Zincatura a caldo 2020 by aiz.

solo attraverso il controllo del prodotto e del processo di zincatura ma, oltre a ciò, fissa anche altri requisiti. Ad esempio: - richiede che le aziende aderenti mettano a disposizione della clientela un servizio di consulenza per verificare la rispondenza dei manufatti alle caratteristiche necessarie e per poter ottenere il migliore risultato per quanto riguarda il rivestimento di zincatura; - fissa i requisiti dei consulenti, ne attesta l’idoneità e contribuisce alla sua formazione; - particolare attenzione viene riservata alla gestione ambientale e della sicurezza delle aziende aderenti. Il Disciplinare Tecnico incoraggia l’adozione di sistemi di gestione ISO 14000 o EMAS per l’ambiente e ISO 45000 (ex OHSAS 18000) oppure linee guida INAIL per la sicurezza. Per le aziende che ancora non sono dotate di questi strumenti, il marchio assicura il rispetto dei requisiti specifici fissati nel Disciplinare Tecnico. Leggi il Disciplinare Tecnico scaricandolo dal sito web: www.hiqualizinc.it

Per la marcatura CE e la dichiarazione di durabilità Se il manufatto da zincare ha una funzione strutturale per cui devono essere rispettate delle particolari necessità connesse alla marcatura CE, il sistema del marchio ne supporta le procedure. Il marchio HiQualiZinc, per questo aspetto, si basa sulla normativa armonizzata UNI EN 1090 e, per questo, è l’unico sul mercato che sia tecnicamente affidabile. HiQualiZinc si integra al sistema della qualità ISO 9001e garantisce l’applicazione corretta delle procedure per il sub-appalto della zincatura a caldo presso le aziende certificate. Così,fornisce una certificazione delle procedure di zincatura in adozione presso le azienda aderenti, in modo da poter essere considerato un’efficace estensione del sistema FPC del costruttore. Obiettivo del marchio è innalzare il livello di qualità della zincatura a caldo e rendere riconoscibile sul mercato l’affidabilità delle aziende aderenti, la loro corretta gestione amministrativa, ambientale e della sicurezza. Il Marchio HiQualiZinc si basa sulle normative tecniche europee ed internazionali UNI EN ISO 1461:2009 e UNI EN ISO 14703:2010, ma è attuabile anche per la zincatura secondo standard sviluppati da enti di formazione esterni al circuito ISO come, ad esempio, l’ASTM e la norma ASTM A123/A123M. HiQualiZinc è il marchio di qualità della zincatura a caldo di proprietà di Associazione Italiana Zincatura. Il Marchio viene concesso alle Aziende di Zincatura che ne fanno richiesta dopo attente e severe verifiche per accertare il rispetto dei requisiti richiesti dal Disciplinare Tecnico. Il marchio HiQualiZinc persegue l’obiettivo della qualità non

ZINCATURA A CALDO

a cura di Lello Pernice

Grafica e impaginazione Mirapromotion Srl mirapromotion.com IV Edizione 2021 Finito di stampare Febbraio 2021

In copertina “THE KELPIES” di Andy Scott L’opera è realizzata da una molteplicità di piccoli elementi in acciaio che l’autore ha scelto di proteggere con la zincatura a caldo per renderla perpetua ed immortale.

L’Associazione Italiana Zincatura, costituita nel 1957, è un’associazione senza scopo di lucro che rappresenta l’industria di zincatura a caldo in Italia. Il suo obiettivo principale è lo sviluppo dell’uso della zincatura a caldo per la protezione dell’acciaio contro la corrosione. È tra le Associazioni europee fondatrici dell’EGGA - European General Galvanizers Association. L’AIZ è associata all’ASSOMET, Associazione Nazionale Industrie Metalli non Ferrosi. Segue le attività scientifiche e di ricerca a livello internazionale; promuove studi per la messa a punto di nuovi prodotti e il perfezionamento di quelli esistenti; collabora con varie Università Italiane; pubblica testi tecnici e divulgativi. Organizza convegni e seminari; promuove la collaborazione e l’interscambio di informazioni fra persone, enti, organizzazioni ed altre istituzioni che perseguono scopi analoghi. Partecipa all’elaborazione, stesura e revisione di norme tecniche nazionali ed internazionali nell’ambito delle attività di Comitati ISO, CEN, UNI, Unimet, CEI. Promuove l’uso dell’acciaio strutturale insieme a Federacciai, ACAI, CTA, AIPEG. Fornisce un supporto continuo ai progettisti e utenti finali per determinare il migliore risultato dell’applicazione della zincatura a caldo. Lello Pernice, ingegnere chimico laureatosi all’Università “Federico II” di Napoli, è da più di venti anni il responsabile tecnico di Associazione Italiana Zincatura. Presidente del Comitato Tecnico EGGA dal 2011 al 2018, è attualmente Membro dei Comitati EGGA per le materie tecniche, ambientali e del marketing. È delegato ai Comitati Tecnici UNI, CEN e ISO per le norme del settore e per la costruzione in acciaio.

Le Aziende di Zincatura a Caldo che si fregiano del marchio di Soci dell’AIZ sono vincolate al rispetto dello statuto e del codice etico. Sono costantemente impegnate nella cura e soddisfazione della propria clientela.

Per ulteriori informazioni visitate il nostro sito web www.aiz.it.

Via Luigi Lilio, 62 - 00142 Roma Tel 06 51964662 Fax 06 5190771 www.aiz.it info@aiz.it

PREFAZIONE

Roma, 21 gennaio 2021 Questa edizione aggiornata della monografia vuole costituire, come sempre, un’occasione di comunicazione ed informazione riguardo alle caratteristiche dello zinco e della zincatura a caldo dell’acciaio. Rispetto alla edizione precedente sono stati aggiornati i riferimenti bibliografici e normativi. Larghe parti del testo originario del 2014 sono conservate ma ad esse sono stati aggiunti nuovi contenuti esplicativi ed esemplificativi. Associazione Italiana Zincatura continua nella sua opera di informazione puntuale riguardo al tema della protezione della corrosione dell’accaio, con il sistema di maggiore efficacia costituito dal rivestimento di zinco. Nel testo, l’approfondimento tecnico ulteriore è costantemente stimolato, attraverso le corrispondenze ed i richiami al Manuale di Buone Pratiche. Entrambe le pubblicazioni, monografia e manuale, sono integralmente disponibili per la consultazione libera e presenti nella sezione “editoria” del sito www.aiz.it di Associazione Italiana Zincatura. Associazione Italiana Zincatura

INDICE

INTRODUZIONE Corrosione e protezione Un po’ di storia Caratteristiche della zincatura Capitolo 1 LA CORROSIONE DELL’ACCIAIO

L’importanza della protezione dalla corrosione Cos’è la corrosione Perché l’acciaio si corrode La prevenzione della corrosione Il danno economico della corrosione Importanza della sicurezza strutturale

Capitolo 2 LA PROTEZIONE DELL’ACCIAIO DALLA CORROSIONE

La scelta del sistema di protezione Materiali autopassivanti Protezione attraverso rivestimenti superficiali La vernice: protezione passiva La zincatura: protezione attiva aggiuntiva Passivazione della zincatura Aderenza e altre caratteristiche della zincatura Sistema duplex

Capitolo 3 RESISTENZA ALLA CORROSIONE DELL’ACCIAIO ZINCATO

Una ricerca italiana Fattori determinanti la durabilità della zincatura Valutazione della durabilità per i progettisti

p. 17 17 18 18

23 23 24 25 26 27 30

33 34 34 36 36 38 40 40 41

45 47 50 54

Comportamento della zincatura nei principali ambienti: ambiente rurale ambiente urbano ambiente industriale ambiente marino La zincatura dell’acciaio nel cemento Immersione in acqua della zincatura Altri materiali Sviluppo di ruggine bianca sulla superficie

54 55 56 57 57 61 61 61

Capitolo 4 RESISTENZA AL FUOCO DI STRUTTURE ZINCATE

Capitolo 5 COME SI OTTIENE IL RIVESTIMENTO DI ZINCATURA A CALDO

Ciclo industriale della zincatura a caldo Applicabilità della zincatura

Capitolo 6 REAZIONE DI FORMAZIONE E CARATTERISTICHE DEL RIVESTIMENTO DI ZINCATURA A CALDO

Composizione degli strati costituenti la zincatura a caldo Durezza della zincatura Adesione al substrato Formazione del rivestimento Effetti della composizione dell’acciaio Equivalenza protettiva delle leghe Zn-Fe Effetti di Silicio e Fosforo

Capitolo 7 PROGETTARE PER LA ZINCATURA A CALDO

Necessarie predisposizioni La zincatura non muta le proprietà dell’acciaio Dimensioni zincabili La necessità di forature Zincatura della ghisa Parti prive di rivestimento Saldatura di parti zincate La Normativa sulla progettazione

69 69 71

77 78 79 79 79 80 80 81

85 85 86 86 88 89 89 89 90

Capitolo 8 APPLICAZIONI DELLA ZINCATURA A CALDO

Il mercato della zincatura a caldo Il mercato delle costruzioni Edilizia industriale Servizi, arredo urbano, strade Applicazione nei ponti: quaderno tecnico ANAS Utilizzo di armatura zincata Installazioni agricole e zootecniche Mezzi di trasporto

Capitolo 9 CONVENIENZA ECONOMICA DELLA ZINCATURA A CALDO

Fattori discriminanti per la scelta della protezione Costi iniziali attualizzati e costi finali

Capitolo 10 NORMAZIONE PER LA ZINCATURA A CALDO

I sistemi di gestione certificati La norma UNI EN ISO 1461 La norma UNI EN ISO 14713

Capitolo 11 MARCHIO DI QUALITÀ HIQUALIZINC Capitolo 12 LA ZINCATURA A CALDO ED IL RISPETTO DELL’AMBIENTE

La sostenibilità e i sistemi di protezione dalla corrosione Lo zinco e l’ambiente Lo zinco e la salute dell’uomo Zinco e acciaio alleati: la dimostrazione attraverso l’LCA Uno studio comparativo Acciao zincato e nuova sfida dell’economia circolare

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APPENDICE Alcuni esempi di applicazione della zincatura a caldo

137

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

176

Introduzione

L’acciaio è una lega di ferro e carbonio che, grazie alla sua grande versatilità, viene utilizzata nei più disparati campi di applicazione, dal settore edile, all’industria meccanica e manifatturiera, dal settore automobilistico e dei trasporti, alla produzione di piccoli e grandi elettrodomestici. È uno dei materiali più diffusi al mondo, secondo solo al cemento e viene soprattutto impiegato in strutture che devono possedere i massimi requisiti di sicurezza, qualità e durabilità, come ad esempio, edifici, ponti, oleodotti, componenti per l’industria. La corrosione è il suo peggior nemico. Senza opportuna protezione, l’acciaio subisce una degradazione spontanea e tecnicamente irreversibile, dovuta all’ossidazione, che causa, in tempi più o meno brevi, un’inesorabile e progressiva perdita delle proprietà tipiche dello stato metallico, con una diminuzione graduale delle resistenze meccaniche e dei carichi sostenibili, a causa della riduzione delle sezioni resistenti. In tali condizioni non è garantita la sicurezza strutturale, oltre che la qualità estetica dei manufatti. La vita utile di un manufatto, inteso come periodo di tempo dopo l’installazione durante il quale la struttura o le sue parti mantengono dei livelli prestazionali minimi richiesti, può essere prolungata applicando un opportuno sistema protettivo. La scelta della migliore tecnologia anticorrosiva è una misura preventiva di primaria importanza per progettisti, realizzatori e committenti sia pubblici che privati.

Corrosione e protezione

ZINCATURA A CALDO

D’altro canto, una strategia protettiva appropriata garantisce la necessaria tutela delle applicazioni, evitando che si creino situazioni di rischio per l’incolumità di persone e cose, e consegue un risparmio essenziale in termini di risorse naturali, energetiche e finanziarie, altrimenti impegnate nel rifacimento di strutture compromesse nel corso degli anni. Inoltre, la protezione dalla corrosione dell’acciaio rappresenta un obiettivo fondamentale nell’affermazione dello sviluppo sostenibile, uno dei temi di maggiore attualità nel mondo contemporaneo. Un po’ di storia

Caratteristiche della zincatura

La capacità dello zinco di offrire protezione all’acciaio è nota da lungo tempo: da più di 150 anni, la zincatura a caldo è applicata a livello industriale con un processo semplice ma efficace, che, evolutosi nel tempo, ha dato luogo ad un sistema di protezione dalla corrosione, potente e tecnicamente avanzato. Dai primi studi sui fenomeni elettrici di Luigi Galvani, alle sperimentazioni del chimico francese P. J. Malouin, nel XIII secolo il processo di zincatura a caldo prendeva forma: fu dimostrato che per immersione in un bagno di zinco fuso, si poteva ottenere un rivestimento di zinco sull’acciaio. Il processo venne denominato galvanizzazione dall’ingegnere francese Sorel, che lo brevettò nel 1837. La grande rivoluzione di questo procedimento risiede nel fatto che l’applicazione dello zinco sull’acciaio non avviene per deposizione, ma per mezzo di una “reazione” metallurgica. In pratica, con l’immersione in un bagno di zinco fuso a quasi 450° C si verifica una compenetrazione per diffusione tra gli strati superficiali dell’acciaio e lo zinco, che consente la formazione diversi strati di lega Fe/Zn.

Fig.1 La zincatura è il risultato della“reazione” della superficie di acciaio con lo zinco con formazione di diversi strati di lega Fe/Zn.

I vantaggi connessi a questo processo a caldo sono molteplici: • lo zinco fuso riesce a entrare in contatto con tutte le superfici degli articoli e, nei profilati cavi in particolare, riveste anche gli spazi interni e meno accessibili;

Introduzione

L’era dell’acciaio ha inizio a metà dell’800.

Una delle più grandi opere realizzate in acciaio è la Tour Eiffel.

Costruita tra il 1887 e il 1889 per essere il simbolo dell’Esposizione Internazionale di Parigi del 1900, al termine dell’evento, la Tour Eiffel non fu mai smantellata e, anzi, diventò il simbolo immortale della Ville Lumière. Ma “immortale” non si è rivelata la definizione esatta, visto che da allora, per evitare il suo degrado e il completo disfacimento a causa della ruggine, viene sottoposta a sistematici interventi di manutenzione di proporzioni titaniche che prevedono, come mezzo di protezione dalla corrosione, l’applicazione di vernici di colore bruno, realizzata apposta per il monumento e che da esso prende il nome. Da 130 anni la Torre si corrode inesorabilmente. Ogni 7 anni 25 operai rimuovono decine di tonnellate di scorie di vernice e ruggine e applicano 60 tonnellate di nuove vernici. L’operazione dura 18 mesi. Per evitare la chiusura del monumento, le vernici sono state sovrapposte le une sulle altre, tanto che oggi si valuta il peso complessivo della vernice in 200-250 tonnellate. Non bisogna essere grandi progettisti per cogliere tutti gli aspetti negativi di questa operazione: - enorme dispendio economico - grande rischio per gli operatori - costi energetici ed ambientali per la produzione delle 60 ton di vernici - impatto sull’ambiente del dilavamento e diffusione dei residui delle vernici che via via si deteriorano - smaltimento delle molte tonnellate di vernici che vengono asportate ad ogni fase di manutenzione Se il suo progettista, Gustave Eiffel, avesse previsto un ciclo di protezione “duplex” (zincatura a caldo + verniciatura), quasi sicuramente solo oggi, per la prima volta si porrebbe la necessità di procedere a un ciclo di manutenzione e per ragioni estetiche.

ZINCATURA A CALDO

• il rivestimento metallico è resistente agli urti ed è perfettamente continuo. Protegge il manufatto con un duplice meccanismo: per effetto barriera, frapponendosi tra la superficie dell’acciaio e l’atmosfera aggressiva, e per protezione catodica, corrodendosi al posto dell’acciaio a causa della differenza di potenziale elettrochimico dei due metalli zinco e ferro. Questa protezione attiva fa sì che, in caso di scalfitture, graffi e piccole aree scoperte, lo zinco circostante protegga l’acciaio sacrificandosi, ovvero corrodendosi al suo posto; • lo zinco in atmosfera tende a ricoprirsi di una sottile patina stabile di ossidi e carbonati, detta strato di passivazione, che lo protegge dalla dissoluzione - ciò determina la lunga durata della protezione offerta all’acciaio dalla zincatura. In numerose aree, nelle comuni atmosfere di esposizione, il rivestimento può durare molti decenni superando anche il secolo di esercizio, realizzando una performance non eguagliabile da altri sistemi di protezione. Ciò fa sì che, per tali durate, non sia richiesta alcuna manutenzione del manufatto zincato: la zincatura evita le spese connesse al ripristino della protezione che, ciclicamente, occorrono per le strutture di acciaio protette con metodi alternativi. Tra l’altro, la zincatura consente anche un facile monitoraggio della corrosione, permettendo di controllare con estrema semplicità lo stato delle singole opere, con notevole miglioramento delle condizioni di sicurezza. Infatti, la zincatura è esente da fenomeni che causano la mimetizzazione della corrosione, come può accadere al di sotto di uno strato di verniciatura invecchiato, che non offre più una barriera adeguata alla diffusione dell’ossigeno

Fig. 2 Esempio di applicazione del sistema duplex – verniciatura su zincatura a caldo.

Introduzione

e vede venir meno anche la capacità di isolare elettricamente la superficie dell’acciaio . • l’acciaio zincato può essere verniciato (è detto sistema duplex). Ciò può essere realizzato per molteplici scopi e portare molteplici vantaggi. Può essere reso necessario da ragioni estetiche o funzionali, cioè può servire a rendere immediatamente riconoscibile il manufatto (ad esempio, la colorazione gialla delle tubazioni del gas). Inoltre, la verniciatura può conferire un’ulteriore barriera agli agenti corrosivi esterni. È, quindi, particolarmente utile in ambienti con aggressività molto severe o per fornire certezza della protezione eccezionalmente duratura nelle situazioni in cui l’accesso alle strutture sia particolarmente arduo da non consentirne l’ispezione; • lo zinco rispetta l’ecosistema. È presente nell’ambiente come metallo essenziale per la salute dell’uomo. Inoltre, la sua funzione nel preservare i manufatti di acciaio dal degrado risponde pienamente alle esigenze di “sviluppo sostenibile” dell’epoca contemporanea, limitando il consumo di energia e di materie prime e lo smaltimento di rifiuti.

Le aziende in cui si applica il processo di zincatura a caldo, le zincherie, sono molto sensibili al rispetto dell’ambiente e soggette ad una normativa molto rigida, la Direttiva IED, che limita le emissioni nel quadro della politica integrata per la prevenzione ed il controllo dell’inquinamento, in vigore nel territorio dell’Unione Europea.

