Protectia Anticoroziva a Constructiilor Metalice
Protecția anticorozivă a construcțiilor metalice
Cuprins
Lista tabelelor și a figurilor
Lista abrevierilor
Prefața
Capitolul 1.
COROZIUNEA. CONCEPTE DE BAZĂ ÎN COROZIUNE. CONDIȚII ȘI CERINȚE PENTRU ASIGURAREA PROTECȚIEI ÎMPOTRIVA COROZIUNII
1.1 Cauzele coroziunii
1.2 Clasificarea coroziunii
1.3 Implicații economice și importanța prevenirii și/sau reducerii coroziunii
1.4 Principii și criterii, privind concepția și proiectarea, pentru protecția împotriva coroziunii a construcțiilor din oțel
Capitolul 2.
SISTEME DE PROTECłIE ANTICOROZIVĂ A CONSTRUCłIILOR DIN OȚEL
2.1 Condiții generale
2.2 Alcatuirea generală a sistemelor de protecție anticorozivă
2.3 Avantajele zincării termice față de alte procedee de acoperire de suprefețe metalice
Capitolul 3.
ZINCAREA TERMICĂ A ELEMENTELOR DIN OȚEL PENTRU PROTECȚIA ANTICOROZIVĂ
3.1 Rezistența la coroziune asigurată de zincarea termică
3.2 Mecanismul de protecție anticorozivă a oțelului prin procesul de zincare termică
3.3 Fluxul tehnologic al procesului de zincare
3.4 Caracteristici fizice
3.5 Proiectarea și execuția produselor care urmează să fie zincate termic
3.6 Verificarea calității acoperirilor de zinc depuse termic
3.7 Asamblarea produselor din oțel zincate termic
Capitolul 4.
STUDIU DE CAZ. ANALIZA COMPARATIVĂ ECONOMICĂ: ZINCARE TERMICĂ – PELICULĂ DE VOPSEA
4.1 Aspecte economice
4.2 Estimarea și compararea costurilor toatale (whole – life cost)
Concluzii
Bibliografie
(Anexa 6)
Lista figurilor (exemplu)
Figura 1.1: Denumire 12
Figura 1.2: Denumire 12
Figura 1.3: Denumire 13
Figura 2.3: Denumire 30
Figura 3.1: Denumire 54
Figura 3.3: Denumire 58
Lista tabelelor (exemplu)
Tabel 1.1: Denumire 12
Tabel 1.2: Denumire 13
Tabel 1.3: Denumire 14
Tabel 2.4: Denumire 25
Tabel 3.1: Denumire 38
Tabel 3.2: Denumire 40
CAPITOLUL 1 – COROZIUNEA. CONCEPTE DE BAZĂ ÎN COROZIUNE. CONDIȚII ȘI CERINȚE PENTRU ASIGURAREA PROTECȚIEI ÎMPOTRIVA COROZIUNII
Coroziunea metalelor reprezintă un proces de distrugere spontană a acestora în cursul interacției lor chimice, electrochimice și biochimice cu mediul înconjurător. Coroziunea este un proces nedorit.
Coroziunea mai poate fi definită ca: distrugerea materialelor, a metalelor și aliajelor în special, sub acțiunea mediului înconjurator Distrugerea poate fi parțială, totală sau poate antrena modificari ale proprietăților materialelor facându-le să devină inutilizabile. Coroziunea este interpretată uneori impropriu ca uzura unei piese sau ca distrugerea unei structuri.
Cauzele coroziunii
Faptul că majoritatea metalelor se găsesc în natură sub formă de combinații, este dovada cea mai bună a tendinței naturale a metalelor de a trece de la starea metalică, caracterizată printr-un conținut ridicat de energie, într-o stare cu un conținut redus energetic. Scaderea energiei produsă în urma acestei modificări este măsura tendinței de reacție a metalului cu mediul său și este exprimată în termeni fizici prin variația entalpiei libere de reacție ΔG. ΔG < 0: tendința de reacție (fără a da nici un fel de informații asupra vitezei cu care ea se desfășoară ), iar ΔG > 0 arată imposibilitatea reacției în mediul considerat.
Figura 1.1 – Reprezentarea tendinței naturale de coroziune a metalelor
In condiții atmosferice normale, la pH=7, în prezența oxigenului, metale ca Au, Ir, Pt, Pd arată un ΔG > 0 și, deci, nereacționabilitate. Aceste metale, cunoscute ca metale rare, sunt singurele care se găsesc în stare metalica pură în natură. Toate celelalte metale posedă tendința de a forma compuși și deci, de a se coroda.
Bazele coroziunii au fost puse încă din anul 1830 de către August de la Rive, prin teoria elementelor locale de coroziune, conform căreia cauza coroziunii este eterogenitatea chimică a suprafețelor metalice, producătoare de cupluri galvanice de coroziune (sau pile locale). Cercetările ulterioare demonstrat faptul că și în cazul metalului perfect omogen (mercur și amalgame), procesul de coroziune decurge de asemenea după un mecanism electrochimic. Deci, principala cauza a coroziunii unui metalelor într-un mediu o constituie instabilitatea termodinamică a metalului respectiv în raport cu o formă oxidată a sa în același mediu.
Clasificarea coroziunii
Coroziunea se poate produce în diferite forme. Clasificarea coroziunii este de obicei bazată pe unul dintre următorii factori:
Natura agentului coroziv: In funcție de acesta, coroziunea poate fi: coroziune umedă și coroziune uscată. Coroziunea umedă apere în prezența lichidelor sau a umezelii; în timp ce coroziunea uscată se dezvoltă în urma reacției cu gazele la temperaturi ridicate.
Aspectul exterior al metalului: Coroziunea poate să fie uniformă atunci când metalul se corodează pe întreaga sa suprafață cu aceeași viteză, sau localizată, atunci când suprafețele afectate sunt mici.
Clasificare generală a coroziunii este dată în următoarea schema:
Figura 1.2 – Tipuri de coroziune.
Mecanismul coroziunii: implică coroziunea chimică, biochimică și electrochimică
• Coroziunea chimică implică procese în care metalul vine în contact cu agenții chimici (lichide sai gaze) și suferă reacții chimice obișnuite. Aceste reacții sunt pur eterogene fară gererare de curent electric.
• Biocoroziunea este cauzată de activitatea unor microorganisme, acestea folosesc suprafața metalului ca mediu de cultură. Coroziunea biochimică este însoțită de obicei si de alte tipuri de coroziune.
• Coroziunea electrochimică. Este cea mai importanta formă de coroziune si apare atunci când un metalul se află într-un mediu cu conductibilitate electrolitică.
Implicații economice și importanța prevenirii și/sau reducerii coroziunii
Pagubele provocate de către coroziune ating proporții uriașe. Conform datelor existente, aproape 1/3 din producția mondială de metal este scoasă din uz datorită coroziunii. Aproximativ 2/3 din metalul corodat este recupereat prin topire, înseamna că circa 10% din producția mondială se pierde definitiv ăn urma acțiunii distructive a coroziunii.
Pagubele datorate coroziunii sunt adesea legate nu numai de pierderile de metal, ci si de scoaterea din functiune a unor instalatii întregi, pentru a caror prelucrare si montare se cheltuieste mai mult decât costul materialului din care sunt facute (ex: Daca pentru sinele de cale ferata costul materialului depaseste costul de fabricatie, pentru alte produse cum ar fi masinile, avioanele, aparatele de precizie etc., costul de fabricatie depaseste cu mult costul materialului).
Controlul coroziunii este foarte important pentru că, nesupravegheata, poate deveni foarte costisitoare. Prin actiunea ei, aceasta poate duce la oprirea instalațiilor, iar costurile de întreținere și reparații vor crește. Uneori, insa, costurile preintampinarii totale, respectiv eliminarii coroziunii, pot fi foarte mari. De aceea, în urma unei analize atât economice cât și a lucrarilor ce trebuiesc efectuate, se poate realiza un echilibru între impactul coroziunii și cheltuielile pentru prevenirea acesteia. Prin prevenirea coroziunii s-a constatat că 25 % din cheltuielile anuale legate de coroziune pot fi eliminate. Cheltuielile anuale legate de coroziune reprezintă circa 16% din valoarea instalațiilor și echipamentelor. Se impune ca la proiectarea și execuția instalațiilor și echipamentelor, respectiv la modificările majore sau reparațiile instalațiilor existente trebuie să se țină cont de aspectele legate de controlul coroziunii.
Reducerea cheltuielilor inca din faza de proiectare se poate realiza prin alegerea materialelor rezistente la coroziune, aceste cheltuieli fiind mult mai mici decât acțiunile de înlăturare a cauzelor atunci când construcția echipamentelor și instalațiilor s-a încheiat.
Aproape toate tipurile de coroziune pot fi anticipate, observate, controlate. Coroziunea poate provoca defecte ascunse în afara celor cunoscute, cum ar fi:
Distrugerea structurilor și pierderile de materiale.
Produsele de coroziune pot să contamineze alimentările cu apă sau combustibil cauzând atât probleme tehnice cât și probleme legate de sănătatea oamenilor. În general, echipamentele sunt proiectate ca să reziste în condiții medii, iar atunci când se folosesc într-un mediu coroziv este nevoie de protecție suplimentară.
Contaminarea mediului datorită scurgerilor de combustibil și de materiale periculoase reprezintă o problemă importantă în legătură cu mediul. De obicei, cheltuielile făcute pentru eliminarea acestor materiale sunt mult mai mari decât cele asociate controlului coroziunii.
Coroziunea poate avea un impact mare asupra funcționării întreprinderilor deoarece poate cauza creșteri de emisii poluante. În unele cazuri, chiar produșii de coroziune sunt foarte periculoși și de aceea coroziunea trebuie controlată pentru a preveni poluarea mediului.
De asemenea, controlul coroziunii poate reduce cheltuielile cu manopera pentru inlaturarea efectelor coroziunii.
Principii și criterii, privind concepția și proiectarea, pentru protecția împotriva coroziunii a construcțiilor din oțel
La conceperea și proiectarea construcțiilor din oțel, se vor avea în vedere următoarele principii, pentru asigurarea durabilității acestor construcții prin măsuri de protecție împotriva coroziunii:
Măsurile de protecție împotriva coroziunii se referă la ansamblul de acțiuni întreprinse începând de la conceperea și alcătuirea elementelor construcției și continuate pe parcursul executării și exploatării acesteia. Aceste măsuri se referă, în principal, la :
conceperea, alcătuirea și proiectarea elementelor/construcției, cu luarea în considerare a acțiunii corozive a mediului asupra acesteia;
prevederea sistemelor adecvate de protecție anticorozivă;
asigurarea executării corespunzătoare a lucrărilor de protecție, astfel încât să nu fie favorizată inițierea acțiunii corozive;
întreținerea/mentenanța sistemelor de protecție anticorozivă pe durata exploatării construcției;
evitarea accentuării condițiilor de mediu agresiv pe durata exploatării, în special prin asigurarea funcționalității tuturor elementelor construcției (hidroizolație, ventilații, instalații ș.a.).
Măsurile de protecție împotriva coroziunii se stabilesc prin proiect, pentru toate aspectele arătate, cu un grad de detaliere diferențiat, determinat de clasa de corozivitate a mediului și de sensibilitatea la coroziune a elementelor/construcției. Măsurile adoptate trebuie să asigure o protecție uniformă pentru toate zonele elementelor sau construcției.
Măsurile de protecție împotriva coroziunii sunt indisolubil legate de concepția și alcătuirea elementelor și a construcției în ansamblu, pentru fiecare proiect, și, în consecință, acestea trebuie să fie adoptate și rezolvate concomitent și având în vedere interdependența dintre ele.
La conceperea și proiectarea construcțiilor din oțel trebuie ca, din colectivul de proiectare, să facă parte – direct sau prin colaborare – personal de specialitate în problemele de coroziune. Este necesar, de asemenea, ca pentru rezolvarea unor situații deosebite să fie asigurată colaborarea unor laboratoare de specialitate, pentru caracterizarea unor medii sau materiale.
Concepția și detalierea măsurilor de protecție împotriva coroziunii trebuie să ia în considerare toate aspectele, până la detaliu, atât pe cele legate de manipulare, depozitare, transport, precum și de executare a lucrărilor (spre exemplu pentru unele zone ale sudurilor la montare la poziție), cât și pe cele legate de întreținere/mentenanță.
Pe lângă asiguraraea unei protecții anticorozive adcevate, soluțiile adoptate pentru sistemele de protecție anticorozivă trebuie să respecte prevederile legale privind:
rezistența la foc (dacă este cazul);
reacția la foc;
emisia de substanțe periculoase.
Eventualele cereri de înlocuire/modificare, la executarea lucrărilor, a unor elemente constructive, produse sau tehnologii utilizate, trebuie să fie analizate și sub aspectul implicațiilor și eventualelolubil legate de concepția și alcătuirea elementelor și a construcției în ansamblu, pentru fiecare proiect, și, în consecință, acestea trebuie să fie adoptate și rezolvate concomitent și având în vedere interdependența dintre ele.
La conceperea și proiectarea construcțiilor din oțel trebuie ca, din colectivul de proiectare, să facă parte – direct sau prin colaborare – personal de specialitate în problemele de coroziune. Este necesar, de asemenea, ca pentru rezolvarea unor situații deosebite să fie asigurată colaborarea unor laboratoare de specialitate, pentru caracterizarea unor medii sau materiale.
Concepția și detalierea măsurilor de protecție împotriva coroziunii trebuie să ia în considerare toate aspectele, până la detaliu, atât pe cele legate de manipulare, depozitare, transport, precum și de executare a lucrărilor (spre exemplu pentru unele zone ale sudurilor la montare la poziție), cât și pe cele legate de întreținere/mentenanță.
Pe lângă asiguraraea unei protecții anticorozive adcevate, soluțiile adoptate pentru sistemele de protecție anticorozivă trebuie să respecte prevederile legale privind:
rezistența la foc (dacă este cazul);
reacția la foc;
emisia de substanțe periculoase.
Eventualele cereri de înlocuire/modificare, la executarea lucrărilor, a unor elemente constructive, produse sau tehnologii utilizate, trebuie să fie analizate și sub aspectul implicațiilor și eventualelor modificări privind măsurile de protecție împotriva coroziunii. Acestea trebuie să fie stabilite de către proiectant, prin aplicarea principiilor de mai sus la situația nou creată, după caz.
