PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO

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1 PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO Aços resistentes à corrosão atmosférica Pág 2 Galvanoplastia Pág 6 Pinturas Pág 11 Há uma tendência natural do ferro constituinte do aço retornar ao seu estado primitivo de minério, ou seja, combinar com os elementos presentes no meio ambiente (O 2, H 2 O) formando óxido de ferro. Esse processo começa na superfície do metal e acaba levando a sua total deterioração caso não sejam tomadas medidas preventivas. O mecanismo é o mesmo que ocorre numa bateria, isto é, dois metais imersos em uma solução condutora (eletrólito) provocam a passagem de corrente elétrica e o desgaste de um dos metais (ânodo), conforme é ilustrado na figura 5.1. No caso da corrosão atmosférica, o eletrólito é a umidade do ar, com sua condutividade aumentada pela presença da poluição industrial ou marítima e a passagem de corrente ocorre entre regiões diferentes (ânodo e cátodo) do mesmo metal, tais como: áreas cobertas por detritos ou água, pequenas alterações na composição do metal ou variações de temperatura. Figura Esquema de uma pilha galvânica 1

2 Na fase de projeto pode-se tomar cuidados para minimizar os problemas da corrosão. Algumas recomendações são citadas a seguir e ilustradas no anexo. -evitar a formação de regiões de estagnação de detritos ou líquidos ou, se inevitável, prever furos de drenagem na estrutura -prever acessos e espaços para permitir a manutenção -preencher com mastiques ou solda de vedação as frestas que ocorrem nas ligações -evitar intermitência nas ligações soldadas -evitar sobreposição de materiais diferentes -evitar que elementos metálicos fiquem semi-enterrados ou semisubmersos As condições do meio (microclima) em que um elemento do aço se encontra determinam fortemente o tipo de tratamento que deverá ser empregado para protegê-lo dos efeito das corrosão. De uma maneira simplificada, podemos classificar os meios ambientes em: -rural: com presença ou não de umidade e sem poluição - urbano: com umidade e poluição proveniente da queima de combustíveis automotores - industrial: com umidade e alta concentração de poluentes - marítimo: com umidade e presença de névoa salina (Cl - ) - marítimo-industrial: conjunção dos poluentes dos dois tipos de ambientes Além dos cuidados em projeto, as principais soluções empregadas para eliminar ou reduzir a velocidade de corrosão a valores compatíveis com a vida útil ou com os intervalos de manutenção dos componentes de aço são: - utilização de aços resistentes à corrosão atmosférica - aplicação de revestimento metálico (zincagem) - aplicação de revestimento não-metálico (pintura) 1. AÇOS RESISTENTES À CORROSÃO ATMOSFÉRICA Entre os aços resistentes à corrosão atmosférica destacam-se os aços inoxidáveis, obtidos pela adição de níquel e cromo, porém de uso restrito em edificações devido ao seu custo elevado, e os chamados aços patináveis ou aclimáveis. Os aços patináveis foram introduzidos no início da década de trinta, nos Estados Unidos, para a fabricação de vagões de carga. Dadas às características e qualidades desses aços, que combinavam alta resistência mecânica com resistência à corrosão atmosférica, rapidamente encontraram aceitação, ainda que, na maioria das vezes, fossem empregados com 2

3 revestimento. Comercialmente, tais aços receberam o nome de "Corten" e hoje são mundialmente utilizados na construção civil. 1.2 CARACTERÍSTICAS Os aços patináveis apresentam como principal característica a resistência à corrosão atmosférica que, dependendo da agressividade do meio ambiente e do tempo de exposição, pode ser de 5 a 8 vezes maior que a dos aços-carbono. A resistência à corrosão atmosférica dos aços patináveis foi estudada ao longo de anos por meio de ensaios acelerados e não acelerados de corrosão em diferentes condições atmosféricas, onde foi comprovoda a sua superioridade em relação aos aço-carbono comum (vide exemplos nas figuras 5.2 e 5.3). Os aços resistentes à corrosão são disponíveis no Brasil sob a forma de chapas e bobinas. Esses aços são produzidos pelas principais siderúrgicas do país e possuem denominações comerciais (vide item 3.1.3) São aços de baixa liga, que além da resistência à corrosão, apresentam boa soldabilidade. A maior resistência à corrosão desses aços advém principalmente da adição de cobre e cromo. Cada siderúrgica adota uma combinação própria desse elemento em seus aços comerciais, além de combiná-los com outros elementos, como níquel, vanádio e nióbio. Os aços patináveis, quando expostos à atmosfera, desenvolvem em sua superfície uma camada de óxido compacta e aderente denominada "pátina", que funciona como barreira de proteção contra a corrosão, possibilitando, assim, sua utilização sem qualquer tipo de revestimento. A formação de pátina protetora ocorre desde que o aço seja submetido a ciclos alternados de molhagem (chuva, nevoeiro, umidade) e secagem (sol, vento). Tais efeitos também estão presentes em ambientes internos à edificação, desde que adequadamente ventilados. O tempo necessário para a completa formação da pátina varia em função do tipo de atmosfera em que se encontra exposto o aço, levando em média de 18 meses a 3 anos. Após um ano, porém, o material já apresenta uma homogênea coloração marrom-clara. A tonalidade definitiva, uma gradação escura do marrom, será função da atmosfera predominante e da freqüência com que a superfície do material se molha e se seca. 3