Capitolo 1

La corrosione dell’acciaio

La connessione stretta tra sicurezza strutturale e protezione dalla corrosione si è resa evidente fino a divenire “caso di cronaca” con i recenti avvenimenti di crolli di infrastrutture. Per esempio, la corrosione dell’acciaio all’intero del cemento armato si è palesata quale nemico subdolo e temibile. Non solo i casi più eclatanti, primo fra tutti il tremendo disastro del viadotto sul Polcevera a Genova, ma anche la generale presa di coscienza dell’ammaloramento diffuso di ponti e viadotti su strade ed autostrade, hanno reso di scottante attualità la necessità di monitoraggi e manutenzioni e soprattutto, l’esigenza di adottare sistemi protettivi affidabili, robusti e duraturi. Caratteristiche queste che, vedremo nel seguito, rendono la zincatura a caldo il migliore sistema protettivo disponibiFig. 1.1 e 1.2 Viadotto “Morandi” – Agrigento “chiuso per corrosione” le oggi tra le alternative tecnologiche sia per l’acciaio strutturale che per il rinforzo del cemento armato. L’incidenza della corrosione e l’importanza della prevenzione è evidente. Basta semplicemente guardarsi intorno per scoprire quanti casi di deterioramento per corrosione mettano in serio pregiudizio le strade, i viadotti, i ponti, i palazzi, le scuole, gli impianti di illuminazione e ogni altra opera con cui ci troviamo a interagire ogni giorno nello svolgimento delle nostre attività quotidiane. Se ci

L’importanza della protezione dalla corrosione

ZINCATURA A CALDO

soffermiamo nella considerazione del fenomeno, ci accorgiamo che esso è più diffuso di quanto appaia. È, dunque, di fondamentale importanza fornire al progettista e agli organi preposti ai controlli di sicurezza strutturale, le armi per poter prevenire l’insorgenza della corrosione e scegliere sistemi in grado di ridurre, idealmente annullare, con la loro efficacia, la necessità dei costosi interventi di manutenzione. Non si tratta di un suggerimento a limitare i controlli, ad abbassare la guardia, se a qualcuno possa mai venire il dubbio. Al contrario, il consiglio è di sfruttare le possibilità tecnologiche attuali, in modo da ottenere la durabilità desiderata per tutta la vita utile del manufatto già alla prima applicazione del trattamento, con una tale affidabilità da rendere superflui ulteriori costosi interventi. In caso contrario, se si operano scelte differenti, occorrerà prevedere un piano di manutenzioni più frequenti ed accertarsi che esso venga seguito. La scelta dei materiali, anche per questi scopi, è essenziale. Anche l’Ing. Morandi, che aveva realizzato l’opera di Genova con un uso ardito del cemento armato precompresso, già nel 1979 avvertiva del rischio connesso con la corrosione dei trefoli di acciaio e suggeriva interventi di manutenzione.

Capitolo 1 La corrosione dell’acciaio

di crollo in mancanza di prevenzione o opportuni interventi di manutenzione. L’acciaio, lega di ferro e carbonio, si ottiene dall’estrazione siderurgica del metallo da specie ossidate, quali i minerali di estrazione, o dal rottame. Questo processo richiede energia, fornita al sistema sotto forma di calore. L’acciaio è, dunque, in uno stato in cui l’energia libera è maggiore rispetto ai materiali da cui esso è ottenuto. Questa condizione genera instabilità termodinamica: il metallo tende spontaneamente a tornare alla forma ossidata di origine. La corrosione corrisponde, dunque, alla dissipazione dell’energia accumulata dall’acciaio durante il processo siderurgico e, se non contrastata con opportuni sistemi protettivi, avviene con reazioni spontanee e con processi (e danni) irreversibili. Il fenomeno, oltre ad essere favorito dalla termodinamica, presenta una cinetica comunemente veloce negli ambienti normali di utilizzo, a causa di condizioni propizie di temperatura e presenza di sostanze favorenti, quali gli acidi, i sali e gli inquinanti. Perché le reazioni di ossido-riduzione tipiche della corrosione possano avere luogo, occorre la presenza contemporanea di un agente ossidante (l’ossigeno dell’aria) e di una soluzione conduttiva formata da elettroliti (sali ed inquinanti acidi od alcalini). Condizioni queste normalmente riscontrate nell’ambiente, data la presenza comune di condensa di vapore acqueo (in aggiunta agli aerosol salmastri in prossimità del mare), in cui si sciolgono le parti solubili di pulviscolo e specie chimiche prodotte dall’inquinamento. Fig. 1.4 Crollo di un palo per illuminazione per la corrosione della base.

Fig. 1.3 Sembra che il disastro del ponte Morandi sia stato causato dalla corrosione dei cavi metallici negli stralli, ridottisi dal 10 al 20% - Relazione del Comitato Tecnico Amministrativo del Provveditorato per le Opere Pubbliche della Liguria del Ministero delle Infrastrutture (febbraio 2018). Cos’è la corrosione

Per corrosione si intende il graduale deterioramento di un materiale, causato dal progressivo decadimento delle sue proprietà intrinseche, per interazione chimico-fisica con l’ambiente circostante. Per i metalli e l’acciaio, la corrosione comporta la progressiva perdita delle caratteristiche meccaniche, funzionali e strutturali, proprie dello stato metallico e la conseguente riduzione delle sezioni resistenti fino al rischio

Fig. 1.5 La corrosione è un fenomeno elettrochimico con cui avviene una spontanea ossidazione del metallo.

Perchél’acciaio si corrode

ZINCATURA A CALDO

Quando si parla di corrosione, in riferimento all’acciaio comunemente ci si riferisce alla formazione della ruggine, un miscuglio di idrossido, ossido e carbonato di ferro. Gli strati di ruggine che si sovrappongono sulla superficie dell’acciaio sono permeabili all’aria e all’acqua e slegati dal metallo. Si sgretolano facilmente e non riescono a fornire alcuna protezione alle superfici sottostanti che, esposte continuamente agli agenti aggressivi esterni, sono in balìa della loro costante opera corrosiva, fino a che l’acciaio, non protetto, si consuma completamente nel tempo. Il processo è tanto più veloce quanto più l’atmosfera è carica di umidità, di agenti inquinanti, di sali e ioni di cloruro e di acidità. Infatti, l’acciaio risulta particolarmente degradabile in ambienti industriali, in ambienti fortemente urbanizzati e in zone marine. Non è pensabile che il problema nella realizzazione delle opere si ponga soltanto dopo la messa in opera del manufatto. La prevenzione della corrosione

La prevenzione è la più conveniente delle strategie. Essa è l’unica difesa consigliabile ed efficace dal punto di vista tecnico ed economico. Sarebbe buona norma che il progettista, già in fase di pianificazione, calcolando la vita utile del manufatto e classificando l’ambiente aggressivo, tenesse nella giusta considerazione la scelta dei materiali, il sistema di protezione più adatto e la sua durata. Esso dovrebbe essere molto duraturo ed affidabile, idealmente in grado di resistere ben oltre la durata dell’opera, in modo da fornire la certezza dell’effetto desiderato, con grande precauzione. La sensibilità riguardo al problema del degrado delle strutture al servizio dei cittadini, sembra aumentare in occasione di eventi catastrofici, che si verificano ormai con frequenza sempre maggiore. In particolare, il cemento armato che, nato alla fine del 1800, negli anni ’60 del secolo scorso ha avuto il suo massimo utilizzo in edilizia, sta mostrando oggi tutti i suoi limiti.

Fig, 1.6 - 1.7 - 1.8 Ammaloramento del cemento armato a causa di rinforzi in acciaio non protetto.

Capitolo 1 La corrosione dell’acciaio

Un tempo si pensava che la protezione offerta dal cemento con il suo pH alcalino fosse estremamente durevole: le previsioni originarie gli attribuivano una vita quasi eterna. Si è dovuto constatare, invece, come l’effetto di passivazione dell’acciaio svanisca con il progredire della carbonatazione, fenomeno che consiste nella lenta ma inesorabile diffusione all’interno del cemento dell’anidride carbonica atmosferica. Ciò ne altera il pH, non permette più la passivazione e scatena i fenomeni di corrosione. All’esterno, dapprima si presentano antiestetici rigonfiamenti, causati dalla produzione della ruggine, poi si assiste al crollo del copriferro con esposizione dell’acciaio ormai arrugginito, nudo contro gli agenti aggressivi. Se non si corre ai ripari, la corrosione può progredire fino ad uno stadio tale da distruggere il manufatto.

Tuttavia, nonostante la loro importanza e preminenza della protezione, ancora tiepido è l’atteggiamento dei committenti rispetto alle ragionevoli pratiche di prevenzione. Eppure è indubbio che la buona pianificazione, sotto questo aspetto, apporti vantaggi di molti tipi, innanzi tutto quello economico. Nonostante da tempo si stia assistendo ad un aumento della sensibilità verso questo problema, l’ordine di grandezza delle cifre riguardanti i costi che la collettività deve sostenere per il fallimento (o la mancanza) delle strategie anticorrosive, rimane comunque molto, troppo elevato. Ingenti sono le somme che vengono stanziate ogni anno per la manutenzione tanto di opere di pubblica utilità quanto di manufatti privati, su cui si rischia di intervenire a volte persino troppo tardivamente. Non è, purtroppo, ancora maturata la consapevolezza di quanto la spesa iniziale per sistemi protettivi di maggiore efficacia e durata, possa essere ammortizzata rapidamente. Una prevenzione corretta, infatti, dirada in maniera decisiva la frequenza di interventi conservativi, sempre costosi,

Il danno economico della corrosione

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ed evita, addirittura, le operazioni di ripristino integrale necessarie oggi troppo frequentemente. In mancanza si ciò va considerata, purtroppo, anche la necessità di fronteggiare situazioni di grave emergenza e di rischio per la pubblica incolumità, quando l’incuria è tale da determinare situazioni di rischio critico o veri e propri disastri. Ogni anno, in Italia, i danni dovuti alla corrosione equivalgono, grossomodo, in termini economici, a una manovra finanziaria. Per considerare un riferimento, il Senato degli Stati Uniti negli anni ’80 del secolo scorso commissionò una ricerca proprio per queste valutazioni ottenendo un risultato sorprendente per l’epoca: circa il 3,5% del PIL spariva ogni anno, dissolto dalla corrosione. Oggi con lo sviluppo urbano che ha caratterizzato questi decenni, si può immaginare che tale incidenza sia aumentata. Eppure ciò rappresenta la sola parte monetizzabile, una frazione del totale: ai danni diretti vanno aggiunti, infatti, i danni di lunghi fermi di attività per gli immobili destinati alla produzione, quelli non quantizzabili relativi alla riduzione dell’efficienza e della fruibilità delle opere, il costo sociale per la limitazione di servizio di installazioni civili come teatri, scuole, strutture sportive e ricreative, opere architettoniche di interesse culturale.

Capitolo 1 La corrosione dell’acciaio

nell’atmosfera inquinata e umida degli spazi cittadini. Si pone, quindi, la necessità di preservarle dagli attacchi del tempo, per poterle trasmettere integre alle future generazioni e conservarne intatto il messaggio. Fig. 1.10 “Arria” scultura in acciaio zincato di Andy Scott. Alta 6 metri, Cumbernauld, North Lanarkshire, Scozia.

Fig. 1.11 “ll cavallo pesante”, scultura di Andy Scott alto 5 metri costruita in acciaio zincato Glasgow, Scozia

Fig. 1.9 Torcia della Statua della Libertà

Anche il patrimonio artistico può essere soggetto a gravi conseguenze: si può assistere addirittura alla dissoluzione delle opere di pregio, come è accaduto, per esempio, alla torcia della Statua della Libertà la cui opera originaria è stata sostituita negli anni ‘80, cambiandone l’aspetto per sempre. L’arte contemporanea si avvale molto spesso di materiali metallici e le opere, di frequente, sono esposte in ambienti esterni aggressivi, immerse

30 Importanza della sicurezza strutturale

ZINCATURA A CALDO

Gli effetti della corrosione sulla sicurezza possono essere drammatici o addirittura tragici: la corrosione implica la riduzione delle resistenze meccaniche dell’acciaio, con evidente effetto sulla sicurezza ed affidabilità delle strutture. Da semplici cittadini ogni giorno ci svegliamo nella nostra casa, percorriamo strade, ponti e viadotti per portare i nostri figli a scuola e raggiungere il nostro posto di lavoro, in un bell’edificio storico del centro città o un modernissimo complesso in zona industrializzata. Possiamo sentirci al sicuro, protetti e sostenuti dalle strutture di acciaio e cemento che formano il tessuto connettivo degli spazi in cui l’essere umano si muove e si aggrega, se ci assicuriamo che le misure necessarie per la loro sicurezza e durabilità sono effettivamente prese. E in effetti, così deve essere: non è prevista deroga alla fiducia che il cittadino ripone nelle opere realizzate dall’uomo per l’uomo.

Capitolo 1 La corrosione dell’acciaio

14 settembre 2017 Oristano

26 settembre 2018 Recale - Caserta Fig. 1.12 Le infrastrutture chiuse per corrosione, una realtà di cui potremmo fare a meno.

Insidie gravi possono essere presenti anche per installazioni più leggere, come ad esempio arredi, pali per illuminazione, recinzioni, la cui corrosione comporta rischi altrettanto severi per l’incolumità pubblica. Prova ne sia la cronaca di crolli fatali per la vita di ignari passanti. È quindi necessario che il progettista o chiunque abbia potere decisionale sul futuro di tutte le opere, possegga un bagaglio di conoscenza delle cause e dei meccanismi alla base dei processi corrosivi, per distinguere la più adatta tra le soluzioni tecnologiche a disposizione per combatterli e ridurne il rischio.

Capitolo 2

La protezione dell’acciaio dalla corrosione

Emblema indiscusso della modernità, con lo sviluppo siderurgico, l’acciaio offre alla costruzione prospettive sempre nuove per sfidare limiti tecnologici altrimenti insuperabili in fatto di altezza, leggerezza e funzionalità. Con il continuo miglioramento delle sue caratteristiche di resistenza, questo materiale ha reso possibile lo sviluppo di edifici sempre più arditi, che contraddistinguono skyline di città contemporanee sempre più ambiziosi, sia in occidente che in oriente. L’acciaio, rispetto ad altri materiali da costruzione, riesce ad essere sempre più pratico, comodo e performante, con caratteristiche meccaniche sempre più spinte. Dal punto di vista tecnologico, è difficile trovare un materiale alternativo

Fig. 2.1 La verticalità è stata conquistata con l’utilizzo dell’acciaio in architettura. Una veduta del Centro Direzionale di Napoli.

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che sia altrettanto versatile, per realizzare opere altrettanto robuste ed in grado di fornire un’impronta ugualmente distintiva sull’architettura contemporanea. L’acciaio oggi ha, tuttavia, una duplice sfida da vincere: deve dimostrare affidabilità costante nel tempo per lunghe durate e, allo stesso tempo, mostrarsi efficiente ed ecocompatibile, perché sia considerato ottimale. La pressione antropica e le sue conseguenze stanno ponendo questioni sostanziali di sostenibilità sia ambientale che economica di tutte le attività umane, compresa quella edilizia. La maggiore leggerezza è inizialmente a favore, perché consente un minore consumo materiale ed energetico rispetto agli altri materiali. Ma ciò non basta: per risultare vincente l’acciaio ha bisogno di un sistema che ne incrementi la durabilità attraverso una adeguata protezione dalla corrosione, che ne garantisca costanza delle caratteristiche tecnologiche ed un’elevata prestazione ambientale. La scelta del sistema di protezione

La scelta dei sistemi di protezione anticorrosione dei manufatti in acciaio si basa su criteri guida tanto semplici quanto fondamentali: contro la corrosione occorrono soluzioni affidabili nei differenti ambienti di esposizione, efficienti e praticabili dal punto di vista tecnico ma anche compatibili dal punto di vista economico e gradevoli dal punto di vista estetico. Un’indicazione corretta del sistema protettivo va fornita molto precocemente, già nella fase di progettazione, sulla base di un’analisi di compatibilità dei materiali con l’ambiente di esposizione e con l’utilizzo che quel particolare manufatto dovrà avere. I sistemi di protezione dell’acciaio dalla corrosione si dividono in tre grandi categorie: materiali che possiedono intrinseche capacità di resistenza all’ossidazione (come acciaio inox e acciaio tipo “Cor-Ten”), rivestimenti (organici e inorganici) e la protezione catodica.

Materiali autopassivanti

Gli acciai inossidabili devono la loro particolare capacità di resistenza al legame con il cromo che forma, insieme all’ossigeno, uno strato protettivo, resistente alle alte temperature, agli acidi, alla ruggine e alle sostanze chimiche. L’aspetto seducente rende l’acciaio inox perfetto per impieghi nel mondo del design. Per contro, l’impiego di tale materiale non è adatto per tutte le applicazioni, presenta delle difficoltà di lavorazione (per esempio, le saldature sono molto problematiche), comporta un aggravio di spesa molto oneroso e, in numerosi casi, non si può affermare che sia del tutto inattaccabile dalla corrosione. Il suo utilizzo è orientato all’industria automobilistica, all’industria della lavorazione alimentare, alle tecnologie sanitarie, rubinetterie e oggetti d’arredo. L’acciaio di tipo Cor-Ten è l’ultima tendenza nel mondo delle costruzioni e dell’arte contemporanea. Il suo aspetto suggestivo, dalla colorazione bru-

Capitolo 2 La protezione dell’acciaio dalla corrosione

Fig. 2.2 Corrosione ai bordi del grano di acciaio inossidabile

na, ne ha fatto un materiale “di moda” e le sue capacità di resistenza alla corrosione in determinate condizioni hanno fatto pensare erroneamente che potesse essere la risposta alle esigenze di protezione dei manufatti in modo più generalizzato di quanto fosse effettivamente possibile. È un materiale di lega capace di formare una patina superficiale, dall’aspetto simile alla ruggine, ma meno porosa, che è in grado di proteggere dalla corrosione per passivazione. La capacità di proteggere dalla corrosione dipende da quanto stabile e robusta è la sua formazione. In condizioni ideali, può fornire una buona durata ma molte sono le condizioni da rispettare anche localmente sulla sua superficie.

Fig. 2.3 Particolare del Monumento alla Shoah di Bologna in Cor-Ten, con il caratteristico aspetto del materiale difficilmente distinguibile da un acciaio uniformemente corroso. La canalina ai piedi del monumento raccoglie i prodotti della corrosione che altrimenti colerebbero sulla pavimentazione circostante.

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In realtà, come si evince dalla normativa UNI EN 10025-5, App. C, i limiti del verificarsi del processo passivante sono significativi e sono individuabili nelle condizioni ambientali e dalla funzione/design dell’opera: la forte umidità che impedisca la successione di cicli secco/bagnato, la presenza di particolari sostanze chimiche e inquinanti nell’aria, la vicinanza a zone costiere particolarmente ricche di sali a base di cloro, possono impedire la formazione della patina protettiva. Anche il contatto perenne con la vegetazione e l’inquinamento ambientale di città densamente popolate, aree industriali o lungo strade trafficate, possono essere critici per l’adozione di questo materiale. È utile soffermarsi sull’idea che, se le condizioni sono tali che la patina non possa formarsi, l’acciaio autopatinabile si comporta esattamente come l’acciaio al carbonio non protetto. Quindi, si corrode con la sua stessa velocità: un rischio da non correre assolutamente se non si è certi dell’ambiente in cui è istallato o se non si predispone accuratamente il manufatto per lo sviluppo della passivazione. Inoltre, risulta molto delicata la fase di saldatura su acciai Cor-Ten per il rischio formazione di cricche di solidificazione. Protezione attraverso rivestimenti superficiali

La vernice: protezione passiva

I sistemi più spesso utilizzati per la protezione dalla corrosione si basano sull’isolamento dall’ambiente esterno della superficie dell’acciaio attraverso la separazione garantita da un rivestimento superficiale. Perché abbiano luogo le reazioni di corrosione in atmosfera con conseguente formazione di ruggine sull’acciaio al carbonio, occorre che ci sia l’esposizione della superficie all’azione dell’ossigeno e delle soluzioni saline conduttive. Il contatto può essere evitato in modo banale, attraverso l’applicazione di un sottile strato impermeabile che separi la superficie dagli agenti aggressivi dell’ambiente esterno. Questo semplice isolamento superficiale rappresenta la protezione dalla corrosione più semplice e intuitiva. L’esempio applicativo più comune di questo metodo è costituito dall’applicazione sulla superficie dell’acciaio di un coating (rivestimento) organico polimerico, la vernice. Per poter essere efficace, esso deve essere continuo, impermeabile alle specie aggressive, resistente alle abrasioni, inerte alle interazioni chimiche, aderente al substrato e durevole nel tempo. Lo strato coprente a base di sostanze organiche può essere applicato a pennello o a spruzzo su superfici opportunamente preparate, ossia accuratamente pulite con un trattamento meccanico (abrasione con spazzole di acciaio o dischi girevoli, oppure sabbiatura al quarzo) o chimico (sgrassaggio o pulitura meccanica e conseguente decapaggio). L’applicazione della vernice liquida avviene a spruzzo o mediante pennello. La verniciatura a polveri può essere effettuata con l’ausilio di particolari pistole spruzzatici o in bagni a letto fluido. Una volta applicate, le vernici perdono per essiccazione il solvente contenuto (se liquide) e polimerizzano sulla superficie.

