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CORROSÃO
5 PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO
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 (O2 , H2O) 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 5.1 - Esquema de uma pilha galvânica
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 líqüidos 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 metalicos fiquem semi-enterrados ou semi-submersos
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)
5.1 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
revestimento. Comercialmente, tais aços receberam o nome de "Corten" e hoje
são mundialmente utilizados na construção civil.
5.1.2 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.
Figura 5.2 – Perda de espessura por corrosão em atmosfera marinha
Figura 5.3 – Perda de espessura por corrosão em atmosfera industrial
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.
5.1.2 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.
5.1.3 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.
5.2 GALVANIZAÇÃO
5.2.1 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.
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 " "
"Ca2+ " "+2,90 " "
"Na+ " "+2,71 " "
"Mg2+ " "+2,40 " "
"Al3+ " "+1,70 " "
"Zn2+ " "+0,76 " "
"Cr2+ " "+0,56 " "
"Fe2+ " "+0,44 " "
"Ni2+ " "+0,23 " "
"Sn2+ " "+0,14 " "
"Pb2+ " "+0,12 " "
"Fe3+ " "+0,045 " "
"H+ " "0,000 "(referênc"
" " " "ia) "
"Cu2+ " "-0,34 " "
"Cu+ " "-0,47 " "
"Ag+ " "-0,80 " "
"Pt2+ " "-0,86 " "
"Au+ "(nobre) "1,50 "(catódico"
" " " ") "
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 "
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.
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
" "Massa mínima de revestimento de zinco em g/m2 "
" "(massa em ambas as faces pela área de uma das "
" "faces) "
"Tipo de " "
"revestimento " "
" "Ensaio "Média do ensaio "Espessura média "
" "individual "triplo "de zinco em mm "
" " " "(soma das duas "
" " " "faces) "
"X "não especificada "
"A "160 "170 "0,03 "
"B "250 "260 "0,05 "
"C "315 "335 "0,05 "
"D "390 "410 "0,08 "
"E "450 "470 "0,08 "
"F "510 "530 "0,08 "
"G "580 "610 "0,10 "
Figura 5.5 - Relação entre o tipo de revestimento e a sua vida útil, em
função dos diferentes meios
5.3 PINTURA
5.3.1 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 – (05 50 00/1967) – "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
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