и долговечность всей НФС. В статье, предлагаемой вниманию читателя, речь пойдет о типичных ошибках, совершаемых на различных стадиях реализации проекта (при проектировании, подготовке технической документации, поставках и монтаже), и возможных методах контроля качества этого элемента крепежа.

Сначала напомним о самом элементе. Это важно, поскольку на практике существует некоторая путаница с терминами. Вытяжная заклепка (с выступающим бортиком - тип заклепки, используемой в строительстве), ее составные части и размеры детально изображены на рис. 1, 2, 3, 4.

Иногда в коммерческих предложениях и технической документации системщиков и строителей встречается словосочетание “потайная заклепка”. Наиболее вероятная версия его происхождения - неправильный перевод с английского blind rivet. Путаницу вносит и тот факт, что согласно терминологии ИСО и принятым среди продавцов крепежа обозначениям, существует понятие “вытяжная заклепка с потайным бортиком” (рис. 5).

Такую заклепку для краткости иногда называют “потайной”. Ее использование предполагает, что отверстие в скрепляемом материале (в нашем случае - в кронштейне, направляющей или облицовочном материале) развальцовывается под углом 120°. В строительной практике подобные заклепки используются крайне редко. Реально предлагаются и применяются системщиками и строителями вытяжные заклепки с выступающими бортиками (рис. 1).

Составные части вытяжной заклепки с выступающим бортиком

Тело заклепки. Применительно к этой части заклепки достаточно часто используются названия “корпус”, “втулка”, “гильза”, “цилиндр”. Внесем ясность: это та часть заклепки, которая после ее установки выполняет несущие функции (рис. 2).

Бортик (рис. 2 и 4). Можно встретить также термины “головка”, “головка тела”, “шляпка” и даже “юбка”. Толщина и диаметр бортика играют важную роль в характеристиках прочности на разрыв или вырыв заклепки (что не одно и тоже).

Увеличенный бортик. (Возможен вариант “широкий бортик”). У каждой стандартной заклепки имеется бортик стандартного размера. Например, заклепки наиболее популярного диаметра 4,8 мм изготавливаются с бортиком 9,5 мм, заклепке диаметром 4 мм соответствует бортик 8 мм. Но в ряде случаев (при фиксации мягких материалов) применяются заклепки с бортиком увеличенного диаметра (по сравнению со стандартным). Как правило, это диаметры 11,14 или 16 мм.

Стержень (рис. 3). (Некоторые предпочитают названия “стержень-гвоздь”, “сердечник”). Элемент заклепки, который играет важную роль при ее установке и в период эксплуатации системы может повлиять на характеристики коррозионной стойкости крепежного узла.

Наиболее типичные ошибки при использовании заклепок в строительстве.
Ошибки, совершаемые на стадии проектирования и подготовки технической документации.

Наименование материала, из которого изготовлена заклепка. В документации должен указываться материал тела заклепки и ее стержня. При этом необходимо называть конкретный сплав и по возможности приводить химический состав этого сплава. На практике же чаще всего указывается что-то типа “алюминиевая заклепка”, “заклепка из алюминиевых сплавов”, “коррозионностойкая сталь”, “стальная заклепка” и т.д. Порой встречаются и очевидные противоречия. В одном и том же документе сначала можно встретить наименование “стержень из коррозионностойкой стали” (какой именно?), а затем, в следующей таблице - “стальной стержень-гвоздь”. То есть в первом случае имеется в виду заклепка AL/A2, а во втором - Al/St. Почему-то точное указание сплавов, что давно принято при маркировке остальных конструктивных элементов вентилируемого фасада - кронштейнов, направляющих, кляммеров и т.д., - в ситуации с заклепками не практикуется. А зря, поскольку устойчивость к коррозии и прочностные характеристики заклепки в значительной степени зависят от химического состава сплава, из которого она изготовлена. Рассмотрим пример с алюминием. За рубежом согласно требованиям европейских стандартов при производстве заклепок используется сплав 5154, так называемый AlMg3,5%. В России же повсеместно применяется заклепка, изготавливаемая из сплава AlMg1%. Оценить прочностные характеристики заклепок с телом из AlMg3.5% и АlМg1% помогут таблицы 1 и 2, в которых приведены результаты лабораторных испытаний этих заклепок на срез и разрыв.