4 Figura 5.2 Perda de espessura por corrosão em atmosfera marinha Figura 5.3 Perda de espessura por corrosão em atmosfera industrial 4

5 Em atmosferas industriais pouco agressivas, os aços patináveis apresentam bom desempenho; em atmosferas industriais altamente corrosivas a sua resistência à corrosão é menor do que verificada no caso anterior, porém, sempre superior à do aco-carbono. Nas atmosferas marinhas, até cerca de 600m da orla marítima, a proximidade do mar influencia na velocidade de corrosão dos aços patináveis, acelerando-a. Nesse tipo de atmosfera, o desempenho desses aços é superior à do aço-carbono, porém as perdas por corrosão são maiores do que em atmosferas industriais. Por isso é recomendada a utilização de revestimento quando o material encontra-se em atmosfera marinha severa ou moderada. Verifica-se portanto, que a maior aplicação dos aços patináveis tem sido em atmosfera urbanas, onde podem ser utilizados sem revestimento. 1.2 UTILIZAÇÃO DOS AÇOS PATINÁVEIS SEM REVESTIMENTO Os aços patináveis podem ser usados sem qualquer tipo de proteção ou revestimento, desde que haja condições para a formação completa da camada de óxido protetora. Cuidados especiais devem ser observados, pois o desempenho desses aços varia principalmente em função da atmosfera em que se encontram, do projeto e das condições de utilização: - a carepa de laminação deve ser eliminada, por jateamento com granalha ou areia - os resíduos de óleo e graxa, bem como os respingos de solda, resíduos de argamassa e concreto devem ser removidos; - regiões de estagnação que não puderem ser eliminados no projeto devem ser protegidos por pintura, pois nesses locais poderá ocorrer retenção de água ou resíduos sólidos, favorecendo o desenvolvimento da corrosão. - regiões não-expostas à ação do intemperismo, tais como juntas de expansão, articulações, regiões sobrepostas e frestas devem ser protegidas por pintura, devido ao acúmulo de resíduos sólidos e umidade. - regiões expostas à ação das chuvas provocam, nos primeiros anos de exposição, uma pequena dissolução de óxido, que poderá manchar materiais adjacentes; por esse motivo certos detalhes devem ser previstos em projeto para minimizar tal inconveniente. - as obras construídas com aço patinável sem revestimento devem sofrer um acompanhamento periódico para verificar o desenvolvimento do óxido. Caso não ocorra a formação do mesmo, uma aplicação de uma pintura torna-se necessária. 5

