metais na construção civil: corrosão e proteção
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Metais na construção civil: corrosão e proteção
Adriana de Araujocom apoio da equipe LCP -
Laboratório de Corrosão e Proteção
13/agosto/2015
Conteúdo Corrosão: aspectos sociais e econômicos da corrosão, definição de
corrosão, corrosão eletroquímica e tipos de corrosão e fatores influenciadores da corrosão;
Materiais metálicos na construção civil: aço-carbono, aço aclimável, aço zincado, aços inoxidáveis, cobre e alumínio;
Técnicas de avaliação em campo (inspeção visual e ensaios não destrutivos) e em laboratório (ensaios de caracterização e de desempenho);
Técnicas de proteção das estruturas: revestimentos orgânicos e metálicos e proteção catódica por corrente galvânica e por corrente impressa;
Casos práticos de avaliação da corrosão em estruturas (metal e concreto) e de componentes metálicos, baseado em trabalhos e pesquisas do Laboratório de Corrosão e Proteção do IPT.
A corrosão está presente em todas as atividades que envolvem o uso de metais
como: setor industrial, automobilístico, de petróleo e gás, nos eletrodoméstico, nos implantes ósseo e
dentário, construção civil, etc.
Estima-se que os países gastem de 1 % a 3 % de seu PIB no controle da corrosão e devido à necessidade
de substituição de materiais deteriorados
Para o Brasil, o custo anual pode estar na ordem de US$ 60 bilhões
Na construção civil, a corrosão é um tipo de deterioração que pode ser
facilmente encontrada nas estruturas atmosféricas e seus componentes
Como exemplo...
Perda de brilho e empoamento da pintura (exposição aos raios UV)
Manchas castanho-avermelhadas de corrosão sobre a pintura e áreas localizadas com seu desplacamento e exposição de aço
corroído
Acúmulo de resíduos e umidade na junção de elementos de aço-carbono revestido
Corrosão na região de contato entre viga e parede de tijolos
contaminadas com sais de cloreto.
Conjunto elevador escada em aço-carbono pintado em bom estado de conservação
Armadura exposta e com corrosão severa em vigas de concreto armado de apoio do conjunto elevador escada
Esquadrias de aço-carbono com corrosão intensa, em especial em regiões de formação de frestas e quinas
Corrosão generalizada em
perfil central
Portão de aço-carbono com
corrosão intensa em região de fresta
Tubo de cobre com furos vedados com massa plástica
Produtos de corrosão verdes e pites em região de escorrimento de fluxo de solda
Pite perfurante no lado externo
Aspecto macrográfico da seção transversal do tubo, evidenciando corrosão localizada intensa (pites)
É comum casos de corrosão em tubulação de cobre pela
presença de resíduos de obra e de fluxo de solda, os quais
prejudicam a formação adequada da camada passiva.
• os parafusos são de aço zincado que se corroem ao longo do tempo, expondo o aço-carbono;
• a corrosão do aço-carbono, resulta na formação de íons ferrosos (Fe2+) que por oxidação formam os íons férricos (Fe3+) que, dependendo do pH, formam óxidos de ferro;
• o Fe3+ é muita agressivo ao alumínio, pois quebra a camada passiva, deixando o alumínio ativo.
Caixilho de alumínio pintado com corrosão intensa em região de furo de instalação do parafuso de fixação em fachada de prédio.
Colapso de estrutura de aço-carbono: a pintura de proteção não existia mais e alguns elementos apresentavam corrosão acentuada, tendo-se a formação de fresta entre elemento
de ligação entre vigas/colunas.
Fresta
Elemento de ligação vigas/colunas
Viga
(com parte superior omitida)
Os casos de corrosão ilustraram a importância do conhecimento básico dos mecanismos de corrosão e das técnicas de seu controle?
perda do efeito estético conferido pelo material; paradas não programadas para reparo e ou reforço
ou substituição de material deteriorado; prejuízo ao meio ambiente e a vida humana, por
vazamentos, quedas, desabamentos etc;custos de intervenções.
PROTEGER A SOCIEDADE E O MEIO AMBIENTE
Princípio da corrosão:A corrosão em meios naturais
O que é corrosão? é um processo espontâneo, em que um metal se transforma em íon metálico pela sua interação (eletroquímica ou química) com o meio.
A corrosão é busca constante pelo equilíbrio dos metais na natureza!
Exceção: ouro
MEIO CORROSDIVO
Meio aquoso corrosivo
+ ∆E
sólido cristalino...estado energético...