Capitolo 2 La protezione dell’acciaio dalla corrosione

Il solo effetto di separazione della superficie dell’acciaio dall’ambiente esterno si chiama “protezione passiva”. Essa ha dei limiti intrinseci. I rivestimenti funzionano solo se si riesce ad assicurare nel tempo il perfetto isolamento della superficie dell’acciaio dall’ambiente. È sufficiente un piccolo graffio o una piccola fessura perché la ruggine cominci ad avanzare sotto lo strato di vernice. La reazione è a catena: la ruggine prodotta assume un volume maggiore rispetto al metallo di origine e, man mano che si forma, spinge via il rivestimento protettivo, con effetti di blistering e rigonfiamenti. Ne consegue il distacco progressivo del coating e l’esposizione di aree sempre più estese ai processi corrosivi, con una corrosione che “striscia sotto pelle” consumando l’acciaio in maniera irreversibile. Questo fenomeno si innesca nel giro di pochi anni.

Inoltre, durante le fasi di movimentazione, stoccaggio, trasporto, montaggio ed utilizzo dei manufatti in acciaio, possono con facilità originarsi piccole crepe o distacchi nel rivestimento, a causa di urti, incisioni, abrasioni, che richiedono ripristini costosi e non sempre efficaci. Anche per una buona verniciatura in grado di resistere per un tempo dell’ordine di grandezza del decennio, si devono prevedere frequenti interventi di manutenzione periodica oltre tale durata.

Fig. 2.4 - 2.7 La delaminazione della vernice comporta la corrosione dell’acciaio se non si interviene con frequenti manutenzioni.

38 La zincatura: protezione attiva aggiuntiva

ZINCATURA A CALDO

Per ovviare agli inconvenienti che si riscontrano con l’uso di film protettivi con sola protezione passiva, per i quali generalmente basta qualche difetto perché si generino falle consistenti nella funzione barriera, si ricorre a rivestimenti in grado di fornire anche una protezione attiva. La corrosione non è altro che il consumo degli elettroni del metallo di base durante il processo ossidativo. Una contromisura efficace per bloccare tale processo consiste nel fornire continuamente elettroni, in modo che ad esso si presenti perennemente nella sua forma ridotta. Ciò si può ottenere generando una corrente, cioè un sistema di trasporto di elettroni verso il metallo da proteggere, mediante l’applicazione di tensioni elettriche. In alternativa, molto più semplicemente, lo stesso risultato si raggiunge attraverso il contatto con un altro metallo che effettui la cessione dei suoi elettroni, ossidandosi. Questo è ciò che realizza efficacemente l’accoppiamento tra l’acciaio e lo zinco, in cui lo zinco si ossida a favore dell’acciaio. L’elemento galvanico che si genera nell’accoppiamento tra i due metalli Coppie redox E°(V)

Comportamento a corrosione

1. Mg2++2e- ⇄ Mg ∓2,40 2. Al3++3e- ⇄ Al ∓1,60 3. 2H2O+2e- ⇄ H2+2OH- ∓0,83 4. Zn2++2e- ⇄ Zn ∓0,76 5. Cr3++3e- ⇄ Cr ∓0,74 6. S2++2e- ⇄ S ∓0,71 7. Fe2++2e- ⇄ Fe ∓0,44 8. Cd2++2e- ⇄ Cd ∓0,40 9. Ni2++2e- ⇄ Ni ∓0,25 10. Sn2++2e- ⇄ Sn ∓0,14 11. Pb2++2e- ⇄ Pb ∓0,13 12. 2H++2e- ⇄ H2 0,000 13. Cu2++2e- ⇄ Cu ±0,34 14. 2H2O+O2+4e- ⇄ 4OH- ±0,40 15. Fe3++e- ⇄ Fe2+ ±0,77 16. Ag++e- ⇄ Ag ±0,80 17. Hg2++2e- ⇄ Hg ±0,92 18. O2+4H++4e- ⇄ 2H2O ±1,23 19. Cl2+2e- ⇄ 2Cl- ±1,36 20. Au3++3e- ⇄ Au ±1,38 Tab. 2.1 Serie tecnica dei potenziali di riduzione.

Aumenta la tendenza a conservarsi nello stato metallico. Aumenta il potere corrosivo.

Capitolo 2 La protezione dell’acciaio dalla corrosione

produce le correnti necessarie per la protezione del metallo più nobile. Questo è esattamente il meccanismo con cui lo zinco, metallo meno nobile, protegge il metallo più nobile, l’acciaio (ovvero il ferro): per la differenza dei potenziali dei due metalli, nel contatto tra loro, lo zinco si comporta da anodo corrodendosi in luogo dell’acciaio che si porta nelle condizioni di potenziale di protezione. Semireazioni di interesse

E° (V)

Zn2++2e- ⇄ Zn(c) -0,76 Fe2++2e- ⇄ Fe(c) -0,44

Tab. 2.2 Potenziali standard di Fe e Zn rispetto ad elettrodo normale ad idrogeno.

Estremamente esplicativo, sul meccanismo di protezione che svolge lo zinco nei confronti dell’acciaio, è l’uso dei cosiddetti anodi sacrificali nella prevenzione della corrosione degli scafi delle navi di acciaio. In tal caso, vengono saldate alcune masse di zinco opportunamente dimensionate e posizionate, che, in presenza della soluzione altamente conduttiva rappresentata dall’acqua salata in cui il sistema è immerso, si corrodono al posto dell’acciaio, preservando l’intero scafo. Fig. 2.8 Nautica - anodi sacrificali di zinco per trasmissione e eliche a pale. Queste masse di zinco fissate in determinati punti delle parti in acciaio conferiscono protezione dalla corrosione alla loro interezza.

Per le applicazioni in atmosfera, è comune l’utilizzo del rivestimento totale della superficie d’acciaio. La protezione catodica dello zinco, in questo caso, interviene a preservare dalla corrosione le piccole aree non ricoperte direttamente, nel caso di difetti quali graffiature o scalfitture superficiali che interrompono la continuità del rivestimento. La corrosione dell’acciaio in quelle zone o non si innesca del tutto o avviene con velocità molto bassa. Questo effetto protettivo è tanto più evidente quanto più umida è l’atmosfera e quanto più conduttiva è la condensa che si forma sui pezzi. La zincatura a caldo funziona proprio in questo modo: realizza un rivestimento impermeabile di zinco sulla superficie dell’acciaio e la sua efficacia

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anticorrosiva è rafforzata in modo determinante dagli effetti aggiuntivi dell’accoppiamento tra i due metalli zinco e ferro. Passivazione della zincatura

Inoltre il comportamento alla corrosione dello zinco usato come rivestimento è molto simile a quello che esso manifesterebbe se esposto nella sua forma massiva. Vale a dire che, utilizzato come rivestimento anticorrosivo presenta velocità di corrosione molto basse ed è in grado di proteggere durevolmente l’acciaio sottostante. In condizioni normali, i prodotti della corrosione dello zinco formano sulla sua superficie uno strato barriera molto sottile ma compatto, fatto di carbonati ed ossido, che si oppongono alla ulteriore corrosione degli strati superficiali sottostanti. In altre parole, il rivestimento tende a passivarsi. La velocità di corrosione dello zinco si riduce gradualmente, man mano che questo strato di passivazione naturale si ispessisce.

Capitolo 2 La protezione dell’acciaio dalla corrosione

In certi casi, i manufatti in acciaio sono esposti ad una azione fortemente aggressiva da parte dell’ambiente, come avviene in prossimità della costa marina o nelle aree industriali ad alto tasso di inquinamento. In tali circostanze, potrebbe essere richiesta una durata della protezione maggiore di quella ottenibile con il rivestimento di zinco (comunque duratura). Il metodo protettivo più efficace, in questi casi, è costituito dal sistema duplex, che consiste nell’abbinare allo strato di zincatura un rivestimento organico. L’interazione tra la vernice e la zincatura determina una durata maggiore della somma delle singole durate che i due sistemi anticorrosivi offrirebbero se applicati da soli. Al di là della durata, il sistema duplex può essere adottato quando occorra dare colore alle strutture per accrescerne la visibilità attraverso il contrasto cromatico, ad esempio per la cartellonistica e la segnaletica stradale oppure per accrescere la visibilità dai mezzi aerei delle alte torri elettriche, delle installazioni di telecomunicazione e delle strutture aeroportuali o, ancora, per l’identificazione delle tubazioni per il trasporto di fluidi infiammabili. In questo modo può essere soddisfatta anche l’esigenza di dare un gradevole aspetto alle strutture zincate o di minimizzare l’impatto ambientale in paesaggi di particolare pregio. Acciaio solo verniciato

Acciaio zincato e verniciato

I prodotti di corrosione dello Zn sigillano i difetti nello strato di vernice

La ruggine solleva la vernice

Fig. 2.9 La zincatura è il risultato di una “reazione metallurgica” che comporta la formazione di strati di leghe Fe-Zn, coesi alla superficie di acciaio. Aderenza e altre caratteristiche della zincatura

Anche in termini di aderenza, la zincatura a caldo assicura le prestazioni più efficaci. Infatti, con la zincatura a caldo si ha la formazione di strati continui di lega Fe-Zn che, essendo il risultato di una compenetrazione tra rivestimento di zinco e substrato di acciaio, hanno proprietà meccaniche peculiari e garantiscono le migliori condizioni di aderenza ed impermeabilità. Nello strato metallico, inoltre, è impossibile la diffusione degli agenti corrosivi. Esso è esente da porosità, resistente ai danneggiamenti meccanici più di ogni altro rivestimento.

La vernice si distacca e la manutenzione è più frequente

Fig. 2.10 Differenze tra acciaio verniciato ed acciaio zincato e verniciato.

L’effetto barriera e la protezione elettrochimica dello zinco proteggono l’acciaio e ritardano la manutenzione

Come abbiamo visto, la verniciatura da sola, per effetto della sua permanenza in ambiente aggressivo, tende a perdere elasticità e a coprirsi di cricche. Ma anche urti accidentali o l’abrasione superficiale per usura o graffiatura possono determinarne il danneggiamento. Nel caso in cui al di sotto dello strato di vernice si trovi soltanto l’acciaio, la corrosione procede spedita ed inarrestabile, provocando

Sistema duplex

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in breve tempo il fallimento della protezione. Se, invece, il substrato presenta un rivestimento di zincatura a caldo, i prodotti della corrosione dello zinco, hanno un effetto sigillante la cricca, poiché presentano un volume non eccessivo e sono molto compatti. In questo modo, la corrosione si arresta e la protezione dura molto di più della somma delle durate dei due trattamenti idealmente applicati separatamente. La qualità del rivestimento duplex è influenzata dalla qualità della zincatura, dalla sua preparazione superficiale e dalla qualità e corretta applicazione della vernice. La superficie dello zinco deve rispettare i requisiti della norma UNI EN ISO 1461, che stabilisce inoltre che lo zincatore deve essere informato preventivamente che occorre applicare un rivestimento organico. Allo stesso tempo, occorre concordare la preparazione più opportuna del substrato per il rivestimento nei casi in cui l’applicatore è diverso dallo zincatore. Per raggiungere risultati ottimali è indispensabile preparare accuratamente la superficie zincata da trattare, in base all’età e alle condizioni del rivestimento di zinco. Un utile riferimento sulle migliori procedure da adottare è senza dubbio la norma UNI EN 15773:2009 che, anche se scritta per l’applicazione delle vernici in polvere, può valere come guida generale soprattutto per le caratteristiche della zincatura e la preparazione superficiale. In generale, è bene evitare che la superficie zincata venga contaminata da agenti atmosferici o da altra sostanza durante il trasporto o il montaggio, pertanto è consigliabile verniciare il manufatto subito dopo la zincatura, quando possibile. Spesso, il sistema duplex è applicato dalle stesse zincherie che sono dotate di reparto di verniciatura. La preparazione della superficie avviene attraverso l’uso di una leggera sabbiatura a cui segue rapidamente l’applicazione della vernice preceduta o meno da una passivazione chimica. Sono possibili applicazioni di vernice a base di solvente anche ad alto solido, oppure all’acqua o in polvere. Le vernici adoperate ovviamente non devono interagire con lo zinco compromettendo l’aderenza, ad esempio, con formazione di acqua di condensazione o reazioni di saponificazione o di produzione di composti gassosi o, addirittura, corrosivi. La verniciatura sulla zincatura è regolata dalla norma UNI EN ISO 12944 - Parte 5 e dalla UNI EN 13484 per i rivestimenti a polveri. La decisione di ricorrere a sistemi duplex non comporta costi superiori ad ogni altra verniciatura. Le vernici appropriate per la zincatura sono, infatti, comunque economiche e di facile reperibilità sia per l’applicazione domestica che industriale. I costi sono appena un po’ superiori alle vernici normali. In ogni caso, la maggiore capacità di durata della superficie verniciata, quando associata all’applicazione della zincatura, viene ampiamente ammortizzata nel tempo, producendo un vantaggio economico rilevante.

Capitolo 2 La protezione dell’acciaio dalla corrosione

Rivestimento di zinco Si è formata una cella galvanica. Lo zinco attorno al punto del danno si corrode. I prodotti della corrosione precipitano sulla superficie dell’acciaio e lo proteggono. L’acciaio è protetto anche perché si comporta da catodo rispetto al rivestimento di zinco, che comportandosi da anodo si ossida al posto suo.

Strato di vernice L’acciaio arrugginisce dove lo strato di vernice è stato danneggiato. La ruggine si insinua sotto lo strato di vernice, che si stacca dalla superficie dell’acciaio. La corrosione continua, fin quando il danno non sarà riportato.

Fig. 2.11 Meccanismi di corrosione e protezione

Rivestimento di metalli più elettropositivi dell’acciaio L’acciaio arrugginisce dove lo strato di vernice è stato danneggiato. La ruggine si insinua sotto lo strato di vernice, che si stacca dalla superficie dell’acciaio. La corrosione continua, fin quando il danno non sarà riportato.

Capitolo 3

Resistenza alla corrosione dell’acciaio zincato

Fig 3.1 Stazione di St. Ottilien

Il 30 giugno 1898, le Ferrovie di Stato Bavaresi hanno ordinato la costruzione della sezione dell’Ammersee Railway da Mersing a Schondorf e quindi anche la costruzione della stazione di St. Ottilien. La stazione era costituita da una piccola costruzione di lamiera ondulata zincata a caldo, che serviva sia come biglietteria sia come sala del personale. Dal 1914, la capanna non è stata più usata, pur rimanendo annessa alla stazione. Dal 1925, è stata utilizzata come deposito per una stazione di servizio fino agli anni ‘80. Nel 2001, la capanna è stata restaurata dai monaci dell’Abazia di St. Ot-

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tilien. Più che di restauro si è trattato principalmente di pulizia della lamiera, dopodiché la capanna è stata reintegrata alla stazione ferroviaria di St. Ottilien. Un’ispezione fatta alla capanna dall’Institut Feuerverzinken nel 2016, dopo 118 anni di servizio, ha dimostrato che la zincatura a caldo è rimasta pressoché intatta, mostrando un piccolo grado di corrosione. É stato misurato uno spessore del rivestimento di zinco compreso tra 90 e 144 micrometri ed era ancora parzialmente visibile la fioritura di zinco. Solo la superficie esterna delle lamiere ondulate che formano il tetto mostrava segni importanti di corrosione, causati dal fatto che il manufatto era rimasto ribaltato con il tetto a contatto con il terreno per decenni prima di essere recuperato.

Capitolo 3 Resistenza alla corrosione dell’acciaio zincato

Una ricerca condotta dall’Università Politecnica delle Marche - UNIPM dal Prof. Romeo Fratesi e dai ricercatori, Dr Tiziano Bellezze e Dr.ssa Maria Letizia Ruello, ha messo in evidenza un sorprendente comportamento della zincatura a caldo in ambienti tipici della realtà italiana, con velocità di corrosione molto più basse delle attese.

Fig. 3.3 I provini circolari sono stati zincati uno ad uno secondo UNI EN ISO 1461 ed assemblati a gruppi di tre sugli espositori per tener conto dell’influenza delle diverse direzioni del vento e delle piogge.

Fig. 3.2 Localizzazione dei siti scelti per l’esposizione dei provini nelle zone climatiche italiane evidenziate sulla mappa.

UNIPM ha condotto a termine nel corso del 2018, un ciclo di tre anni di esposizione di acciaio zincato in undici siti rappresentativi delle zone climatiche italiane, caratterizzandone l’aggressività allo scopo di fornire un ulteriore strumento a progettisti e committenti per la valutazione della durabilità offerta dalla zincatura a caldo alle opere in acciaio. Le località scelte sono evidenziate nella fig 3.2. I provini, costituiti da dischi in acciaio zincato in un comune bagno di zincatura conforme a UNI EN ISO 1461, del diametro di 75 mm sono stati esposti sui supporti a gruppi di tre, secondo direzioni angolate di 120° per tenere conto della diversità della corrosione a seconda della direzione degli agenti atmosferici, vento e piogge (fig. 3.3). In quattro dei siti prescelti (PN, RE, AN e PA), sono stati posti anche dei sensori chimici per analizzare la qualità dell’aria e ottenere un riscontro per l’effettiva classificazione degli ambienti corrosivi in precedenza attribuiti secondo la normativa ISO 9223. Ciò ha permesso di validare i risultati ottenuti. Le perdite in peso dei numerosi provini esposti, sono state determinate con l’ausilio di una bilancia di elevata precisione. La velocità di corrosione è stata calcolata come media dei valori ottenuti delle singole misurazioni effettuate prelevando i campioni, a gruppi di tre, a tempi fissati per ogni singolo sito di esposizione. I risultati ottenuti sono di tutto riguardo: le perdite di peso del rivestimento di zinco sono proporzionali al tempo di esposizione e, seppure con le differenze attese

Una ricerca italiana

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tra i vari siti (vedi Tab.3.1), le velocità di corrosione riscontrate sono state sempre inferiori ad 1µm per anno, anche negli ambienti più aggressivi.

