Protezione delle strutture in

acciaio danneggiate dalla

corrosione

Strutture esposte all’atmosfera

Corrosione generalizzata

L’aggressività dell’atmosfera

Meccanismo della corrosione

atmosferica

I

O2

O2+4e-+2H2O=4OH-

Strato di elettrolita

(film sottile di acqua condensata)

Fe=Fe+2+2e- e-

Ioni

metallo

Prodotti di corrosione

Alta velocità di corrosione

della corrosione

Conduzione nel

metallo

Conduzione

nell’elettrolita

Processo

anodico M→M+z+ze-

Processo

catodico O2+4e-+H2O→4OH-

I

Tutti i processi possono avvenire velocemente

Bassa velocità di corrosione

della corrosione

Conduzione nel

metallo

Conduzione

nell’elettrolita

Processo

anodico M→M+z+ze-

Processo

catodico O2+4e-+H2O→4OH-

I

Almeno un processo non può avvenire o può

avvenire con difficoltà

Materiali

passivi (materiali

resistenti alla corrosione)

Bassa velocità di corrosione

della corrosione

Conduzione nel

metallo

Conduzione

nell’elettrolita

Processo

anodico M→M+z+ze-

Processo

catodico O2+4e-+H2O→4OH-

I

Almeno un processo non può avvenire o può

avvenire con difficoltà

Atmosfera secca,

soluzioni

ghiacciate (deserto,

ambiente artico)

TdB - classificazione dell’ambiente in base

alla norma ISO 9223

Classi di

bagnamento Ore/anno Esempi di climi

T1 < 10 Microclimi interni a controllo climatico

T2 10 – 250 Microclimi interni non a controllo climatico

T3 250 – 2600 Atmosfere aperte in clima: asciutto, freddo,

temperato

T4 2600 – 5200 Atmosfere aperte in tutti i climi

T5 > 5200 Climi umidi, non ventilati

Clima e tempo di bagnato

CLIMA

VALORE MEDIO DEI VALORI

ESTREMI ANNUI

°C

TdB

CALCOLATO

ore/anno con

HR > 80%

T > 0°C

CATEGORIE

DI

TdB

BASSA T ALTA T MAX T

HR>95%

Molto freddo -65 +32 +20 0 - 100 t1 - t2

Freddo -50 +32 +20 150 - 2500 t2 - t3

Freddo temperato

Caldo temperato

-33

-20

+34

+35

+23

+25 2500 - 4200 t4

Caldo secco

Temperato secco

Molto caldo secco

-20

-5

+3

+40

+40

+55

+27

+27

+28

10 - 1600 t2 - t3

Caldo umido

Caldo umido e omogeneo

+5

+13

+40

+35

+31

+33 4200 - 6000 t4 -t5

Effetto della SO2 sulla velocità di

corrosione dell’acciaio e dello zinco

Velocità di corrosione del ferro e dello zinco al variare del

tenore di SO2 e dell'umidità relativa

Distribuzione

della SO2

http://www.lamiaaria.it

Effetto della

deposizione dei

cloruri sulla

velocità di

corrosione in

atmosfera marina

10 100 1000

2

10

100

Corrosione (micron / mese)

°

° °°

°

° °

°

°

°

°°

°

°

Salinità ( mg / mq giorno)

Deposizione di cloruri in

atmosfere marine Dati ottenuti in 29 punti tipici della

costa europea nell'ambito di un

progetto della Commissione della

Comunità Europea (EUR).

Valutazione aggressività in

accordo a normativa ISO

Tab. 9 Classificazione di inquinamento da zolfo rappresentato da SO2

Deposizione di SO2

mg / (m2 * giorno)

Concentrazione di SO2

g / m3

CATEGORIE

Pd < 10 Pc < 12 P0

10 < Pd < 35 12 < Pc < 40 P1

35 < Pd < 80 40 < Pc < 90 P2

80 < Pd < 200 90 < Pc < 250 P3

Pd 0,8 Pc

Tab.10 Classificazione di inquinamento da spray salino nell'aria rappresentato da cloruri.