Corr
osão
ele
troq
uím
ica
H2O
O2
Os processos de corrosão eletroquímica são frequentes na natureza, ocorrendo em meio aquoso, com a formação de
uma célula de corrosão:
Dife
renç
a de
pot
enci
al e
cor
rent
e el
etrô
nica
Corr
ente
iôni
ca(e
letr
osfe
ra d
os ío
ns)
Transferência de cargaFe Fe2+ + 2e
O2 + 2H2O + 4e 4OH-
Fe2++ OH- Fe(OH)2 + H+
2Fe2++ 4OH-+ ½O2 2FeOOH + H2O 8FeOOH + Fe2++ 2e 3Fe3O4
+ 4H2O
O2 + 4H+ + 4e 2H2O2H+ + 2e H2
O2
H+
H2Oe+
e+
Fe2+
Adaptado de WARTHA et al. 2012
AnodoFe Fe2+ + 2esolução azul
(ferricianeto de potássio)
CatodoO2 + 2H2O + 4e 4OH-
Solução rosa (fenolftaleína)
Produtos de corrosão (FeOOH e Fe3O4)
Produtos de corrosão
OH- (íons hidroxila – água): óxido de ferro
II ou III (FeO , Fe2O3), hidróxido de ferro II ou III (Fe(OH)2 , Fe(OH)3), hidróxido de zinco (Zn(OH)2)
Cl- (íons cloreto – água): cloreto de ferro II ou III (FeCl2 , FeCl3), cloreto
de zinco (ZnCl2)
SO42- (íons sulfato – oxidação do dióxido de enxofre (SO2),
gerado na combustão de combustíveis, dissolvido na água – H2SO4):
sulfato de ferro II,III (FeSO4 , Fe(SO4)3), sulfato de zinco (ZnSO4)
CO32- (íons carbonato – gás carbônico (CO2), presente na
atmosfera, dissolvido na água): carbonato de ferro II,III (FeCO3 , Fe2(CO3)3), carbonato de zinco
(ZnCO3)
Reagem com espécies
presentes no meio
A corrosão eletroquímica é aquela que ocorre em meios naturais pelo contato dos materiais metálicos
com a água e o oxigênio. Solo
AtmosferaÁgua
Podemos incluir outros meios, o concreto, produtos químicos, alimentos...
A taxa de corrosão é controlada pela disponibilidade de oxigênio dissolvido na solução que umidifica a superfície do metal; pelo período de seu molhamento ou resistividade elétrica do meio e tipo/concentração/taxa de difusão de agentes agressivos. E ainda, pelas características e configuração da estrutura (projeto) e pelo tipo de corrosão.
Imagem : google.com.br/
SO2, CO2,
SO2, H2S, CO2, Cl-
CO2, H2S
Fuligem de resíduo industrial e poeira natural
Vapor de água,
Óxidos/dióxidos de
carbono e de
enxofre, cloreto
Atmosfera
na superfície do metal, com e sem presença de produtos de corrosão (hidroscópicos ou não), há períodos de formação de uma película de água:
• pela adsorção do vapor atmosférico (UR > 80%);• por capilaridade;• pela condensação da água (orvalho, neblina);• por precipitação. A chuva pode promover a lavagem ou a contaminação da superfície e um ataque, se for ácida: presença significativa de dióxido de enxofre, que reage com a água, formando ácido sulfúrico - H2SO4
Meios naturais: atmosfera
O cloreto de sódio aumenta a condutividade da água, impede a formação (ou quebra) a camada passiva, diminui a umidade crítica.
a superfície do metal é contaminada por partículas sólida e sais de cloreto de sódio: carreados pelo ar e presentes nas gotículas de água (maresia).
Meios naturais: atmosfera
Classificação da corrosividade atmosféricaISO 9223 (2012)/ ABNT 14643 (2001)
Estação de condições atmosféricas
Quantificação de compostos presentes
na atmosfera(enxofre e cloreto)
Monitoramentometeorológico
Estimativas da taxa de corrosão por avaliação da corrosividade atmosférica
Estação de corrosão atmosférica natural
Exposição de corpos de prova de diferentes metais
Determinação da taxa de corrosão
por perda de massa
Classificação da corrosividade atmosférica – ISO 9223
• estimar a taxa de corrosão a partir da quantificação de contaminantes (deposição de enxofre - SO2 e de cloreto – Cl-) e monitoramento meteorológico (temperatura e umidade relativa da atmosfera):
Parâmetro ValorTemperatura (-17,1 a 28,7) °C
Umidade Relativa (34 a 93) %Deposição de enxofre (SO2) (0,7 a 150,4) mg/(m2.dia)Deposição de cloreto (Cl-) (0,4 a 760,5) mg/(m2.dia)
Aço-carbono Zinco Cobre Alumíniomuito baixa ≤ 1,3 ≤ 0,1 ≤ 0,1 negligente
baixa 1,3 < T ≤ 25 0,1 < T ≤ 0,7 0,1 < T ≤ 0,6 _média 25 < T ≤ 50 0,7 < T ≤ 2,1 0,6 < T ≤ 1,3 _
alta 50 < T ≤ 80 2,1 < T ≤ 4,2 1,3 < T ≤ 2,8 _muito alta 80 < T ≤ 200 4,2 < T ≤ 8,4 2,8 < T ≤ 5,6 _extrema 200 < T ≤ 700 8,4 < T ≤ 25 5,6 < T ≤ 10 _
Corrosividade Taxa de corrosão - T (µm/ano)
• determinar a taxa de corrosão a partir da perda de massa de CPs padrão (aço-carbono, zinco, cobre e alumínio ) expostos nos locais de interesse durante um ano:
* a profundidade ou o número de pites pode melhor indicar o ataque ao metal
*
3 anos (1095 dias)
10 (rural/SO2 de Cubatão e umidade) - 250 µm/a (corrosividade extrema)
7 (industrial/SO2 e umidade) - 235 µm/a (corrosividade extrema)
8 (marinha/NaCl – 1km da praia) - 185 µm/a (corrosividade extrema)
3 (urbano/H2S do rio e SO2 ) - 80 µm/a (corrosividade alta)
9 (industrial/SO2 e particulado) - 55 µm/a (corrosividade alta)
6 (urbano/SO2 e particulado) - 30 µm/a (corrosividade média)
4 (urbana/SO2 Av. do estado)- 16 µm/a (corrosividade baixa)
2 (rural) - 12 µm/a (corrosividade baixa)Panossian, 1993
Aço-carbono
1 - 235 µm/a (corrosividade extrema)
2 - 35 µm/a(corrosividade media)
3 anos (1095 dias)
3 anos (1095 dias)
2
2
1
1
São Paulo (urbana/SO2 Av. do estado)
Cubatão (industrial/SO2 e umidade)
1 - 16 µm/a (corrosividade baixa)
2 – 10 µm/a(corrosividade baixa)
Panossian, 1993
Panossian, 1993
Santo Andre (atmosfera industrial)12 anos de exposição
adaptado de Almeida e Panossian, 1999
C 0,14 %Cr 0,47 %P 0,034 %
C 0,03 %P 0,01 %
C 0,18 %Cr 0,066 %P 0,02 %
C 0,15 %Cr 0,07 %P 0,035 %
Lorena (atmosfera rural)12 anos de exposição
adaptado de Almeida e Panossian, 1999
C 0,14 %Cr 0,47 %P 0,034 %
C 0,03 %P 0,01 %
C 0,18 %Cr 0,066 %P 0,02 %
C 0,15 %Cr 0,07 %P 0,035 %
• em atmosfera de alta úmida, o período de molhamento da superfície do metal é muito alto e, com isso, a corrosão pode ser intensa, mesmo não havendo a presença significativa de contaminantes;
• em atmosfera de baixa/média agressividade: no início, a taxa de corrosão é muito alta e, com o tempo, diminui. Essa é menor quanto menor é a exposição aos contaminantes e a umidade;
• em atmosfera de alta agressividade: a diminuição da taxa pode não ocorrer e, em certos casos, até aumentar.