Macro-area Città Provincia Zona Italiana climatica

Velocità di corrosione r [g/m2anno]

Capitolo 3 Resistenza alla corrosione dell’acciaio zincato

Coefficiente di sicurezza s pari a 2 ovvero pari al 100%

Strato di zinco in µm 120 70 55

Spessore dell’acciaio >6mm >3mm ≤3mm

864 504 396

Alessandria (AL) Torino (TO)

Rurale Urbano

1,51 1,14

Treviso (TV)

Rurale

1,58

Pordenone (PN) Milano (MI)

Industriale Rurale/Urbano

2,47 1,45

Reggio Emilia Reggio Emilia (RE) Rurale/Urbano Cesena Forlì-Cesena (FC) Industriale Ancona Ancona (AN) Marino

1,27 3,53 3,35

Lacedonia Galatina Carini

2,99 2,44 2,44

Velocità di corrosione r in zona rurale/urbana ANNI ANNI ANNI 2 [g/m anno] r r x s rurale 1,51 3,02 286 167 131 urbano 1,14 2,28 379 221 174 rurale 1,58 3,16 273 159 125 rurale/urbano 1,45 2,90 298 174 137 rurale/urbano 1,27 2,54 340 198 156 media 1,39 2,78 311 181 142

NORD

Solero Torino Castel Franco Veneto S.Vito al Tagliamento Trezzano Rosa

Centro Sud

Avellino (AV) Lecce (LE) Palermo (PA)

Industriale Industriale Marino

Tab. 3.1 Quadro sinottico dei risultati ottenuti in tutti i siti, con l’indicazione della tipologia di ambiente di esposizione ed i risultati in termini di perdita annua, espressa in grammi di zinco al metro quadro.

La corrosione è sempre stata uniforme e generalizzata, come previsto, il che significa che fino alla fine della sua lunghissima durata, il rivestimento è in grado di offrire una protezione totale e continua all’acciaio, che conserva per intero inalterate nel tempo le sue caratteristiche meccaniche. I risultati della ricerca hanno mostrato come il miglioramento della qualità dell’aria, raggiunto nelle ultime decadi, abbia comportato un aumento della durata della zincatura, ben al di sopra delle durate già previste dalle normative UNI EN ISO 9223 e UNI EN ISO 14713-1 che, se prima della ricerca per evidenze pratiche potevano ritenersi precauzionali, oggi appaiono troppo caute. Tale conclusione è valida nella totalità degli ambienti di esposizione ed è tanto più importante se si considera che i dati sono caratteristici della situazione italiana. Uno degli effetti dei risultati della ricerca è la possibilità di effettuare stime della durata della protezione basate su valori di riferimento per le velocità di corrosione particolarmente validi per gli ambienti aggressivi italiani.

Stato di zinco in g/m2

Spessori Acciaio >6mm >3mm ≤3mm Stato di zinco in g/m2 864 504 396 Velocità di corrosione r in zona industriale/marina ANNI ANNI ANNI 2 [g/m anno] r r x s Industriale 2,47 4,94 175 102 80 Industriale 3,53 7,06 122 71 56 Marina 3,35 6,70 129 75 59 Industriale 2,99 5,98 144 84 66 Industriale 2,44 4,88 177 103 81 Marina 2,44 4,88 177 103 81 media 2,96 5,91 146 85 67 Tab. 3.2 Simulazione di durabilità effettuata avendo come riferimento i valori di velocità di corrosione r per rivestimenti di zincatura corrispondenti a 120, 70 e 55 μm (864, 504 e 396 g/m2 rispettiv.). È stato applicato un fattore di sicurezza pari a 2 per assorbire le incertezze e porsi in una situazione di cautela.

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In Tab. 3.2 è riportato un metodo di valutazione per il quale alla velocità di corrosione r fornita dallo studio è stato applicato un fattore di sicurezza pari a 2, ovvero sono state considerate velocità di corrosione doppie al fine di assorbire eventuali incertezze dovute alla generalizzazione degli ambienti aggressivi. Per spessori di acciaio superiori a 6 mm si è scelto uno spessore di rivestimento maggiore rispetto a quello previsto dalla normativa UNI EN ISO 1461, perché è esperienza nella pratica comune di zincatura che, in quel caso, gli spessori siano quasi sempre anche considerevolmente maggiori. Nonostante la severità del fattore di sicurezza adottato, si vede che le durate calcolate, anche se dimezzate, sono sempre ragguardevoli e, nella maggior parte degli ambienti di esposizione tipici, il rivestimento di zincatura è tranquillamente in grado di superare il secolo senza esigenza alcuna di manutenzione. Fattori determinanti la durabilità della zincatura

La protezione offerta all’acciaio è molto duratura grazie al fatto che in atmosfera lo zinco forma sulla sua superficie uno strato protettivo molto compatto e stabile, costituito da ossidi e carbonati (o anche solfati idrati, in dipendenza dall’ambiente). Ancorché molto sottile, questo strato risulta impermeabile alle specie aggressive ed è in grado di portare la corrosione dello zinco ad un valore circa pari ad 1/17 – 1/18 della velocità con cui si dissolve l’acciaio non protetto. Lo strato di passivazione così formatosi è resistente e coeso. Una volta sviluppatosi in modo da coprire tutta la superficie, impedisce l’attacco ulteriore del metallo da parte delle sostanze ossidanti. In ambiente atmosferico, nelle diverse condizioni di aggressività, la formazione e la stabilità dello strato di passivazione naturale dipendono prevalentemente dall’acidità, ma concorrono numerosi altri fattori quali ad esempio la temperatura, la composizione dell’acqua di condensa, le quantità e la natura delle sostanze inquinanti. La durata del rivestimento di zincatura è influenzata, quindi, dalla presenza in atmosfera di composti che agiscono sul pH della condensa superficiale, che, cioè, intervengono a determinare acidificazione dell’ambiente di esposizione. È il caso del biossido di zolfo – SO2 atmosferico che, entrando in soluzione, dà luogo ad un ambiente acido, in cui i carbonati e gli ossidi basici dello strato di passivazione si trasformano in sali di zinco, come il solfato, incoerenti e permeabili all’attacco delle specie aggressive. Ciò consente la corrosione dello strato di zinco metallico sottostante, con diverse velocità a seconda della concentrazione di inquinante. La quantità in ambiente di biossido di zolfo – SO2 è determinante per stabilire l’ordine di grandezza della velocità di corrosione dello strato di rivestimento e la durata della protezione fino alla prima manutenzione. In genere, convenzionalmente si afferma che la manutenzione è necessaria dopo che più del 5% della superficie è soggetta alla ruggine. Nelle zone marine, la velocità di corrosione dello strato di zinco è in-

Capitolo 3 Resistenza alla corrosione dell’acciaio zincato

fluenzata in maniera significativa anche dal contenuto di cloruri, mentre nelle zone urbane è influente, anche se con meno efficacia, la presenza dei composti NOx (ossidi di azoto) e CO, prodotti dalla combustione dei carburanti. La deposizione di fuliggine e polvere può essere anch’essa dannosa sia per la natura stessa di tali sostanze (in maggior parte carbonio sotto forma di nerofumo e sali) sia perché esse possono aumentare il rischio di formazione di condensa sulla superficie e trattenervi una maggiore quantità di acqua (proprietà igroscopiche). La durata del rivestimento di zincatura è determinata dalle condizioni di stabilità dello strato di conversione superficiale del rivestimento di zinco. Il pH1 è la variabile che determina il perdurare della protezione. Al di sotto di valori di pH pari a 5.5, la velocità di corrosione dello zinco è elevata. In tali condizioni, a meno che non intervengano lavorazioni aggiuntive, come il rivestimento della zincatura con una resina (sistema duplex), lo strato di carbonati si dissolve rapidamente. Le sostanze alcaline vengono tollerate in misura maggiore dai rivestimenti di zinco, che resistono bene fino a valori del pH piuttosto alti (fino ad un limite all’incirca di pH=12.5) oltre i quali si assiste però alla distruzione dello strato. Per comprendere il comportamento è bene riferirsi alla fig. 3.4.

Fig. 3.4 Influenza del pH sulla velocità di corrosione dello zinco. La passivazione naturale agisce tra pH 6 e pH 12.5 . Il pH è una misura dell’acidità delle soluzioni acquose. Valori di pH bassi, inferiori a 7 (fino a 0) sono propri di un ambiente acido. Valori di pH alti, superiori a 7 (fino a 14) sono, viceversa, indicativi di un ambiente basico.

Come già affermato, le principali tipologie di corrosione per lo zinco possono essere suddivise, in base all’ambiente in cui si generano, in corrosione urbana, industriale, marina e rurale, con una classificazione che dipende essenzialmente dal contenuto di SO2 (e di Cl- nel caso delle atmosfere marine). La mappatura continua della qualità dell’aria in Italia ed in Europa conferma un trend di riduzione dell’inquinamento da SO2, consistente e progressivo, dovuto all’applicazione di leggi nazionali e direttive comunitarie.

Capitolo 3 Resistenza alla corrosione dell’acciaio zincato

Già nel 1994, i controlli ambientali in Europa restringevano normalmente la concentrazione di SO2 al di sotto di 60µg/m3. In tali condizioni, si verificava una perdita di spessore del rivestimento di zinco di 1.5 – 4µm/anno, nelle previsioni peggiori. Per un rivestimento medio di 85µm, la durata indicativa della protezione, senza esigenze di manutenzione, era dell’ordine di 20 – 50 anni nelle più comuni atmosfere dei Paesi e delle Città d’Europa. Recenti studi mostrano che oggi la concentrazione di SO2 si è ridotta di più del 50% in media, rispetto al dato riscontrabile nel 1991. Con la Zinc Millennium Map, una campagna di misurazioni effettuata fino al 2000 estensivamente sul territorio della Gran Bretagna dall’Associazione degli Zincatori Inglesi - GA che ha promosso un progetto di ricerca condotto da esperti indipendenti e organizzato da ADAS - Agricultural Development Advisory Service, ente in possesso di informazioni sulla concentrazione di SO2 in ambiente, si è ottenuta evidenza empirica di una riduzione media di circa il 60% della velocità di corrosione dello zinco rispetto ai valori dei primi anni ‘90. Una serie di misurazioni effettuate nella città di Stoccolma a partire dal 1978 fino al 1992 ha dimostrato un trend di continuo miglioramento della qualità dell’aria corrispondente ad un drastico taglio nella velocità di corrosione dello zinco. Da una perdita annua di 14.7 gr/m2 equivalenti a circa 2.0 µm/anno nel 1978, si passa ad un valore di 4.2 gr/m2 equivalenti a circa 0.6 µm/anno nel 1992. Un miglioramento netto che cambia le prospettive rendendo la zincatura a caldo adatta a durare nei secoli. 90 80

70 zinc corrosion rate g/m2/year

60 50

09 07

SO2 ∝g/m3 of air

30 20

03 1991

1990

1989

1988

1987

1986

1985

1984

1983

1982

1981

1980

03 1979

1978

Fig. 3.5 L’ Associazione degli Zincatori Inglesi – GA nel 2001 rese disponibili i dati di una ricerca condotta da esperti indipendenti e organizzata da ADAS - Agricultural Development Advisory Service, ente in possesso di informazioni sulla concentrazione di SO2 in ambiente. Rispetto ai valori del 1991, rilevati dal National Atmospheric Emission Inventory, i dati dimostrarono una diminuzione media del 50% della concentrazione di SO2 in atmosfera nel 2000. L’ evidenza sperimentale testimonia il miglioramento della qualità dell’aria con una riduzione del 75% della velocità di corrosione dello zinco tra il 1986 e il 2000. La Zinc Millennium Map ha reso possibile una chiara attribuzione delle categorie di corrosività delle varie zone di quel Paese, consentendo la riclassificazione di molte aree urbane da C4 a C3. In quelle condizioni un rivestimento di 140μm di zinco poteva durare circa 70 anni anche negli ambienti più inquinati. Nelle più tipiche città si potevano anche raggiungere e superare i 100 anni di protezione.

corrosion rate of zinc g/m2/year

SO2 ∝g/m3 of air

ZINCATURA A CALDO

1992

Fig. 3.6 La campagna di misurazioni effettuate a partire dal 1978 fino al 1992 sia della qualità dell’aria che della velocità di corrosione dello zinco, ha dimostrato che 610gr/m2 di rivestimento di zincatura (pari a circa 85 µm) nel 1978 offrivano una “prospettiva” di durata di circa 40 anni mentre nel 1992 tale prospettiva si era incrementata fino a raggiungere 150 anni circa. Inoltre, dagli andamenti delle due curve, praticamente coincidenti, si evince la linearità tra durata della protezione e concentrazione di SO2 in atmosfera, un’ulteriore dimostrazione che la presenza di SO2 è fattore determinante la corrosione dello zinco.

54 Valutazione della durabilità per i progettisti

Comportamento della zincatura nei principali ambienti: ambiente rurale

ZINCATURA A CALDO

Capitolo 3 Resistenza alla corrosione dell’acciaio zincato

Dal punto di vista normativo, il progettista può fare riferimento allo standard UNI EN ISO 14713:2010 parte 1 che fornisce indicazioni per l’individuazione della categoria di corrosività, ovvero dell’aggressività dell’ambiente (secondo la norma ISO 9223). I valori di consumo annuo di rivestimento sono sovrastimati alla luce dei risultati delle recenti ricerche, soprattutto per la situazione italiana. Per questo, un riferimento più vicino alla realtà può essere la norma ISO 9224 che riporta valori per decenni di esposizione. Infatti, nella UNI EN ISO 14713 parte 1 le velocità di corrosione riportate sono relative al primo anno in servizio, il che implica una prestazione viziata da uno sviluppo parziale della patina. Ciò fa sì che i dati non siano estrapolabili per effettuare previsioni di lunga durata con la dovuta affidabilità, fornendo risultati molto sottostimati. II valori della perdita media annuale di spessore di zinco in funzione di sei differenti ambienti di esposizione in atmosfera necessitano di una revisione sostanziale. In ogni caso, anche accettando precauzionalmente le stime desumibili da tale normativa, le proprietà del rivestimento di zincatura assicurano una protezione di lunghissima durabilità, ben oltre qualsiasi antiruggine o verniciatura. Vale la pena sottolineare che, secondo gli standard di riferimento per costruzioni realizzate in acciaio, le previsioni di durata alla prima manutenzione dei sistemi anticorrosivi polimerici e delle vernici in genere non superano i 15-25 anni, mentre le durate della zincatura a caldo nella maggior parte degli ambienti sono di gran lunga superiori. Sicuramente più affidabili in ambito normativo sono i valori guida della ISO 9224 che vengono forniti per essere usati esplicitamente per la progettazione. Particolarmente significative sono le tabelle A.1 ed A.2 che si riferiscono al maggiore consumo possibile di rivestimento per diversi tempi di esposizione fino a 20 anni nei diversi ambienti corrosivi. In un ambiente C3, per esempio, nella peggiore delle ipotesi, in 20 anni la normativa ISO 9224 prevede 24 µm totali di perdita, cioè circa 1 µm per anno. Tutto ciò significa che, con la protezione offerta da un rivestimento di zincatura dello spessore standard di 85 µm, non ci sono esigenze di manutenzione per tutta la durata di vita utile del manufatto, nella maggior parte dei casi applicativi. Se si pensa, poi, che la zincatura ottenuta sui profili di acciaio strutturale, di solito eccede significativamente i minimi di spessore previsti dagli standard, fino a superare ben oltre i 100-200 µm, ciò determina una protezione che supera i 100 anni in quasi tutti ambienti, eccezion fatta solo per quelli straordinariamente aggressivi.

richiede particolari precauzioni. Vanno presi accorgimenti unicamente nel caso di contatto con liquami organici e con sistemi di irrigazione acidificata.

L’atmosfera rurale è ideale per la zincatura. La bassa presenza di inquinanti rende molto stabile lo strato di conversione che risulta più spesso e protettivo, crescente nel tempo. Ciò fa sì che la velocità di corrosione diminuisca progressivamente. La zincatura, dunque, costituisce un’eccellente protezione per fabbricati agricoli, attrezzature e accessori vari e non

Nelle aree ad elevata concentrazione industriale e nei centri urbani, l’aria è contaminata da numerosi inquinanti. Tuttavia, gli alti spessori della zincatura a caldo possono garantire la protezione per una durata pari alla vita utile del manufatto. In ogni caso, occorre valutare seriamente le prestazioni delle protezioni alternative, che possono raggiungere costi

L’Eden Project, in Cornovaglia, è una mostra sulla biodiversità tra le più grandi al mondo. Ospita al suo interno una biosfera con più di 100.000 piante ed è formata da strutture di acciaio zincato a caldo per una soluzione ecologica. L’acciaio zincato a caldo ha consentito la realizzazione di una struttura autoportante, priva di sostegni interni, caratteristica, fatta di esagoni che raggiungono le dimensioni di 9mt. La scelta della zincatura a caldo è stata effettuata per la sua caratteristica di lunga durata, che la rende la più sostenibile dal punto di vista ambientale.

ambiente urbano

ZINCATURA A CALDO Fig. 3.7 Una serra in acciaio zincato per orticoltura. Strutture di questo tipo, anche di grandi dimensioni, sono consuete nel panorama delle nostre campagne. La protezione dello zinco assicura una durata pluridecennale alle opere realizzate nelle aree rurali dell’entroterra.

Capitolo 3 Resistenza alla corrosione dell’acciaio zincato

Negli ambienti marino-costieri, la resistenza della zincatura è influenzata dalla presenza di cloruro di sodio – NaCl, sotto forma di soluzione salina in sospensione nell’aria. Tuttavia, va detto che i cloruri, seppure ovviamente aggressivi, hanno sullo zinco effetti corrosivi molto meno rilevanti rispetto a quelli visti per gli ossidi di zolfo. I cloruri, inoltre, aggrediscono la superficie zincata in modo assai più blando di quanto non facciano con l’acciaio. Il contenuto di sale nell’atmosfera decresce molto rapidamente man mano che ci si sposta dalla costa verso le zone più interne. A migliorare la situazione concorre anche il fatto che nell’aria e nell’acqua dei climi più temperati è contenuta una certa quantità di sali di magnesio che contribuiscono a inibire la corrosione dello zinco. In ogni caso, nelle zone marine costiere occorre considerare l’effetto del

ambiente marino

proibitivi quando ad esse è richiesto di avere durate comparabili a quelle normalmente offerte dalla zincatura. Sistemi come la sola verniciatura possono dimostrarsi meno affidabili sul campo, perché più suscettibili di difetti, mentre nella maggioranza dei casi è possibile scegliere sistemi duplex, zincatura e veniciatura, progettati in modo specifico per resistere bene alle condizioni di quel particolare ambiente. ambiente industriale

Sono possibili applicazioni della zincatura a caldo di lunga durata anche nel caso di ambienti industriali. Il giudizio di compatibilità va effettuato caso per caso. Il confronto tra performance e costi di manutenzione di altri sistemi protettivi può suggerire l’uso della zincatura, sulla base della durata in servizio prevista (cioè l’arco di tempo in cui l’opera funzionerà) che può essere anche di alcuni decenni. Non è sorprendente, quindi, che l’azione protettiva dello zinco possa essere la migliore scelta possibile anche in questi ambienti molto aggressivi. Molto dipende dai composti chimici coinvolti Fig. 3.8 Un’industria chimica a Pasadena (USA). L’impianto è stato installato in una zona fortemente industrializzata. La zincatura è stata applicata per il suo minore costo di lungo termine. 3

Fonte American Galvanizers Association (sito web www.galvanizeit.org).