Deposizione di cloruri

mg / (m2 * giorno)

CATEGORIE

S < 3 S0

3 < S < 60 S1

60 < S < 300 S2

300 < S < 1500 S3

Mappe

Categorie

Velocitá di corrosione

Acciaio

(m/anno)

Zinco

(m/anno)

Rame

(m/anno)

Alluminio

g/(m2anno)

C1 Molto

bassa <1,3 <0,1 <0,1 Trascurabile

C2 Bassa 1,3-25 0,1-0,7 0,1-0,6 <0,6

C3 Media 25-50 0,7-2,1 0,6-1,3 0,6-2

C4 Alta 50-80 2,1-4,2 1,3-2,8 2-5

C5 Molto alta 80-200 4,2-8,4 2,8-5,6 5-10

Classi di aggressività e velocità di corrosione prevista

nel primo anno

Acciaio al

carbonio

Velocità di corrosione

attesa per l’acciaio al

carbonio in atmosfere

di umidità e

temperatura media

italiana

Acciaio

zincato

Velocità di corrosione

attesa per l’acciaio

zincato in atmosfere di

umidità e temperatura media italiana

Acciaio zincato

Metodi di prevenzione e

protezione

• Protezione mediante rivestimenti (pitture/metallici)

• Interventi sull’ambiente (ambienti interni)

– Riduzione dell’umidità (magazzini)

• Scelta di materiali resistenti alla corrosione

– Acciaio zincato

– Acciaio CORTEN

– Acciai inossidabili

– Leghe di alluminio

– Leghe di rame

Acciaio

zincato

Skywalk in Hannover 1997 - 1998

Acciai CORTEN (acciai patinabili o

a resistenza migliorata alla

corrosione atmosferica)

New River Gorge Bridge,WestVirginia, 1977

Acciai a bassa velocità di corrosione per la

formazione di patine protettive (prodotti di

corrosione aderenti e compatti) in

atmosfere di bassa aggressività, non

inquinate o contaminate da cloruri

0,2-0,5% Cu

0,5-1,5% Cr

0,05% P

Patina

protettiva

Ni

Empire State Building, N.Y.

1934 - AISI 302

Acciai

inossidabili

Rame e leghe

Alluminio e leghe

Protezione mediante pitture (cicli di pitturazione)

Azione protettiva dei rivestimenti

• Azione barriera

• Azione in presenza di discontinuità

– Azione attiva

– Proprietà autosigillanti

Protezione “barriera”

acciaio

O2 H2O

rivestimento

Protezione attiva

acciaio

rivestimento

Capacità di autosigillarsi

acciaio

rivestimento

Reazione con:

•Ossigeno

•Acqua (zinco inorganico)

•Tra polimeri

(es.:resine bicomponenti)

Protezione mediante pitture

Pitture

Legante • termoplastici

• termoindurenti

Pigmenti (sostanze di origine naturale)

Cariche (sostanze di sintesi)

Solvente (solventi organici, acqua)

SOLIDIFICAZIONE FISICA

per evaporazione del solvente

SOLIDIFICAZIONE per

reazione CHIMICA

(reticolazione)

Il processo di solidificazione è

reversibile (ad eccezione delle

pitture all’acqua)

Incompatibilità con sostanze

simili al solvente

Facilità di manutenzione

Alta inerzia chimica anche con i solventi

Scarsa adesione di strati successivi

applicati dopo tempi “lunghi”

Ad azione passiva

Ad azione attiva

Innalzano le proprietà di BARRIERA

(scaglie di mica, ossido di titanio,

silicati, polvere e scaglie di

alluminio)

Protezione catodica:

Zn (>95% in peso della pittura)

Passivanti:

(minio, cromati, fosfati, sali di zinco)