Corrosividade atmosférica - taxa
Meios naturais: soloApresentam características ácidas ou básicas e contém
sais minerais, gases dissolvidos, microrganismos e poluentes diversos.
• a superfície do metal tem contato direto com a água e as partículas sólidas, ambas podem apresentar contaminantes.
Corrosão em tubos de ferro fundido em solo
Ensaio de Resistividade elétrica
Meios naturais: água
Rios, lagos e subsolo e a água do mar contêm sólidos e gases dissolvidos, microrganismos e algas, sólidos em
suspensão, sais minerais etc.
• o metal tem contato direto com a água e as partículas, ambas podendo estar contaminadas;
• o pH da água, temperatura e velocidade de escoamento também têm influência na corrosão.
Corrosão do aço-carbono após
deterioração da pintura
anti-incrustantes
Exemplo...na água: a presença em excesso de dióxido de carbono (CO2) pode causar acidificação da água o que acelera a corrosão do aço-carbono (não é comum nas águas naturais).
a presença significativa do CO2 + carbonatos de cálcio ou magnésio pode ter efeito oposto, retardando a corrosão pela formação de carbonatos insolúveis que se depositam na superfície do aço-carbono. Esse depósito é isolante e, pode cobrir a superfície exposta do metal.
Camada de carbonato de cálcio em tubulação de aço-carbono
Na atmosfera:Alumínio, cobre, aço inoxidável, titânio, níquel..
Insolúvel, compacta uniforme e aderente
Forma uma barreira protetora na superfície do metal (restrição
do acesso de oxigênio e da água)
Solúvel; ou insolúvel não uniforme e não aderente
Não forma uma barreira protetora na superfície do metal
Mau desempenho em diversas condições
O contato das materiais metálicas com o ar e a umidade resulta na formação de uma camada de produtos de corrosão (sais, hidróxidos, óxidos):
Estado ativo,
a corrosão é danosa
ao material!Estado passivo, se
ocorrer corrosão,
deve ser do tipo
localizado!
Bom desempenho em diversas condições
Aço-carbono...não há formação de uma camada protetora!!!
A corrosão do aço-carbono resulta na formação de uma camada de coloração marrom-avermelhada porosa e solúvel e de baixa aderente ao metal, deste modo, é uma camada permeável a água e o oxigênio.
Portanto, não deve ser utilizado sem proteção!
Aço-carbono: composto de ferro e pequena porcentagem de carbono (no máximo 2 %) e de elementos residuais do processo de fabricação (minérios e coque), pincipalmente, fósforo, enxofre, manganês e silício. Nas estruturas é comum o uso de baixo teor de carbono (< 0,3%).
Aço-carbono
O uso do aço-carbono se justifica em razão do seu custo e propriedades mecânicas: • resistência;• ductilidade;• tenacidade• dureza etc.
Proteção do aço-carbono:• revestimento metálico e ou
orgânico;• encapsulamento: concreto;• proteção catódica (água e solo); • inibidor (pouco usado na
construção civil).
Aço aclimável...também conhecido como patinável, baixa liga etc.
Há formação de uma camada protetora visível que confere um acabamento estético!
Aço aclimável: ligas de ferro com baixa porcentagem de cobre (0,2 % a 0,5 %) e fosforo (< 0,1 %), dentre outros como cromo, níquel em combinações específicas, conforme a siderúrgica produtora.
Passarela Miguel Reale (constructalia.com)
Ao ser exposto às variações do clima, daí o seu nome
aclimável, inicia-se a formação de uma camada
compacta, uniforme, aderente e pouco solúvel.
Aço
aclim
ável
Aço-
carb
ono
gerdau.com.br/arquivos-tecnicosPanossina, 1993
...no aço aclimável, a fase amorfa é rica em óxidos de cobre e de outros elementos de liga. Nessa fase, o dióxido de
enxofre (SO2) reage com os elementos metálicos, formando sulfatos básicos de baixa solubilidade, que se precipitam
entre os poros das camadas de óxidos, selando-os. Na presença moderada de íons cloreto também há formação de
cloretos de cobre básicos insolúveis.