Fig. 3.9 I cavi del ponte di Broklyn, zincati a caldo nel lontano 1883, sono ancora efficienti.

vento, che determina un’azione abrasiva considerevole. Per le verniciature, ciò può portare alla consumo dello strato polimerico in tempi più o meno brevi. In taluni casi, la scelta dei progettisti è favorevole all’adozione della zincatura per la sua durezza superficiale, come è avvenuto nel caso del ponte di Brooklyn. I suoi cavi furono zincati a caldo per resistere appunto all’azione erosiva del vento. La zincatura ha garantito una efficiente protezione sin dal lontano 1883, epoca dell’inaugurazione del ponte. Un particolare ambiente di corrosione è il cemento. La protezione delle armature di acciaio dalla corrosione è una questione di primaria importan-

La zincatura dell’acciaio nel cemento

ZINCATURA A CALDO

za per prevenire problemi strutturali nel patrimonio immobiliare, troppo spesso trascurata in passato o frettolosamente risolta sovradimensionando il tondino utilizzato ed applicando un sovraspessore di calcestruzzo come barriera protettiva, denominato copriferro. Fig. 3.10 Distacco di intonaco e danneggiamento dei laterizi in un solaio in seguito alla corrosione delle armature dei travetti.

Capitolo 3 Resistenza alla corrosione dell’acciaio zincato

lo strato di ossido protettivo. Contemporaneamente avviene la diffusione di ossigeno e l’innesco del processo di corrosione in presenza di umidità. L’utilizzo del copriferro, comunque sovente sottodimensionato, ritarda soltanto l’insorgere del fenomeno. Anche altri inquinanti acidi possono portare alla variazione del pH del cemento, ma l’azione dell’anidride carbonica è di gran lunga prevalente. Discorso a parte meritano i cloruri, che determinano attacchi anche a basse concentrazioni, pericolosi perché tendenzialmente localizzati e puntuali. A questi fenomeni occorre aggiungere i casi in cui la corrosione è favorita dalla presenza di cricche profonde fino alle armature, spesso causa di insufficiente maturazione (irrorazione con acqua nei giorni immediatamente successivi al getto), elevate porosità causate da rapporti cemento/ acqua inidonei, inclusioni di sabbia o di inquinanti particolarmente aggressivi presenti in atmosfera. Fig. 3.12 Le conseguenze della corrosione delle armature non protette sul copriferro ormai carbonatato:

Nei pori del calcestruzzo appena posto in opera vi è una soluzione di idrossido di calcio, di sodio e di potassio a pH 13 ÷ 13,8. In queste condizioni, l’acciaio si ricopre di un film protettivo ed è perfettamente passivato. La velocità di corrosione è, quindi, pressoché nulla. Tuttavia, come già accennato in precedenza, il calcestruzzo tende a perdere nel tempo queste caratteristiche per azione dell’anidride carbonica dell’atmosfera, che tende a diffondere nel calcestruzzo stesso penetrandolo progressivamente (carbonatazione) fino all’armatura e determinando in loco una riduzione drastica del pH (pH<9). Queste modifiche dell’ambiente distruggono

Fig. 3.11 Avanzamento del fronte di carbonatazione in provini di calcestruzzo in atmosfera carbonatante (25% CO2).

a) rigonfiamento; b) spalling.

Anche nel caso del tondino, la zincatura a caldo è una misura di prevenzione efficace, dal momento che lo zinco rimane passivo anche nel calcestruzzo carbonatato. A regime, la velocità di corrosione è inferiore ad 1µm/anno anche in calcestruzzi alcalini, ma diviene notevole quando il tenore dei cloruri supera l’1%. L’acciaio dei tondini si corrode con una certa velocità in condizioni di esposizione diretta agli spruzzi marini per le costruzioni costiere o per i ponti quando si effettua lo spargimento di sale, tecnica in uso per evitare la formazione di ghiaccio sulle carreggiate nella stagione invernale. Prove sperimentali hanno dimostrato che il trattamento termico connesso alla zincatura a caldo non causa variazioni delle proprietà meccaniche dell’acciaio, per cui in progettazione per l’acciaio zincato valgono gli stessi parametri caratteristici dell’acciaio di base. Inoltre, l’aderenza del tondino di acciaio zincato col cemento è maggiore di quella tra acciaio e calcestruzzo. Per calcestruzzi carbonatati, un rivestimento di zinco dell’ordine degli 80 - 100µm determina un incremento di durabilità di 50 - 70 anni rispetto all’armatura di acciaio non protetta. In presenza di contami-

ZINCATURA A CALDO

nazione da cloruri, con la zincatura a caldo si può, comunque, ottenere un raddoppiamento della vita utile del manufatto.

a) In fig. 3.13, il modello per la corrosione dell’acciaio zincato nel calcestruzzo.

VALORE DI SOGLIA

CORROSIONE

LIMITE DI TOLLARABILITÀ

INCUBAZIONE

PROPAGAZIONE

TEMPO

VITA IN SERVIZIO

INCUBAZIONE PROTEZIONE STRATO IN LEGA DI ZINCO VITA IN SERVIZIO

VALORE DI SOGLIA-ACCIAIO

VALORE DI SOGLIA-ZINCO

CORROSIONE

LIMITE DI TOLLARABILITÀ

PROPAGAZIONE SUB STRATO IN ACCIAIO

TEMPO

Nella fase iniziale, lo strato di zinco si passiva per reazione con il cemento fortemente alcalino. La carbonatazione successiva del cemento al valore di soglia per la propagazione della corrosione nell’acciaio non rivestito, non danneggia la passivazione dello zinco che, quindi, continua a proteggere l’acciaio fino a che non viene raggiunto il valore di soglia-zinco a partire dal quale c’è un certo consumo della zincatura essenzialmente dovuta ad accumulo di cloruri. Fino al raggiungimento del valore sogliaacciaio (corrispondente alla consunzione totale dello zinco), l’acciaio resta intatto e il calcestruzzo non mostra cracking o distacchi rilevanti. Nel cemento Portland e pozzolanico la zincatura è in grado di prolungare notevolmente la vita dei manufatti. Tuttavia essa non è adatta per il contatto con cementi ad alto tenore di magnesio (cemento fuso o a presa rapida) o materiali da costruzione con pH superiori a 12.5. L’acciaio zincato, pur comportandosi molto meglio dell’acciaio nero, non può essere esposto al loro contatto diretto soprattutto se in condizioni di umidità continua. In questi casi, è necessario proteggere la superficie zincata con guaine o altro materiale impermeabile.

Capitolo 3 Resistenza alla corrosione dell’acciaio zincato

Il comportamento dell’acciaio zincato in acqua marina o salmastra è dettato dalla presenza fortemente conduttiva di sali. La norma UNI EN ISO 14713-1 dà delle indicazioni sulla resistenza alla corrosione di strutture immerse totalmente. Per l’immersione in acque dolci occorre fare delle valutazioni in ordine alla durezza, salinità ed al pH. La zincatura è duratura in quelle condizioni per cui sulla sua superficie precipitano specie chimiche protettive, in condizioni di acque neutre o debolmente alcaline. Il diagramma con il comportamento della zincatura al variare del pH è indicato in figura 3.4.

Immersione in acqua della zincatura

Il legno verde non dovrebbe essere posto in contatto con l’acciaio zincato, poiché alcune sostanze in esso presenti sono in grado di corrodere lo zinco. Similmente, in acqua non si devono usare chiodi zincati a caldo indipendentemente dal fatto che il legno sia impregnato o meno. Il legno secco o moderatamente umido, invece, impregnato o no, può essere fissato usando chiodi zincati a caldo con risultati soddisfacenti. Altri materiali secchi, come la lana di roccia, non sono aggressivi per lo zinco. Il gesso aggredisce lo zinco, ma del resto è un materiale molto corrosivo per tutti i materiali metallici, anche quando è asciutto. In ogni caso, gesso e acciaio zincato non devono essere messi a contatto se si richiedono lunghe durate. Lo zinco reagisce fortemente a contatto con le malte alcaline. In breve tempo (ordine di settimane) per esposizione con l’idrossido di calcio, lo zinco dà luogo alla formazione dell’idrossizincato di calcio – Ca·Zn(OH)3·2H2O che risulta avere effetti protettivi per la zincatura. Il comportamento alla corrosione è, quindi, molto migliore dell’acciaio non protetto.

Altri materiali

Tra i diversi tipi di corrosione merita un approfondimento la cosiddetta ruggine bianca, costituita prevalentemente da idrossido di zinco e in minima parte da ossido e carbonato. Si tratta di un processo di ossidazione che si presenta a volte in una riconoscibile forma bianca polverulenta sulle superfici zincate da poco tempo, in modo più o meno accentuato. Essa precede la conversione ad opera della CO2 atmosferica dell’ossido in carbonato, che è il principale costituente della patina di passivazione. I periodi dell’anno che favoriscono maggiormente l’insorgere della ruggine bianca sono l’autunno e l’inverno, a causa della elevata umidità dovuta a piogge e nebbie, e delle basse temperature. Condizioni altrettanto predisponenti al fenomeno sono provocate dagli abbassamenti improvvisi di temperatura. Anche, l’accatastamento di manufatti zincati di recente sull’erba bagnata, la ricopertura con teloni di materiale plastico e, ancora, la deposizione in casse di legno umide, soprattutto per prodotti di piccole dimensioni, creano condizioni ideali per la formazione di ruggine bianca.

Sviluppo di ruggine bianca sulla superficie

ZINCATURA A CALDO

Essa si sviluppa in maniera considerevole se si portano a contatto due superfici parallele zincate affacciate (il che determina la formazione di una intercapedine colma di acqua di condensa). Il ridotto apporto di ossigeno e anidride carbonica, ostacolati nella diffusione all’interno dell’intercapedine formata dalla stessa conformazione del sistema, determina una pila galvanica per differenza di aerazione (di concentrazione di ossigeno). Fig. 3.14 La ruggine bianca si presenta in una forma molto appariscente, ma in genere non danneggia il rivestimento con conseguenze gravi. Le norme prevedono che il manufatto ripulito sia accettato, purchè lo spessore di zinco sottostante sia conforme alle specifiche.

In queste condizioni, anche se i prodotti di corrosione sono voluminosi ed appariscenti, si verifica raramente un danno irreparabile per il rivestimento. In realtà, nella maggior parte dei casi, i danni provocati dalla ruggine bianca non sono sostanziali, poiché piccole porzioni di zinco producono elevate quantità di ruggine bianca, polverosa e assai evidente, senza che il rivestimento sia compromesso. Il controllo con spessimetro magnetico rileva, nella grande maggioranza dei casi, piccole variazioni nello spessore di zincatura. Solamente se l’umidità è molto intensa e persiste per tempi prolungati, si possono causare danni notevoli, con distruzione locale del rivestimento di zinco. Per valutare l’effettivo danneggiamento è opportuno rimuovere completamente i prodotti della corrosione e misurare lo spessore del rivestimento residuo. Il fatto che la superficie al di sotto della sua formazione sia di una colorazione più scura rispetto al resto, non implica il deterioramento del rivestimento rimanente che, anzi, continua la sua azione protettiva senza differenze. La norma tecnica di settore, UNI EN ISO 1461, al paragrafo 6.1, afferma che “lo sviluppo di macchie umide dovute a stoccaggio in ambiente umido, principalmente a base di ossido di zinco - la ruggine bianca per l’appunto - non deve essere causa di scarto, a condizione che lo spessore di rivestimento rimanga superiore al valore minimo specificato.”

Capitolo 3 Resistenza alla corrosione dell’acciaio zincato

Solo se il rivestimento non ha più uno spessore conforme, è necessario ripristinare la protezione secondo quanto previsto dalle norme. Per limitare la formazione della ruggine bianca si possono adottare misure precauzionali nel corso del deposito e del trasporto dei manufatti zincati. Durante il trasporto bisogna garantire una sufficiente aerazione ed evitare che si raccolga umidità. In particolare, nei trasporti via mare è necessario prevedere l’adozione di misure di protezione chimica. Si consiglia l’utilizzo di passivanti o sigillanti superficiali. Vanno evitati contatti con altre sostanze trasportate o loro residui, se aggressivi.

Capitolo 4

Resistenza al fuoco di strutture zincate

Uno dei problemi più avvertiti nel settore delle costruzioni, è la resistenza al fuoco dell’acciaio. Alle alte temperature che si raggiungono in caso di esposizione al fuoco, l’acciaio manifesta una progressiva riduzione delle resistenze meccaniche. I criteri attuali in materia di sicurezza antincendio impongono che la struttura di acciaio di una costruzione debba resistere per un tempo sufficiente a rendere possibile l’evacuazione degli occupanti e l’intervento efficace delle squadre di soccorso. Oltre alle misure di prevenzione attive, quali la sistemazione di idranti o estintori, il progettista dovrà considerare le misure atte a garantire la necessaria capacità portante dell’edificio. Per questo scopo si possono adottare soluzioni planimetriche (ad esempio la compartimentazione) e, in alternativa o in aggiunta, si può rallentare il surriscaldamento degli elementi strutturali utilizzando coibentazioni e schermature degli elementi portanti. Una struttura in acciaio zincato presenta una resistenza al fuoco del tutto superiore ad una corrispondente non zincata. In altre parole, due costruzioni in acciaio identiche di cui solo una zincata a caldo, se sono poste nelle medesime condizioni, offrono una resistenza al fuoco differente, migliore nel caso delle strutture zincate. La classificazione di resistenza al fuoco R identifica la capacità di un elemento costruttivo di conservare le resistenze meccaniche in caso di incendio ed è espressa in minuti. L’Università Tecnica di Monaco ha effettuato dei test su acciaio zincato, rivelando come il rivestimento di zincatura abbia una emissività tale da assicurare da solo un grado di resistenza fino a R 30, contribuendo in questo modo in maniera sostanziale alla sicurezza delle opere. Anche alla luce di ricerche analoghe effettuate in altri Paesi, come Inghilterra e Francia, di ciò a breve si terrà conto per la revisione degli Eurocodici che proporranno un fattore di emissività migliorato nel caso di applicazione della zincatura a caldo. In Italia, una sperimentazione ancora in corso, sembrerebbe confermare queste conclusioni. Un approccio mediante soluzioni ingegneristiche, con queste proprietà, in

ZINCATURA A CALDO

taluni casi, potrebbe costituire una interessante soluzione per la realizzazione semplificata di progetti che altrimenti soffrirebbero di notevoli complicazioni. È molto interessante, per esempio, il caso in cui il progettista

Fig. 4.1 I risultati dell’Università Tecnica di Monaco su profili HEB400 dimostrano che R15-R30 è ottenuto in ogni caso per spessori di acciaio superiori ai 6 mm.

possa prevedere con un corretto design manufatti che possano essere realizzati senza fare ricorso o limitando l’applicazione di altri sistemi protettivi, come ad esempio le vernici intumescenti. Su questo argomento sono in corso sperimentazioni molto promettenti a livello italiano ed europeo. Comunque, la zincatura a caldo non influisce sui sistemi di protezione di tipo tradizionale, che permettono di incrementare sensibilmente la resistenza al fuoco, come per esempio l’impiego di controsoffitti, colonne rivestite, blocchi tra le ali delle colonne e la protezione mediante schermi in genere. La zincatura a caldo è perfettamente compatibile con tutti gli attuali sistemi di protezione delle strutture in acciaio dal fuoco e non interferisce con il design e la resistenza al fuoco dei materiali. Zincatura e vernici intumescenti

Un discorso a parte meritano le vernici intumescenti. Si tratta di particolari vernici che a contatto con il fuoco sviluppano l’intumescenza, ossia si rigonfiano a formare una caratteristica schiuma carboniosa, simile a una meringa, che espande fino a 100 volte lo spessore iniziale del film e isola l’acciaio, ritardando il raggiungimento delle alte temperature. L’efficacia della protezione dipende ovviamente dal suo spessore, ma anche da quanto tempo essa stessa resiste all’azione delle fiamme prima di distaccarsi dalla superficie dell’acciaio.

Capitolo 4 Resistenza al fuoco di strutture zincate

Il caratteristico elevato spessore e la porosità di questo rivestimento, possono determinare difficoltà per quanto riguarda l’adesione al supporto nei tradizionali cicli di produzione industriale. La ricerca in questi anni ha portato alla formulazione di primer in grado di migliorare le performance del rivestimento intumescente sia in termini di adesione che di resistenza al fuoco. Un programma di prove effettuate nei primi anni del 2000 in collaborazione tra Associazione Italiana Zincatura e i laboratori di una primaria Azienda Italiana per la produzione di vernici intumescenti, ha messo in evidenza che l’applicazione di un intermedio di natura epossidica tra rivestimento di zincatura e coating intumescente, garantisce sull’acciaio zincato, adesione e prestazioni almeno pari ai valori riscontrati per l’applicazione sull’acciaio sabbiato non sottoposto a zincatura.

Capitolo 5

Come si ottiene il rivestimento di zincatura a caldo

La zincatura a caldo è un processo industriale che è cambiato pochissimo nel tempo, fin dalla sua scoperta e dal brevetto di Sorel del 1837. La zincatura a caldo si ottiene immergendo l’acciaio nello zinco fuso, il che porta alla formazione sulla superficie di una serie di leghe zinco-ferro che nel suo complesso dà forma al rivestimento. La superficie dell’acciaio lavorato deve essere completamente esente dalla presenza di ossido, olio ed altri contaminanti. La formazione della lega può avvenire soltanto sulle parti di superficie in cui l’acciaio è sufficientemente pulito per essere bagnato dallo zinco fuso, in modo che nessuna presenza di ossido ed altri contaminanti possa frapporsi nel contatto del ferro nella sua forma metallica con lo zinco fuso del bagno al momento dell’immersione. Schema linea di zincatura a caldo

Zincatura Preriscaldo Flussaggio Lavaggio Decapaggio Lavaggio Sgrassaggio

Per questo gli articoli che sono destinati alla zincatura vengono sottoposti ad un trattamento superficiale preventivo, composto di vari step di processo: lo sgrassaggio, il decapaggio ed il flussaggio. • Lo sgrassaggio elimina dalla superficie oli e sostanze grasse residue delle lavorazioni precedenti;

Ciclo industriale della zincatura a caldo

ZINCATURA A CALDO

Capitolo 5 Come si ottiene il rivestimento di zincatura a caldo

• Il decapaggio, effettuato in acido cloridrico, successivamente allo sgrassaggio, ottiene una superficie libera da ogni presenza di ruggine e ossidi; • Il flussaggio, ultima delle fasi di preparazione, riveste la superficie dell’acciaio di una sottile patina di sali di zinco ed ammonio, che occorrono per favorire l’interazione con lo zinco liquido per la formazione dello strato di zincatura. Il sottile film di sali (cloruro di zinco in particolare) contribuisce a proteggere dall’ossidazione la superficie metallica dell’acciaio, finché il manufatto non viene immerso nello zinco fuso, preservando le parti ad alta temperatura, non ancora immerse, dalle interazioni con l’atmosfera. Durante la fase di immersione: nello zinco fuso, il cloruro di ammonio del flussante si decompone in ammoniaca (NH3) e acido cloridrico (HCl), il quale produce un effetto di decapaggio aggiuntivo e elimina l’ossido che residua eventualmente dalla fase di decapaggio o che si forma nel tragitto sui pezzi verso la vasca di zincatura. Inoltre, i sali di flussaggio abbassano la tensione superficiale nel bagno, consentendo una migliore bagnabilità tra zinco fuso e superficie di acciaio. In casi particolari, in cui i pezzi si presentino particolarmente sporchi o contaminati da sostanze che non possono essere rimosse con i trattamenti chimici, si ricorre alla pulizia meccanica. Ciò succede, ad esempio, in presenza di residui di vernici, smalti, scorie di saldatura, resine siliconiche anti-spruzzo (usate talvolta nelle saldature). Per la loro rimozione sono utilizzate la molatura, la spazzolatura o la sabbiatura, in sostituzione o aggiunta al ciclo normale. Questo tipo di preparazione, tuttavia, non fa parte del normale processo di zincatura. Oltre a rappresentare un aggravio di costi, la presenza di tali contaminanti determina una condizione di rischio per il buon risultato dell’operazione di rivestimento. È molto importante che tutti i tipi di residuo vengano accuratamente rimossi, anche se a volte non sono immediatamente rilevabili, perché sono causa di difetti dello strato protettivo, anche molto evidenti. Infatti, nelle aree interessate dalla loro presenza si ha il mancato sviluppo dello strato di zincatura, e, per converso, la formazione di vistose bruciature nerastre, dovute alla presenza dei residui combusti delle sostanze organiche portate a contatto con lo zinco del bagno fuso. Per evitare questi inconvenienti è bene proteggere le superfici da zincare dalla contaminazione. Occorre sempre ricordare di non effettuare sui pezzi da zincare marcature con vernici o pennarelli con smalti non idrosolubili. Nella vasca di zincatura in cui si realizza l’immersione, lo zinco fuso raggiunge una temperatura di circa 450° C.