Прочностные характеристики заклепок. К числу типичных ошибок, совершаемых как при внесении системщиками данных в технические свидетельства на систему, так и при проектировании, относится использование прочностных характеристик, приведенных в каталоге производителя заклепок. Однако каталог не является нормативным документом. В каталогах даются усредненные значения результатов испытаний, которые производились изготовителем продукции. Но в действительности прочностные характеристики могут быть как ниже, так и выше значений, указанных в каталогах. Пример: показатель прочности заклепок в значительной степени зависит от качества сырья, из которого они изготовлены. Ранее упомянутый сплав 5154 имеет допуски по содержанию магния 3,1-3,9% (чем выше % магния, тем прочнее сплав). Поскольку сплавы разных партий могут отличаться по количеству содержащегося в них магния, то и показатели прочности изготовленных их этих сплавов заклепок будут неодинаковыми. То же самое можно сказать и об остальных материалах. Поэтому правильнее ориентироваться на нормативные документы - стандарты ISO регламентирующие, а также на минимально допустимые показатели по прочности (табл. 3; 4; 5).

Прочностные характеристики узла с заклепкой. Этот момент зачастую неправильно понимается или просто игнорируется. Как правило, в технической документации приводятся прочностные характеристики на срез и разрыв самой заклепки. Но, во-первых, прочность на разрыв самой заклепки и прочность на разрыв узла - не одно и то же. При испытаниях самой заклепки по методике ISO 14589 используется оснастка из материалов заведомо более прочных, нежели сама заклепка. Поэтому происходит разрыв самой заклепки, а не вырыв ее из оснастки. В случае же с системами вентилируемых фасадов компоненты системы наоборот могут оказаться менее прочными по сравнению с заклепками. Прежде всего, это относится к системам с подконструкциями, изготовленными из алюминиевых сплавов (в основном АД-31, 6060, 6063) и навесными алюминиевыми композитными панелями, прочность которых меньше прочности алюминиевых (из сплава AlMg3,5%) заклепок. В результате происходит вырыв заклепки из скрепляемых ею материалов. Чтобы исключить риск возникновения подобных проблем используют заклепки с увеличенным бортиком, благодаря которому происходит перераспределение нагрузки на большую площадь и повышается прочность всего узла. Но точные данные можно получить только в ходе испытаний всего узла в целом.

Во-вторых, следует определять запас прочности, и в проект закладывать предельно допустимые значения с учетом этого запаса. (Аналогично ситуации с анкерными дюбелями, для которых определен запас прочности 5-7).

Коррозионная стойкость. К категории наиболее проблемных в отношении устойчивости к воздействиям агрессивных сред относятся заклепки Al/St со стержнем из оцинкованной стали и заклепки St/St из оцинкованной стали.

Заклепки Al/St с телом из сплава AlMg3,5% и стержнем из оцинкованной стали достаточно широко используются отечественными производителями систем НВФ. Серьезные зарубежные фирмы, как правило, применяют заклепки из нержавеющей стали А2/А2 или Al/A2 со стержнем из нержавеющей стали и телом из сплава 5154. Почему? Ответ прост. Толщина цинкового покрытия стержня заклепки составляет 5-7 мкм. Однако при эксплуатации НВФ в городских условиях толщина цинкового покрытия ежегодно уменьшается на 5-7 мкм. Стало быть, через год, максимум через два в теле алюминиевой заклепки останется ничем не защищенный стальной стержень. Сочетание “сталь-алюминий” вызовет электрохимическую реакцию, в результате которой коррозия алюминия многократно ускорится, и прочностные характеристики заклепочного соединения существенно снизятся.

Примерно по той же схеме будет разрушаться цинковое покрытие заклепки St/St, a потому ее тело через год или два тоже начнет коррозировать. Для дополнительной защиты крепежного узла европейские производители предлагают увеличивать толщину цинкового покрытия до 8 мкм и покрывать заклепку специальным гидролаком, что существенно сказывается на ее стоимости. Поэтому на российский рынок поставляются в основном стандартные стальные оцинкованные заклепки. При желании их можно обработать защитным составом (как оцинкованные направляющие), но на практике этого никто не делает.

Совместимость материалов. Один из основных показателей совместимости материалов - невозможность протекания электрохимической реакции между компонентами системы. Наиболее распространенная ошиб ка - использование в НФС материалов, которые при контакте образуют гальваническую пару (например, алюминиевые заклепки + стальные направляющие и кронштейны). На данный момент этот вопрос скорее уже относится к разделу “брак при монтаже”, так как в последнее время разработчики систем и контролирующие органы уделяют вопросам коррозии гораздо более пристальное внимание.