Assim como no aço-carbono, predomina a formação de produtos de corrosão de mesma natureza (α-FeOOH: goethita, α-
FeOOH e/ou γ-FeOOH: lepidocrocita e pequenas ilhas de Fe3O4: magnetita), no entanto...
Aço aclimável:
Compete com o aço-carbono, pois:• confere acabamento estético (formação da pátina);• maior resistência à corrosão.
Cuidado:• a exposição a uma ambiente muito agressivo,
constante escorrimento de água ou isolamento (gravação no solo, cobertura por vegetação) prejudica bastante a formação da pátina e, assim, a resistência à corrosão;
• a restrição ao intemperismo (ciclos de umedece/seca), também prejudica a formação da pátina.
Há formação de uma camada superficial protetora invisível!
Aço inoxidável: liga de ferro contendo no mínimo 12 % de cromo, podendo conter também níquel, molibdênio e outros elementos para conferir melhores propriedades. Os mais comuns são os austeníticos, ferríticos, martensíticos, dúplex.
Aço inoxidável
Os mais usados na construção civil são os austeníticos (18 % de cromo e 8 % de níquel), desde painel de revestimento externo e interno, piso, azulejo, pia, corrimão/guarda-corpo, porta e esquadria, decoração, mobiliário etc.
enecelinox.com.br
Compete com o aço-carbono comum e aclimável pois:• facilidade de limpeza, inclusive pichações, e acabamento
estético (desde o fosco até o espelhado e revestimento);• boas propriedades mecânicas.
Cuidado:• sofre corrosão localizada: condições de frestas;
estagnação de água, areia, produtos de corrosão permeáveis; incrustações marinhas) e seleção inadequada de material ou defeitos metalúrgicos.
• apresenta a propriedade de se manter passivo em muitos meios, sendo a resistência à corrosão obtida, principalmente, pela reação do cromo com o oxigênio e umidade atmosférica.
Aço inoxidável
AlumínioHá formação de uma camada protetora!!!
O alumínio apresenta bom desempenho porque na atmosfera há formação de uma camada de óxido de alumínio de caráter protetor e invisível. Como essa camada é muito fina, o alumínio usado na construção civil é sempre anodizado.
http://revistavidroealuminio.com.br/
Usado em coberturas, revestimentos, esquadrias
(portas, janelas, vitrôs), guarnições etc.
Camada artificial de proteção de óxido de alumínio, muito mais grosso do que a que se forma naturalmente, com espessura de alguns micrometros até 25 µm.
Mais fino mais brilhante, mais grosso, mais opaco.
Anodização
Depois de anodizar, faz-se a selagem, em que se pode
adicionar corantesTambém é comum o alumínio ser pintado com tinta em pó, epóxi ou
poliéster
CobreHá formação de uma camada superficial protetora!
Foi e ainda é usado em metais sanitários, sendo revestido com cromo decorativo (Ni/Cr). Atualmente, está sendo substituído por plástico cromado.Também é muito usado em tubulação de água quente e de incêndio e, atualmente, como revestimentos decorativos.
aecweb.com.br
alcopla.com.br
Edifício Vera Cruz na Faria Lima – cobre
Reações anódicas e catódica
Catodo Mais nobre, ocorre redução
(ganho de elétrons)
2H+ + 2e H2 (meio ácido e meio desaerado)
O2 + 2H2O + 4e 4OH-
2H2O + 2e H2 + 2OH-
(meio neutro e meio alcalino aerado) O2 + 4H+ + 4e 2H2O(meio fracamente ácido aerado)
Lei da oxirreduçã
o: reação simultâne
a de ganha e
perda de elétrons
AnodoMenos nobre, ocorre oxidação
(perda de elétrons)Fe Fe2+ + 2e
Fe2+ + OH- Fe(OH)2 + H+
2Fe2+ + 4OH- + ½O2 2FeOOH + H2O8FeOOH + Fe2+ + 2e- 3Fe3O4
+ 4H2OFe2+ + 6Cl- FeCl6
-3
FeCl6-3 + 2OH- Fe(OH)2 + Cl-
Porque aparecem regiões anódicas e catódicas?
• o metal é heterogêneo (corrosão generalizada);
• quebra localizada da camada passiva (corrosão por pite) e gradiente de concentração (frestas);
• precipitação ou segregação de compostos (corrosão intergranular);
• pares galvânicos: metais diferentes com reatividades diferentes (corrosão galvânica).
Por que aparecem regiões anódicas e catódicas?
Porque o metal é heterogêneo !!!Exemplo:
Corrosão generalizada do aço-carbono, sendo a fase ferrita o anodo (menos nobre) e, a fase cementita, o catodo (mais nobre).
Ferrita, ferro , (cor branca):
Cementita, Fe3C, (cor cinza):Catodo eficiente para as reações de
redução da O2 e H2O, tendo influência tanto a sua forma como distribuição
aço-carbono
eletrólito
Outros exemplos de corrosão atmosférica:
Corrosão generalizada do aço-carbono zincado
Corrosão generalizada de aços inoxidáveis
Por que aparecem regiões anódicas e catódicas?
quebra localizada da camada passiva: Exemplo:
Corrosão por pite em aço inoxidável, sob depósito de massa celulósica contaminada com cloretos.
Pites
gradiente de concentração:
Corrosão em fresta em aço inoxidável, sob dispositivo plástico em que havia restrição de acesso de oxigênio.