Fig. 5.2 Una volta che la reazione tra ferro e zinco ha avuto luogo gli articoli vengono estratti dal bagno di zincatura.

La formazione del rivestimento protettivo avviene durante l’immersione nello zinco fuso. In questa fase, si sviluppa sulla superficie di acciaio uno strato di rivestimento per reazione intermetallica tra la fase solida e la fase liquida (tra zinco e ferro dell’acciaio). In effetti, lo zinco diffonde all’interno della superficie dell’acciaio, formando una serie di leghe zinco/ferro a tenore di zinco crescente verso l’esterno. Durante l’immersione, l’acciaio in superficie reagisce con lo zinco, formando un rivestimento consistente in una serie di strati di leghe ferrozinco a differente composizione e struttura cristallina, sovrastata da uno strato di zinco con la composizione del bagno, che si deposita per trascinamento. Il tempo di immersione nel bagno varia da qualche minuto per manufatti d’acciaio relativamente poco spessi, fino a 10-15 minuti per oggetti assemblati con profili di spessore maggiore. I tempi di immersione e permanenza nel bagno di zincatura sono molto diversificati da situazione a situazione. In genere, manufatti con spessori di acciaio maggiori necessitano di tempi maggiori di permanenza in vasca, per cui sviluppano spessori di rivestimento mediamente superiori a quelli ottenuti su spessori inferiori. La norma UNI EN ISO 1461 regola lo spessore del rivestimento al variare dello spessore di acciaio dei componenti da zincare. La zincatura a caldo generale, per immersione, è un processo batch, cioè adatto al trattamento di lotti, con produzione discontinua. Si tratta in

Applicabilità della zincatura

ZINCATURA A CALDO

genere di trattamento superficiale realizzato conto terzi in prevalenza su manufatti di ferro ed acciaio semplici o assemblati per cui la zincatura costituisce molto spesso l’ultima fase della produzione. Ciò vale per la carpenteria di qualsiasi peso e forma, per la minuteria centrifugata e per i prodotti in acciaio più disparati, ma anche per articoli destinati ad impieghi specifici come, ad esempio, barriere autostradali e tralicci per la conduzione di linee elettriche. Viti, bulloni, chiodi ed altre minuterie che necessitano di rispettare tolleranze dimensionali stringenti o che hanno esigenze di presentare condizioni superficiali controllate, possono essere lavorate in zincatura generale, ma vengono sottoposte a centrifugazione successivamente all’estrazione dal bagno, per allontanare gli eccessi di zinco. La centrifuga determina un aspetto del rivestimento regolare e consente l’accoppiamento agli elementi filettati dopo la zincatura. Le norme prevedono, ovviamente, spessori di rivestimento inferiori rispetto agli altri articoli trattati in zincatura generale. I trattamenti diversi, come la zincatura delle lamiere o di fili, denominati anche essi zincatura a caldo, nelle diverse tipologie di impianto, utilizzano tutti lo stesso fenomeno metallurgico, la medesima reazione intermetallica per l’ottenimento dello strato protettivo ma realizzano con un processo sostanzialmente diverso, rivestimenti, in genere, di spessore anche ragguardevolmente inferiore. La zincatura a caldo generale è regolata dalla normativa UNI EN ISO 1461 che, tra tutti gli standard che riguardano i prodotti zincati a caldo è quello che assicura gli spessori più elevati e quindi la maggiore durabilità. Per i tubi, data la singolarità del prodotto, si utilizzano impianti semiautomatici, con fasi di processo simili alla zincatura generale. La fase realmente automatica è quella del passaggio dei tubi nelle vasche di zincatura dopo il loro posizionamento sulle rastrelliere con operazione manuale. Peculiare è lo step di processo che prevede la soffiatura dopo l’estrazione dal bagno di zinco, mediante getti di vapor acqueo essenzialmente per liberare il lume interno dei tubi dall’eccesso di zinco dopo l’estrazione. Nella zincatura generale i pezzi da trattare devono essere sospesi alle traverse (bilancini) per poter essere movimentati e traslati da un bagno di trattamento all’altro. La zincatura, soprattutto nel caso della lavorazione conto terzi, costituisce di norma l’ultimo stadio nella finitura di manufatti in acciaio, caratterizzati da estrema variabilità di massa, forma geometrica ed ingombro. È perciò necessario il ricorso a diverse modalità di carico alle traverse: si utilizzano apparecchiature di sospensione le cui forme sono spesso il risultato della peculiare esperienza dello zincatore nonché della tipologia degli articoli più frequentemente trattati. Comune è il ricorso ad aggancio mediante filo di ferro intrecciato, ma anche una gamma disparata di attrezzi. I manufatti di acciaio che vengono movimentati e lavorati

Capitolo 5 Come si ottiene il rivestimento di zincatura a caldo

nelle zincherie sono spesso di grande formato. Dopo che la reazione di formazione dello strato si compie, avviene l’estrazione dal bagno. Si tratta di un’operazione delicata in cui, con l’aiuto di movimenti adatti, si favorisce il drenaggio del metallo liquido. Durante l’estrazione si forma sulla superficie dei pezzi un ulteriore rivestimento di zinco che ha la stessa composizione del bagno di metallo fuso e conferisce l’aspetto brillante all’acciaio appena trattato. Ad estrazione avvenuta, quando i pezzi sono ancora sospesi sul bagno si eliminano gli ultimi residui dello zinco in eccesso, colpendo o, in alcuni casi, scuotendo i manufatti. La reazione ferro/zinco di formazione dello strato continua anche dopo l’estrazione fino alla temperatura di circa 200°C, alla quale i fenomeni di diffusione avvengono ormai a velocità trascurabile. I pezzi ormai zincati vengono poi raffreddati in aria o acqua e ispezionati. Successivamente si provvede alla pesatura per determinare il peso del rivestimento e valutarne il costo. Infine, viene valutata la qualità del rivestimento che deve rispettare prescrizioni normative riguardo ai valori minimi dello spessore (misurato in µm o, più raramente, in g/m2) ed ai requisiti di aspetto. Le piccole imperfezioni della superficie vengono riparate ed i manufatti vengono sganciati e preparati per la spedizione. Un prodotto di qualità è tale da non mostrare difetti intollerabili. Le aree

Fig. 5.3 I pezzi appena zincati vengono traslati nel reparto di sgancio dove vengono ispezionati e collificati se necessario.

ZINCATURA A CALDO

riparate, perché prive di rivestimento, non possono superare in totale lo 0.5% della superficie del manufatto ed ogni singola area da riparare non può superare i 10 cm2 di estensione, a norma UNI EN ISO 1461. I piccoli oggetti da zincare che necessitano di centrifugazione, come chiodi, accessori, raccordi, bulloni, dadi, viti, rondelle ecc. vengono sottoposti agli stessi pretrattamenti chimici di pulizia superficiale ed immersi nel bagno di zinco, raccolti in cestelli forati.

Fig. 5.4 Estratti e sganciati, i manufatti vengono sottoposti a controllo di qualità sullo stato superficiale e sulla conformità dello spessore agli standard o alle specifiche del cliente.

A zincatura avvenuta, il cestello viene estratto dal bagno di zinco e posto in una centrifuga, dove viene eliminato l’eccesso dello zinco, onde evitare goccioline ed irregolarità e rispettare le tolleranze dimensionali di norma. In genere si procede al raffreddamento in acqua che evita l’incollaggio dei pezzi gli uni agli altri. Per quanto riguarda le tolleranze da rispettare per la presenza del rivestimento, si rimanda a quanto previsto dalle norme tecniche. Un possibile riferimento è costituito dalla norma UNI EN ISO 10684. I dadi vengono, in genere, zincati prima che venga realizzata la filettatura. Il filetto del dado non è rivestito, ma la protezione catodica viene esercitata dal rivestimento del filetto maschio, una volta che dado e vite sono serrati, ed è sufficiente a garantire la protezione contro la corrosione. Infatti, una volta realizzato il serraggio del bullone, la continuità elettrica è garantita per la protezione elettrochimica. Inoltre, i prodotti della corrosione dello zinco del filetto della vite riempiono lo spazio vuoto e sigillano l’accoppiamento.

Capitolo 5 Come si ottiene il rivestimento di zincatura a caldo

Le minuterie centrifugate, compresi alcuni tipi di bulloni e viti, possono essere zincate facendo riferimento alle prescrizioni presenti ad hoc nella norma UNI EN ISO 1461. Fig. 5.5 Macchina centrifuga per la zincatura a caldo di bulloni ed altre minuterie

Capitolo 6

Reazione di formazione e caratteristiche del rivestimento di zincatura a caldo

Lo strato protettivo che si realizza sui manufatti per effetto della zincatura a caldo è il risultato della diffusione dello zinco alla temperatura del bagno, attraverso lo strato più superficiale dell’acciaio. È ormai universalmente accettata la dizione di reazione ad indicare l’insieme dei processi che portano alla formazione del rivestimento. Non si tratta di una reazione chimica, ma di una sorta di reazione metallurgica, processo di tipo fisico. In corrispondenza della superficie dell’acciaio avviene uno scambio tra le due fasi che dà luogo alla formazione di strati di leghe a diversa composizione dei due metalli ferro e zinco. Per questa ragione, il rivestimento di zincatura risulta come “saldato” sulla superficie dell’acciaio, con evidenti benefici rispetto agli altri trattamenti anticorrosivi che comportano sovrapposizione di metalli (come i processi elettrogalvanici o di metallizzazione) o di coating organici (vernici liquide o a polveri).

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Capitolo 6 Reazione di formazione e caratteristiche del rivestimento di zincatura a caldo 79

Fig. 6.2 Lo strato di zincatura visto al Microscopio Elettronico a Scansione - SEM

Il bagno di zinco, secondo lo standard italiano ed internazionale UNI EN ISO 1461, sicuramente non può contenere meno del 98% di zinco. Il rivestimento, proprio perché formato da strati con composizione differente, manifesta una certa variabilità delle proprietà meccaniche lungo lo spessore. Per quanto riguarda la durezza meccanica, gli strati di lega più interni sono più duri dell’acciaio del substrato. Lo zinco superficiale, infine, è più “morbido” e pertanto è in grado di assorbire eventuali colpi, agendo come una sorta di ammortizzatore. Gli strati sottostanti di maggiore durezza conferiscono all’acciaio zincato vantaggi relativi all’indurimento superficiale in termini di resistenza all’usura e tenacità.

Durezza della zincatura

Durezza [Vickers] 50 100 150 200 250 Composizione degli strati costituenti la zincatura a caldo

In un rivestimento di zincatura tipico si possono riconoscere, a partire dal substrato di acciaio, lo strato Γ (gamma) dello spessore di circa 1µm, in cui lo zinco è presente per circa il 70% (la percentuale di ferro varia tra 26.8 e 31.1%). Il successivo strato δ (delta) contiene una quantità di ferro dell’ordine del 10%. Nello strato ζ (zeta) seguente, è presente il 7% di ferro. Nelle foto al microscopio sono ben riconoscibili i cristalli di strato z orientati verso l’alto, oblunghi e perpendicolari alla superficie. Nella maggior parte dei casi, seppure con significative eccezioni come sarà illustrato nel seguito, nel rivestimento di zincatura è presente un ultimo e più esterno strato superficiale, denominato strato η (eta), il quale è costituito da zinco con composizione coincidente, in pratica, con quella del bagno. È il risultato dell’ultima interazione con lo zinco fuso prima dell’estrazione dei pezzi e viene deposto per trascinamento. Fig. 6.3 Una indicazione dei diversi strati di leghe Fe-Zn che si formano sulla superficie di acciaio con la zincatura a caldo.

Fig. 6.4 La durezza varia nello spessore dello zinco. Lo strato di Fe-Zn è più duro dell’ acciaio.

Zn+Fe

Lo strato superficiale , più morbido, attutisce eventuali urti.

Il fatto che la zincatura non consiste in una semplice deposizione o apporto di metallo sulla superficie dell’acciaio, rappresenta una delle caratteristiche distintive di questo trattamento anticorrosivo: dal momento che gli strati della lega di rivestimento sono il risultato di una compenetrazione tra acciaio e zinco, essi sono intrinsecamente legati al supporto di acciaio. È assai difficile rimuovere completamente il rivestimento ed anche in caso di grave danneggiamento, con distacco apparentemente totale, uno strato inferiore di ferrolega permane sempre sulla superficie, fornendo ancora la protezione elettrochimica determinata dal suo contenuto di zinco, in aggiunta alla azione catodica sacrificale dello zinco presente sulle aree prossimali al guasto.

Adesione al substrato

Il meccanismo di formazione del rivestimento di zinco è principalmente influenzato dalla temperatura e composizione del bagno, dal tempo di contatto tra l’elemento da zincare con lo zinco fuso e dalla composizione e stato superficiale dell’acciaio. In effetti, lo spessore dell’acciaio ha un ruolo decisivo nella determina-

Formazione del rivestimento

ZINCATURA A CALDO

Capitolo 6 Reazione di formazione e caratteristiche del rivestimento di zincatura a caldo 81

zione del tempo di permanenza del manufatto all’interno del bagno di zincatura. I profilati più spessi necessitano di un tempo maggiore per uniformare la loro temperatura a quella del bagno e durante l’estrazione si mantengono più caldi e ciò influisce positivamente sulla cinetica di formazione dello strato. Anche la rugosità delle superfici può influenzare in maniera rilevante lo spessore del rivestimento, per effetti di trascinamento e per l’incremento della superficie specifica dell’acciaio esposto all’azione dello zinco. In alcuni casi, l’effetto è più evidente, come avviene per i pezzi molto ruvidi perché sabbiati con mezzi particolarmente spigolosi o per i pezzi che originariamente presentano superfici molto corrose prima del decapaggio.

o di una successione di differenti strati di lega ferro-zinco. Tutti gli acciai comunemente utilizzati possono, quindi, beneficiare della protezione offerta dalla zincatura, nella stessa misura. Al termine della zincatura di un elemento costruttivo realizzato assemblando pezzi di acciaio di diversa provenienza, è possibile osservare la formazione di un rivestimento dall’aspetto differente sulle parti di differente composizione, per il diverso comportamento dell’acciaio nel corso della reazione ferro-zinco. Per altro, la sola differenza di aspetto non inficia le proprietà anticorrosive del rivestimento, che non è influenzato dalle caratteristiche che determinano il colore e la brillantezza. Fatta eccezione per alcuni acciai da taglio, ad elevato tenore di zolfo, tutti gli acciai in commercio sono adatti a ricevere la zincatura ma l’aspetto e soprattutto lo spessore della zincatura può essere molto diverso al variare della composizione dell’acciaio trattato.

Effetti della composizione dell’acciaio

Equivalenza protettiva delle leghe Zn-Fe

L’acciaio è una lega costituita non solo da ferro e carbonio. Altri elementi possono essere aggiunti sia per conferire particolari proprietà alla lega che per facilitare fasi del processo produttivo. Questi costituenti, seppure presenti in misura minima, influenzano secondo quantità e tipologia, i processi di formazione e di accrescimento dello strato di zincatura, variandone di conseguenza composizione, spessore, proprietà e aspetto. Lo strato di zincatura, durante il contatto con lo zinco fuso, può procedere anche senza la formazione di tutte le fasi dalla ferrolega fino allo strato η (eta), o con accrescimento predominante di una fase rispetto alle altre. Possono formarsi rivestimenti leggeri con prevalenza dello strato η (eta), che sono più plastici e con contenuto inferiore di ferro. Ciò si ottiene, per esempio, nella zincatura di acciai calmati all’alluminio, il quale inibisce la reazione, impedendole di procedere a spese dello strato η, una volta che il manufatto viene estratto dal bagno di zincatura. Questi acciai possono permettere la realizzazione di zincature brillanti e dall’aspetto molto gradevole, ma presentano spessori minori. Per tenori di alluminio elevati, può persino diventare difficoltoso ottenere rivestimenti che rispettino i requisiti minimi di spessore previsti da norme e capitolati. Al contrario, altri elementi, come il silicio, comportano rivestimenti pesanti, caratterizzati dalla presenza di strati di leghe ferro/zinco più dure e per questo più fragili, come vedremo nel seguito. In alcuni casi, se le concentrazioni di questi elementi raggiungono valori critici, il rivestimento può presentarsi con delle disuniformità caratteristiche e sovraspessori anomali. Quanto alle differenze di struttura e lega nello strato di zinco sui manufatti, c’è da rilevare che anche se in alcuni casi, al variare della composizione del substrato di acciaio, si ottengono rivestimenti con differenze nella ripartizione delle fasi ferro/zinco, le proprietà anticorrosive non risultano mai influenzate da ciò in modo determinante. In altre parole, a parità di condizioni ambientali, la durata della protezione risulta proporzionale allo spessore del rivestimento, in generale. Le performance sono praticamente le stesse sia che si tratti di un rivestimento di zinco ipoteticamente puro

Nella pratica quotidiana, gli elementi presenti nell’acciaio con le influenze più significative sul lavoro dello zincatore, sono il silicio ed il fosforo. A lungo i ricercatori del settore ne hanno analizzato gli effetti. È stato osservato che la presenza di silicio in quantità comprese tra 0,04 e 0,12% (intervallo di Sandelin) o superiori allo 0,25% (acciai iper-Sandelin) è in grado di accelerare la reazione ferro-zinco. Il rivestimento che si for-

Fig. 6.5 Curve Sandelin per diverse temperature. In rosso, l’intervallo di Sandelin. In giallo, composizione di acciai iper-Sandelin.

Effetti di Silicio e Fosforo

ZINCATURA A CALDO

Capitolo 6 Reazione di formazione e caratteristiche del rivestimento di zincatura a caldo 83

ma ha uno spessore visibilmente maggiore. Nei casi di reattività molto accentuata (picchi di massimo nel diagramma di fig. 6.5 o per acciai dal contenuto di silicio molto elevato), il manufatto dopo l’immersione nello zinco può manifestare un aspetto grigiastro uniforme o a macchie, anche localizzate in zone precise. Anche lo spessore può crescere in maniera abnorme determinando eccessi che possono portare ad una certa fragilità del rivestimento. Ai fini della determinazione della reattività, è bene valutare anche la quantità di fosforo presente nell’acciaio. Quando ci siano particolari esigenze riguardo ad uniformità e aspetto del rivestimento di zincatura, occorre prestare attenzione alla composizione dell’acciaio. Le indicazioni riportate di seguito hanno il solo scopo di suggerire composizioni che aumentino la probabilità di ottenere l’aspetto desiderato. Per l’individuazione di classi o categorie di composizione si faccia riferimento a quanto previsto nelle norme UNI EN 10025 ed UNI EN ISO14713 parte 2.