6 1.3 UTILIZAÇÃO DO AÇOS PATINÁVEIS COM REVESTIMENTO Os aços patináveis devem ser revestidos por pintura em locais onde as condições climáticas ou de utilização não permitam o desenvolvimento completo da pátina protetora, ou quando for uma necessidade imposta na conceituação do projeto arquitetônico. Esses aços devem também ser revestidos quando expostos à atmosfera industrial altamente agressiva, atmosfera marinha severa, regiões submersas e locais onde não ocorram ciclos alternados de molhagem e secagem. Os aços patináveis apresentam boa aderência ao revestimento, com um desempenho, no mínimo, duas vezes superior em relação ao mesmo revestimento aplicado no aço-carbono comum. Isso é explicado pelo fato do produto da corrosão nos aços-carbono comuns ser muito volumoso, dada a permeabilidade das tintas, provocando o rompimento das película. Isso não ocorre com a mesma intensidade nos aços patináveis, uma vez que o seu produto de corrosão é fino, compacto e aderente. Carepas de laminação, resíduos de óleo e graxa, respingos de solda ou qualquer outros materiais devem ser eliminados antes da pintura, por meio do preparo de superfície adequado. 2 GALVANIZAÇÃO 2.1 CARACTERÍSITICAS O fenômeno da corrosão é sempre precedido pela remoção de elétrons do ferro, formando os cátions Fe ++. A facilidade de ocorrer essa remoção é variável de metal para metal e a ela dá-se o nome de potencial de oxidação de eletrodo. A partir do arranjo ordenado dos valores de potencial de oxidação, tomando-se como referência o hidrogênio, obtém-se a série eletromotriz apresentada na tabela 5.1. Nela quanto mais positivo o potencial de oxidação, mais reativo é o metal. Como se observa na tabela 5.1 o zinco tem maior potencial do que o ferro. Assim, se os dois forem combinados, o zinco atuará como ânodo e o ferro como cátodo. Essa característica é utilizada como artifício para se prevenir a corrosão do aço e nela baseia-se o método de proteção pelo uso do zinco. O aço revestido com zinco, na verdade, está protegido de duas maneiras distintas: Se a camada de zinco se mantiver contínua, ou seja, sem qualquer perfuração, a mesma atua como uma barreira evitando que o oxigênio e a água entrem em contato com o aço, inibindo assim a oxidação. 6

7 Caso ela tenha qualquer descontinuidade e na presença do ar atmosférico, que possui umidade, o zinco passa a atuar como ânodo, corroendo-se em lugar do ferro. Essa propriedade confere à peça maior durabilidade uma vez que a corrosão do zinco é de 10 a 50 vezes menos intensa do que a do aço na maioria das áreas industriais e rurais e de 50 a 350 vezes em área marinhas. Tabela 5.1 Potencial de oxidação de diversos metais Íon metálico Potencial Li + (básico) +2,96 (anódico) K + +2,92 Ca 2+ +2,90 Na + +2,71 Mg 2+ +2,40 Al 3+ +1,70 Zn 2+ +0,76 Cr 2+ +0,56 Fe 2+ +0,44 Ni 2+ +0,23 Sn 2+ +0,14 Pb 2+ +0,12 Fe 3+ +0,045 H + 0,000 (referência) Cu 2+ -0,34 Cu + -0,47 Ag + -0,80 Pt 2+ -0,86 Au + (nobre) 1,50 (catódico) 7

8 Tabela 5.2 Série galvânica de diversos metais e suas ligas (anódica) Ligas de magnésio Zinco Alumínio Cádmio Aço-carbono Ferro fundido Aço-cromo (ativa) Aço-níquel Aço-níquel-cromo (ativa) Solda estanho-chumbo Chumbo Estanho Níquel Latões Cobre Bronzes Níquel-prata Cobre-níquel Níquel-cromo (passiva) Aço-cromo (passiva) Aço-níquel-cromo (passiva) Prata (cátodica) Grafita 8

9 Figura 5.4 Mecanismo de proteção da camada de zinco aplicada sobre peças de aço Como visto, no caso do aço zincado, a formação do par galvânico é utilizada para se minimizar o efeito da oxidação, uma vez que essa é direcionada para o metal do revestimento (zinco), obtendo-se o que se chama proteção galvânica. No entanto, a formação indesejada de um par galvânico imprevisto, no qual o ferro atua como ânodo, pode ser desastrosa. Alguns exemplos de situações como essa são o uso de parafusos de aço em ferragens de latão (liga de Cu-Zn), solda Pb-Sn em fios de cobre, eixos de aço sobre mancais de bronze (liga Cu-Sn), cano de ferro fundido conectado a sifão de chumbo, esquadrias de alumínio com dobradiças de aço, telhas de aço fixadas com parafuso de alumínio, ou vice versa, componentes de aço inoxidável e aço comum, etc. A título de ilustração apresenta-se na tabela 5.2 a série galvânica do aço e de outros metais bem como suas ligas. O zinco pode ser aplicado por diversos processos, dentro os quais destaca-se a zincagem por imersão a quente. A zincagem por imersão a quente, também conhecida com galvanização, é o processo onde o revestimento de zinco é obtido por meio da imersão da peça ou da própria chapa de aço em um recipiente com zinco fundido a 460 C. O zinco adere à superfície do aço por meio da formação de uma camada de liga Fe-Zn, sobre a qual deposita-se uma camada de zinco pura quando da retirada da peça do banho. A aplicação do zinco pode ser feita na própria chapa de aço ou no componente já processado (perfilado, dobrado, furado, etc.). O processo pode ser ainda contínuo, por meio da utilização de bobinas, ou semi-contínuo, sendo que no segundo caso o banho é dado em chapas previamente cortadas. 9