Exemplo:
aproveitando............Corrosão por pite
É um tipo de corrosão que se caracteriza pelo ataque em pequenas áreas de uma superfície que se mantém passivo• geralmente tem diâmetro igual ou menor do que a sua
profundidade. Podem ter formas diversas, preenchidas ou não;
• é perigosa, pois nem sempre é perceptível: a degradação ao longo da superfície aparente do metal é pouca se comparada à profundidade que o pite pode atingir!
aproveitando...............Corrosão em fresta
aproveitando...............Corrosão em fresta
• é uma das formas de ataque aos metais passiváveis mais incidente e menos reconhecida: parafusos, arruelas, juntas sobrepostas, gaxetas, depósitos de superfície, além de outras heterogeneidades superficiais;
• para ocorrer, a fresta deve ser suficientemente grande de modo a permitir o acesso do meio corrosivo, mas também, deve ser suficientemente pequena para restringir o transporte de elementos e substâncias.
Célula oclusa
Anodo e Catodo fisicamente separados;há dificuldade de mistura do eletrólito do A (anólito) com o eletrólito do C (católito);com o tempo, há alterações dos meios: o eletrólito do A acidifica (produção de H+ e consumo de OH-) e o do C alcaliniza (consumo de H+ e produção de OH-)
aproveitando...............Corrosão em fresta
AC
Depósitos de partículas, produtos
de corrosão...
Frestas
Pites e trincasC
A
A
C
O2 O2O2 O2O2O2O2
O2O2
Alta concentraçãode oxigênio
(catodo)
O2
Baixa concentraçãode oxigênio
(anodo)Eletrólito
O2 O2 O2
O2
Ferrugem
Por que aparecem regiões anódicas e catódicas? composição variável na liga; precipitação ou segregação de compostos:Exemplos: Corrosão intergranular em aço inoxidável devido à composição variável(liga não-homogênea)
Corrosão intergranular em alumínio após ensaio de imerso por 6 h em solução de cloreto de sódio e peróxido de hidrogênio.
Precipitação no contorno de grão de carboneto de cromo, com empobrecimento do cromo nas
vizinhanças, onde ocorreu a corrosão
deformação superficial do metal:
Por que aparecem regiões anódicas e catódicas?
Exemplos:
Corrosão se inicia na borda (cabeça) e na ponta dos pregos submetidos a deformação mecânica (átomo em estado energético mais ativo):
Corrosão generalizada em porca, sendo mais significativa nas bordas onde se inicia:
pares galvânicos:
ZincoAlumínio ativoZinco ativoAço ou ferroAço inoxidável ativo
Níquel ativoCobreAço inoxidável passivo
TitânioOuro
Série Galvânica:
MENOS NOBRE: significa que tem mais tendência à corrosão –
perde elétrons (ANODO).MAIS NOBRE: significa que tem menos tendência à corrosão –
ganha elétrons (CATODO). aço-carbono
Por que aparecem regiões anódicas e catódicas?
Aço inoxidável
Cobre
-
+
aproveitando....Corrosão galvânica
Metal que tem mais tendência à corrosão: sobre sua superfície ocorrem as reações anódicas.
Dois metais dissimilares num mesmo meio e com contato elétrico: ocorre a corrosão do menos nobre:
Metal que tem menos tendência à corrosão: sobre
a sua superfície ocorram as reações de redução.
polietileno
Corrosão em união de aço-carbono zincado em contato com conjunto rosca de latão/tubo de
cobre em linha enterrada de transporte de gás. Ocorreu perfuração da conexão após em torno
de 2 anos de instalação. Corrosão perfurante
Seção transversal de uma união nova e com perda de material por corrosão
intensa na área em contato com o solo
Colégio Adventista do Centenário _Curiiba(cbca-acobrasil.org.br)
Passarela Eusébio Matoso _SP(planetasustentavel.abril.com.br)
Estação de metro Botafogo_RJ(metalica.com.br)
Projeto
• evitar parcial gravação no solo ou parcial imersão na água;
• evitar parcial embutimento em concreto ou argamassas;
Ver ABNT 8800 e EN ISO 12944...
Controle: ainda no projeto, considerar as condições que podem afetar o desempenho das estruturas/componentes ao longo do tempo, como exemplo:
• evitar arestas vivas, respingos de solda que são locais de falha prematura da pintura;
• prever acesso de pessoas e equipamentos para inspeção e manutenção periódica.
• dar preferência para a soldagem contínua em vez de fixação de parafusos;
Controle: não utilizar metais dissimilares, caso contrário, tem de isolá-los eletricamente ou revestir. Evitar contato da estrutura com componentes metálicos (exemplo: caixilho de alumínio/aço) e utilizar solda com características similares.
Zn Zn2+ + 2e- O2 + H2O + 4e- 4OH-
Cu2+ + 2e- Cu
Controle: a caracterização prévia do material metálico e a realização de ensaios no meio de exposição permitem verificar se há defeitos de fabricação ou precipitações na regiões de solda que podem torna-lo mais susceptível à corrosão.
Ensaios de corrosão
Os ensaios são realizados para avaliar o comportamento dos metais em meios
específicos, entender os mecanismos da corrosão e avaliar sistemas de proteção.
Ensaios naturais – campoRealizados em meio natural, com corpos de
prova condicionados em diferentes condições de exposição, com ou sem: tensão aplicada, contaminação, dispositivos fixados
etc
Ensaios artificiais – em laboratórioRealizados em câmaras, por meio de imersão parcial ou total em meio líquido ou somente a
atmosferas ou gases específicos, com uso de vidrarias, dispositivos diversos e equipamentos,
normalizados ou não.
câmara: névoa salina, úmida, climática/ cíclica/, intemperismo,, dióxido de enxofre, carbonatação etc.