Principalele criterii pentru stabilirea și alegerea sistemelor de protecție anticorozivă sunt următoarele :
corelarea între caracteristicile implicate ale materialelor și clasa de corozivitate preconizată ;
asigurarea protecției pentru o diversitate mai mare privind natura mediului, pentru o aceeași clasă de corozivitate ;
durabilitatea sistemelor și produselor de protecție anticorozivă utilizate ;
simplitatea verificării calității acestora la executare și a performanțelor în timp;
raportul eficacitate/complexitate;
accesibilitatea pentru executarea lucrărilor de protecție anticorozivă și monitorizarea comportării in situ;
raportul între executarea în atelier și pe șantier (la montare), în special sub aspectul asigurării calității;
raportul eficacitate/cost total;
raportul cost inițial/cost mentenanță.
Condiții la proiectare pentru protecția împotriva coroziunii
Principalele condiții și cerințe de bază ce trebuie avute în vedere la proiectare pentru protecția împotriva coroziunii, se referă la:
– alegerea materialelor pentru elementele de construcție;
– alcătuirea constructivă;
– accesibilitatea pentru executarea lucrărilor de protecție anticorozivă și monitorizarea comportării in situ;
– alegerea sistemelor de protecție anticorozivă aplicate pe suprafața elementelor din oțel.
Alegerea materialelor constitutive ale elementelor/construcțiilor se referă la corelarea dintre clasa de corozivitate a mediului și categoriile de oțel, caracterizate prin rezistența la coroziune, din care sunt constituite elementele de construcție, precum și elementele de asamblare (șuruburi și piulie, șaibe, nituri, electrozi pentru sudură ș.a.). Având în vedere criteriile menționate mai sus, alegerea materialelor componente trebuie să constituie o bază pentru prevenirea coroziunii, care răspunde îndeosebi criteriilor (a) – (c); (h); (i).
Condițiile privind alcătuirea constructivă au în vedere următoarele:
– forma (deschisă sau chesonată) și poziția relativă a elementelor componente în secțiuni;
– grosimea în secțiune și mărimea suprafeței perimetrale (expusă);
– îmbinările și zonele de rezemare;
– vecinătatea cu elemente din alte materiale.
Forma și poziția relativă a elementelor componente în secțiuni, trebuie să fie astfel încât să nu favorizeze inițierea și dezvoltarea coroziunii. Principalele condiții, în acest sens, se referă la :
Evitarea posibilității de acumulare a apei/condensului și a materialelor pulverulente din aer. În acest scop :
Profilele concave vor fi amplasate cu concavitatea orientată astfel încât să nu rețină apa/condensul și materialele pulverulente (exemplificări de principiu în fig. 1.3).
Figura 1.3 – Evitarea posibilității de acumulare a apei/condensului și a pulberilor din aer
Profilele chesonate care nu permit accesul în interior (țevi, secțiuni închise realizate prin sudură ș.a.) vor fi prevăzute cu găuri de ventilare interioară, având în vedere că închiderea etanșă a acestor profile nu se realizează, de regulă, și oferă astfel, o probabilitate foarte mare de inițiere și dezvoltare a coroziunii interioare, care nu poate fi depistată și controlată. Găurile de ventilare vor fi suficient de mari și astfel amplasate încât să asigure circulația permanentă a aerului, fără a permite intrarea directă a apei.
Zonele de îmbinare a elementelor componente care pot crea interstiții de acumulare, vor fi evitate, astfel (exemplificări în fig. 1.4):
prin amplasarea corespunzătoare a plăcilor/fururilor alăturate;
prin suduri continue, având profilul corespunzător;
prin adoptarea unor soluții de îmbinare adecvate.
necorespunzător corespunzător
Figura 1.4 – Evitarea amplasarea plăcilor/fururilor alăturate
Figura 1.5 – Închiderea prin sudură continuă
Evitarea detaliilor de îmbinare care pot crea interstiții de acumulare a apei/condensului și pulberilor din aer
La înglobarea elementelor metalice în beton sau zidărie, se vor prevedea detalii de alcătuire care să asigure îndepăratrea apei (exemplificare în fig. 1.6). Aplicarea sistemului de protecție anticorozivă pe elementul din oțel astfel încât ptotecția să pătrundă cca. 5 cm în beton.
Necorespunzător Corespunzător
Figura 1.6 – Element metalic înglobat în beton (zidărie)
Limitarea distanței minime dintre profilele care alcătuiesc o secțiune compusă, conform precizărilor din fig. 1.7.
Figura 1.7 – Distanțe minime dintre profilele care alcătuiesc o secțiune compusă.
În cazul în care din calculul de rezistență rezultă că nu se poate respecta această condiție, se vor lua măsuri adecvate, ținând seama de inaccesibilitatea spațiului dintre profile și de clasa de corozivitate a mediului.
muchie vie muchie șanfrenată muchie rotunjită
necorespunzător acceptabil corespunzător
Figura 1.8 – Prelucrarea muchiilor sau reliefurilor datorită sudurii
Această condiție se aplică, în funcție de clasa de corozivitate a mediului și în măsura în care este impusă de sistemul de acoperire utilizat.
Decuparea prevăzută în rigidizări pentru a asigura continuitatea sudurii elementelor principale (spre exemplu talpă-inimă), trebuie sa permită și prelucrarea acestei suduri, dacă este cazul, precum și aplicarea sistemului de protecție prevăzut (exemplificare în fig. 1.9)
Figura 1.9 – Conceptie recomandata pentru rigidizari, pentru protectia impotriva coroziunii
mai usor de uzinat, insa protectia anticoroziva se aplica mai greu in zona de racordare
mai dificil de uzinat, insa protectia anticoroziva se aplica mai usor in zona de racordare
Grosimea în secțiune și mărimea suprafeței perimetrale (expusă) a elementelor care alcătuiesc structura de rezistență a construcției, inclusiv a celor care asigură contravântuirea, sunt caracteristici ale secțiunilor elementelor, care rezultă din dimensionarea la rezistență și stabilitate, dar trebuie să îndeplinească și condițiile privind protecția împotriva coroziunii, precizate în continuare.
Grosimea minimă a pieselor care alcătuiesc elementele de rezistență, inclusiv rigidizările acestora, precum și a celor care realizează contravântuirea, va fi conform tabelului 1.1.
Tabelul 1.1 – SR EN ISO 1461: Grosimea minimă a acoperirii pe piese centrifugate
în care:
rcor – viteza de coroziune
La verificarea proiectelor, acestea trebuie să obțină un aviz explicit, privind rezistența la coroziune, în cazurile în care:
Îmbinările, care constituie zone sensibile la coroziune, trebuie reduse, ca număr, la minimum și trebuie să fie alcătuite având în vedere condițiile prevăzute în continuare, pe tipuri de îmbinări.
La îmbinările prin sudură :
rezistență la coroziune, în mediul agresiv respectiv, a materialului de adaos (electrozi, sârmă ș.a.), precum și a zonei influențată termic;
prelucrarea suprafeței, pentru îndepărtarea neregularităților și crearea condițiilor optime de aplicare a sistemelor de protecție anticorozivă;
precizarea condițiilor speciale, după caz, pentru protecția în zona sudurilor de montaj, executate pe șantier (pentru ambele fețe ale zonei sudate).
La îmbinările cu șuruburi (inclusiv pretensionate) sau nituri :
compatibilitatea între materialele în contact (piesele îmbinate, șaibe, șuruburi, piulițe, nituri), pentru a nu forma pile de coroziune;
precizarea condițiilor pentru protecția în zona îmbinărilor definitive, precum și a celor demontabile, dacă este cazul (având în vedere și condițiile impuse de proiectarea de rezistență, privind starea suprafețelor în contact).
Zonele de rezemare sunt, de asemenea, sensibile la coroziune, atât datorită expunerii la mediul agresiv, cât și a faptului că sunt supuse unor concentrări de eforturi și deplasărilor relative între elementele componente. Pentru aceste zone se vor avea în vedere următoarele condiții :
compatibilitatea între materialele în contact pentru a nu forma pile de coroziune ;
compatibilitatea între sistemele de protecție anticorozivă și condițiile, determinate prin calcul, privind presiunile locale și deplasările relative între piesele componente;
accesibilitatea pentru verificarea periodică, prin observare directă, a suprafețelor pieselor componente.
Vecinătatea cu elemente din alte materiale se referă la contactele directe cu acestea, cum sunt, spre exemplu : fundații sau reazeme din beton; reazeme din neopren sau alte materiale; pereți sau tavane din cărămidă sau lemn (lipite de metal sau cu rosturi închise cu materiale de etanșare, cum sunt spumele poliuretanice). Pentru aceste zone se vor avea în vedere următoarele condiții:
protecția suprafețelor metalice considerând cel puțin situația în care umiditatea este de 100% (producerea condensului, pe diferite perioade și la diferite intervale de timp) pe aceste suprafețe;
mediul agresiv care poate apare, în prezența umidității și a produselor din materialele alăturate (inclusiv, spre exemplu, produse pentru tratarea lemnului, dacă este cazul);
electricitatea statică sau curenții de dispersie (vagabonzi), care pot să apară datorită sau în prezența acestor materiale.
Accesibilitatea elementelor din oțel, a celor structurale în orice situație, este o condiție de bază pentru asigurarea realizării lucrărolor de protecție și a întreținerii sistemelor de protecție anticorozivă, deoarece:
permite efectuarea lucrărilor de pregătire a suprafeței elementelor de construcții din oțel și de aplicare a produselor de protecție anticorozivă
permite investigarea periodică, prin observare directă și efectuarea unor determinări/măsurări, pentru a stabili starea sistemelor de protecție anticorozivă;
permite efectuarea lucrărilor de intervenție, începând cu remedierea sistemelor de protecție anticorozivă, în cazul în care se constată degradarea acestora, înainte de a începe procesul de coroziune a oțelului.
CAPITOLUL 2 – SISTEME DE PROTECȚIE ANTICOROZIVĂ A CONSTRUCȚIILOR DIN OȚEL
Condiții generale
Sistemele de protecție anticorozivă a construcțiilor din oțel se aleg în funcție de clasa de corozivitate a mediului, de starea suportului de oțel, de durabilitatea estimată a protecției și de considerente economice.
Protecția împotriva coroziunii este, de regulă, cu atât mai economică, cu cât are o durabilitate mai ridicată, deoarece astfel se reduc la minimum lucrările de întreținere/refacere a protecției pe durata de serviciu a construcției.
Durabilitatea sistemelor de protecie anticorozivă aplicate pe suprafețele de oțel se clasifică în trei clase de durabilitate :
durabilitate limitată (L) : 2…5 ani ;
durabilitate medie (M) : 5…15 ani ;
durabilitate ridicată (R) : peste 15 ani.
Principalii factori care determină durabilitatea sistemelor de protecție anticorozivă aplicate pe suprafețele de oțel sunt următorii :
concepția structurii ;
calitatea produselor folosite pentru protecție ;
starea inițială a suportului ;
eficacitatea pregătirii suportului ;
condițiile de aplicare ;
calitatea aplicării ;
condițiile de expunere după aplicare.
Elementele de construcții din oțel expuse la acțiunea corozivă a mediului și care, după montaj, nu mai sunt accesibile, se vor proteja împotriva coroziunii în așa fel încât, pe durata de serviciu a construcției să nu afecteze durabilitatea acesteia. In cazul în care accesul pentru aplicarea sistemului de protecție anticorozivă pe suprafața suportului de oțel nu este posibil, se vor prevedea alte măsuri, ca de exemplu : execuția elementelor de construcții dintr-un material rezistent la coroziune, supradimensionarea elementelor pentru compensarea pierderilor prin coroziune, asigurarea posibilității înlocuirii elementelor degradate datorită coroziunii.
În cazul reperelor din oțel protejate exclusiv prin zincare se va prevedea tratamentul îmbinărilor sudate prin polisare și aplicarea unei paste de zincare la rece.
Principalele criterii și niveluri de performanță care trebuie satisfăcute de stratul suport de oțel (oțel zincat) pe suprafața căruia se aplică sistemele de protecție anticorozivă sunt precizate în urmatorul tabel:
Tabelul 2.1 – GP 111-2004: Criterii și niveluri de performanță pentru sistemele de protecție anticorozivă
La aplicarea sistemelor de protecție anticorozivă trebuie să se respecte reglementările în vigoare privind protecția mediului înconjurător, măsurile de protecția muncii și măsurile privind prevenirea incendiilor.
Alcătuirea generală a sistemelor de protecție anticorozivă
În tabelul următor sunt prezentate tipurile, alcătuirea generală a sistemelor de protecție anticorozivă aplicate pe suprafața elementelor de construcții din oțel, precum și domeniul de utilizare a acestora.
Tabelul 2.1 – GP 111-2004: Alcătuirea sisitemelor de protecție anticorozivă
Sisteme de acoperiri prin vopsire
Zincarea ca și sistem de protecție anticorozivă intră în acoperiri metalice și poate fi întâlnită sub urmatoarele forme:
Tabelul 2.3 – GP 111-2004: Sisteme de acoperiri metalice
Avantajele zincării termice față de alte sisteme de protecție anticorozivă
Zincarea termică este sistemul care oferă o bună protecție anticorozivă a constructilor metalice.
Principalele avantaje ale acestui sistem sunt:
Procedeul este mai economic în comparatie cu alte tehnologii, în special cea prin aplicarea de peliculelor de vopsea.
Durata medie de viață a stratului protector de zinc este de 20 de ani, poate ajunge chiar la 50 de ani, în funcție agreside mediul ambiant.
Oferă o acoperire uniformă, astfel întreaga suprafață care vine în contact cu aerul este protejată.
Zincarea termică se execută în fabricii și nu necesită o pregătire exigentă a suprafețelor elementelor metalice.
Verificarea stării acoperii cu zinc este mult mai facilă față de acoperirea cu peliculă de vopsea.
Acoperirea prin zincare termică prezintă o rezistență sporită la vibrații față de alte sisteme de protecție anticorozivă.
Figura 1.1 – Comparație între diversele procedeea folosite în protejarea oțelului
Figura 1.2 – Durabilitatea în relație cu grosimea stratului de Zn și mediul înconjurător
AVANTAJELE ZINCĂRII TERMICE
Zincarea termică ca sistem de protecție anticorozivă este folosită de aproape 150 de ani, bazele ei fiind puse de Paul Jacques Malouin în anul 1742, până în prezent tehnologia nu a primit modificări, deci a permis să fie efectuată în aceleași condiții tehnice stabile. Au fost aduse îmbunătățiri ale stratului de zinc depus în scopul prelungirii duratei de viață. Zincarea termică este primul sistem folosit pentru protecția anticorozivă a oțelului.