Acciai di composizione intermedia non Sandelin: 0.14%<Si≤%0.22 e P<0.02%

Acciai a basso contenuto di silicio e fosforo: Si ≤ 0,04%, P ≤ 0,02% Fig. 6.6 Aspetto e micrografia del rivestimento di zincatura su acciaio a basso contenuto di silicio e fosforo.

Fig. 6.7 Aspetto e micrografia del rivestimento di zincatura per l’intervallo considerato di Si e P.

Fanno parte di questa classe gli acciai con reattività medio-alta che sono maggiormente reattivi rispetto a quelli della classe precedente. È possibile che si verifichi la presenza di zinco puro in superficie, in base ai tempi di permanenza nel bagno di zinco e alle temperature di zincatura. Per questo l’aspetto varia da brillante a grigio opaco-scuro . Lo spessore può variare tra 120-220µm o misure maggiori, specialmente su profili spessi. Casi di iper-reattività Negli acciai Sandelin o iper-Sandelin (rispettivamente in rosso e giallo in fig. 6.5) può verificarsi che l’intero rivestimento sia composto esclusivamente da strati di lega ferro-zinco, mancando completamente lo strato più esterno di zinco puro. Data la potenziata reattività, la reazione tra zinco e ferro può continuare con apprezzabile velocità anche dopo l’estrazione dal bagno di zincatura. Le diverse colorazioni possibili da grigio chiaro a grigio scuro, e l’aspetto opaco o brillante, sono dovuti alla differente composizione della lega ferro/zinco affiorante. Intervallo di Sandelin (0.04%<Si≤0.14%) o alto fosforo P>0.025%

I rivestimenti ottenuti su acciai con questi tenori di Si e P presentano la struttura costituita dalla successione delle fasi previste dal diagramma binario Fe-Zn. Hanno spessore compreso tra 60 e 100 µm e aspetto brillante. Qualche problema può sussistere quando i tenori di Si e P sono inferiori a 0,01%, poiché gli spessori ottenibili possono essere inferiori a quanto prescritto dalle normative. Anche per acciai appartenenti a questa classe è possibile che si producano rivestimenti anormali (alti spessori, fasi disperse). Tali anomalie sono riscontrate su profili di basso spessore laminati a freddo e/o con finitura lucida, quando il fosforo è maggiore di 0,015 - 0,020% e l’alluminio supera lo 0,04%.

Fig. 6.8 Aspetto e micrografia del rivestimento di zincatura per l’intervallo Sandelin.

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La reattività raggiunge un picco. L’aspetto del rivestimento è molto rugoso, irregolare e con struttura micrografica amorfa. Lo spessore risultante può essere anche di parecchie centinaia di micrometri. Acciai iper-Sandelin: Si>0.22% e P<0.02%

Capitolo 7

Progettare per la zincatura a caldo

Fig. 6.9 Aspetto e micrografia del rivestimento di zincatura per acciai iper-Sandelin.

Il rivestimento che si ottiene ha uno spessore da elevato a molto elevato con aspetto che va dal grigio chiaro al grigio scuro con o senza caratteristica comparsa di celle o aspetto a “ragnatela”. Il controllo della crescita dello strato

Alla luce di quanto detto, data la presenza di molti fattori influenzanti la crescita che non sono sempre controllabili, nessuno zincatore è in grado di prevedere con puntualità quanto zinco sarà applicato sul manufatto. In generale il problema maggiore è il contenimento della crescita dello strato, piuttosto che l’ottenimento di spessori minimi soddisfacenti, come previsti dalle specifiche o dalla normativa. Nonostante la sussistenza di diverse concause (per esempio, acciaio laminato a freddo, calmato all’alluminio, di piccolo spessore e con superficie non soggetta ad ossidazione) che possono influenzare il risultato finale, lo zincatore, in base alla sua esperienza, può mettere in atto procedure particolari per risolvere il problema (ad esempio, permanenza maggiore nel decapaggio oppure ricorso alla sabbiatura dei pezzi, per aumentarne la rugosità). Questi sono i motivi per cui non sarà mai possibile richiedere in un ordine uno spessore puntuale di zincatura, ma si potrà richiedere il rispetto di spessori minimi in conformità alle normative di settore o secondo accordi da prendere con lo zincatore.

Il processo di zincatura a caldo è molto semplice, quindi la preparazione dei materiali che devono essere sottoposti alla lavorazione è piuttosto essenziale. Tuttavia occorre seguire poche semplici, ma fondamentali regole per poter trarre il maggiore vantaggio possibile dalla zincatura a caldo. Se non si è esperti o se si hanno particolari esigenze, è consigliabile che si instauri sin dalla fase di progettazione uno stretto rapporto di collaborazione tra tecnico, costruttore, fornitore di acciaio e zincatore, per raggiungere i migliori risultati. Gli adattamenti necessari sono molto spesso di piccola entità e perfettamente tollerabili nella stragrande maggioranza dei casi e per qualsiasi tipologia di manufatto. Il vantaggio che deriva dalla collaborazione con lo zincatore è incommensurabile. Le tematiche che vengono trattate in questo testo in modo essenziale possono essere approfondite consultando il Manuale di Buone Pratiche

Necessarie predisposizioni

ZINCATURA A CALDO

per la Zincatura a Caldo, pubblicato dall’Associazione Italiana Zincatura, nel quale ci sono una serie di suggerimenti costruttivi e di tavole esplicative per la realizzazione e progettazione dei manufatti, in ordine alle predisposizioni necessarie per ottenere il meglio dalla protezione offerta dalla zincatura a caldo e dirimere tutti i dubbi in ordine alla posizione e dimensione dei fori di sfiato e drenaggio, minimizzazione del rischio di deformazioni e scelta del posizionamento dei necessari punti di aggancio. La zincatura non muta le proprietà dell’acciaio

Per le temperature del bagno di zincatura alle quali vengono portati i manufatti da zincare, e per i tempi brevi di immersione e di raffreddamento, non si determinano cambiamenti della struttura microscopica dell’acciaio per cui, in genere, non sussistono preoccupazioni circa alterazione delle proprietà intrinseche del materiale. Gli acciai comunemente utilizzati nell’ambito delle costruzioni non subiscono variazioni di rilievo delle loro caratteristiche meccaniche durante le operazioni di zincatura. Tuttavia, alcuni tipi di acciai in dipendenza da un non comune (elevato) tenore di azoto, come gli acciai con elevate durezze e bassa resilienza, suscettibili di invecchiamento, possono perdere l’originale duttilità e infragilirsi nel corso del processo di zincatura. In tali casi, con tali particolari acciai, occorre prendere delle precauzioni che possono essere decise caso per caso, interpellando lo zincatore o un esperto dell’Associazione Italiana Zincatura, nella fase progettuale. I pezzi che devono essere sottoposti a zincatura a caldo, dovranno sopportare l’effetto del riscaldamento. Se i pezzi non sono ben progettati, ovvero se non si seguono alcune semplici cautele, si possono provocare dilatazioni e deformazioni. Nel Manuale di Buone Pratiche per la Zincatura a Caldo ci sono indicazioni su come minimizzare questi effetti sia in fase di progettazione che di realizzazione.

Dimensioni zincabili

Per ottenere dalla zincatura i migliori risultati è necessario ottimizzare caratteristiche legate a dimensioni, peso e geometria dei pezzi da trattare. Fig 7.1 Estrazione di un manufatto dal bagno di zinco.

Capitolo 7 Progettare per la zincatura a caldo

Dal momento che ogni zincheria è dotata di vasche di misure differenti, in caso di pezzi di notevoli dimensioni è opportuno informarsi su ampiezza e dimensione dei bagni e sulle capacità di movimentazione della zincheria a cui ci si intende rivolgere. La zincatura a caldo odierna è un processo industriale di notevole capacità per cui le dimensioni delle vasche disponibili possono facilmente superare l’immaginazione del lettore. Tuttavia se si pensa di sottoporre a trattamento oggetti particolarmente ingombranti è bene contattare direttamente lo zincatore per evitare sorprese. Se si hanno dubbi sulle dimensioni massime che un componente può raggiungere per poter essere zincato, tra le informazioni disponibili sui siti web o sulle brochure degli zincatori si trovano sovente le misure delle vasche di zincatura.

Fig. 7.2 Zincatura a caldo di tubi flangiati di grossa sezione.

In genere, è consigliabile realizzare componenti semplici e di dimensioni ragionevoli per sfruttare al meglio le caratteristiche di maggiore leggerezza dell’acciaio rispetto ad altri materiali, di maneggevolezza e facilità di trasporto. In genere, anche le strutture più complesse possono essere scomposte in parti più semplici assemblabili in cantiere più comodamente tramite giunzioni bullonate. Queste considerazioni rendono più semplice trovare impianti di zincatura a caldo in prossimità dei siti con minori costi di produzione, trasporto, movimentazione ed istallazione. È consigliabile in tutti i casi evitare il ricorso, se non strettamente necessario, alla doppia immersione, cioè alla zincatura della superficie in due parti con due diverse immersioni. Ciò per due motivazioni: sia per la maggiore probabilità

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di deformazione del pezzo dovuta alle sollecitazioni meccaniche e alla diversa dilatazione, nei due tempi, della parte di manufatto immersa rispetto all’altra, sia per la qualità risultante del rivestimento che nella zona di congiunzione mostra ispessimento e sovrapposizione. Sono sempre facilmente reperibili informazioni dagli stessi zincatori, in modo che si possano realizzare strutture che permettano l’ottimizzazione contemporanea dei tempi di zincatura e di posa in opera. In genere si tratta di dati rilevabili molto semplicemente visitando il sito web dello zincatore di fiducia. Attraverso il sito www.aiz.it si possono facilmente individuare le zincherie associate all’Associazione Italiana Zincatura ed i link ai loro siti internet. La necessità di forature

Nel caso di strutture di acciaio cave è indispensabile che durante l’immersione lo zinco possa penetrare facilmente all’interno con l’efflusso completo dell’aria presente nel volume e che, nel corso dell’estrazione dal bagno, lo zinco superfluo possa drenare agevolmente. Un ristagno di benché minime quantità di liquido all’interno dei pezzi può provocare esplosioni anche di forte entità, se portato a contatto accidentale con lo zinco fuso. In quel caso, si provoca un grave rischio per la sicurezza degli operatori di zincatura. In caso di dubbio, la consulenza dello zincatore o dell’esperto dell’Associazione Italiana Zincatura, resta spesso la miglior soluzione per progettare il drenaggio di manufatti di forme particolari. Chi esegue la zincatura, in ogni caso, ispeziona la struttura e valuta se effettuare, con l’autorizzazione del cliente, un adeguamento della foratura. È comunque opportuno fare molta attenzione a questo aspetto in fase di progetto e realizzazione, per ottenere il risultato ottimale senza correre rischi. 2 3

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5 5 Fig. 7.3 Possibili sedi di foratura per corrimano

Capitolo 7 Progettare per la zincatura a caldo

La ghisa è una lega di ferro e carbonio che contiene quest’ultimo elemento in quantità superiori all’1.8%, maggiori rispetto all’acciaio, come pure sono maggiori le percentuali di silicio e fosforo. La zincatura della ghisa è possibile sotto certe condizioni. È opportuno consultare lo zincatore di fiducia per accertarsi della possibilità di trattamenti particolari di pulizia che possono essere necessari o, più in generale, della idoneità del materiale alla zincatura.

Zincatura della ghisa

Può talvolta presentarsi la necessità di mantenere prive di zinco alcune porzioni della costruzione in acciaio, che hanno funzioni specifiche. Tra i diversi esempi possiamo citare bulloni e parti filettate in genere, parti con strette tolleranze, fori di montaggio passanti o ciechi, superfici su cui dopo la zincatura si deve eseguire una saldatura. In base alle differenti tipologie dei pezzi e alle singole esigenze è possibile ricorrere a diverse procedure, in tutti i casi, però, è opportuno che tali operazioni vengano compiute dal committente prima di inviare i manufatti alla zincheria o, comunque, in accordo con lo zincatore.

Parti prive di rivestimento

Una regola per i manufatti in zincatura generale è cercare di evitare per quanto possibile la saldatura di parti già zincate. Infatti, lo zinco in prossimità della saldatura evapora (sublima) lasciando scoperta la zona nelle vicinanze del cordone. Il rivestimento di zinco presenta interferenze nel processo di saldatura, per cui non si possono usare sempre semplicemente le tecniche utilizzabili per l’acciaio non rivestito. Il grado di interferenza dovuto al rivestimento di zinco dipende dallo spessore, dalla composizione e dalla struttura del rivestimento stesso. Nella saldatura di pezzi zincati, i principali problemi sono: - aumento di spruzzi durante la saldatura; - maggior formazione di fumi; - maggior formazione di porosità nel metallo di saldatura; - minore penetrazione; - rischio di fessurazione intercristallina nel metallo di saldatura. Nel caso sia necessario effettuare la saldatura, lo zinco deve essere eliminato per una striscia sufficiente su entrambi i lati. Si consiglia in tal caso di ricorrere alla bruciatura (allontanamento per evaporazione) dello zinco, poiché asportazioni meccaniche come molature e limature possono lasciare fastidiosi residui. In tutte le procedure di saldatura viene rimosso localmente il rivestimento di zinco. Ripetiamo che in tutti questi casi è opportuno prevedere un adeguato sistema di ripristino della protezione, basato su vernici ricche di zinco, riporto di zinco o metallizzazione a spruzzo. Le vernici ad alto contenuto di zinco utilizzano come leganti resine epossidiche a due componenti, poliuretani oppure etilsilicati a un componente (zincante inorganico).

Saldatura di parti zincate

ZINCATURA A CALDO

In generale è consigliabile che i componenti zincati a caldo, destinati a costituire strutture più complesse, vengano assemblati, quando possibile, con bullonatura. In tal caso, il rivestimento non subisce danneggiamenti, come accade con la saldatura. Occorre naturalmente che i bulloni utilizzati siano protetti dalla corrosione al pari della stessa struttura di acciaio cui sono applicati. Per questo, basta che si tratti di elementi zincati a caldo. Non è conveniente usare bulloni zincati con processo elettrochimico, perché la loro protezione non è duratura. Lo spessore dello strato di zinco è, infatti, decisamente inferiore.

Capitolo 8

Applicazioni della zincatura a caldo

Fig. 6.7 Elementi di collegamento protetti con zincatura a caldo. Il processo prevede la centrifugazione per garantire l’accoppiamento meccanico vite-bullone. Occorre distinguere il bullone zincato a caldo da quello elettro-zincato. Quest’ultimo è tipicamente caratterizzato da spessori di zinco nettamente bassi.

La Normativa sulla progettazione

La norma italiana ed internazionale UNI EN ISO 14713 parte 2, fornisce linee guida e raccomandazioni per la progettazione di manufatti da zincare a caldo. I consigli attengono alle fasi preparatorie della superficie, a procedure connesse a considerazioni particolari di progetto (come nel caso di pezzi di grandi dimensioni, pezzi per cui si possono originare difetti relativi a sacche d’aria e consigli per evitarli, ecc.), alle caratteristiche di progetto e tolleranze da prevedere sia per superfici piatte che per filettature. Il Manuale di Buone Pratiche costituisce in buona parte un commentario di tale normativa. La UNI EN ISO 14713 - Parte 2 è corredata da una serie di tavole esplicative con altrettante soluzioni per problemi di disposizione delle forature di sfiato e drenaggio, orientamento ottimale durante la zincatura, ganci e zincatura di pannelli piani, cavità chiuse e zincatura esclusivamente di superfici esterne. Quindi, oltre alle linee guida sugli ambienti corrosivi (presente nella parte1), per gli aspetti progettuali la norma ISO 14713, con la parte 2, costituisce uno strumento indispensabile per il tecnico, designer di manufatti in acciaio destinati ad essere zincati a caldo. Ad essa fa ampiamente riferimento la norma UNI EN 1090-2 nel suggerire le predisposizioni dei manufatti in acciaio, prodotti da costruzione con funzione strutturale, alla zincatura a caldo per assicurarne la richiesta durabilità. La zincatura a caldo è, infatti, un trattamento anticorrosivo fondamentale per assicurare il mantenimento nel tempo delle caratteristiche essenziali, come richiesto dalle norme armonizzate per la marcatura CE.

La gamma di applicazioni della zincatura a caldo nell’edilizia sia pubblica che privata è pressoché infinita. Si possono zincare tutti i componenti strutturali, dalle travi in acciaio di tutti i tipi al tondino per il cemento armato. In questo modo, la zincatura può essere utilizzata nella costruzione di tutti gli edifici residenziali e non, delle strutture degli aeroporti, stazioni ferroviarie, metropolitane, parcheggi, stadi e strutture sportive, alberghi etc. Oltre alle applicazioni summenzionate, la zincatura si effettua anche sugli articoli di finitura quali balconi, ringhiere, balaustre in acciaio, cancelli, persiane di ferro, scale esterne e uscite antincendio, grate, grondaie, facciate continue, l’acciaio ornamentale utilizzato per la realizzazione di certe recinzioni o di gazebo e coperture di terrazzi, pergolati e articoli di pregio estetico come certe lanterne, tavoli e sedie, panchine… È praticamente impossibile esaurire la serie delle applicazioni nel campo delle costruzioni e dei relativi arredi in cui la zincatura offre la sua preziosa protezione.

ZINCATURA A CALDO

Capitolo 8 Applicazioni della zincatura a caldo

La zincatura a caldo ha un mercato solido in Italia. Il nostro Paese è uno dei principali paesi produttori. Nel 2018 si sono zincate in Italia 1.007450 tonnellate di acciaio su circa 8.141.500 tonnellate di produzione nel vecchio continente, con uno share del 12%. Questo risultato è stato possibile grazie alla qualità e produttività degli impianti italiani. In Tab. 8.1, indichiamo la composizione segmentata della produzione in Europa nel 2018. Si riconosce la molteplicità dei campi di applicazione della zincatura: dalle costruzioni in generale, all’ arredo stradale, dalle utility (trasporto e produzione di energia elettrica, linee aeree per trasporti ferroviari) ai mezzi di trasporto, dalle insediamenti industriali alle installazioni agricole. Segmenti di mercato

Anno 2018 %

Costruzioni 45 Arredi stradali 12 Utility 8 Agricoltura 11 Trasporti 7 Bulloni 3 Equipaggiamenti industriali 9 Altro 5

Fig. 8.1 Esempi applicativi

Il mercato della zincatura a caldo

Tab. 8.1 Campi di applicazione della zincatura a caldo in Europa; Segmentazione del mercato. Dati EGGA riferiti al 2018.