Ensaios artificiais – em laboratório
imersão: exposição parcial ou total a líquidos, podendo variar desde um CP imerso em béquer até em autoclave. Avalia materiais, meios e condições adversas (fluxo de líquido e gases, aquecimento e pressão), sistema de proteção (inibidores, biocidas, proteção catódica).
atmosférico/gás/vapores: exposição parcial ou total a vapores/gases
emanados por meio líquido ou pó ou injetados
artificialmente ao meio.
Ensaios associados à solicitação mecânica: os corpos de prova são submetidos a tensões estáticas, ou cíclicas e expostas a um meio.
Ensaios eletroquímicos: medidas de potencial de eletrodo, curvas de polarização, impedância eletroquímica, voltametria, utilizada na avaliação de
materiais, principalmente
atividade eletroquímica e verificação da
eficiência de sistemas de proteção.
Ensaios em protótiposCondições simuladas às de campo, podendo ser acelerados ou não. São usados para fazer previsões de vida útil e avaliar sistemas de proteção mais similares ao campo, sendo considerado alterações naturais (ao longo do tempo) e condições de uso/meios.
Microscopia e análise metalográfica.
análise e determinação de elementos químicos por meio de espectroscopia de dispersão de energia - EDS e composição química por meio de difração de raios X – DRX (microscópio eletrônico de varredura e difratômetro).
medida e análise da geometria e rugosidade de superfícies (microscópio confocal).
Corpo de prova metalográfico para análise microscópica
aço zincado corroído
Revestimentos orgânicos e metálicos
Ensaios
Revestimento orgânico e metálico, estudo de casos e
ensaios
MEIO
PROTEÇÃO
CATODICA
Mudar ou condicionar o meio: controle
de pH, adição de inibidores, ...
Interposição de barreira
entre o metal e o
meio
METAL
PROTEÇÃO SUPERFICIAL
substituir o metal por
outro que não reaja com o meio ou que
reaja com velocidade desprezível
Fornecer energia ao
metal: proteção catodica
Revestimento orgânico
ADERÊNCIA
BAIXA PERMEABILIDADE
FLEXIBILIDADE
Propriedades
Proteção catódica
RESINA PIGMENTO
A Ç O
Tinta rica em Zinco
Os veículos mais utilizados nas tintas ricas em zinco são: epóxi e silicato de etila. Como o zinco é metal anfótero não é recomendado o seu uso em locais altamente agressivos, principalmente em meios
ácidos ou alcalinos.
AA CCAçoAçoAçoAA CC AA
Camada de íons Camada de íons depositadosdepositados
AA CC AA CC AAAçoAçoAço
Proteção anódica
Enquanto o meio corrosivo não atravessa
a película o pigmento não funciona, ou melhor, não tem
oportunidade de atuar
Durante a travessia do meio corrosivo, os Íons
fosfato, cromato ou cálcio se dissociam formando camada impermeável junto à área anódica,
impedindo a sua corrosão
A norma EN ISO 12944...descreve esquemas de proteção
anticorrosiva, considerando diferentes graus de durabilidade, para
estruturas de aço-carbono e de baixa liga, sem e com revestimento
metálico, expostas a ambientes naturais (solo, ar e água).
Parte 1 IntroduçãoParte 2 Classificação da corrosividade do ambienteParte 3 Considerações sobre o projeto Parte 4 Tipos de superfície e técnicas de seu preparo Parte 5 Esquemas de pintura anticorrosivaParte 6 Ensaios de desempenho (em laboratório)Parte 7 Execução e supervisão de trabalhos de pintura
Parte 8 Desenvolvimento de especificações para obras novas e obras existentes em manutenção
EN ISO 12944 TINTAS E VERNIZES – PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO DE ESTRUTURAS DEAÇO POR SISTEMAS DE PINTURA.
ISO 12944
Especificação do fornecedor
Categoria de corrosividade atmosféricaVamos ver um exemplo para 15 anos...
ISO 12944 Corrosividade em água e solo
Vamos ver um exemplo para 15 anos...
Especificação do fornecedor
ÁcidosÁlcalis
SolventesAbrasãoImpacto
Umidade
As alifáticas são mais resistentes aos raios
ultravioleta do que as aromáticas: melhor retenção
de cor e de brilho. Os poliuretanos aromáticos amarelecem com o tempo.
Resistentes
Grande resistência física e química. A associação com resina acrílica, forma as tintas
poliuretanas acrílicas. O agente de cura é à base de isocianato aromático ou alifático.
Grande resistência física e química, mas há amarelamento, perda de brilho e empoamento em
ambiente externo (intemperismo). Há dois tipos de catalizadores do polímero epóxi:
amina ou amida.
dependendo da natureza química do catalizador, teremos propriedades diferentes...
Cura com amina (epóxi poliamina)
ResistentesÁcidosÁlcalis
Solvente
“Menor” resistênciaUmidadeDifícil aplicação com UR alta
Cura com amida (epóxi poliamida)ResistentesUmidadeMaior flexibilidadeFácil aplicação com UR elevada
“Menor” resistência ÁcidosÁlcalisSolventes
• Primers/tinta de fundo: óxido de ferro (proteção por barreira), epóxi isocianato (substratos não-ferrosos) e epóxi rica em zinco (proteção por barreira e galvânica) etc.
• Alcatrão ou livre de alcatrão (Tar free);• Tolerante surface: aplicável sobre áreas com
oxidação.• Epóxi sem solvente (low VOC ) e a base de
água: ecologicamente corretas.• Epóxi de alta espessura, cura rápida, alto
desempenho: custos + eficiência.