Stratul de zinc depus este cea mai durabilă protecție anticorozivă aplicată pe suprafața elementelor de oțel, comparativ cu restul procedeelor. Stratul protector ce rezultă după zincarea termică, rezistă cca. 70 de ani în zonele rurale și între cca. 20-30 de ani în zonele urbane, funcție de nivelul gradului de poluare.
Viteza de corodare este foarte redusă; la contactul cu aerul, stratul de zinc depus este corodat cu o viteză de 0,1-7 μm/an în funcție de gradul de agresivitate al mediului, în timp ce oțelul fară o protecție anticorozivă prezintă o viteza de corodare de cca 1,5 -200 μm/an. Durata de viață a unui strat de zinc depus termic este cca 50 – 100 de ani. La o umiditate de max. 60%, și o poluare redusă a aerului ce vine în contact cu zincul viteza de corodare este foarte redusă.
Zincarea termică este o tehnologie care care prezintă reliabilitate foarte ridicată (fidelitate).
Fidelitatea, conform ISO 1461, reprezintă probabilitatea ca un dispozitiv sau proces să funcționeze corect pe o perioadă de timp specificată și în condiții prestabilite (altfel spus: ceea ce dă rezultate în laborator dă rezultate și în lumea reală).
Exemplu:
Utilizând metodele din statistică, se poate determina reliabilitatea factorilor ce influențează stratul de protecție în raport cu factorii ce afectează calitatea stratului.
Pentru pelicula de vopsea, acești factori sunt:
starea inițială a suprafeței oțelului (prezența ruginii, contaminări);
pregătirea suprafeței oțelului (metoda de sablare, metoda de vopsire, accesul);
mediul in care se execută vopsirea (umed, uscat, punct de rouă);
calitatea materialelor și experiența personaluluit (echipamentul de vopsire, brand-ul vopselei) ;
condițiile și mediului de întărirea a vopselei (umiditate, temperatură, calitatea aerului);
manipularea pieselor după întărirea stratului de vopsea (gradul de uscare a stratului de vopsea, mijloacele de împachetare și transport folosite, depozitarea);
În cazul zincării, calitatea stratul obținut este influențat de:
tratamentul chimic al pieselor de oțel;
reacțiile metalurgice care apar la contactul piesei de oțel și zincul topit în procesul de zincare.
Putem observa că pentru a obține o protecței anticorozivă de calitate, factorii de care trebuie sa ținem cont pentru sistemul de protecție prin vopsire depășesc numeric pe cei corespunzatoari sistemului de protecție prin zincare termică.
Rezultă că reliabilitatea sistemului de protecție prin zincare termică, este net superioară celei ce corespunde sistemului de prtecție prin vopsirie.
Mentenabilitatea, siguranța și securitatea stratului obținut prin zincare termică sunt însușiri net superioare sistemului de protecței prin vopsire.
Stratul de protecție depus prin zincare poate fi inspectat mult mai ușor fața de cel depus prin vopsire.
Predictibilitatea, durabilitatea stratului de zinc depus în procesul de zincare termică, este determinată de gradul de coroziune al Zn în mediul specific, cât și de grosimea stratului. În general procesul de corodare al Zn are loc uniform, astfel că stratul depus prin zincare termică este predictibil în mai toate cazurile în care se respectă tehnologia.
Cerințe reduse privind mentenanța / Costuri reduse pe termen lung – Chiar dacă serviciul de zincare presupune costuri mai mari inițial, pe termen lung acest sistem de protecție este mai avantajoas comparativ cu alte procedee, deoarece stratul de zinc depus are o viață lungă, iar costurile necesare cu întreținerea (mentenanța) sunt reduse. În cazul altor procedee de protecție costurile cu mentenața sunt mult mai mari, mai ales în situația în care structurile se găsesc la distanțe mari față de furnizorul de servicii.
Stratul de zinc depus termic prezintă durabilitate mult mai mare, net superioară altor sisteme de protejare și astfel se asigură o rezistență mecanică mare la transport, montaj și depozitare.
Protecția zonelor de dimensiuni mici care au fost deteriorate. Stratul de zinc furnizează o protecție catodică (de sacrificiu a Zn, prin realizarea unui cuplu electrochimic între Zn și Fe) zonelor de dimensiuni mici care au fost deteriorate din diverse motive. Această protecție suplimentară nu mai face necesară intervenția ulterioară pentru refacerea stratului de protectie.
Protecția totală. Stratul de zinc acopera toate părțile componente ale unei piese metalice, inclusiv cele ascunse. Astfel suprafețele sunt acoperite uniform și pot fi protejate cu multă ușurință și spre deosebire de alte procedee.
Inspectarea ușoară. Calitatea suprafețelor zincate poate fi verificată foarte ușor (chir cu ochiul liber) în timp ce grosimea stratului depus poate fi măsurată prin procedee nedistructive.
Piesele zincate termic pot fi montate direct, fără să mai necesite corecții sau inspecții ale suprafețelor. După montare structura poate fi utilizată imediat spre deosebire de alte sisteme de protecție (cazul vopsirii) – în care după asamblarea componentelor, mai sunt necesare corecții ale suprafețelor.
Durata porocesului de zincare termică dureză câteva minute, față de un sistem de cu peliculă de vopsea în trei straturi (strat grung + strat intermediar + stat final) care poate dura 1-3 zile.
Nu necesită o pregătire prealabilă a suprafețelor ca în cazul altor procedee (de exeplu nu este necesară operația de sablare)
Nu conține solvenți (substanțe volatile) daunători sănătății ca în cazul vopsirii sau revopsirii libere.
Stratul de zinc nu este inflamabil în caz de incendiu, ca la vopsire.
Există un singur standard SR EN ISO 1461:2009 – Acoperiri prin zincare termică ale fierului și oțelului specificații și metode de testare.
Cost redus cu manopera (cca 30% din total costurilor), zincarea fiind o tehnologie care se realizează mecanizat în unități specializate comparativ cu sistem de protecție cu peliculă de vopsea care poate atinge 60% din total costurilor (dacă este necesară și pregătirea suprafețelor prin sablare).
Zincarea termică reprezintă principala sursă de recirculare a zincului (cca 30%). Prin retopire zincul poate fi recuperat și reutilizat.
Rezistența la vibrații
Zincarea termică față de alte protecții cum ar fi vopsirea sau zincarea electrochimică, are o mare rezistentă la vibrații, fapt confirmat de studiile făcute. Din acest motiv este recomandată în sectorul auto, în industrie, și în construcția de poduri.
Zincarea termică este mai economică comparativ cu alte tehnologii, în special față de vopsire. Costul pe întreaga durată de viață a structurii pentru un sistem de protecție anticorozivă cu peliculă de vopsea este cu cca 50-60% față de zincarea termică.
Produsele zincate termic sunt reciclabile. Oțelul zincat poate fi reciclat în cuptoare electrice (EAF), unde zincul ce se volatilizează este colectat.
Protecția prin zincare termică, afectează mai puțin mediul, comparativ cu vopsirea.
Figura 1.3 – Comparație între diversele procedee folosite în protejarea oțelului
CAPITOLUL 3– ZINCAREA CONSTRUCȚIILOR DIN OȚEL PENTRU PROTECȚIA ANTICOROZIVĂ
Zincarea termică este primul sistem de protecție anticorozivă, utilizat în urmă cu 150 ani pentru acoperirea tablelor ondulate din oțel și care s-a dezvoltat continuu. Zincarea termică prezintă o serie de avantaje tehnico- econimice la care se adaugă simplitatea procesului în execuție, fapt pentru care este o tehnologie care a reușit să țină pasul în competiția cu alte sisteme de protecție.
Rezistența la coroziune
Durata de viață a unei acoperiri prin zincare este invers proporțională cu nivelul de poluare a aerului care vine in contact cu elementele din oțel.
Rezistența la coroziune atmosferică
Rezistența la coroziune obținută prin zincarea termică depinde de grosimea pieselor de oțel, grosimea stratului protector, calitatea filmului care se formează la suprafața zincului și de nivelul de corozivitate atmosferic. La scoaterea din baia de zinc, suprafața piesei de oțel are aspect strălucitor și curat. Cu timpul, aceasta este acoperită cu o patină gri – întunecată, datorită prezenței în atmosferă a apei, oxigenului și dioxidului de carbon ce intră în reacție cu zincul. În urma reacței se formeză un strat stabil care prezintă aderență la zinc și duritate ridicată.
Dioxidul de sulf (SO2) este principalul agent coroziv al stratului de zinc și este întâlnit în zonele industriale și urbane. El favorizează foarte mult coroziunea atmosferică a zincului.
În medile cu o concentrație constantă de dioxid de sulf (SO2) viteza de coroziune a zincului se desfășoară după o lege liniară (este constantă). Astfel se poate estima durata de viață a stratului de zinc într-un mediu dat prin efectuarea de măsurători periodice a grosimii acestuia. Evaluarea performanțelor elementelor zincate termic necesită o analiză complexă datorită diversității mediilor în care lucrează. În literatura de specialitate au fost publicate o serie de modele de apreciere a duratei de viață a sistemelor de protecție în diferite medii.
La începutul anilor ’70 au fost puse bazele pentru aprecierea duratei de viață pentru sistemele de protecție anticorozivă. De atunci și până în prezent, nivelul de dioxid de sulf (SO2) din atmosferă a scăzut considerabil. Mai jos în figura 4.1 este prezentat un grafic care ilustrează legătura directă între concentrația de SO2 și viteza de coroziune a zincului. Se poate observa că datorită scăderii semnificative a concentrației de SO2 durata de viață a acoperirilor prin zincare termică a crescut semnificativ din anul 1970. Pentru o bună estimare a duratei de viață este necesară actualizarea datelor privind nivelul SO2 în atmosferă.
Figura 4.1 – Reducerea nivelului de dioxid de sulf în Stockholm începând din anul 1978
Tabelul 4.1 – Vitezele de coroziune a zincului în diferite medii conform SR EN 14713
Rezistența la coroziune în diferite medii
Produse aflate în medii interioare
O prejudecată des întâlnită, este aceea că, coroziunea nu se produce în medii interioare. În realitate, datorită variației de temperatură și a ventilații necorespunzătoare a spațiului se formează condens, care poate provoca o coroziune agresivă a elementelor din oțel neprotejate sau protejate necorespunzător. În schimb dacă elemente de oțel sunt zincate termic, acestea poate rezista pe o durată de 40- 50 de ani. Zincarea termică s-a extins și la elemente din oțel aflate la interior precum bazinele de înot sau fabricile de bere ș.a. Cel mai întâlnit caz este atunci când elementele de oțel neprotejate sunt depozitate în spații necorespunzător amenajate din cauza întârzierilor de asamblare sau de construcție, iar datorită condensului creat acestea sunt atacate de rugină.
Produse imersate in apă rece
Instalațiile din oțel folosite la distribuția apei sunt protejate anticoroziv prin zincare termică deoarece apa care este transportată conține săruri minerale care în contact cu zincul formeză la interior un strat dur de tartrați cu are rol de protecție.
Aceste straturi de tartrați poate prelungi durata de viața a instalațiilor la peste 50 ani. La transportarea apelor dulci cu conținut scazut de săruri protecția prin zincare termică nu este suficientă, deoarece stratul protector de tartrați nu se mai formează, preferându-se să se utilizeze protecția cu soluție bituminoasă aplicată în două straturi.
Mecanismul de protecție anticorozivă a oțelului prin zincare termică
Rezistența la coroziune a suprafețelor zincate: Caracterul mecanic de barieră și caracterul electrochimic de sacrificiu al stratului.
Caracterul de barieră
Stratul de zinc depus termic constituie o membrană/barieră de protecție, printr-o izolare mecanică a substratului împotriva coroziunii. În figura 5.10 este prezentată grosimea medie a acoperirii de zinc, obținută prin diferite procedee de zincare. Durata de protecție a elementelor de oțel este direct proporțională cu grosimea acoperiri acestora. Acoperirile mai groase conferă produselor o protecție ridicată și durată de viață mai mare.
Figura 5.10 – Grosimea acoperirilor de zinc obținute prin diferite procedee
Protecția oțelului prin reacția de sacrificiu a zincului
Datorită caracterului electronegativ al zincului (), față de al fierului (), în cuplul Zn-Fe, zincul devine catod (este protejat catodic).
După ce stratul de zinc depus este distrus în urma coroziunii, produșii care rezultă în urma reacței rămân pe suprafața oțelului și creează o membrană uniformă care asigură în continuare protecție anticorozivă prin izolarea piesei față de mediul exterior. Astfel în condițiile în care a fost distrus stratul de zinc, pentru pentru a împiedica formarea ruginii, se pot aplica straturi de vopsea direct pe substratul de zinc.
Dacă pelicula de vopsea nu este aplicată imediat după distrugerea startului de zinc, stratul de rugină care se formează în primă fază se dezvoltă sub vopsea și duce la exfolierea întegului strat deoarece procesul de corodare a oțelului este o reacție auto-catalitică.
Figura 5.11 – Schemă ce ilustrază consecințele defecțiunilor la diferite tipuri de acoperiri de protecție anticorozivă
Zincare termică: în acest caz în zona defectului se formeză o pilă galvanică Zn-Fe. Zincul din jurul defecțiunii se corodează, iar produșii care rezultă în urma reacției de crozine precipită pe suprafața oțelului din fisură creând o membrană de protecție și astfel oțelul în cazul unei fisuri în stratul de acoperire este protejat. Oțelul mai este protejat și prin faptl că este catod față de acoperirea de zinc, care este anod în pila galvanică de corozine ZN-Fe formată.
Vopsire: Oțelul este atacat de rugină acolo unde pelicula de vopsea este defectă (fisurată). Rugina apărută în zonele cu defecte ale stratului de vopsea, se extinde treptat pe sub filmul de vopsea, provocând exfolierea vopselei de pe suprafața elementului de oțel. Coroziunea oțelului fiind o reacție auto-catalitică, poate continua sub stratul de vopsea, dar poate fi diminuată sau oprită prin repararea defecțiunii.
