LA MANUTENZIONE ALLUNGA LA VITA
Cicli di verniciatura per la protezione dell'acciaio dalla corrosione
Romeo Fratesi (Università di Ancona)

     
La durata nel tempo di una struttura, oltre che dipendere dalle caratteristiche del materiale e dell’ambiente che lo circonda, dipende anche dalla prevenzione attuata in fase di progettazione e dalla manutenzione cui sarà soggetta in servizio. La manutenzione, quindi, rappresenta una fase importante per la vita di una struttura e deve essere fatta in tempi che non risultino tardivi, con modalità idonee e compatibili con il binomio materiale-ambiente e nello stesso tempo attuata con investimenti commisurati al valore dell’opera.
L’acciaio basso-legato è in assoluto il materiale metallico più utilizzato nel settore civile ed è anche quello che richiede in maggior misura sia l’adozione di metodi preventivi di protezione nei confronti della corrosione, che interventi manutentivi nel corso della vita delle strutture. L’azione preventiva si attua mediante il rivestimento superficiale dell’acciaio.
La manutenzione nel caso di un acciaio rivestito si rende necessaria quando cessa l’effetto protettivo del rivestimento (vernici).
La perdita dell’azione protettiva delle vernici può essere attribuita al degrado promosso dall’atmosfera sulla superficie del rivestimento, ed alla perdita di adesione al substrato metallico.
Le modalità di ripristino della funzione protettiva di un rivestimento dipendono dal tipo e dalle condizioni del vecchio rivestimento oltre che dalla possibilità che la struttura possa essere smontata e poi rimontata.
Nel caso di strutture in acciaio verniciato si deve stabilire a priori, in base
all’entità del degrado subito dal rivestimento, se operare una totale rimozione dello stesso e degli ossidi o se limitare l’azione di preparazione superficiale solo alle zone più danneggiate.


Per le strutture che non possono essere smontate l’unico trattamento consigliabile è la sabbiatura, che consiste nello spruzzare mediante aria compressa un materiale abrasivo (sabbia), capace di rimuovere sia il vecchio rivestimento che gli ossidi. Per il grado di finitura superficiale finale si può far riferimento a normative esistenti da tempo. In Europa ci si può riferire alle SIS-Standards 055900 che prevedono tre diversi livelli di finitura superficiale denominate
Sa-2, Sa-2.5 ed Sa-3. La finitura Sa-2 prevede il 20% di ossidi residui, la Sa-2,5 una ruggine residua di circa il 5% e la Sa-3 il 100% di metallo vergine.
Dopo la preparazione superficiale si deve effettuare il ciclo di verniciatura. Il primo strato protettivo (primer), solitamente di spessore 20-40
mm, deve avere tre caratteristiche fondamentali: contenere sostanze (pigmenti) passivanti, avere un’ottima adesione al substrato metallico e consentire un buon ancoraggio con lo strato di vernice successivo (seconda mano).



Esfoliazione dello strato di vernice
su un elemento metallico in acciaio.