Oferece proteção por barreira e atua como sacrifício, protegendo galvanicamente o substrato ferroso:
Encontrada na forma de tinta epóxi rica em zinco ou a base de etil silicato de zinco;
É amplamente utilizada (áreas industrial/ naval/ off shore);
Fundo em sistemas de proteção do aço-carbono em ambiente agressivo:
Tintas ricas em zinco
Tintas ecológicas: altos Sólidos / low VOC
Solvente
Resina
Pigmento
Solvente
não-volátil
volátil
Resina
Pigmento
VOLÁTEIS
NÃO-VOLÁTEIS
ÁGUA
SOLVENTE
RESINA
PIGMENTOS
É necessária uma pequena porcentagem de solvente (menor que 5%).
Tintas à base de água
Tintas epóxi Novolac de alta resistência química, abrasão, temperatura e proteção por barreira
Toleram camadas leves de oxidação e aplicada em 1 única demão. A epóxi modificada aceita ainda
aplicação com UR alta...
Tintas de alto desempenho
Aço aclimável pintura
De modo geral, admite-se que o uso da pintura pode aumentar a sua vida útil, no entanto, não é uma prática recomendada
Em estruturas existentes, o revestimento do aço aclimável é recomendado quando
às condições são desfavoráveis para a formação da pátina:
ausência de condições de molhamento/ secagem;
atmosfera muito contaminada por íons SO2 e/ou Cl-. Há necessidade de que o esquema de pintura
selecionado seja aplicado sobre uma superfície adequadamente preparada!
Aço zincadopintura
A pintura pode aumentar a vida útil e conferir acabamento estético, sendo necessária em ambientes
de alta agressividade.
Condições do substrato:• superfície galvanizada sem corrosão
(galvanizado novo);• superfície galvanizada com área de
corrosão localizada;• superfície galvanizada com área de
corrosão generalizada.
Norma Petrobras N1021/Norma ABNT 10253 :Pintura de superfícies galvanizadas, ligas ferrosas enão ferrosas (aço inoxidável e alumínio) e materiais compósitos e polímeros:
Preparo _ Norma ABNT 10253: Zincado novo:
Tratamento químico (fosfatização – ABNT NBR 9209)• 1 demão de tinta de aderência: resina epóxi curada com
isocianato alifático, pigmentada com óxido de ferro;• aplicar as demãos de tintas subsequentes do esquema
especificado...Jateamento abrasivo para as zincadas a quente• limpeza (desengordurar a superfície com solvente - ABNT
NBR 7145).• jateamento abrasivo ligeiro (remoção ≤ 10% da espessura
do ZN);• 1 demão da tinta de aderência: epóxi-isocianato alifático
ou cromato básico de zinco/polivinil butiral;• aplicar as demãos subsequentes do esquema Tratamento mecânico (NBR 7346 e NBR 7347)
Zincado envelhecido:Sem corrosão _Tratamento mecânico (NBR 7346 e NBR 7347)• limpeza (desengordurar a superfície com solvente - ABNT
NBR 7145).• 1 demão de tinta de aderência: epóxi-isocianato alifático...• demãos de tintas subsequentes do esquema especificado...
Com corrosão vermelha _Jateamento abrasivo (zincadas a quente)• limpeza (desengordurar - ABNT NBR 7145).• jateamento abrasivo ao metal quase branco, grau Sa 2 ½
(ABNT NBR 7348);• 1 demão da tinta de aderência: epóxi-isocianato alifático
ou cromato básico de zinco/polivinil butiral;• demãos de tintas subsequentes do esquema especificado...
Revestimento metálico
Revestimento metálico: Metal ou liga metálica aplicada sobre substrato metálico ou não-metálico para:
proteger o substrato contra a corrosão; melhorar propriedades físicas e mecânicas
do substrato como: resistência à abrasão, resistência ao desgaste, condutividade elétrica, auxiliar em operações de conformação;
Proporcionar aspecto decorativo; alterar dimensões originais.
imersão a quente: zinco é o mais utilizado;
aspersão térmica: zinco e alumínio etc; Eletrodeposição.
Cada um dos processos produz um revestimento com características específicas, sendo que cada um deles apresenta vantagens e desvantagens
Revestimento metálico
Além de formar uma barreira, forma par galvânico com o substrato de aço, protegendo por sacrifício.
O revestimento de zinco obtido pelo processo de imersão a quente é amplamente utilizado no
combate à corrosão.
ARMADURAS ZINCADAS
(SERÁ ABORDADO NA PROXIMA PALESTRA)
Zincofundido
Aço-carbono
A presença de Zn puro na camada externa é função da velocidade de resfriamento: muito lento acarreta espessura muito fina ou mesmo inexistente de Zn puro.
O aço reage com o zinco fundido, formando camadas cada vez mais rica em Zn, conforme o aumento da distância em relação ao substrato.
velocidade da reação metalúrgica entre revestimento e substrato
composição do substrato e do banho tempo de imersão (maior tempo, maior
espessura) velocidade de remoção (maior velocidade
de remoção, menor espessura)
A natureza e a espessura de cada uma das camadas do revestimento de zinco é bastante dependente:
MetalizaçãoDepositadas partículas de metais na superfície do metal por meio de aspersão térmica. A camada formada confere efeito estético e proteção contra corrosão, desgaste etc. N-2568
O material é fundido no bocal da pistola e aspergido, através de jato de ar comprimido, em direção ao substrato.