Acoperire cu metale mai electropozitive decât oțelul (Cu; Ni; Cr): în acest cuplu oțel-stratul de acoperire cu metal mai electropozitiv ( cupru; nichel; crom), oțelul se corodează cu viteză mărită, comparativ cu viteza de coroziunii oțelului care nu a fost deloc protejat. Corozinea în acest caz ia adesea forma de corozine tip pitting, care se propagă în interiorul oțelului și poate chir să îl perforeze.
Desfășurarea procesului tehnologic de zincare
Pregătirea suprefețelor de oțel
În timpul laminării și forjării la cald a semifabricatelor, la suprafața acestora iau naștere oxizi, datorită condițiilor tehnologice în care au loc procesele de laminare și de forjare. De asemenea, în timpul transportului și depozitării, suprafețele semifabricatelor sunt supuse fenomenului de coroziune, fiind totodată posibilă și depunerea de impurități la suprafața acestora.
Realizarea unei protecții anticorozive de bună calitate implică două etape tehnologice:
Curățarea suprafețelor de oțel și fontă pentru înlăturarea oxizilor, grăsimilor și impurităților;
Imersarea în baia de zinc topit în vederea obținerii stratului de protecție anticorozivă;
Aplicarea stratului protector de zinc se poate face numai pe suprafețele metalice care sunt curate chimic. În general curățirea suprafețelor elementelor de oțel se poate face prin procedee manuale, mecanice, termice, chimice. Atunci când elemtele de construcții sunt confecționate din oțel proaspăt laminat este suficientă curățirea suprafețelor prin procedee chimice deoarece se face economie de timp și energie.
Pregătirea suprafețelor pieselor care urmează să fie zincate este realizată în trei etape distincte: degresarea, decaparea și fluxarea.
Degresarea are rolul de a îndepărta uleiurile de uzinare și alte impurități. Ea se realizează prin imersarea elementelor de oțel în soluție alcalină sau în soluție acidă. După ce este scos din baia de degresare piesele sunt clătite cu apa rece.
Decaparea are rolul de a îndepărta rugina, tunderul și așchiile rămase pe suprafața elementelor de oțel. Se realizează de regulă prin imersarea pieselor în soluție de acid clorhidric la temperatura de 20-25°C sau în soluție de acid sulfuric la 50-70°C. După ce este scos din baia de decapare piesele sunt clătite cu apa rece.
În cazul în care elementele de oțel prezintă urme de zgura de sudură sau vopsea veche vopseaua, acestea trebuiesc înlăturate prin procedee manuale sau mecanice deoarece nu pot fi îndepărtate prin etapele de curățire de mai sus.
Fluxarea are rolul de a înlătura ultimele urme de oxid de pe suprafața metalului pentru a obține o acoperire cât mai uniformă a stratului de zinc. Se realizează prin imersarea în soluție de clorură de amoniu sau clorură de zinc la temperatura de 70°C
Fluxul tehnologic al procesului de zincare termică este prezentat schematic în figura 3.1.
Figura 3.1 – Fluxul tehnologic al procesului de zincare termică
Procesul de zincare termică
După operațiile de curățare a suprafeței, piesele sunt imersate într-o baie de zinc topit (aprox. 450°C), pentru câteva minute. În momentul în care piesele de oțel sunt imersate în baia de zinc, dacă suprața metalului este perfect curată are loc reacția dintre Zn și Fe în urma căreia se formeză straturi de aliaj Fe – Zn, legate metalurgic de metalul de bază.
Timpul de imersie este de aproximativ 5-7 minute. Atunci când zincul topit trebuie să patrundă și în spațiile interioare ale pieselor alcătuite din țevi sau în cazul în care piesele care se zinchează sunt grele și de mari dimensiuni timpul de imersie poate fi prelungit. După scoaterea din baie, o parte din zincul topit rămâne pe stratul de aliaj. În urma răcirii acestui strat, rezultă o suprafață cu aspect strălucitor și lucios.
Piesele zincate termic sunt supuse tratamentului prin răcite in aer liber sau imersie în apa.
Condițiile din hala de zincare termică precum: temperatura, umiditatea, și calitatea aerului, nu afectează calitatea acoperirii zincate termic. În schimb, în cazul vopsirii aceste condiții influențează semnificativ calitatea straturilor de vopsea.
Stratul de zinc obținut prin zincare termică
După scoaterea produselor din baia de zincare și răcirea lor se încheie procesul de zincare termică. Confor diagramei Fe-Zn, începând de la suprafața acoperirii se formează următoarele faze: eta (ɳ) – zinc pur; zeta (Ʒ) – 6% Fe; delta (ɗ) – 10% Fe și gama (ɡ) – 23% Fe, care au durități diferite și care sunt atacate succesiv de coroziune. Grosimea diferitelor faze și grosimea totală a acoperirii depind de: calitatea oțelului, compoziția băii, temperatura și durata, viteza de extragere ș.a. În realitate, nu există o demarcație între oțel și zinc, ci o tranziție graduală printr-o serie de straturi de aliaj, care asigură o legătură metalurgică foarte bună. Procesele de difuziune din stratul de zinc încetează practic de la 300°C. Microstructura unei acoperiri zincate termic se prezintă ca în figura 3.2.
Figura 3.2 – Microstructura unei acoperiri tipice obținută prin zincare termică
Figura 3.3 – Reprezentarea schematică a unui strat de zinc obținut prin zincare termică
Grosimea acoperirii
Grosimile acoperirilor de zinc sunt în mod normal direct proporționale cu grosimea pieselor din oțel și de clasa de corozivitate a mediului în care urmează să fie exploatată construcția. Grosimile de acoperire sunt reglementate în SR EN ISO 1461.
Straturi mai subțiri sau mai groase
Atunci când se dorește obținerea unor grosimi mai mici ale acoperiri se apelează la centrifugare astfel:
– Suprafața pieselor este curățată prin degresare, decapare și fluxare;
– Piesele sunt introduse recipient tip cilindru perforat și imersate in baia de zinc timp de 5-10 minute.
– Se scoate recipientul iar acesta este centrifugat/ rotit cu viteză mare, pentru a înlătura surplusul de zinc și a asigura astfel un strat curat.
Acoperiri mai groase pot fi obținute prin creșterea rugozității suprafeței. Sablarea este cea mai practicată metoda de obținere a unor acoperiri mai groase de zinc.
Metoda are la bază acțiunea abrazivă a particulelor de nisip proiectate pe suprafețele metalice.
Prin sablare, oxizii sunt îndepărtați cu ajutorul unui jet de nisip de cuarț. Jetul este produs într-un ajutaj special (duză), racordat la rețeaua de aer comprimat. Operația de sablare se execută pe cale umedă (folosindu-se nisip umezit în prealabil) sau uscată, în interiorul aparatelor de sablare.
Instalațiile de sablare funcționează pe principiul aspirației, refulării sau gravitației. La aparatele de sablare construite pe principiul aspirației , aerul comprimat intră prin tub antrenând particulele de nisip aspirate , în interiorul camerei de amestec . Particulele de nisip de cuarț care se află sub influența aerului comprimat (p = 60… 70 N/cm2) creează, la ieșirea din camera de amestec, prin intermediul unui ajutaj special (duză), jetul necesar pentru efectuarea operației de sablare.
Semifabricatul sau piesa ce urmează a fi curățită prin sablare se așează sub ajutajul respectiv, la o distanță de circa 100 mm. Cu acest aparat de sablat se execută sablarea pieselor de dimensiuni mici. Nisipul trebuie să fie cernut fin, uscat, pentru a da astfel posibilitatea refolosirii lui în cadrul circuitului închis care se creează în interiorul rezervorului .
Sablarea suprafeței oțelului la Sa 2 ½ (ISO 7079) înaintea zincării termice, cu alice și bile din oțel, de mărimea G24, mărește rugozitatea suprafeței și crește aria suprafeței oțelului care intră în contact cu zincul topit. Aceasta va determina, în general, creșterea grosimii cu până la 50% (figura 3.4).
Figura 3.4 – Microstructura unei acoperiri groase obținute prin sablarea oțelului înainte de zincarea termică
Zincarea oțelurilor reactive
Acoperiri mai groase se pot obține și prin utilizarea oțelurilor reactive cu conținut de Si (Si˃0,25; 0,04˂Si˂0,12). Elementele chimice din oțel care au cea mai mare influență asupra reacției fier/zinc sunt siliciul și fosforul. Siliciul se adaugă frecvent ca dezoxidant în timpul elaborării oțelului. În timpul procesului de zincare siliciul schimbă compoziția straturilor de aliaje de zinc – fier, astfel încât acestea continuă să crească în timp, iar viteza de reacție nu scade odată cu creșterea grosimii stratului (figurile 5 și 7). Fosforul are o influență similară asupra formării acoperirii, însă într-o mai mică măsură.
Atunci când un produs fabricat dintr-un oțel reactiv este scos din baia de zincare, un strat de zinc aderă la straturile de aliaj, la fel ca în cazul oricărui produs din oțel. Însă, viteza de reacție în aceste oțeluri reactive poate fi atât de ridicată, încât acest strat de zinc se transformă complet în aliaj de zinc-fier, înainte ca produsul să aibă timp să se răcească. Rezultă astfel un strat de grosime mai mare sau egală față de stratul obținut pe oțeluri nereactive, care are însă un aspect mult mai întunecat. Schimbarea aspectului exterior nu afectează rezistența la coroziune a produselor.
Tratamente ulterioare zincării termice
După zincarea termică nu sunt necesare tratamente ulterioare, însa pentru a îmbunătăți aspectul sau pentu a marirea gradul de protecței pot fi aplicate pelicule de vopsea sau acoperiri cu pulberi.
Pentru a acoperi petele aparute ca urmare a unei depozitări incorecte în medii umede pot fi aplicate sisteme care au rol de estetic și de barieră precum cromatarea, fosfatarea, vopsirea
Mărimea elementelor de oțel zincate termic
Zincarea termică este un procedeu care se poate aplica produselor cu o gamă dimensională și de formă diversificată, de la organe de asamblare (șuruburi, cuie ș.a.) până la elemente de construcții cu dimensiuni de 20 m și chiar mai mult.
Această varietate dimensională și de formă cât și posibilitatea de asamblare prin sudură a produselor zincate permite aplicarea acestui procedeu până la orice formă și dimensiune de produse. Se pot zinca termic într-o singură operație produse cu configurație complicată – recipienți deschiși, piese cu găuri, ș.a. atât la interior cât și la exterior, asigurându-se o depunere compactă și uniformă chiar în zonele greu accesibile, pe muchii și colțuri, deci o protecție integrală a pieselor. Unele produse, dacă se dorește, pot fi zincate termic doar la exterior, însă acestea necesită o proiectare și tehnologii speciale de zincare termică.
Caracteristici fizice
Prin procedeul de zincare termică se obține o acoperire dură și rezistentă la abraziune, ceea ce înseamnă reducerea deteriorării produselor în timpul exploatării și reducerea timpului de execuție a lucrărilor.
Aderența
Spre deosebire de majoritatea depunerilor, care au legături de natură mecanică sau chimică cu oțelul (cum sunt straturile de nichel, crom, staniu, alame etc.), acoperirile obținute prin zincare termică au legături de natură metalurgică (aliere) cu substratul, ceea ce le face foarte aderente; astfel se evită exfolierea sau fisurarea straturilor cu ocazia manipulării, în timpul transportului, depozitării sau montajului produselor.
Duritatea
Stratul de zinc (faza ɳ) este relativ moale și absoarbe în mare parte șocul mecanic într-un eventual impact intervenit pe parcursul manipulării. Straturile aliate de sub acesta (fazele Ʒ, ɗ, ɣ) sunt însă mult mai dure, uneori chiar mai dure decât substratul în sine. Aceste straturi de aliaj sunt de 4 – 6 ori mai rezistente la uzură decât zincul pur. Rezistența la uzură a acoperirilor de zinc este mai mare decât a vopselelor, pentru aceeași grosime, deci pot fi folosite cu succes la piesele supuse la uzare prin abraziune (scări, plăci de podea, refturi etc.) (figura 3.1)
Zincarea termică, față de zincarea electrolitică sau de vopsire, are și o mare rezistență la vibrații. Din acest motiv este recomandată în sectorul auto, în industrie și în construcții.
Figura 3.1 – Fluxul tehnologic al procesului de zincare termică
Proiectarea și execuția produselor care urmează să fie zincate termic
Consultare și colaborarea dintre proiectant, producător și zincator, asigură obținerea celor mai bune rezultate în procesul de zincare termică. Pentru ca procesul de zincare termică să se desfășoare în condiții cât mai bune și cu eficiență maximă, sunt necesare o serie de recomandări tehnice care trebuie luate în considerare încă din faza de proiectare a produsului zincat.
Execuția produselor care vor fi zincate
Umplerea, aerisirea și scurgerea zincului
O bună proiectare a produselor pentru zincare termică necesită:
Prevederea de găuri tehnologice pentru umplerea, circulația și scurgerea soluțiilor de la pregătirea suprafețelor și a zincului topit, la extragerea reperelor din aceste băi.
Evacuarea gazelor din compartimentele închise (aerisirea) pentru evitarea exploziilor.
Mijloace de manipulare a produselor (urechi, găuri de prindere ș.a.)
Este important de avut în vedere faptul că produsul din oțel este imersat într-o baie de zinc topit, la temperatura de 450°C. Deci orice factor care ajută la accesul și scurgerea zincului topit vor îmbunătăți calitatea acoperirii și vor reduce costurile.
În cazul anumitor produse, găurile inițiale destinate diferitelor scopuri pot îndeplini și cerinele de aerisire și scurgere; în alte cazuri însă, pot fi necesare noi găuri suplimentare pentru acest scop (găuri tehnologice).
Pentru asigurarea unei protecții complete, zincul topit trebuie să poată curge liber pe toate suprafețle produsului. În cazul produselor care au goluri sau compartimente interioare, zincarea termică a acestora elimină riscul de apariție a croziunii în timpul exploatării.
Princpii generale
Găurile pentru aerisire și scurgere trebuie sș fie cât mai mari posibil. Diametrul minim al găurilor este precizat în tabelul 5.
Găurile pentru aerisire și scurgere trebuie să fie amplasate diagonal opuse unele față de altele, la punctele superioare și inferioare ale produsului, aflat în poziția în care se face zincarea termică. Aceste găuri trebuie să fie vizibile din exterior, pentru a putea fi controlate ușor și pentru siguranța produsului. Profilele foarte lungi cu goluri interioare pot necesita găuri de aerisire suplimentare pentru a îmbunătății scurgerea soluțiilor de pregătire și a zincului topit în vederea obținerii unei acoperiri de calitate.