I pigmenti passivanti hanno la proprietà di formare immediatamente un sottile strato passivo sull’acciaio che blocca l’ossidazione e di reagire con gli ioni e le sostanze acide, che possono penetrare attraverso lo strato di vernice, formando composti insolubili praticamente innocui per la corrosione. I principali pigmenti passivanti per l’acciaio sono a base di ossidi di piombo, cromati, fosfati e metaborati.
Altrettanto importante, è la compatibilità fra il primer e la "seconda mano". Da tale compatibilità dipende l’adesione dei due strati; la migliore adesione si ottiene quando i veicoli organici (solventi) sono simili ed i leganti (molecole monomeriche) hanno gli stessi gruppi funzionali. In pratica, esistono alcuni primer "universali", basati su resine fenoliche modificate con alchidiche, che sono compatibili con tutte le vernici. Tuttavia, i primer risultano abbastanza permeabili, quindi, gli strati di vernice intermedia e la mano di finitura devono avere un effetto barriera per impedire l’entrata del vapore d’acqua e dell’ossigeno e delle sostanze aggressive responsabili della corrosione. L’effetto barriera dipende principalmente dalla struttura chimica del legante, dalla natura dell’essiccamento, dallo spessore del film secco, dalla natura e concentrazione del pigmento.
Un ottimo ciclo di verniciatura è il seguente: sabbiatura con finitura almeno del tipo Sa 2,5; 2 mani di primer a base di PVC modificato alchidico con cromato di zinco (80-100
m m); 2 mani intermedie di vernice a base di PVC modificato alchidico pigmentato con ossido di ferro micaceo (120 m m); 1 mano finale di PVC alchidico pigmentato con il colore desiderato (30 m m).
Quando si deve intervenire su strutture con il rivestimento organico ancora in gran parte sufficientemente protettivo, il trattamento superficiale può essere effettuato rimuovendo dalle parti corrose la ruggine in modo completo oppure togliendo solo le parti incoerenti.
Nel primo caso si può operare a seconda dell’estensione delle zone da trattare con la sabbiatura o la spazzolatura. Contemporaneamente occorrerà riattivare lo strato di vernice già esistente mediante carte abrasive o con una leggera sabbiatura per rimuovere lo strato esterno interessato dagli agenti atmosferici. Successivamente nelle zone riportate a metallo nudo occorrerà applicare uno o due strati di primer passivante oppure un primer a base di polvere di zinco in veicolo organico e con legante compatibile al tipo di vernice già preesistente sulla struttura; quindi, una o due mani intermedie. Infine, su tutta la struttura sarà apportato lo strato di finitura compatibile sia con il tipo di vernice presistente, sia con il ciclo di ripristino effettuato.
Nel caso si effettui un’asportazione grossolana della ruggine la protezione può essere fatta con l’impiego di primer convertitori o stabilizzatori di ruggine. La maggior parte di questi convertitori di ruggine sono basati su soluzioni di acido fosforico, altri sono costituiti da soluzioni di tannini con o senza acido fosforico. L’applicazione a pennello di questi prodotti trasforma la ruggine in composti stabili e innocui tipo il fosfato o il tannato di ferro. Tuttavia, anche se la trasformazione della ruggine in composti stabili avviene realmente, la protezione offerta da questi tipi di primer non è sempre soddisfacente. Infatti, se si applica troppo convertitore rimane un eccesso di questi composti che sono solubili all’acqua. Quando si vanno a stendere le mani intermedie successive, il surplus di prodotto viene inglobato nella vernice causandone il rigonfiamento; se d’altra parte si applica meno convertitore del necessario non tutta la ruggine viene convertita e la reazione di ossidazione può procedere facilmente al di sotto degli strati di vernice. Inoltre, l’acido fosforico, così come i tannini, trasformano la ruggine in composti più stabili, ma non gli anioni acidi inglobati dalla ruggine (SO4=, Cl-, NO3-), nè neutralizzano la loro aggressività come, invece, fanno i primer contenenti pigmenti passivanti.
L’esperienza dimostra che in presenza di ruggine residua i primer contenenti ossidi di piombo o silico cromato basico di piombo o polvere di piombo metallico sono certamente i migliori. La ragione per cui i tre pigmenti indicati funzionano bene anche con ruggine residua sta nel fatto che essi contengono significative quantità di ossido di piombo che riescono a neutralizzare completamente le specie acide contenute nella ruggine. Pertanto, un buon ciclo di verniciatura su parti rugginose, grossolanamente preparate, potrebbe essere costituito da: primer in veicolo organico e legante alchidico con pigmento a base di ossidi rossi di piombo; una ulteriore mano su tutta la superficie con lo stesso primer; due mani di finitura sempre a base alchidica pigmentate con ossido di ferro micaceo per un totale di 250-300
mm di spessore.
La strutture zincate e verniciate richiedono un’ulteriore attenzione rispetto a quelle in acciaio poichè la superficie dello zinco è molto più reattiva. Generalmente la manutenzione delle strutture zincate e verniciate è rivolta a ripristinare lo strato di vernice che si è grossolanamente distaccato dal substrato di zinco.
Il ripristino della verniciatura prevede una pulizia della superficie che può essere fatta ad umido lavando con acqua calda contenente il 5-10% di soda caustica, aiutandosi con spazzole o con getti di vapore additivato sempre con sostanze alcaline. La preparazione migliore comunque rimane una sabbiatura leggera che rimuova solo i prodotti di corrosione dello zinco (ruggine bianca) e al massimo 2-5
mm di zinco metallico.
Successivamente la superficie deve essere trattata con sostanze capaci di formare strati passivi tipo acido fosforico o cromato o bicromato di sodio che servono anche da ancorante per gli strati di vernice successivi. Possono altresì essere utilizzati primer passivanti contenenti zinco cromato, stronzio cromato o piombo silicocromato in concentrazioni pari al 5-10%, seguiti dai soliti cicli di verniciatura. E’ importante, in ogni caso, utilizzare vernici con leganti non saponificabili. Tra le migliori vernici per le superfici zincate si possono annoverare quelle poliviniliche o polivinilideniche, acriliche e metacriliche, epossidiche.
Nel caso in cui l’aggressione del rivestimento di zinco sia stata tale da portare alla luce, in alcune zone, l’acciaio sottostante e quindi in presenza di macchie di ruggine rossa, l’intervento migliore consiste nel rimuovere tali prodotti di corrosione mediante azione meccanica riportando completamente a nudo l’acciaio e quindi operare una zincatura localizzata mediante spruzzatura di zinco fuso oppure stendere uno strato di primer zincante a base di polvere di zinco metallico. Una concomitante pulitura generale di tutta la superficie della struttura con una successiva verniciatura garantisce una lunga durata del rivestimento.

Per ulteriori approfondimenti consultare: Eric V. Schimid "Exterior durability of organic coating" edito da FMJ International Publications Limited, Queensway House, RedHill, Surrey, England (1988).