Proprietà reologiche

Meglio le pitture ad alto contenuto di

solidi o senza solvente perche più

compatte e a minore impatto

ambientale

•Pitture in solvente

•Pitture all’acqua

Principali pitture

Pitture ad essiccazione fisica

Tipo Tipo di legante

Pitture in solvente

Clorocaucciù

Copolimeri del cloruro di vinile (PVC)

Resine acriliche

Bitume

Pitture all’acqua

Dispersioni acriliche

Dispersioni viniliche

Dispersioni poliuretaniche

Principali pitture

Pitture ad indurimento per reazione con l’ossigeno

Tipo Tipo di legante

Alchidici

Alchilici uretanici

Esteri epossidici

Pitture ad indurimento per reazione con l’umidità

Tipo Tipo di legante

Poliuretani (monocomponenti)

Alchil-silicati

Silicato di etile (bicomponente)

Silicato di etile (monocomponente)

Principali pitture

Pitture ad indurimento chimico

Tipo Componente base Agente indurente

Epossidiche

bicomponenti

Epossidici Poliammine migliore resistenza agli agenti

chimici

Poliammidi migliore adesione (fondi)

Epossi-vinilici/epossi-acrilici

Combinazioni epossidiche

(es.: epossi-catrame)

Poliuretani

bicomponenti

Poliestere Polisocianati alifatici migliore brillantezza e resistenza al

colore con idoneo componente base

Polisocianati aromatici essiccazione più rapido ma minore

resistenza all’esposizione esterna

(sfarinatura e scolorimento)

Acrilati

Epossidici

Polieteri

Resine florurate

DURATA DELLA PROTEZIONE

Profondità

di attacco

Tempo

Struttura

rivestita

Struttura non

rivestita

Durata del

rivestimento

Massima profondità

ammissibile

Durata del

rivestimento

proprietà dei materiali aggressività

preparazione superficiale

spessore

design della struttura modalità di applicazione

Adesione del

rivestimento

Adesione

Tipo di rivestimento

Processo

applicativo

Preparazione

superficiale

Esempio di adesione

insufficiente del rivestimento su

una superficie di un elemento di

acciaio zincato per cattiva

preparazione del supporto

Esempio di adesione

insufficiente del rivestimento al

primer per cattiva applicazione

e/o scelta del ciclo di

pitturazione

Esempio di perdita di adesione

di una pittura per corrosione

sottopellicolare

Preparazione superficiale

Scopo: Pulizia della superficie e ottenimento della rugosità

necessaria per assicurare l’adesione del rivestimento

Metodo di preparazione

Standard di

riferimento

ISO12944

(ISO 8503)

Specifiche

SSPC

Standard fotografico

ISO 8501

Sgrassaggio -- SP1 --

Pulizia con attrezzi manuali St 2 SP2 B St 2, C St 2, D St 2

Pulizia con attrezzi meccanici St 3 SP3 B St 3, C St 3, D St 3

Decapaggio (acido) Be SP8 --

Sabbiatura di spazzolatura Sa 1 SP7 B Sa 1, C Sa 1, D Sa 1

Sabbiatura commerciale Sa 2 SP6 B Sa 2, C Sa 2, D Sa 2

Sabbiatura a metallo quasi

bianco Sa 2½ SP10 A Sa 2½, B Sa 2½, C Sa 2½, D Sa 2½

Sabbiatura a metallo bianco Sa 3 SP5 A Sa 3, B Sa 3, C Sa 3, D Sa 3

Pulitura alla fiamma Fl -- A Fl, B Fl, C Fl, D Fl

SSPC: Steel Structures Painting Council

B st2 B st3 B sa1

B sa2 B sa2½

Grado di

pulizia di

superfici con

ossidi e

calamina

B sa3

Tipi di sabbiatura

Sabbiatura a secco

• Sabbiatura centrifuga

• Sabbiatura con aria compressa

• Sabbiatura con aria compressa e recupero

• Sabbiatura con aria compressa umida

Sabbiatura ad umido

• Sabbiatura ad aria compressa con abrasivo umido

• Sabbiatura ad umido con abrasivi finissimi dispersi in liquido

• Sabbiatura con liquido sotto pressione

Sabbiatura ad acqua

• Ad alta pressione (70-170 MPa)

• Ad altissima pressione (>170 MPa)

Quando preparare la superficie?