Толщина соединения. Длина заклепки должна подбираться в зависимости от толщины скрепляемых материалов. Диапазон толщин, при котором допускается использовать ту или иную заклепку, можно узнать у поставщика заклепок. Но иногда длина заклепки выбирается с запасом. Почему-то считается, что это "не помешает, что будет прочнее". Это заблуждение: будет не прочнее, а скорее -наоборот. Ведь производители не зря дают свои рекомендации, и их следует принимать во внимание.

Ошибки и нарушения при поставках и монтаже

Использование заклепок AlMg1%/сталь. Как уже упоминалось выше, использование этих заклепок недопустимо в НВФ. Но их по-прежнему продолжают широко применять ввиду дешевизны. Причин, как видится, две:

1. Отсутствие четкого указания на сплавы, из которых должны изготавливаться заклепки. В этой ситуации монтажники руководствуются принципом "если разницы не видно, зачем платить больше".

2. Сознательная подмена в расчете на то, что контролирующие органы ее не заметят.

Использование заклепок AlMgЗ,5%/сталь вместо заклепок AlMg3.5%/нерж.сталь, определенных технической документацией. Проблемы со стержнем из оцинкованной стали уже рассматривались выше. Из года в год увеличивается количество систем НВФ, в которых "прописаны" заклепки AlMgЗ,5%/А2 со стержнем из нержавеющей стали А2, но монтажники нередко пренебрегают регламентирующими документами и покупают заклепки AlMg3,5%/St, которые минимум в 2,5 раза дешевле. Расчет прост - не специалисту по металлам трудно определить (особенно тогда, когда заклепка уже установлена, и стержень едва виден), что стержень изготовлен не из нержавеющей, а из обычной стали.

Крепление кляммера из нержавеющей стали при помощи алюминиевой заклепки (заклепка должна быть тоже из нержавеющей стали). В системах с керамогранитной облицовкой в целях пожарной безопасности разрешается применять только стальные (из нержавейки) кляммеры. В недалеком прошлом для их крепежа использовались преимущественно алюминиевые заклепки, что резко понижало пожарную безопасность системы. В последнее время этот вопрос решается контролирующими органами исключительно в пользу заклепок из нержавеющей стали. Хотя на практике это требование нередко нарушается.

Применение заклепки существенно меньшего диаметра по сравнению с диаметром отверстия. Эта проблема чаще всего возникает при закреплении кляммеров. В нормативах ISO четко указано, что диаметр отверстия под заклепку должен быть на 0,1 -0,2 мм больше диаметра самой заклепки. Увеличение этой разницы может негативно повлиять на прочностные характеристики установленной заклепки. У производителей систем данный вопрос тщательно продуман. Когда же начинаются "творческие поиски" путей удешевления фасада и по этой причине отдельные элементы системы, например те же кляммеры, приобретаются не у разработчика системы, а у случайных людей, размер отверстий в кляммере может существенно отличаться от диаметра заклепок.

Крепление композитных панелей при помощи заклепок со стандартным бортиком. Серьезные производители/поставщики алюминиевых композитных панелей рекомендуют использовать заклепки с увеличенным (11 мм и 14 мм) бортиком. Например, при листовом методе крепления панелей можно использовать заклепки с бортиком не менее 14 мм. Поскольку заклепки со стандартным бортиком дешевле, эти рекомендации из соображений экономии сознательно нарушаются. Результаты такой экономии - смятый заклепкой композит - можно увидеть сразу же после монтажа (см. фото). Однако при сильных ветровых нагрузках следует ожидать и более серьезных последствий вплоть до разрушения крепежного узла.

Регламентирующие документы: o Российские сертификаты соответствия по системе ГОСТ-Р. Это документ, который обычно предъявляют поставщики заклепок. На самом деле сертификат соответствия заклепок ГОСТу 1 0304-80 никоим образом не является документом, подтверждающим их качество и пригодность для использования в системах НВФ. ГОСТ 10304-80 разработан для забивных заклепок, у которых очень мало общего с вытяжными заклепками.