Metalica.com.br
Metais que podem ser depositados por aspersão térmica são, na maior parte dos casos: alumínio, zinco, ligas de zinco/15% alumínio e liga alumínio/5% magnésio
Além de substrato metálico, a aspersão térmica pode ser feita sobre concreto: oferece proteção por
barreira e atua como sacrifício, protegendo galvanicamente a armadura conectada eletricamente
ao mesmo.
ΔVZn/Fe
ΔVAl/Fe
Ensaios- revestimentos
orgânicos
É feita por espectroscopia na região do infravermelho, uma vez que cada resina
possui um espectro característico
2500 2000 1500 1000número de onda cm-1
Identificação da resina
Sólidos por volumeÉ a quantidade de tinta que fica sobre o material após a evaporação do solvente
É usado para medir as camadas individuais da película durante a pintura
Tinta úmida (200 µm)
Película seca (100 µm)
S.V. = 50%
112
Retenção de
solvente
BolhasEmpolamento
Blisters
Tempo de secagem
Determinação da EspessuraMétodo magnético
Fm e1
eAço-carbono
O método magnético baseia-se na força de atração magnética entre um imã permanente e o substrato, influenciada pela presença do revestimento.
Determinação da EspessuraMétodo corrente Foucault
Também conhecido como eddy current, baseia-se na diferença de condutividade entre o revestimento e o substrato.
e
Alumínio
úmidaSeca
Xn
Yn
XnYn
Uma aderência deficiente pode levar ao destacamento do
revestimento e expor o substrato às mais
variadas condições de agressividade.
AderênciaCorte em X
Aderência
Pull Off
8 MPa - A/B e B/C
8 MPa - B/C
4 MPa - A/B e -/Y
4 MPa - B/C e -/Y
Entre a 1a demão e o substratoEntre a 1a e a 2a demão.Entre o adesivo e a tinta.Entre o adesivo e o dolly.
A/BB/C-/YY/Z
2H+ + 2e- H2
Fe Fe++ + 2e
Descolamento catódico
Diâmetro do defeito = 6 mm
Área destacada = 78,50 cm2
DCE = ?
A
πR2
D (DCE)
• resistência à névoa salina• resistência ao dióxido de enxofre• resistência à umidade• corrosão/intemperismo• imersão• intemperismo natural...
Desempenho
enferrujamento;
empolamento;
corrosão subcutânea (na região da incisão).
Proteção catódica
PROTEÇÃO
CATODICA
Fornecer energia ao
metal: proteção catodica
É reconhecida como a técnica que melhor pode proteger, a longo prazo, as estruturas contra a corrosão.
Princípio: estabelecer um fluxo de corrente que torna o aço-carbono catodicamente protegido.
Corrente impressa: o fluxo de corrente de proteção é fornecido por uma fonte externa permanente de energia elétrica (retificador). Neste sistema adota-se anodo inertes.
Anodo de sacrifício: o fluxo de corrente de proteção é fornecido por anodos consumíveis em contato elétrico com o aço-carbono
• o anodo e o catodo dentro do mesmo eletrólito;
• o eletrólito tem que ser condutor;• o anodo e o catodo conectados
eletricamente.
Sistema de proteção catódica
2H+ + 2e- H2
MagnésioAlumínioZinco
Ferro
-2,36-1,66-0,76
-0,44
Esquema simplificado de um sistema de proteção catódica galvânica
Anodos galvânicosTubo enterrado
RECIPIENTE
CuÁGUA DO MARMAIS NEGATIVO
QUE O COBRE
Cabo elétrico isolado
Circulação de uma corrente elétrica entre metais distintos: sentido do menos nobre (mais negativo) para o mais nobre (positivo)
Zn
RECIPIENTE
CuÁGUA DO MAR
Cabo elétrico isolado
Zn
Circulação de uma corrente elétrica entre metais distintos: o menos nobre corrói
Estruturas de pequeno porte, porque grandes estruturas requerem grandes
massas de anodo
Vantagem:não está sujeito a interrupções no seu
funcionamento
Sistema de proteção catódica –Anodo de sacrifício
Os anodos, geralmente, são inertes
GrafiteFe-Si-Cr
Ti revestido
Pb-Sb-AgTi platinizado
Nb platinizado
água do marsolos, água doce e água do
mar
Fe-Si
Solos e água doce
Sistema de proteção catódica –Corrente impressa
c.c
corrosão
Sistema de proteção catódica –Corrente impressa
Critérios para Proteção Catódica
Obs: As BRS (bactérias redutoras de sulfato) consomem o hidrogênio gerado da região catódica, provocando sua despolarização (SO4
-2 + 8 H S-2 + 4H2O).
ELETRÓLITO SEMI-CÉLULA POTENCIAL ≤
Solos NormaisCu/CuSO4
- 0.850 Vcc
Solos com BRS - 0.950 Vcc
Água do MarAg/AgCl
- 0.800 Vcc
Fundo do mar com BRS
- 0.900 Vcc
• resistividade do meio;• potencial estrutura-eletrólito;• pesquisa de corrente de
interferência;• eficiência do revestimento;• corrente de proteção.
Projeto e Monitoramento
Tubulação
- 1,05 V
- 0,78 V
- 0,81 V
Anodo
Vista Área da Posição Anodo em tubulação enterrada
DUTO
- 1,04 V
- 0,79 V
- 0,82 V
Anodo
DUTO
- 1,00 V
- 0,81 V
- 0,83 V
Anodo
Vídeo – Lab. De Corrosão e Proteção
Google: IPT + Corrosão