Meglio immediatamente prima

dell’applicazione del rivestimento

Se occorre prevedere protezione temporanea

con primer di officina, carte adesive, pellicole

adesive ed altri sistemi che possono essere

rimossi prima della applicazione

(preparazione finale)

Requisiti minimi di

preparazione superficiale

Pitture alchidiche,

oleofenoliche,

bitumi

SSPC-SP6 Sabbiatura

commerciale

Pitture epossidiche,

uretaniche,

allo zinco organico

SSPC-SP10 o 6 Sabbiatura a metallo

quasi bianco o

commerciale

Pitture allo zinco

inorganico

SSPC-SP5 o 10 Sabbiatura a metallo

bianco o quasi bianco

Pitture all’olio di lino SSPC-SP2 o 3 Preparazione

meccanica o manuale

0

50

100

0 500 1000

Are

a d

ifettosa (

%)

Spessore film (m)

Epossicatrame10 anni di esposizione zona degli spruzzi(da Kyuno et al., 1981)

Preparazione manuale

Sabbiatura

Ruolo della preparazione sulla

capacità protettiva di una pittura

Strato intermedio (strato barriera)

Ciclo di pitturazione

acciaio

Fondo (primer)

Finitura

L’applicazione in più mani

permette l’ottenimento di

strati meno difettosi

Protezione attiva (catodica) di primer ad

alto contenuto di zinco

acciaio

O2

reazione catodica

O2+4e-+2H2O4OH-

elettrolita

(fase acquosa)

reazione anodica

ZnZn+++2e-

e-

I rivestimento allo zinco

Protezione attiva (anodica) passivazione

acciaio

OH-, ioni

cromato,

ossido di

zinco, fosfati...

Fe++==> Fe2O3

Corrosione

sottopellicolare

acciaio

Corrosione filiforme su una lega di alluminio

rivestita

Blistering del rivestimento su una struttura in

acciaio

0

50

100

0 10

Are

a d

ifett

osa (

%)

Tempo (anni)

Epossidiche

(da Kyuno et al. 1981)

Epossidica (180 m) + primer

epossidico ricco in Zn (15 m)

Epossidica (180 m)

Mano intermedia (strato barriera)

Ciclo di pitturazione

acciaio

Mano di fondo (primer)

Finitura

L’applicazione in più mani

permette l’ottenimento di

strati meno difettosi

Protezione

mediante pitture (scelta del ciclo di protezione)

Protezione mediante pitture (scelta del ciclo in relazione alla corrosività ambientale)

0

100

200

300

400

C2 C3 C4 C5-(I o M)

classe di corrosività

spes

sore

to

tale

(m

m)

Ciclo di pitturazione:

SA2½ / 80m zincante inorganico / epossidica

Variazione dello spessore totale

della pittura al variare della

corrosività atmosferica previsto

nella norma UNI EN ISO 12944-5

per il ciclo epossidico con primer

zincante inorganico, per

assicurare alta durabilità

La scelta del ciclo di

protezione è in base alla

classe di corrosività

dell’atmosfera.

L’uso di primer con azione

attiva previene la corrosione

sottopellicolare

Esempi di cicli di pitturazione ad alta durabilità

per atmosfere umide in aree industriali e marine (UNI EN ISO 12944: 2000; preparazione grado SA2½)

Fondo Intermedio e finitura

legante tipo strati spessore legante strati spessore

epossidico, poliuretano Zn 1 40

epossidico,

poliuretano1

3-4 280

Misc 1 80 3 200

silicato di etile Zn 1 80 3 200

1 80 2-4 240

epossidico, poliuretano

Misc 1-2 80 3-4 240

1 250 1 250

Zn 1 40 vinil-catrame 3 360

1 40 catrame epossidico 3 360

1Finitura poliuretano alifatico se occorre ritenzione del colore e brillantezza (esterni)