La produsele care au compartimente interioare închise la capete, trebuie asigurate găuri diagonal opuse una alteia, cât mai apropiate de capete. În cazul secțiunilor transversale sau a tălpilor grinzilor cu capete închise, este mai economică realizarea de crestături în formă de U sau de V la capete, obținându-se astfel locuri foarte bune pentru aerisire și scurgere.
Găurile efectuate în peretii de închidere sau în secțiunile terminale ale structurilor, trebuie să fie plasate diagonal opuse unele față de celelalte, departe de centru și cât mai apropiate de peretele de care sunt legate aceste elemente.
Elementele de rigidizare, regulatoare de debit, gușee, despărțitoare ș.a., atât interioare cât și exterioare, trebuie să aibă colțurile tăiate, pentru a permite curgerea zincului topit.
Tabelul 8.1: Diametrul găurilor de aerisire la structuri tubulare
La produsele lungi (˃ 3m) goale în interior, pot fi necesare mai multe găuri de aerisire, sau de dimensiuni mai mari, pentru a îmbunătăți calitatea acoperiri. Aceste aspecte trebuie discutate ci zincatorul.
Găurile pentru aerisire se pot astupa ulterior, dar aceasta se face în principal doar din motive estetice. Dacă este necesar, se pot folosi dopuri conice de aluminiu sau dopuri din plstic, pentru a împiedica pătrunderea nedorită a apei.
Alegerea materialui de bază
Pentru zincarea temică se folosesc oțeluri carbon și slab aliate, fonte cenușii și maleabile.
Nu se zinchează termic produsele asamblate prin lipire cu aliaje de alamă sau cositor, deoarece aceste aliaje se topesc la temperatura de zincare.
Nu se recomandă zincarea termică a produselor formate din mai multe material, cu compoziții chimice și caracteristici de suprafață diferite, deoarece acestea poate afecta uniformitatea și aspectul acoperirii. Acolo unde este absolut necesară folosirea de materiale cu calități diferite, se recomandă sablarea întregului produs, pentru a reduce diferențele de uniformitate și aspect ale acoperirii. Este preferabil ca produsele care se zinchează termic sș fie formate din elemente de aceeași compoziție chimică sau foarte apropiate.
Produsele din oțel care au fost supuse deformării plastice la rece, cu un grad mare de deformare, de exemplu îndoirea pe diametre mici, sunt susceptibile la durificarea prin precipitare (îmbătrânire). Această durificare, care apare la oțelurile sensibile și puternic deformate plastic la rece, constă în deplasarea atomilor de carbon și de azot în soluția solida α și separarea (segregarea) acestora în dislocații, prezente în cantități mari datorită deformării plastice, care astfel sunt blocate și ca urmare oțelul se durifică scăzând foarte mult proprietățile plastice.
Procesul de durificare este puternic influențat de temperatură și de timp. La temperaturi joase procesul se desfășoară relativ lent dar se intensifică rapid la temnperatura de 450-460°C, care corespunde cu temperatura de zincare termică. Pentru evitarea apariției acestui fenomen se recomandă: aplicarea unei recoaceri de detensionare, înainte de zincare, la 600-650°C; evitarea îndoirii la rece pe diametere mai mici de 3 ori decât grosimea produsului; efectuarea îndoirii la cald sau îndepărtarea mecanică a straturilor ecruisate.
La zincarea termică a oțelurilor de înaltă rezistență, cu concentratori de tensiune și tensiuni remanente ridicate, trebuie luate măsuri pentru reducerea riscului de fisurare a acestora. O astfel de situație este mai rară.
Dimensiunile și forma produselor
În ultimii ani, dimensiunea băilor și capacitatea de producție a societăților comerciale de zincare termică a crescut semnificativ. Piesele care urmează să fie zincate termic trebuie să aibe o formă adecvată care să permită o scurgere uniformă a zincului și depunerea lui pe toate suprafețele. La produsele a căror lungime depășește dimensiunea băii se pot aplica tehnici speciale pentru zincarea acestora în condiții corespunzătoare.
Organe de asamblare
La zincarea termică a organelor de asamblare filetate, datorită grosimii acoperirii, trebuie prevăzute toleranțe dimensionale pentru filetele interioare și exterioare. Ajustajele se pot realiza fie prin supradimensionarea filetului interior, fie prin supradimensionarea filetului exterior. Pentru filete pereche se realizează ajustaje care să țină seama de grosimea acoperiri. Grosimile acoperirilor filetate trebuie să corespundă grosimii pieselor care necesită centrifugare imediat după zincare pentru a se obține filete curate. Acoperirea filetului exterior protejează electrochimic într-un ansamblu filetul interior. Din această cauză filetele piulițelor se vor realiza după zincarea termică.
Suprafețe suprapuse sau în contact
Suprapunerea suprafețelor trebuie evitată pe cât posibil. Se recomandă de asemenea să nu se zincheze termic produsele etanșe. Dacă suprapunerile devin complet etanșe prin sudare, există riscul de explozie în timpul imersării, din cauza creșterii presiunii aerului închis în spațiu etanș. Dacă suprapunerea nu este complet etanșă prin sudare, există pericolul ca lchidul de curățire să pătrundă în cavitate și apoi să se scurgă în afară și să producă pete locale pe suprafața acoperirii.
Fonta
Fonta trebuie sablată înaintea zincării termice, deoarece nisipul încorporat prin tehnologia de turnare nu poate fi înlăturat prin procese de curățire chimică obișnuite. La proiectarea produselor din fontă ce urmează a fi zincate termic, trebuie evitate elementele precum colțuri ascuțite sau găuri pe anumite adâncimi, deoarece acestea duc la apariția tensiunilor termice și la deformări în timpul zincării termice. Sunt de asemenea recomandate filete cu raze mari și o grosime uniformă a secțiunii.
Părți mobile
Deformațiile pieselor se datorază, în general, repartiției neuniforme a tensiunilor interne (mecanice, termice, structurale). Deformarea produselor în timpul zincării termice este determinată de relaxarea tensiunilor interne, odată cu încălzirea acestora la temperatura de zincare termică. Tensiunile respective pot fi remanente sau apărute datorită sudării, deformării la rece și găuririi (ștanțării).
Pentru minimizarea tensiunilor remanente, se pot lua măsuri în stadiul de proiectare, de exemplu:
Controlul procedeelor de sudare în timpul fabricației.
Dispunerea simetrică a cusăturilor de sudură. Dimensiunea acestora trebuie să fie minimă.
Evitarea produselor cu variații mari de secțiune care pot determina creșterea tensiunilor și a deformațiilor apărute în baia de zincare termică.
Acolo unde există o tendință inerentă de deformare, de exemplu în cazul produselor cu forme asimetrice, acest efect poate fi minimizat sau chiar eliminat prin reproiectarea produsului la o dimensiune și formă care să permită imersarea printr-o singură manevră în baia de zincare. În aceste situații, zincatorul trebuie consultat încă din faza de proiectare, pentru îndrumări. Mărimea și amplasarea găurilor de umplere și de scurgere, a găurilor de prindere și a urechilor pentru manipulare, pot influența semnificativ deformatiile, mai ales în cazul produselor goale interior.
Rezistența
Proprietățile de rezistență ale oțelurilor de construcții nu sunt afectate de zincarea termică după cum se poate observa în următorul tabel:
Tabelul 8.2 – Proprietățile de rezistență la întindere conform testelor pe tablă de oțel pentru construcții de 12.7 mm ( sursa: ILZRO 2006)
Sudarea
Zgura de la sudură nu se poate înlătura prin procedee obișnuite de curățire. Prezența ei poate să ducă la apariția de pete negre, neacoperite după zincarea termică. Pentru evitarea acestui neajuns se recomandă utilizarea sudării în gaz protector, ( de exeplu M.I.G.). În cazul utilizării electrozilor acoperiți, zona sudată trebuie curățată complet de zgură. Pentru a evita creșterea prea mare a stratului de zinc pe cusăturile sudate, conținutul de siliciu din materialul electrodului de sudură trebuie să fie sub 0.04%. Folesirea acestor elecrozi asigură și abținerea după zincare a unor acoperiri cu grosimi uniforme. Spray-urile utilizate împotriva stropirilor de sudură trebuie să fie solubile în apă și să nu conțină ulei sau siliciu.
Etichetarea și marcarea
Marcarea se realizează prin: poansonare la rece, înainte de zincare; agățarea unor plăcuțe cu inscripționarea necesară, după zincare; lipirea unor etichete cu inscripționarea necesară, după zincare. Se va evita marcarea cu vopsele, în special pe bază de ulei, care se îndepărtează foarte greu prin curățire. Pentru marcarea temporară se pot folosi și anumite vopsele care sunt solubile în apa.
Protecția împortiva zincării termice
Dacă anumite suprafețe ale oțelului trebuie să rămână neacoperite, aceasta se poate realiza prin protejare, cu benzi rezistente la temperaturi ridicate, grăsime sau vopsea și alte tratamente de protecție. În asemenea situații, zincatorul trebuie consultat cu privire la suprafețele care se doresc să rămână neacoperite.
Asamblarea
Produsele zincate termic se pot asambla prin șuruburi (inclusiv asamblări prin frecare), sudare, nituire și lipire. Este bine ca asamblările cu șuruburi să fie realizate după zincarea termică. (vezi cap 10).
Manipularea produselor
Mijloacele de manipulare a produselor sunt alese în funcție de forma și dimensiunile acestora. La produsele de dimensiuni mici și mijlocii se prevăd găurii tehnologice cu diametrul de 4mm care permit agățarea acestora în suporții sau dispozitive de prindere. Se pot folosi și coșuri la piesele mai mici. La produsele mari se sudează inele de prindere care sunt tăiate după zincare, zona respectivă urmând a fi recondiționată. În cazul rezervoarelor (în special a celor deschise) este necesară o ancorare încrucișată, pentru menținerea stabilității acestora în timpul manipularii.
Impurificarea suprafeței
Curățirea suprafeței oțelului este o cerință esențială pentru o bună zincare termică.
Impurificarea cu grăsime, gudron, pacură, vopsea și zugură de la sudură, nu poate fi înlăturată prin curățire chimică, și trebuie îndepărtată prin alte procedee (sablare) pentru că altfel pot apărea zone neacoperire după zincarea termică. Producătorul structurii metalice care urmează să fie zincată termic are obligația să livreze reperul curat, lipsit de astfel de impurități.
Prelucrările mecanice ale produselor unde s-au folosit uleiuri de ungere sau de răcire, pot genera efecte similare cu spray-urile folosite la sudură împotriva formării stropilor. Lichidele utilizate la tăierea produselor, care au fost arse pe suprafața oțelului, trebuie înlăturate înaintea expedierii oțelului către zincator.
Măsuri care trebuie luate în considerare la proiectarea produselor pentru zincarea temică
Figura 8.1 – Recomandări suplimentre asupra proiectării produselor care urmează să fie zincate termic se pot găsi în SR EN ISO 14713
Figura 8.2 – Elementele de rigidizare exterioare (cornișe sudate și membrane) pe grinzi și cornișe trebuie să aibă colțurile tăiate.
b)
Figura 8.3 – Asigurare curgerii libere a zincului topit
Elementele de rigidizare unghiulare trebuie să fie, pe cât posibil, mai scurte la capătul prins pe grindă. Aceasta va permite curgerea liberă a zincului topit în lungul suprafeței grinzii. Prin aceasta se asigură o acoperire de calitate, se evită eventuala reținere a cenușii pe suprafața grinzii, precum și a aerului în interiorul structurii. În acest fel se poate evita apariția zonelor neacoperite. (fig. 8.3-a).
În cazul reperelor cu goluri interioare, trebuie asigurate aerisirea și scurgerea zincului. Secțiunile transversale sau tălpile grinzilor cu capete etanșe, trebuie asigurate fie cu găuri ,fie cu crestături în formă de V. Poziția lor va fi opusă pe diagonală, sus și jos și cât mai aproape posibil de capătul etanș. (fig. 8.3-b).
Figura 8.4 – Asigurare de găuri de aerisire
Toate secțiunile etanșe ale unui produs trebuie prevăzute cu găuri de aerisire din motive de siguranță și pentru a permite accesul și circulația liberă a soluțiilor de pregătire a suprafeței și a zincului topit. Găurile trebuie dispuse diagonal opuse și cât mai aproape de capătul etanș. Buna aerisire a acestor secțiuni va ajuta la accesul și scurgerea zincului topit, asigurând obținerea unei acoperiri de calitate.
Figura 8.5 – Asamblarea suprafețelor în contact
La asamblarea suprafețelor suprapuse sau în contact este posibil ca între suprafețele în contact să rămână soluții de acid sau de fondant care, introduse în baia de zincare, se vor transforma în vapori și pot duce la explozii. Daca această asamblare este inevitabilă (fig 8.5) atunci marginile în contact trebuie sudate continuu și să fie absolut etanșe. Prin aceasta se esvită și oxidarea zonelor de contact a pieselor. În plus, se mai recomandă și efectuarea unei găurii prin ambele piese, la fiecare 100 cm2 de suprapunere. Diametrul minim al găurilor trebuie să fie de 10 mm, sau egal cu grosimea secțiunii, dacă aceasta este mai mare, pentru a elimina pericolul de explozie în baia de zincare termică.
b) c)
Figura 8.6 – Tăierea colțurilor elementelor de rigidizare
Dacă nu este posibil sudarea continuă, atunci se aplică o sudură cu cusături intermitente. În aceste cazuri pot să apară însă scurgeri de soluții rămase între aceste suprafețe de la operațiile de pregătire a suprafețelor. În urma acestor scurgeri se formează pe acoperire pete brute, dar acestea nu afectează calitatea protecției dată de acoperire. În cazul în care zona etanșă este mai mică de cca 100 cm2 (de exemplu 10cm x 10cm), nu este necesară în general luarea de măsuri speciale.
Acolo unde proiectantul nu poate evita zonele mari de suprapunere (de exemplu asamblarea a două șine, sau plăci fixate pe șine), trebuie solicitate informații de la zincatori.
Elementele despărțitoare interioare, trebuie să aibă colțurile tăiate și trebuie să fie vizibile printr-un orificiu de vizitare. Dacă un reper prezintă găuri de aerisire în interor, este important, din motive de sigurantă, ca zincatorul să le poată observa. (fig. 8.6-a).
Elementele exterioare de rigidizare pentru grinzi cu diferite secțiuni trebuie să aibă colțurile tăiate. (fig. 8.6-b).