10 Quanto á espessura da camada de zinco, os processos de galvanização se mostram também extremamente versáteis. Com já visto, a durabilidade da peça zincada dependerá diretamente do tempo que levar o processo de oxidação da camada de zinco. Enquanto ela existir, o aço estará protegido. Assim, quanto mais tempo se quiser proteger o material, ou ainda, quanto mais agressivo for o meio, mais espessa tem que ser a camada de zinco (tabela 5.3). Um modo expedito de se determinar o tipo de revestimento em função da vida útil desejada e da agressividade do meio é se utilizar gráficos como o ilustrado na figura 5.5. Por intermédio da pintura, pode-se prolongar a vida útil de uma peça zincada. A aplicação de tintas sobre uma superfície zincada, além da proteção adicional como barreira à ação da corrosão, garante outra vantagem, ou seja, o sistema de galvanização mais pintura tem uma durabilidade maior do que a soma das durabilidades de cada um dos sistemas de proteção isolado (efeito sinergético) A pintura de chapas galvanizadas pode ser realizada por diversos processos: pré-pintura, em linhas contínuas e pós-pintura ou pintura de campo, com tintas líqüidas ou a pó (deposição eletrostática). Tabela 5.3 Revestimento de zinco e suas espessuras Tipo de revestimento X Massa mínima de revestimento de zinco em g/m 2 (massa em ambas as faces pela área de uma das faces) Ensaio ndividual Média do ensaio triplo Não especificada Espessura média de zinco em mm (soma das duas faces) A ,03 B ,05 C ,05 D ,08 E ,08 F ,08 G ,10 10

11 Figura Relação entre o tipo de revestimento e a sua vida útil, em função dos diferentes meios 3 PINTURA 3.1 GERAL A proteção contra a corrosão por meio de pintura do aço por material não-metálico tem por objetivo criar uma barreira impermeável protetora na superfície exposta do aço. Os materiais impermeáveis normalmente utilizados são esmaltes, vernizes, tintas e plásticos. Os esquemas de pintura geralmente obedecem às seguintes etapas: - Limpeza da superfície: a vida útil do revestimento é função do grau de limpeza da superfície do elemento a ser pintado. Pode variar desde uma simples limpeza por solventes ou escovamento, até jateamento por granalha ao metal branco. Uma limpeza de superfície de alta qualidade pode custar até 60% do custo do trabalho de pintura. Na ausência de normas brasileiras, geralmente, são seguidas normas ou especificações internacionais, tais como a especificação norte-americana SSPC "Steel Structures Painting Council" ou a norma sueca SIS ( /1967) "Pictorial surface preparation standards of painting steel surface", que fornecem os procedimentos para cada grau de limpeza. - Revestimento primário ou "primer": tem como objetivo umedecer adequadamente a superfície e provê-la de adesão à camada subsequente de pintura. É um produto geralmente fosco, que contém pigmentos anticorrosivos para conferir a proteção necessária ao substrato. O primer ("shop primer") também é aplicado sobre uma peça para dar proteção durante o seu armazenamento - Camada intermediária: tem por objetivo fornecer espessura ao sistema, aumentando o caminho dos agentes corrosivos. As tintas intermediárias geralmente são neutras, isto é, não tem pigmentos anticorrosivos, nem 11

12 coloridos. São também denominadas tintas de enchimento, sendo mais baratas do que os "primers"e do que as tintas de acabamento. - Camada final ou de acabamento: tem por objetivo dar aparência final ao substrato, como cor e textura, podendo também atuar como barreira aos agentes agressivos do meio ambiente. O resultado da aplicação de tais etapas encontra-se ilustrados na figura 5.6. Figura 5.6 -Sistema de pintura PROFESSOR DANIEL F ROSSI Setembro