Esempi di cicli di pitturazione ad alta durabilità

per zone immerse o interrate (UNI EN ISO 12944: 2000; preparazione grado SA2½)

Fondo Intermedio e finitura

legante tipo strati spessore legante strati spessore

epossidico, poliuretano Zn 1 40 poliuretano catrame 4 500

epossidico 1 80 epossidico (senza

solvente) 1 400

epossidico (senza solvente) 1 800

catrame epossidico

1 120 catrame epossidico 2 380

1 500

catrame epossidico (senza

solvente) 1 1000

Regole di buon “Design”

Protezione “barriera”

Effetto dello spessore del rivestimento

sulla difettosità

discontinuità nel film

Regole di buon “Design”

• finitura superficiale adeguata (intervallo corretto di rugosità)

• asportazione dei residui di saldatura

• maggiore spessore nelle zone con eccessiva rugosità

Spigoli

UNI EN ISO 12944: 2002

Saldature

UNI EN ISO 12944: 2002

Interstizi

UNI EN ISO 12944: 2002

Ristagni

UNI EN ISO 12944: 2002

Accessibilità della

struttura

UNI EN ISO 12944: 2002

Accessibilità della

struttura

UNI EN ISO 12944: 2002

Accessibilità della

struttura

UNI EN ISO 12944: 2002

Manutenzione

La previsione di un ciclo di manutenzione

programmata permette di assicurare in

modo economico la durata della protezione

e prevenire i danni strutturali al substrato

rilevazione 1994

rilevazione 1988

Pontile zone esposte all’atmosfera

(danneggiamento strutturale delle membrature)

anno di costruzione 1962

n. sezione

dan

neg

gia

men

to (

m l

inea

ri)

La previsione di un ciclo di manutenzione

programmata permette di assicurare in

modo economico la durata della protezione

e prevenire i danni strutturali al substrato

Ciclo di

manutenzione

Ciclo ideale (da Brevoort e Roebuck)

tempo

ritocco

3-5% superficie danneggiata

assenza di prodotti di corrosione

riparazione e ricoprimento

di tutta la superficie

rifacimento dell’intero ciclo

0 P 1.5P 2.25P

Es.: ciclo ad alta durabilità (P15 anni)

Manutenzione programmata: 15 anni 34 anni

Senza manutenzione:

danno strutturale e maggiori costi di rifacimento

Ciclo di

manutenzione

Ciclo pratico (da Brevoort e Roebuck)

tempo

ritocco

10% superficie danneggiata

presenza di ruggine

riparazione e ricoprimento

di tutta la superficie

rifacimento dell’intero ciclo

0 P 1.3P 1.8P

Es.: ciclo ad alta durabilità (P18 anni)

Manutenzione programmata: 18 anni 32 anni

Re 1 (0,05%) Re 3 (1%) Re 5 (8%)

Re 7 (40-50%)

Grado di

arruginimento

Durata del

rivestimento

proprietà dei materiali aggressività

preparazione superficiale

spessore

design della struttura modalità di applicazione

Specifiche (in accordo con fornitore / applicatore)

Contenuto:

• Riferimenti (normative, raccomandazioni...)

• Documentazione (programmazione dei lavori, schede tecniche, ...)

• Ispezioni e controlli (verifica dei lavori, test di accettazione,...)

• Condizioni di garanzia (accettazione definitiva dei lavori)

• Manutenzione programmata / ispezioni periodiche

• Dettaglio delle modalità operative per: preparazione superficiale,

applicazione e riparazione dei difetti

• Materiali (ciclo di pitturazione, spessore, ciclo di riparazione, ...)

• Design

Test di accettazione e di verifica

Visivo

Spessore a secco (metodi magnetici e a ultrasuoni)

Test di adesione (grid test)

Difettosità

Metallizzazione

«Thermal spray»

(Alluminio, Zinco)

saldatura di elementi zincati

(zone di riparazione del rivestimento con

zinco organico o con metallizzazione)