În fig. 8.6-c sunt prezentate variante de dispunere a găurilor de golire la capete, pentru structuri de diferite secțiuni.
Figura 8.6 – îmbinări sudate
Îmbinările sudate trebuie să fie continue dacă nu include alte suprafețe sau volume închise. Asamblarea structurilor metalice cu șuruburi, după zincare, este metoda cea mai ușoară, practică și economică.
Figura 8.7 – Evitarea deformării panourilor plate
Pentru minimizarea riscului de deformare, panourile plate trebuie rigidizate prin deformare/ambutisare sau confecționaea acestora din tablă striată. La structurile din figură este de asemenea necesară executarea de orificii la colțuri.
Figura 8.8 – Rigidizarea rezervoarelor
Rezervoarele mari deschise trebuie rigidizate pentru a reduce la minim deformarea. Acolo unde se folosesc colțare, trebuie asigurate deschideri la colțuri. Colțarele sau barele de rigidizare folosite, trebuie să aibă o grosime cât mai apropiată de cea a peretelui rezervorului.
Figura 8.9 – Amplasarea orificiilor de aerisire
Orificiile de aerisire trebuie să fie diametral opuse și cel puțin 50mm diametru. Piesele despărțitoare interioare trebuie teșite în partea superioară și inferioară iar suprafețele tăiate se recomandă să fie vizibile printru-un orificiu de verificare sau prin găurile de aerisire. Amplasarea acestor orificii se discută cu zincatorul. Urechile pentru ridicare trebuie amplasate conform figurii.
Verificarea calității acoperirilor de zinc depuse
Asigurarea calității pentru produselor zincate termic este reglementată de seria de standardelor SR EN ISO 9000 – Sisteme de calitate. Inteprinderile prestatoare de astfel de servicii trebuiesc să respecte prevederile acestor standarde.
Asigurarea calității
Măsurarea grosimii stratului de zinc
Grosimea acoperii de zinc este cel mai important parametru, deoarece durata de viață a protecției anticorozive este direct proporțională cu aceasta.
Grosimea stratului de zinc se stabilește funcție de grosimea piesei de oțel și de clasa de corozivitate a mediului în care va fi exploatată. Acoperirea se determină conform standardului SR EN ISO 1461 și este exprimată în μm sau g/m2. Determinarea grosimii stratului de zinc se poate face prin metode distructive și metode nedistructive.
Metodele distructive sunt cele mai precise și constau în:
Determinarea masei acoperirii de zinc;
Măsurare microscopică;
În practică se folosesc metodele nedistructive dintre care cea mai cunoscută este metoda magnetică. Metoda magnetică constă în determinarea forței de atracție magnetică dintre palpatorul aparatului și substrat sau pe determinarea variației inducției într-o sondă inductivă față de o sondă. Metodele nedistructive sunt utilizate în orice etapă din ciclului de viață a produsului.
Aspectul acoperiri
În tabelul 8.1 este prezent aspectul exterior dat de stratul final pentru elementele zincate termic. Variațiile în aspectul exterior ale pieselor zincate termic sunt date în special de caracteristicilile substratului. Atunci când se face inspecția produselor zincate termic la acceptarea sau respingerea lor sunt luate în considerare în principal caracteristici tehnice care dau rezistența la coroziune (grosimea acoperiri, aderența stratului, duritatea stratului), mai puțin cele legate de aspectul exterior
Tabelul 8.1 – Aspectul exterior al acoperirilor zincate termic
Straturi cu aspect cenușiu mat
La turnarea oțelului în oala de coacere se adaugă siliciu pentu împiedicarea oxidării timpul elaborării.
Prezența siliciului în compoziția oțelului, facea ca reacția dintre fier și zinc să continue inclusiv după ce piesa de oțel este scoasă din baia de zinc și poate conduce la transformarea parțială a stratului de zinc în aliaj zinc-fier.
Atunci când stratul de zinc se transformă parțial în aliaj zinc-fier culoarea acestuia devine cenușiu-închisă.
Straturile de aliaj Zn – Fe, au o aderență mai mare la suprafața oțelului sunt mai groase și au o durată de viață mai mare decât cele formate pe oțelurile necalmate sau calmate cu aluminiu.
În urma analizelor s-a constatat că rezistența la coroziune în medii industriale obținută prin zincarea oțelurilor reactive este mai mare decât cea obținută prin zincarea oțelurilor obișnuite.
Deasemenea pentru oțelurile reactive stratul de zinc are o rezistență la abraziune mult mai mare decât acoperirile pe oțeluri obișnuite în care este prezentă faza ɳ. Acoperirile mai groase au tendința de exfoliere dacă sunt manipulate și transportate în mod neadecvat. Din această cauză trebuie acordată mare atenție acoperirilor obținute pe oțeluri reactive.
S-a constatat că pe straturile de zinc care prezintă un aspect cenușiu-mat, pot apărea chiar și în condiții normale de expunere o serie de pete albe. Apariția acestor pete pe suprafața zincată nu conduce la deteriorarea acoperirii ci formeză o membrană care continuă să protejeze oțelul.
Figura 9.1 – Strat cu aspect cenușiu – mat
Pătarea stratului de zinc datorită ruginii
Uneori stratul de zinc poate prezenta pe alocuri pete de rugină care dau impresia greșită că acoperirea oțelului nu mai este eficientă și că protecția trebuie refăcută. Pătarea cu rugină a stratului protector de zinc se datorează următorilor factori:
Contactul elementelor de oțel zincate termic cu elemente/piese de asamblare din oțel neprotejate (ex: asamblarea pieselor zincate termic cu șuruburi din oțel negru, neprotejate)
Depunerea de pilitură/zgură sudură sau pulbere rezultată din operația de prelucrare a pieselor de oțel pe suprafața zincată.
Scurgerea prin intermediul apei de ploaie a ruginei de pe elementele de oțel neprotejate sau slab protejate.
Ruginirea sudurilor care au fost realizate ulterior zincării termice sau a zonelor necorespunzător protejate.
Scurgerea apei de pe materialele lemnoase tari (stejar, frasin, nuc), sau de pe metale neferoase precum cuprul, alama pe elementele de oțel zincate termic.
Pentru a limita apariția petelor de rugină este necesar ca toate complonentele structurii (inclusiv elementele de asamblare) să fie protejate anticoroziv.
Se recomandă ca toate piesele de asamblare (șuruburi, piulițe) și alte organe să fie zincate termic.
Îmbinările cu sudură trebuiesc realizate cu cordon continu astfel încât să se evite reținerea zgurei de sudură. În cazul în care se impune sudarea oțelului după ce acesta a fost zincat termic, este necesară curățirea zonelorr și refacerea protecției tot prin zincare.
Structurile trebuiesc astfel concepute încât scurgerea apei de ploaie de pe elemente de oțelul neprotejate pe elementele zincate termic să fie evitată.
Decolorarea și pătarea cu rugină din surse exterioare nu afectează stratul de protecție, însă dăuneză aspectului exterior. De aceea este recomandat ca zonele afectate să fie curățate prin periere cu perie de sârmă sau cu pudre speciale.
Figura 9.2 – Pete de rugină
Rugozitatea suprafețelor
Apariția zonelor cu suprafață rugoasă este datorată in general modificării compoziției chimice a stratului de zinc. Suprafețele cu rugozitate nu afectează protecția oțelului, însă pot modifica condițiile de exploatare a produselor. Se recomandă ca stratul de acoperire cu zinc să prezinte o suprafață cât mai netedă.
Figura 9.3 – Suprafață rugoasă
Protuberanțe și scurgeri de zinc
Protuberanțele apar datorită desprinderii neuniforme a zincului, atunci când elemenul de oțel este scos din baia de zincare.
Acesta situație neplăcută poate aparea la piesele cu grosime mică și formă neregulată. Materialul de zinc în exces solidificat cu forme ascuțite poate prezenta pericol în timpul manipulării elementului de oțel și trebuie îndepărtat.
Figura 9.4. – Suprafață cu protuberanțe
Suprafață grizată
Atunci când adâncimea băii de zinc este mică, elemntul de oțel se apropie de fundul băii și produce agitare; drojdia de zinc dur începe să urce la suprafață și aderă la suprafața oțelului.
Suprafață grizată de zinc nu afectează gradul de protecție anticorozivă deoarece drojdia de zinc dur se comportă la coroziune ca și zincul. Pentru evitarea acestei situații este necesară curătirea băii la anumite intervale de timp.
Figura 9.5 – Suprafață grizată
Pătarea din cauza depozitării în medii cu umiditate ridicată
Depozitarea elementelor zincate termic în medii cu umiditate ridicată determină aparția petelor de culoare albă (rugină albă) și/sau a petelor de culoare închisă. Sub aceste pete suprafața elementului are culoarea gri închis sau chiar neagră. Acestea apar pe suprafața pieselor zincate termic chiar și la scurt timp de la coaterea din baia de zincare, dacă depozitarea este facută în medii închise necorespunzător ventilate și cu umiditatea ridicată. De aceea imediat după scoaterea din baia de zincare, produsele trebuiesc depozitate/transportate în condiții uscate, bine ventilate.
Atunci când produsele sunt depozitate în aer liber, acestea nu trebuie să fie în contact direct cu pământul, iar între ele trebuie lăsat un spațiu pentru a se realiza circulația liberă a aerului astfel încât să se evite formarea condensului sau reținerea umezelii.
Pentru a elemina posibilitatea formării petelor albe pe suprafețele proaspăt zincate se pot aplica lacuri care au rolul de barieră împotriva umezelii. În comerț se găsesc o produse destinate acestui scop, care asigură păstrare strălucitoare a acoperirii.
În cazul depunerilor însemnate de rugină albă se recomandă îndepărtarea acestora prin periere sau cu ajutorul materialelor abrazive. Ca o ultimă soluție se pot utiliza metode chimice.
Figura 9.6 – Rugina alba
Pete de fluxare și impurități
Rezidurile de fluxare pot adera la suprafață elementelor după ce acestea au fost imersate și astfel să rețină umezeala, care conduce la formarea petelor albe de coroziune. Rezidurile de fluxare afectează durata de viață a acoperirii și trebuisc îndepărtate obligatoriu.
Praful și impuritățile pot adera deasemenea la suprafața zincată în timpul depozitării în fabrică sau ăn timpul transportului. Acestea rețin umezeala și trebuiesc îndepărtate prin spălare ușoară cu apă
Figura 9.7 –Impurități și pete de fluxare
Suprafețe cu zone neacoperite
Suprafețele care prezintă zone neacoperite sunt determinate de contaminarea oțelului cu vopsea, smoală, zgură, sau alte impurități care nu au fost îndepărtate în urma operațiilor de curățirea a suprafețelor. Aceste zone afectează calitatea stratului de zinc și reduce durata de viață a protecției anticorozive. Piesele care au suprafețe cu zone neacoperite nu sunt acceptate, fiind necesara rezincarea acestora.
Figura 9.8 – Suprafață cu zone neacoperite
Recondiționarea acoperirilor deteriorate
Recondiționarea suprafețelor se aplică atunci când:
Produsele prezintă defecte de zincare;
Au apărut exfolieri locale ale stratului de protecție ca urmare a manipulării necorespunzătoare pe timpul transportului sau în urma montajului pe șantier;
Piesele sunt găurite, sudate sau tăiate după ce acestea au fost zincate termic;
Recondiționarea se poate face prin aplicarea de vopsele cu zinc, pulbere pe bază de zinc sau zincare prin pulverizare. Se recomandă ca recondiționarea să fie facută imediat după constatarea defectelor astfel încât oțelul să nu fie afectat de rugină.
Defectele de dimensiuni mici (sub 5 mm) nu afectează protecția anticorozivă deoarece zincul are capacitatea de a oferii în continuare protecție prin sacrificiu. Se recomandă ca toate defectele inclusiv cele mici să fie remediate prin rezincare prin pulveriare astfel încât aspectul estetic să nu fie afectat.
În urma recondiționării trebuie să rezulte o grosimea stratului cel puțin echivalentă cu grosimea acoperirii inițiale.
Metode de recondiționare:
Curățirea cu ajutorul periei de sârmă a zonei afectate și aplicarea prin pulverizare sau pensulare de vopsea bogată în zinc. Este cea mai simplă metodă și este aplicată în general pe șantier.
Curățirea cu ajutorul periei de sârmă, încălzirea zonei cu defect cu ajutorul unei lampe pe gaz pană la 300°C urmată de adăugarea unei pulberi din aliaj de zinc, până ce defectul este acoperit în totalitate cu un strat de grosime corespunzătoare. Acest procedeu este dificil de realizat în cazul construcțiilor înalte și a zonelor greu accesibile. Încălzirea trebuie făcută cu mare atenție în cazul acoperirilor mai groase pentru oțeluri reactive astfel încât acoperirea din jurul zonei defecte să nu fie afectată.
Pulverizarea termică cu sârmă de zinc, după ce in prealabil zona defectă a fost sablată. Un strat de acoperire prin pulverizare termică de 100μm este echivalent cu un strat de 85μm acoperire prin zincare termică. Această metodă este utlizată în general la acoperirea zonelor care au fost sudate și poate fi aplicată în atelier dar și pe șantier.
Observație: Grosimea stratului de protecție pe suparafețele recondițonate trebuie să fie cu cel puțin 30 μm mai mare decât grosimiea acoperirii locale prin zincare termică.
Depozitarea și transportul produselor zincate
După zincare piesele sunt protejate cu tampoane de cauciuc și strânse în pachet.
Depozitarea se face pe grinzi de lemn în spații uscate, bine ventilate;
Încărcarea (ca și descărcarea) se va face folisind chingi din materiale textile;
La destinație
La recepție se face inspecția produselor zincate prin desfacearea în mod aleatoriu a pachetelor;
Transportul elementelor zincate termic se va face cu camionul sau trenul. Acestea vor fi acoperite cu prelate prevăzte cu guri de aerisire pentru evitarea condensului;
Se vor evita transporturile pe perioade de viscol sau vijelii deoarece apa poate pătrunde înte pachetele cu piese și favorizează apariția petelor de rugină albă;
La sosirea pe șantier depozitarea se va face pe grinzi de lemn și nu direct pe pământ;
În cazul depozitării pe durate lungi de timp se va face inspectarea periodică a pieselor pentru evitarea apariției petelor albe datorită umezelii.