• Стандарты ISO. Это основные регламентирующие документы, определяющие такие важные характеристики самих заклепок, как типы материалов (но не конкретные сплавы и их химический состав), размеры с допусками, рекомендуемые толщины соединений, проч-ностные характеристики и другие.
• Внутренние стандарты производителя. Ряд вопросов все же не нашел отражение в ISO. Например, конкретные сплавы, из которых изготавливаются заклепки, их химический состав. Также нет отдельных ISO на заклепки Al/A2 (только на Al/St) и на заклепки с увеличенным бортиком. Эти параметры регламентируются внутренними стандартами производителя. Получить их всегда можно у поставщиков качественного крепежа.
• Добровольная сертификация. Протоколы испытаний. Подтверждением качества поставляемых заклепок могут быть протоколы испытаний по основным параметрам,определенные в стандартах ISO, а также выданные на их основе добровольные сертификаты на соответствие стандартам ISO. Проверять необходимо как минимум по 5 образцов каждого вида по каждой характеристике (размеры, разрушающая нагрузка на срез, разрыв и другие). Также производителем при испытаниях должны указываться не просто типы заклепок (Al/St, Al/A2, St/St, A2/A2), но и наименование и химический состав сплавов, из которых эти заклепки изготовлены. Стоит также особо подчеркнуть, что лаборатория, проводящая такие испытания, должна иметь необходимое оборудование, оснастку и в совершенстве владеть методиками испытаний. Все это подробно регламентировано в ISO 14589:2000 “Вытяжные заклепки. Механические испытания”. В противном случае результаты испытаний нельзя считать достоверными.
• Техническое свидетельство (свидетельство об оценке технической пригодности) на систему НВФ). Техническое свидетельство на систему является документом, в котором четко регламентировано, какие конструктивные элементы можно использовать. Но из-за недостатка информации по заклепкам именно по этому компоненту системы до сих пор встречаются недоработки и противоречия (см. выше).
• Техническое свидетельство на заклепки. Этот документ, по всей вероятности, со временем станет базовым, вмещающим в себя не только стандарты ISO и внутренние стандарты производителей, но и рекомендации по применению, результаты дополнительно проведенных испытаний, исследований. Появление такого серьезно проработанного документа поможет добросовестным участникам рынка и отсеет бракоделов.

Таблица 1. Результаты испытаний на срез и разрыв заклепок с телом из AlMg3,5%

Таблица 2. Результаты испытаний на срез и разрыв заклепок с телом из AlMg1%

Таблица 3. Механические характеристики вытяжных заклепок “нерж.сталь/нерж.сталь” (по ISO 15983)

Методы контроля качества

До появления комплексного документа - технического свидетельства (свидетельства об оценке технической пригодности) на заклепки - хотелось бы порекомендовать следующие методы контроля качества этого элемента крепления:

• предоставление поставщиком копий протоколов испытаний на прочностные характеристики заклепок и письменных рекомендаций по использованию заклепок в конкретных узлах;
• предоставление поставщиком информации о материалах, из которых изготовлена заклепка, что позволит, сравнив эту информацию с требованиями нормативных документов, убедиться в том, что поставляемая продукция им соответствует;

∙химический анализ материалов, из которых изготовлена заклепка. Лаборатории, в которых можно провести такой анализ, взяв заклепку чуть ли не со строительной площадки, имеются практически в каждом городе. Стоимость такой процедуры невелика, а результат очень важен, поскольку от химического состава материала напрямую зависят прочностные характеристики заклепок и показатели их коррозионной стойкости;

• проверка размеров. В данном случае речь идет не о проверке номинальных размеров, (например, 4,8 или 3,2), а о проверке реальных размеров и сравнении полученных результатов с нормативами на допуски, закрепленными в стандартах ISO. Если размеры превышены, заклепка может просто не пройти в отверстие, например, кронштейна или кляммера. Если размеры меньше допустимых значений, это может повлиять на прочностные характеристики крепежного узла. Определение фактических размеров и химического состава с большой вероятностью позволит, сравнив показания стребованиями нормативных документов, определить, будет ли заклепка соответствовать заявленным прочностным характеристикам или нет;
• проведение лабораторных испытаний на проверку прочностных характеристик заклепок поставленной партии. (Особенности таких испытаний были рассмотрены выше).

Таблица 4. Механические характеристики заклепок “алюминий AlMgЗ,5%/сталь” и “алюминий AlMgЗ,5%/нерж.сталь” (по ISO 15977)

Таблица 5. Механические характеристики заклепок “сталь/сталь” (по ISO 15979)