Asamblarea produselor din oțel zincat termic
Protecția prin zincare termică a elementelor metalice nu este redusă datorită folosirii organelor de asamblare pentru că acestea la rândul lor se pot zinca termic.
Zincarea termică a șuruburilor
Zincare termică a organelor de asamblare a apărut odată cu creșterea numărului construcțiilor metalice unde este nevoie de foarte multe elemente de asamblare. Organele de asamblare (șuruburi, prezoane, șaibele, piulițe) care au diametrul > 8mm pot fi zincate termic.
Atunci când se ia în calcul zincarea termică a organelor de asamblare încă din faza de proiectare terebuie să se prevadă toleranțe. De exemplu în cazul șuruburilor ISO metrice toleranța prevăzută este de cca 4xgrosimea acoperirii. Toate elementele de asamblare tip tijă se supun zincării, cu excepția piulițelor care se filetează ulterior zincării.
Suplimentar șuruburile și piulițele sunt unse cu fluide pentru protecție anticorozivă care au și rolul de a reduce frecarea la înfiletare. În ansamblul piuliță – șurub, chiar dacă filetul piuliței nu este portejat, prin contactul direct cu zincul de pe filetul șurubului este realizată și protecția piuliței ca urmare a relației de sacrificiu a zincului. Astfel piulițele zincate termic pot fi demontate cu ușurință chiar după zeci de ani de exploatare.
Uniformitatea acoperirii
Odată cu avansarea tehnologiei pot fi zincate aproape orice tip de șurub asigurându-se o grosime uniformă a stratului de protecție. Chiar dacă stratul de la fundul filetului are tendință de îngroșare, la înfiletarea piuliței surplusul de zinc este îndepărtat cu ușurință.
Depozitarea
Datorită faptului ca organele de asamblare (șuruburi, prezoane, șaibele, piulițe) sunt depozitate la grămadă acestea trebuiesc păstrate în medii perfect uscate, ventilate corespunzător, deoarece există pericolul formării petelor albe care afectează filetul, acestea devenind inutilizabile.
Organele de asamblare zincate termic trebuie depozitate în locuri uscate, bine aerisite, ventilate, sub șoproane acoperite, pentru a minimiza apariția petelor. Se va evita stocarea acestora pe termen îndelungat fară inspectare periodică.
Tabelul 10.1 – Grosimea straturilor de zinc depuse pe oțel prin diferite procedee pentru organele de asamblare.
Șuruburi de înaltă rezistență
Șuruburile de înaltă rezistență (grupa 8.8) pot fi zincate fără dificultate și fară a influnța structura oțelului. Șuruburile de grupa 10.9 pot fi deasemenea zincate însă numai după ce suprafața acestora este pregătită prin sablare; tările care dețin această tehnologie sunt Anglia, Japonia, Italia, Franța și Germania. Șuruburile de grupa 12.9 ISO și alte organe de asamblare de înaltă rezistență, nu se recomandă să fie zincate termic.
Figura 10.1 – Șuruburi de înaltă rezistență zincate termic
Asamblări prin ferecare
În cazul îmbinărilor cu șuruburi pretensionate unde capacitatea este direct proporționlă cu coeficientul de frecare pentru suprafețele de contact, zincarea pieselor care intră în alcătuirea îmbinării se poate realiza numai cu condiția ca suprafețele pieselor care vin în contact să fie prelucrate în vederea creșterii rugozității acestora. Fără o prelucrarea a suprafețelor zincate coeficintul de frecare este de cca 0,2. Dacă se acceptă o alunecare pe distanțe mici, nu este absolut necesar ca suprafețele să fie tratate suplimentar, fenomenul de gripare fiind suficient, în schimb, atunci când lunecarea trebuie evitată în totalitate, este necesară prelucrarea șuprafețelor în vederea creșterii rugozității.
Creșterea coeficientul de frecare se poate realiza prin periere cu peria de sărmă sau sablare (ex: prin sablarea suprafeței zincate se poate obține un coeficient de frecare de 0,5).
Zincarea termică este singura medodă acceptată pentru acoperirea suprefețelor în vederea protecției anticorozive pentru îmbinări cu șuruburi pretensionate care lucrează prin forțe de frecare.
La îmbinarile cu organe de asamblare tip tijă filetată, pentru a evita fenomenul de gripare și uzarea filetului este necesară lubrifierea în vederea ușurării strângerii.
Sudarea oțelului zincat termic
Cercetările făcute la Institutul de Sudură (The Welding Institute), au arătat că rezistențele mecanice (rezistența la întindere, încoviere, oboseală, reziliență ș.a.) ale sudurilor relizate pe oțelurile zincate termic sunt aceleași uneori chiar mai bune decât rezistențele mecanice ale sudurilor realizate pe oțel nezincat.
Este recomandat ca pe zona cordonului de sudură stratul de zinc să fie îndepărtat prin șlefuire sau sablare, astfel încât sudura să se realizeze direct pe metalul de bază. Dacă stratul de zinc nu este îndepărtat se micșoreză viteza de sudare, iar cordonul va prezinta defecte (stropi de sudură). Ulterior stratul de protecție poate fi refăcut fie prin pulverizare termică cu sârmă de zinc sau cu pulberi de zinc.
Aspectul acoperiri de zinc pe suprafețele este diferit față de acoperirile pe suprafețe obișnuite. Acest fapt este datorat conținutului de Si și P în sârma de sudură față de materialul de bază.
În general oțelul zincat termic se poate suda prin toate procedeele cunoscute de sudură, însă față de sudare pe oțel neprotejat trebuiesc luate anumite măsuri funcție de poziția de sudare și procedeul de sudare utilizat.
În cazul sudării cu arc electric modificările sunt:
O ușoară mișcare de dute-vino a arcului de-a lungul îmbinării deoarece pe zona afectată termic zincul se volatilizează și se scurge în fața băii de sudură ingreunând înaintarea arcului.
La îmbinările cap la cap se recomandă ca distanța înte piese să fie puțin mai mare, pentru a se asigura o penetrare totală.
Adoptarea unei lungimi mai mici a arcului electric astfel încât să se asigure un control mai bun al băii de sudare și ajută la îndepartarea parțială a zincului volatilizat.
Înainte de a alege tipul de electod pentru sudare (bazic sau rutilic) se recomandă testarea pe piese de probă.
După sudarea pieselor, toți produșii rămași (zgură, stropi, zinc ars) pe cordon și în zonele adiacente trebuiesc înlăturați, apoi suprafața este curățată prin sablare sau periere. La scurt timp după curățire pe zonele afectate de tempertură și zonele descoperite protecția trebuie recondiționată folosind una dintre metodele descrise mai sus
Obs: Este necesar ca protecția împotriva ruginirii să fie realizată imediat după sudare, deoarece atunci suprafața este mai ușor de tratat și lipsită de rugină.
CAPITOLUL 4 – STUDIU DE CAZ: ANALIZA COMPARATIVĂ ECONOMICĂ: ZINCARE TERMICĂ – PELICULĂ DE VOPSEA
Zincarea termică – este cel mai economic sistem de protecție anticorozivă, raportat la întreaga durată de viață a construcțiilor.
Aspecte economice
La stabilirea costului real pentru protejarea anticorozivă a structurilor din oțel trebuie să avem în vedere două aspecte:
Costul inițial pentru realizarea protecției anticorozive;
Costul cu protecția anticorozivă pe parcursul duratei de viață a structurii (costuri de mentenanță + costuri de întreținere a sistemului de protecție anticorozivă)
Costul inițial
1Astăzi zincarea termică este percepută de oameni ca fiind un sistem de protecție anticorozivă foarte scump. Greșeala provine din următoarele motive: în primul rând costul inițial pentru un sistem de protecție anticorozivă cu peliculă de vopsea este vizibil mai ieftin față de zincarea termică, cumparătorul fiind atras de prețurile foarte scăzute la vopsele dar de calitate slabă, iar în al 2-lea rând acesta nu cunoaște performațele zincării termice în raport cu alte sisteme de protecție anticorozivă.
Odată cu introducerea restricțiilor privind protecția mediului, prețurile vopselelor au crescut treptat, în timp ce costul cu zincarea termică a rămas constant.
A fost demonstrat faptul că protecția prin zincarea termică este considerabil mai ieftină decât majoritatea sistemelor de protecție prin acoperire cu peliculă de vopsea.
Deoarece zincarea termică este o tehnologie integral mecanizată care se desfășoară în unități industriale specializate, costul cu manopera este redus (max 30% din costul total), pe când la sistemele de protecție prin vopsire costul cu manopera poate atinge 60% din costul total (dacă se include și curătirea suprafețelor).
Costul pe toată durata de viață a unei clădiri (whole-life cost)
În managementul proiectelor de construcții termenul de ,,whole-life cost” este definit ca suma tuturor costurilor unei clădiri începând cu proiectarea, execuția, exploatarea, întreținerea, reabilitarea și terminând cu dezafectarea. Studiile de fezabiletate in construcții includ analize economico-financiare prin care este determinat costul total al unui proiect (whole-life cost). Acest mod de abordare, deși nu este nou, este în prezent considerat ca cea mai bună practică (BAT) în momentul în care se dorește realizarea unei clădiri noi.
Apoximativ 80% din costul unei constructii, pe întreaga sa durată de viață, reprezintă costurile de funcționare/menținere, reparații curente și reparații capitale. După cca. 10 ani de la punerea în funcțiune costurile încep să crească treptat pană la dezafectarea construcței.
Un factor esențial în reducerea costurilor de întreținere/mentenanță /reparație îl reprezintă calitatea inițială a materialelor folosite. Cu cât calitatea materialelor folosite la realizarea proiectului este mai scazută cu atât costurile de mentenanță/ întreținere pe parcursul exploatării sunt mai mari.
Alegerea inițială a tehnologiei și materialeleor pentru realizarea protecției anticorozive joacă un rol esențial în reducerea costurilor pe pe întreaga lor durată de viață.
Folosind metoda ,,whole-life cost” pentru diferite tipuri de sisteme de protecție anticorozivă s-a constatat că, cea mai rentabilă este protecția prin zincarea termică, deoarece prezintă cel mai mic cost final.
Tabelul 4.2 – Repartiția aproximativă a costurilor pentru toată durata de viață a unei clădiri
Figura 4.2b – Comparație între valorile nete actualizate (prezente, curente)
Costul pe durata de viață a produsului
Costul total de protecție anticorozivă a unei structuri de oțel, pe parcursul ciclului său de viață depinde de costul inițial de protecție anticorozivă și durabilitatea acesteia într-un mediu dat precum și de costul și frecvența lucrărilor de menținere și întreținere, dacă durata de viață a structurii depășește durata de viață a acoperirii inițiale.
În majoritatea aplicațiilor, zincarea termică asigură o durată de viață lungă, fără a fi necesare cheltuieli de întreținere și nici aplicarea de straturi de vopsea.
Există metode de calcul a beneficiilor și dezavantajelor în cazul diferitelor tehnologii de protecție împotriva coroziunii. Cea mai frecventă metodă este aceea de a calcula Valoarea Prezentă Netă (Net Present Value- NPV) pentru fiecare metodă în parte, urmată apoi de compararea rezultatelor. Acest calcul ia în considerare cheltuielile legate de costul împrumutului bancar, costul inițial de protecție, costurile de întreținere ulterioară, precum și durata de viață a produsului.
Unde: I = Costul initial al sistemului de protecție anticorozivă;
M1 = Costul de mentenanță în anul P1;
M2 = Costul de mentenanță în anul P2;
r = Rata de actualizare a costurilor (dobânda)
EXEMPLE:
S-au avut în vedere trei sisteme de protecție anticorozive: zincarea termică (sistemul 1 de protecție anticorozivă), peliculă de vopsea SIKA si peliculă de vopsea HEMPEL pentru medii cu clase de corizivitate C2, C4, C5.
Am cazul unei structuri de oțel care are o durată de viață prevăzută în proiect de 20 – 30 de ani și pentru care dobânzile sunt de 5%.
Sistemul 1 – Zincare termică
Pentru protecția prin zincare termică conform SR EN ISO 1461 funcței de clasa de corozivitate a mediului este nevoie de următoarele grosimi ale acoperii:
25……..85 μm pentru clasa C2 de corozivitate;
45……..85 μm pentru clasa C3 de corozivitate;
85……..115 pentru clasa C4 de corizivitate;
Minim 115 μm pentru C5 de corizivitate;
In lipsa unei oferte de pret pentru sistemul de protectie prin zincare termica, costul/mp zincat s-a determinat astfel:
Din pretul de vanzare al profilelor laminate zincate am scazut pretul profilelor laminate din otel negru. Preturile au fost preluate de pe siteul: www.metal-online.ro.
Din tabelul de mai sus reiese un cost de 13 euro /mp otel zincat pentru o acoperire medie de 80 μm (corespunzator C3)
La 50 μm costul este de 12 euro/mp (corespunzator C2)
La 85 μm costul este de 17.7 euro/mp (corespunzator C4)
La 115 μm costul este de 22.6 euro/mp (corespunzator C5)
Conform standardului zincarea termică are o durtă de viață minimă cuprinsă între 20……30 ani (fară cheltuieli de întreținere). Durata de viață se poate prelungi până la min 50 ani dacă se fac lucrări de întreținere periodice.
Sistemul 2 – Peliculă de vopsea SIKA aplicată prin pulverizare
În funcței de condițiile atmosferice în care se afla structura care se dorește a fi protejată se aleg straturile care vor forma pelicula de vopsea:
Pentru clasa de corizivitate C2 am ales sistemul 2 de protecție SikaCor EP Color format din strat de grund având grosimea nominală a stratului uscat de 80 μm.
Pentru clasa de corizivitate C4 am ales sistemul 9 de protecție SikaCor® EG Phosphat format din strat de grund având grosimea nominală a stratului uscat de 100 μm și strat final SikaCor® EG 4/5 având grosimea stratului de 80 μm.
Pentru clasa de corizivitate C5 am ales sistemul 10 de protecție SikaCor® Zinc R format din strat de grund având grosimea nominală a stratului uscat de 80 μm, strat intermediar SikaCor® EG 1 (Rapid) având grosimea nominală de 80 μm și strat final SikaCor® EG 4/5 având grosimea nominală de 80 μm.
Sistemul 3 – Peliculă de vopsea HEMPEL aplicată prin pulverizare
Pentru clasa C2 de corozivitate caracteristică spațiilor închise există trei variante de protecție cu vopsele alkydice cu o durată de viță de cca 5 ani pentru grosimi nominale de 80 μm.
Pentru clasa C4 de corozivitate caracteristică industriei ușoare există trei variante de protecție cu cu vopsele epoxidice care prezintă o durată de viță de 5 – 15 ani.
Pentru clasa C5 de corozivitate caracteristică zonelor industriale/marin există trei variante de protecție cu cu vopsele pe bază de zinc care prezintă o durată de viță de 5 – 15 ani și grosimi de până la 280 μm.
Pentru clasa de corizivitate C2 am ales sistemul 1 de format din strat de grund HEMPA QUICK PRIMER 13624 având grosimea nominală a stratului uscat de 80 μm și strat final HEMPA QUICK ENAMEL 53840 având grosimea stratului de 80 μm.
Pentru clasa de corizivitate C4 am ales sistemul 1 de protecție format din strat de grund HEMPADUR 47960 având grosimea nominală a stratului uscat de 140 μm și strat final HEMUTHANE ENAMEL 58510 având grosimea stratului de 10 μm.
Pentru clasa de corizivitate C5 am ales sistemul 2 de protecție format din strat de grund HEMPADUR ZINC 17360 având grosimea nominală a stratului uscat de 60 μm, strat intermediar HEMPADUR 47960 având grosimea 140 μm și strat final HEMPATHANE HS 55610 având grosimea stratului de 80 μm.
Grafice…..Fig.42° etc.
Estimarea si compararea costurilor totale (whole – life cost) pentru sistem de protectie prin zicare termica si sistem de protectie prin acoperire cu pelicula de vopsea.
4.2.1 Structura sustinere coloană distilare in cadrul rafinariei VEGA Ploiesti, judetul Prahova
Structura metalica, face parte din categoria constructiilor supraterane, constructie pentru care mediul agresiv este format din mediul ambient.
Agresivitatea mediului coroziv se defineste prin intensitatea cu care se manifesta actiunea mediului coroziv asupra metalului.
Solutia de protectie anticoroziva se stabileste in functie de clasele de agresivitate a mediilor in care constructia va fi amplasata si exploatata, precum si de durata ei de viata estimata.
Incadrarea in clasa de agresivitate a mediului:
Mediile agresive atmosferice se clasifica , conform SR ISO 9223 si SR ISO 12944-2, in patru clase de corozivitate asupra constructiilor din otel.
Clasa de corozivitate a mediului in care este amplasata si exploatata constructia se stabileste in functie de:
– starea fizica a factorilor agresivi;
– felul mediilor;
Clasa de corozivitate pentru rafinaria VEGA este considerata C3-C4: atmosfera industriala cu umiditate ridicata si poluare moderata – ridicata (SO2 : 12…90mg/m3), sau zone costiere cu concentratie moderata in cloruri.
Stabilirea solutiilor de protectie anticoroziva.
Pentru clasele de agresivitate C3- C4 sistemul de protectie anticoroziva ales este zincare termica si zincare prin metalizare. Din retetele de protectie exemplificate in GP 111 – 04 s-au ales pentru:
a. confectiile metalice:
– Zincare termica, grosimea stratului de acoperire 85 mm, durata de viata a acoperirii estimata la peste 20 ani.
– Zincare termica, grosimea stratului de acoperire 20 mm, durata de viata a acoperirii estimata la peste 5-10 ani, pentru balustrade, gratare;
b. pentru buloanele de ancorare inglobate in fundatii:
– Zincare prin metalizare (pulverizare), grosimea stratului de acoperire 100 mm, pentru durata de viata a acoperirii estimata la peste 20 ani.
c. pentru imbinarile sudate, realizate “in situ”
– Zincare prin metalizare (pulverizare), grosimea stratului de acoperire 100 mm, pentru durata de viata a acoperirii estimata la peste 20 ani.
d. pentru protectia elementelor / pieselor de imbinare (suruburi, piulite, saibe, etc.)
– Zincare electrochimica, grosimea stratului de acoperire 20 mm, protejat cu sisteme de acoperiri prin vopsire, pentru clase de corozivitate C5.1 si durata de viata a acoperirii estimata la sub 5 ani.
Pregatirea suprafetelor
Pregatirea suprafetelor se va face in uzina , prin procedeul de sablare cu nisip , in urma caruia se obtine gradul de curatare 1 ( conform STAS 10166/1 si SR EN ISO 8501-1 ).
Deasemenea pentru aplicarea sistemelor de acoperire prin vopsire trebuie sa se creeze urmatoarele conditii pentru mediul ambiant:
lipsa de praf (SR EN ISO 8502-3);
concentratie cat mai redusa a gazelor agresive;
temperatura aerului si a pieselor de protejat intre 5 si 40 ° C (SR EN ISO 8502-4);
umiditatea relativa a aerului sub 70% (SR EN ISO 8502-4);
Este urmarit si gradul de rugozitate al suprafetei (SR ISO 8503-1).
Aplicarea protectiei
Aplicarea stratului de acoperire prin zincare termica se va face inainte de montarea elementelor de constructii. Sistemul de protectie se va aplica conform SR EN ISO 22063:/1995,, Acoperiri termice de zinc pe otel”
Aplicarea stratului de acoperire prin pulverizare cu zinc (metalizare) se va face inainte sau dupa montarea elementelor de constructii conform SR EN ISO 1461:2002 Acoperiri metalice si anorganice. Pulverizare termica. Zinc, aluminiu si aliajele lor.
Dupa montarea elementelor zincate se va verifica starea stratului de protectie si se va trece la remedieri locale .
La executia protectiilor anticorozive trebuie sa se respecte reglementarile privind protectia mediului inconjurator si regulile de protectia muncii , corespunzatoare legilor si instructiunilor in vigoare , precum si P.S.I. .
Figura 4.2– Plan de ansamblu structură de susținere coloană
4.2.1.1 Calculul suprafeței de de acoperire
Centralizator
Exemplu:
4.2.1.2 Compartie sistem de protectie anticoroziva prin zincare termica si sistem de protectie prin acoperire cu pelicula de vopsea Sika
VS
Zincare termica Pelicula de vopsea
Ghiduri:
1) Zincare termica
2) Pelicula de vopsea
COMPARATIE PROTECTIE ANTICOROZIVA PENTRU CLASA C2 DE COROZIVITATE
Pentru clasa C2 de corozivitate costul total pentru un sistem de protectie cu pelicula de vopsea este cu 34% mai scump decat zincarea.
Materiale necesare:
Grund SikaCor® EP Color : 106.43 kg (Componenta A+B)
Diluant SikaCor EG: 3,5 kg
Nisip cuarțos de râu: 6 mc
Utilaje necesare:
Instalație de sablat mobilă
Motocompresor aer
Pompă de vopsit airless
Resurse umane:
Izolator lucrări speciale
Sablator
Muncitor necalificat
Etape tehnologice:
Sablarea elemntelor de oțel pana la gradul Sa 2½
Curatarea suprafetei (se recomanda curatitori din gama Sika, sau curatire cu jet de aer sub presiune)
Prepararea materialului: Componenta A : Componenta B = 90 : 10 – parti greutate
Aplicarea peliculei de vopsea prin pulverizare airless:
Presiunea de pulverizare in pistol minim 180 bar
Diametrul duzelor 0,38 -0,53 mm, unghi de pulverizare aprox. 400 – 800C
Se poate dilua pana la 3% cu Thinner EG.
OBS: Aplicare are un rol major in obtinerea unei grosimi si unui aspect uniform. Adaugarea de solventi reduce rezistenta la solicitari mecanice si grosimea peliculei uscate. Inainte de a incepe operatiunile majore de acoperire, poate fi util sa verificati printr-un test in santier pentru a va asigura ca metoda va furniza rezultatele dorite.
COMPARATIE PROTECTIE ANTICOROZIVA PENTRU CLASA C4 DE COROZIVITATE
Pentru clasa C4 de corozivitate costul total pentru un sistem de protectie cu pelicula de vopsea este cu 52% mai scump decat zincarea.
COMPARATIE PROTECTIE ANTICOROZIVA PENTRU CLASA C5 DE COROZIVITATE
Pentru clasa C4 de corozivitate costul total pentru un sistem de protectie cu pelicula de vopsea este cu 82% mai scump decat zincarea.
4.2.1.3 Comparție sistem de protecție anticorozivă prin zincare termică și sistem de protecție prin acoperire cu pelicula de vopsea Hempel
VS
Zincare termică Peliculă de vopsea
Ghiduri:
1) Zincare termică
2) Peliculă de vopsea
COMPARAȚIE PROTECȚIE ANTICOROZIVĂ PENTRU CLASA C2 DE COROZIVITATE
Pentru clasa C2 de corozivitate costul total pentru un sistem de protecție cu pelicula de vopsea este cu 3% mai scump decat zincarea
COMPARAȚIE PROTECTIE ANTICOROZIVĂ PENTRU CLASA C4 DE COROZIVITATE
Pentru clasa C4 de corozivitate costul total pentru un sistem de protecție pentru 25 ani cu peliculă de vopsea este cu 48% mai scump decât zincarea.
COMPARAȚIE PROTECȚIE ANTICOROZIVĂ PENTRU CLASA C5 DE COROZIVITATE
Pentru clasa C5 de corozivitate costul total pentru un sistem de protectie pentru 30 ani cu pelicula de vopsea este cu 89% mai scump decat zincarea.
COSTUL CU PROTECȚA ANTICOROZIVĂ LA CONSTRUCȚIILE METALICE
Pentru clasa C2 de corozivitate costul cu protecța anticorozivă pentru o durată de viață de 20 ani se ridică la 25% din valoarea oțelului utilizat pentru varianta cu peliculă de vopsea și la 18% pentru varianta cu zincare termică.
Pentru clasa C4 de corozivitate costul cu protecța anticorozivă pentru o durată de viață de 27 ani se ridică la 41% din valoarea oțelului pentru varianta cu peliculă de vopsea și la 27% pentru varianta cu zincare termică.
Pentru clasa C5 de corozivitate costul cu protecța anticorozivă pentru o durată de viață de 30 ani se ridică la 69% din valoarea oțelului pentru varianta cu peliculă de vopsea și la 34% pentru varianta cu zincare termică.
CONCUZII
Analizând costurile pe întreaga durată de viață am ajuns la următoarele concuzii:
Pentru o structură amplasată într-un mediu cu clasa C2 de corozivitate costul total pentru un sistem de protectie cu pelicula de vopsea intr-un singur strat de protectie este cu 34% mai scump decat zincarea. Costul pe intreaga durată de viata a constructiei pentru sistemul de protectie cu pelicula de vopsea este de 16.1 euro/mp respectiv costul pentru zincarea termică este de 12 euro/mp.
Pe o durată de viață de 20 de ani sunt necesare 2 revopsiri la un interval de 8 ani. Costul pentru prima vopsire este de 6,76 euro/mp, iar costurile pentru următoarele 2 revopsiri este de 4,67 euro/mp.
Pentru o structură amplasată într-un mediu cu clasa C4 de corozivitate costul total pentru un sistem de protectie cu pelicula de vopsea in 2 straturi (strat de grund+strat final) este cu 52% mai scump decat zincarea. Costul pe intreaga durată de viata a constructiei pentru sistemul de protectie cu pelicula de vopsea este de 26,9 euro/mp respectiv costul pentru zincarea termică este de 17,7 euro/mp.
Pe o durată de viață de 25 de ani sunt necesare 2 revopsiri la un interval de 10 ani. Costul pentru prima vopsire este de 10,8 euro/mp, costul pentru prima revopsire este de 5,4 euro/mp, iar pentru cea de-a 2-a revopsire este de este de 10,8 euro/mp.
Pentru o structură amplasată într-un mediu cu clasa C5 de corozivitate costul total pentru un sistem de protectie cu pelicula de vopsea in 3 straturi (strat de grund+strat intermediar+strat final) este cu 100% mai scump decat zincarea. Costul pe intreaga durată de viata a constructiei pentru sistemul de protectie cu pelicula de vopsea este de 45,0 euro/mp respectiv costul pentru zincarea termică este de 22,6 euro/mp.
Pe o durată de viață de 30 de ani sunt necesare 2 revopsiri la un interval de 15 ani. Costul pentru prima vopsire este de 17,3 euro/mp, costul pentru prima revopsire este de 10,5 euro/mp, iar pentru cea de-a 2-a revopsire este de este de 17,3 euro/mp.
Pentru structura I (Structură susținere coloană distilare) care se află mediu industrial (clasa C4 de corozivitate) costul cu protecța anticorozivă pentru o durată de viață de 30 ani se ridică la 41% din valoarea oțelului pentru varianta cu peliculă de vopsea și la 27% pentru varianta cu zincare termică.
Pentru structura II (Hală cu poduri rulante) care se află mediu urban (clasa C2-C3 de corozivitate) costul cu protecța anticorozivă pentru o durată de viață de 20 ani se ridică la 34% din valoarea oțelului pentru varianta cu peliculă de vopsea și la 25% pentru varianta cu zincare termică.
BIBLIOGRAFIE
A.N.A.Z.- Ghid pentru ingineri și arhitecți, Internet http://www.bergbanat.ro/?page_id=386
GP 111 – 2004 – Ghid de proiectare privind protecția împotriva coroziunii a construcțiilor din oțel – Faza I, ICECON București, 2004
SIKA România – Ghid de selecție a sistemelor de protecție anicorozivă, Internet http://rou.sika.com http://www.hempel.ro
HEMPEL România –Guidelines for coating protection in accordance with ISO 12944, Internet http://www.hempel.ro
Bordignon Group –Zincarea termica – Ghid pentru proiectanți, ingineri și anteprenori, Internet http://issuu.com/zincherie/docs/zincarea_termica_-web2
BIBLIOGRAFIE
A.N.A.Z.- Ghid pentru ingineri și arhitecți, Internet http://www.bergbanat.ro/?page_id=386
GP 111 – 2004 – Ghid de proiectare privind protecția împotriva coroziunii a construcțiilor din oțel – Faza I, ICECON București, 2004
SIKA România – Ghid de selecție a sistemelor de protecție anicorozivă, Internet http://rou.sika.com http://www.hempel.ro
HEMPEL România –Guidelines for coating protection in accordance with ISO 12944, Internet http://www.hempel.ro
Bordignon Group –Zincarea termica – Ghid pentru proiectanți, ingineri și anteprenori, Internet http://issuu.com/zincherie/docs/zincarea_termica_-web2
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Protectia Anticoroziva a Constructiilor Metalice (ID: 163274)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.