Come si può vedere il mercato delle costruzioni è rappresenta la quota di produzione più rilevante (45%) ed è insieme il principale mercato della zincatura ma anche il campo in cui ci sono le maggiori possibilità di espansione. Infatti, ogni anno, solo una piccola percentuale delle strutture e dei manufatti destinati alle costruzioni che potrebbero essere efficacemente protette dalla corrosione con la zincatura, viene effettivamente zincato. Una ricerca condotta nei primi anni 2000 in Italia ha valutato intorno all’8% l’acciaio zincabile che giunge realmente alla zincatura e tale percentuale non si è di molto modificata in questi venti anni. Il resto viene protetto con metodi alternativi che, purtroppo, non garantiscono le stesse performance. Ciò è essenzialmente dovuto a due motivi fondamentali: scarsa conoscenza delle caratteristiche del trattamento, che richiedono conoscenze specifiche nel funzionamento dei sistemi anticorrosivi e una cattiva valutazione economica. Il capitolo che segue è volto a sfatare certe convinzioni infondate nella valutazione della convenienza economica della zincatura. Un uso più efficiente delle risorse materiali, un minore utilizzo del cemento e di energia, la maggiore facilità di trasporto e montaggio in cantiere,

Il mercato delle costruzioni

ZINCATURA A CALDO

l’utilizzo dell’ acciaio, ed in particolare dell’acciaio zincato, consente anche un decisivo risparmio economico a fronte di una spesa contenuta per la realizzazione della protezione determinata dalla zincatura a caldo. La zincatura a caldo risolve una delle problematiche più avvertite da progettisti ed utilizzatori dell’acciaio ed apre nuove prospettive per la diffusione del suo utilizzo, oggi in Italia inferiore al resto di Europa. Per il settore delle costruzioni ed, in particolare per la realizzazione delle strutture, acciaio e zincatura a caldo rappresentano un binomio vincente perché insieme consentono una maggiore leggerezza rispetto al cemento, dimensioni delle fondamenta ridotte e una maggiore versatilità per l’applicazione di tecniche antisismiche. La dimostrazione che la zincatura a caldo garantisce la giusta durabilità dovrebbe spazzare via il dubbio della scarsa resistenza alla corrosione delle strutture metalliche che costituisce una delle più grandi resistenze all’utilizzo di questo materiale su più larga scala. Le recenti scoperte in fatto di resistenza al fuoco descritte nel capitolo precedente dovrebbero contribuire a rafforzare l’idea che la zincatura a caldo rende estremamente concorrenziale l’acciaio rispetto ai materiali alternativi.

Fig. 8.2 Magazzino Ceramica Sant’Agostino – Ferrara (Foto|Alex Filz, Stahlbau Pichler srl) Edilizia industriale

Anche nel settore dell’edilizia industriale, dove si opta per la leggerezza e versatilità delle strutture in acciaio per la realizzazione di capannoni, supporti strutturali e parti di impianti, la protezione è molto spesso affidata alla zincatura, tranne in quei casi in cui vi è elevata aggressività per la presenza di inquinanti in concentrazioni notevoli, in particolare gli acidi. In genere, si riescono ad affrontare ambienti aggressivi con l’applicazione del sistema duplex, zincatura e verniciatura, con un’opportuna scelta delle qualità chimiche della vernice in relazione alla tipologia delle atmosfere. Con strutture esposte al rischio di condense molto acide o di contatto con sostanze fortemente alcaline occorre sfruttare al meglio la

Capitolo 8 Applicazioni della zincatura a caldo

sinergia di sistemi duplex sviluppati ad hoc. Del resto, in quei casi, l’uso stesso dell’acciaio al carbonio risulta altamente rischioso se si applicano sistemi protettivi alternativi.

Fig. 8.3 Esempio di pilone in servizio da circa 30 anni. Il trasporto di energia attraverso linee aeree è ancora una delle maggiori applicazioni della zincatura a caldo.

Vasto campo di applicazione è quello costituito dalle strutture zincate nei servizi, nell’arredo urbano e sulle strade. I grandi gestori del trasporto e produzione di energia elettrica, della telefonia, delle linee ferroviarie hanno da tempo ormai quasi immemorabile, scelto la zincatura come principale opzione per la protezione delle strutture in atmosfera. In questi importanti settori, i controlli sulla qualità delle realizzazioni sono particolarmente severi, per l’importanza della funzione e per esigenze di sicurezza. Le società elettriche hanno sviluppato al loro interno una struttura di collaudo dei sistemi di protezione con specifiche e prove molto severe. Per queste applicazioni, non mancano evidenze circa la validità della zincatura a caldo. Con uno studio condotto nel 2001 dall’Università di Ancona su piloni di bassa tensione in opera nella zona di Ancona e Parma per circa 30 anni, i ricercatori hanno rilevato spessori residui dello strato di zincatura ancora in linea con le prescrizioni degli odierni capitolati di appalto. Ciò significa che la protezione, anche per lo spessore, supererebbe ancora oggi i test per il collaudo. Anche la rete delle strade ed autostrade è disseminata di materiale zin-

Servizi, arredo urbano, strade

ZINCATURA A CALDO

Capitolo 8 Applicazioni della zincatura a caldo

e per cui si ipotizzava che essa potesse interferire con le caratteristiche dell’acciaio e con le sue prestazioni nel tempo.

Source: Institut Feuerverzinken Hollmecke-Bridge, Werdhol, Sauerland (DE), 1987 Total length: 30 m Spot check results (2014): measured zinc layer thickness: 150-500 mm

Fig. 8.4 Le recinzioni di sicurezza, i guardrail, rappresentano da decenni un’applicazione ben riconosciuta della zincatura a caldo.

cato che consiste in barriere di sicurezza, guardrail e new jersey metallici, ma anche recinzioni fonoassorbenti, griglie di delimitazione e pali per illuminazione. Mentre nelle strade e piazze di città, l’impiego di acciaio zincato coinvolge oltre a tutte le recinzioni, pali e griglie, anche i cassonetti e cestini per i rifiuti, gli equipaggiamenti per i giardini, chioschi, cancelli, supporti per segnali stradali e tutto ciò che è fatto di acciaio e ferro. Applicazione nei ponti: quaderno tecnico ANAS

La recente pubblicazione (settembre 2019) di norme tecniche da parte di ANAS, ente nazionale per le strade, per l’utilizzo di acciaio nella sostituzione di impalcati di ponti esistenti in cemento armato precompresso con carpenteria metallica in acciaio, ha rilanciato l’applicazione della zincatura a caldo per le strutture dei ponti stradali. L’Ente ha messo in risalto come la zincatura a caldo sia un sistema efficace, affidabile e di lunga durabilità, che in generale non richiede manutenzioni se non dopo svariati decenni di esercizio. Per la particolare robustezza di queste strutture, che richiedono spessori di acciaio particolarmente elevati, è ragionevole aspettarsi spessori di rivestimento in grado di superare abbondantemente il secolo di protezione in tutti gli scenari espositivi. Ciò è particolarmente importante per le grandi opere ritenute di interesse strategico, per cui vite utili superiori ai cento anni sono previste dalle Norme Tecniche delle Costruzioni. La pubblicazione delle Norme Tecniche ANAS ha reso generale l’applicabilità della zincatura a caldo anche per le strutture dei ponti, mettendo fine ad un pregiudizio che, in passato, ha condizionato i tecnici

Source: Institut Feuerverzinken Lier-bridge, Nete-canal (BE), 1993 Total length: 90,0 m Spot check results (2014): measured zinc layer thickness > 300 mm

In questo modo, l’Italia si allinea agli altri Paesi europei. USA e Giappone hanno utilizzato molto estensivamente l’acciaio zincato a caldo anche per applicazioni molto più “impegnative” come i ponti ferroviari. In Giappone, in particolare, sono stati istallati circa mille ponti sia stradali che ferroviari a partire dagli anni ’60 del secolo scorso senza che sia stata mai necessaria alcuna manutenzione totale per le opere o che siano emersi altri problemi da porre in relazione all’utilizzo della zincatura. Invece, per quanto riguarda la protezione dalla corrosione, per la meticolosità nipponica disponiamo di dati da molti siti che sono stati corredati di rack espositivi con campioni che prelevati, a cadenza annuale da ogni ponte ispezionato, hanno confermato in tutti i casi l’efficacia della zincatura a caldo.

ZINCATURA A CALDO

Capitolo 8 Applicazioni della zincatura a caldo

La stessa ANAS afferma che la durabilità del Cor-Ten nelle situazioni ideali è ipotizzabile intorno al trentennio con evidente differenza rispetto alla zincatura a caldo, le cui durate sono riconosciute maggiori. Il confronto con la verniciatura è ancora più impietoso, durando esse fino a prima manutenzione intorno ai 15 anni nel caso migliore

ZINCATURA A CALDO Durabilità: esempi reali

Fig. 8.5 Particolare del rack di esposizione nei siti di ponti nipponici.

Per inciso, le Norme Tecniche ANAS effettuano una sorta di comparazione tra materiali, indicando le condizioni di utilizzo delle differenti scelte e approfondendole in particolar modo per il Cor-Ten, per cui quest’Ente ha una esperienza pluridecennale di applicazione. Infatti per questo materiale, acciaio autopatinabile, il funzionamento stesso della protezione implica un lento ma progressivo consumo del materiale, per cui un’accelerazione della corrosione può effettivamente provocare problemi di sicurezza strutturale. È ciò che accade, per esempio, se l’umidità atmosferica comporta la formazione di condense permanenti o se vi è la presenza di parti di manufatto costantemente bagnate o a contatto con agenti aggressivi come il sale disgelante d’inverno. Condizioni simili si verificano se l’ambiente è particolarmente inquinato come sulle strade ad intenso traffico veicolare e nelle zone urbane densamente abitate ed industriali. In questi casi, la patina rossastra diviene instabile ed il comportamento del materiale diviene simile a quelli dell’acciaio al carbonio non protetto. Del resto queste informazioni riprendono quanto chiarito nell’allegato C della norma UNI EN 10025-5. Fig. 8.7 Aree delle travi soggette a stillicidio e ristagno di acque meteoriche.

OLANDA Ponte di Ehzer, canale Twente Costruito nel 1945 rapidamente dalle truppe canadesi a sostegno dell’avanzata delle truppe alleate. Realizzato interamente in acciaio zincato a caldo. Attualmente è ancora in uso.

Dopo 73 anni non è stata mai eseguita alcuna manutenzione nonostante lo scenario d’uso molto impegnativo

Recentemente è stato controllato lo stato della zincatura su un numero di aree selezionate casualmente, utilizzando una media di 10 letture in ciascuna posizione. Su tre sezioni diagonali di rinforzo (150 x 150 mm) sono stati trovati rivestimenti di 74 μm, 115 μm e 219 μm. Su due altre sezioni diagonali (130 x 130 mm) sono stati trovati rivestimenti di 69 μm e 82 μm. Sono state misurate due piastre di collegamento con rivestimenti di 114 μm (spessore acciaio 19 mm) e 86μm (spessore acciaio 9 mm).

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Capitolo 8 Applicazioni della zincatura a caldo

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Anche le parti dei ponti realizzate in cemento armato, come le solette o a seconda delle soluzioni costruttive le pile, possono trarre giovamento dall’utilizzo di rinforzi in acciaio zincato. Per un’efficace visualizzazione di come si comporta la zincatura a caldo per la protezione del tondino per armatura si può citare il caso del ponte pedonale di Port Elisabeth in Sud Africa.

ZINCATURA A CALDO Durabilità: esempi reali

REGNO UNITO Lydlinch Bridge, Two Fords Dorset Costruito nel 1942, si tratta di un piccolo ponte in acciaio zincato e legno. Anche in questo caso fu realizzato dalle truppe canadesi per favorire il passaggio dei mezzi che si preparavano allo sbarco in Normandia.

Il ponte sembra ancora in ottime condizioni e a prima vista le aree che sembrano avere un aspetto un po’ stanco sono per lo più dovute a depositi di sporco e crescita di muschio sulle superfici in acciaio.

A seguito di un’ispezione effettuata dalla Galvanizers Association in collaborazione con gli ingegneri della contea di Dorset nel 1999, il ponte è stato nuovamente ispezionato il 14 ottobre 2014 dal personale GA con l’assistenza degli ingegneri della contea di Dorset. Lo spessore medio del rivestimento sulle travi diagonali variava da 126 μm a 167 μm.Sulle piastre gli spessori medi erano da 131 μm a 136 μm. Sulle teste dei bulloni, lo spessore medio del rivestimento variava da 55 μm a 91 μm. Les Lock, Project Engineer, ha dichiarato: “Nonostante tutto ciò che lo ha investito, acqua piovana, fango e sali, dopo 72 anni gli elementi esposti zincati sono ancora in ottime condizioni.”

SUD AFRICA Port Elisabeth Un ponte pedonale da abbattere per esigenze funzionali. Aprile 2005 Il mare è a circa 50 metri

Ancora un ponte ma di C.A. con armature zincate.

Si tratta di un manufatto la cui costruzione era risalente al 1964 demolito perché non più utile nel 2005. Il ponte era stato realizzato a pochi metri dal mare, quindi in una zona altamente corrosiva.

Le armature zincate dopo la demolizione si presentavano completamente esenti dalla corrosione, anzi anche il filo non protetto utilizzato per le legature si era avvalso della protezione galvanica.

Utilizzo di armatura zincata

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Applicazione particolarmente promettente nel campo delle costruzioni in generale, la protezione delle armature per il cemento armato con la zincatura a caldo può essere utilizzata sia per le strutture esposte alla carbonatazione in atmosfera (di cui abbiamo parlato nel capitolo 3) sia per strutture interamente o parzialmente sommerse anche in acqua dolce o marina, come ad esempio moli portuali, pontili o piloni di ponti. La zincatura a caldo per le strutture in cemento armato è stata ampiamente sperimentata in molti Paesi. Purtroppo in Italia persistono ancora alcuni preconcetti riguardo al suo impiego. Anche le Norme Tecniche delle Costruzioni del 2018 ne rendono possibile l’utilizzo. In effetti, perfino in condizioni critiche (strutture delicate sottoposte ad alti livelli corrosivi) la zincatura a caldo ha dato prova della propria validità per questo tipo di applicazione. Studi e sperimentazioni eseguiti in differenti parti del mondo in maniera coordinata tra centri di ricerca specifici, università, operatori del settore ed utenti, incentivano l’impiego di tale metodologia protettiva. Nel caso in cui il rivestimento sia danneggiato da piegature con angoli troppo stretti, tagli, saldature o, comunque, si presentino zone scoperte, lo strato di zinco garantisce, come è stato più volte ricordato, una protezione sacrificale. L’adesione tra calcestruzzo e armatura rimane preservata (anzi viene migliorata) e diminuiscono enormemente i rischi di sfaldamento del calcestruzzo anche con bassi sovraspessori. Inoltre, si evita la fastidiosa colorazione rossastra tipica dei calcestruzzi armati con rinforzi non protetti, aumentano le capacità di tenuta anche in ambienti aggressivi e eventuali errori di composizione degli impasti sono meglio tollerati. È inutile sottolineare che i tondini di acciaio per cemento armato dovrebbero essere zincati in conformità alle normative generali sulla zincatura a caldo UNI EN ISO 1461 come indicato dalle NTC italiane, oppure a norme specifiche come la UNI EN 10348-2, dal momento che gli spessori di zincatura sono notevolmente maggiori rispetto a quelli dell’ordine delle poche decine di micrometri ottenibili con i processi in continuo, anch’essi confusamente definiti a caldo.

Fig. 8.8 La moschea di Roma è realizzata in cemento con armature zincate.

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Fig. 8.9 – Le volte del tetto del teatro Operta House di Sydney sono state realizzate utilizzando tondino per armature zincato a caldo. Sono intatte dopo quasi 50 anni dalla costruzione.

Esempi applicativi sono molto numerosi e praticamente ubiquitari: le autorità portuali di Savona, Livorno ed Ancona hanno prescritto la zincatura per alcune strutture sommerse. Per la moschea di Roma, inaugurata nel 1995, la zincatura a caldo è stata utilizzata per evitare che i segni rossi di una eventuale corrosione dessero una sensazione di impurezza non consona alla sua funzione di tempio. L’esigenza di dare un senso di maggiore leggerezza ha spinto i progettisti del Sydney Opera House, simbolo della città e dell’Australia in generale, nella scelta della zincatura a caldo per la realizzazione delle celeberrime iconiche vele, anche esse realizzate in un cemento chiaro, che contrastano con le forme massicce del resto della costruzione.

Fig. 8.10 – Le vede dell’Opera House di Sydney sono realizzate assemblando 2194 segmenti di cemento che pesano ognuno 15 tonnellate. È stato utilizzato acciaio zincato a caldo per le loro armature, in modo da essere sicuri che la corrosione non danneggiasse il loro delicato rivestimento ceramico.

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Dopo quasi 50 anni di esposizione all’ambiente marino della baia di Sydney nella quale praticamente si specchia, dal lontano 1973 accoglie gli spettatori ed i turisti senza che da quelle esili coperture si evidenzi la minima corrosione, nonostante la pratica assenza di copriferro. Sembra che il resto della struttura sia stato sottoposto in questi anni a ristrutturazione dal momento che per essa non si optò per la zincatura a caldo per proteggere l’acciaio di rinforzo. L’uso del tondino zincato è favorito anche negli USA. Quando l’autorità per i ponti di New York - NYSTA, ha deciso di demolire il vecchio Tappon Zee Bridge (Fig. 8.11), perché non valeva più la pena di sottoporlo a ristrutturazione per gli ingenti costi che questa operazione aveva comportato nel corso degli anni, ha ricercato una soluzione alternativa che fosse, nel contempo, in grado di incrementare il volume di traffico e di garantire una maggiore economicità di gestione.

Capitolo 8 Applicazioni della zincatura a caldo

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La scelta è caduta sul progetto del Mario Cuomo Bridge (Fig. 8.12), più ampio del precedente ed in grado di supportare lo sviluppo della Hudson Valley per i prossimi 100 anni ma senza alcuna esigenza di manutenzione per tale lunghissimo periodo ed oltre. In modo determinante, la protezione dalla corrosione è stata affidata alla zincatura a caldo.

Fig. 8.12 Mario Cuomo Bridge in varie fasi di costruzione che mostrano l’utilizzo di acciaio zincato a caldo.

Fig. 8.11 Il vecchio ponte Tappan Zee Bridge - Zoom sui problemi di corrosione.

L’imponente struttura in cemento è interamente realizzata con armature zincate a caldo, per le caratteristiche vincenti dello zinco nei confronti delle resine epossidiche, di cui tale autorità in passato aveva fatto largo uso.

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La maggiore aderenza offerta dalla zincatura al cemento, amplificata nel caso del tondino zigrinato, la maggiore resistenza al danneggiamento insieme alla molto maggiore durabilità della protezione offerta dallo zinco, sono stati i fattori determinanti. Infatti la zincatura è molto tenacemente legata alla superficie di acciaio, molto più resistente agli urti di qualsiasi vernice epossidica, la quale se danneggiata non garantisce più alcuna protezione, a differenza dello zinco che è in grado di offrire protezione catodica. Inoltre, lo strato molto stabile e spesso, fatto di silicati di zinco, che costituisce la passivazione dello zinco nel cemento, rendono la zincatura a caldo il rivestimento più durevole possibile. Fig. 8.13 Semplice confronto visivo tra a) rivestimento zincato; b) rivestimentoepossidico.

L’analisi del cilco di vita ed il life cycle costing hanno, inoltre, rivelato che, anche se la zincatura a caldo aggiunge inizialmente un proprio costo all’opera, dello stesso ordine di grandezza del costo del tondino grezzo, nel medio-lungo periodo restituisce un risparmio notevole per l’assenza di esigenza di manutenzione per tutta la vita utile del manufatto, il che la rende di gran lunga la più convenente. Nel momento in cui viene fatto un bilancio tra i costi e le conseguenze derivanti dai danni provocati dalla corrosione, nel contesto di un’intera realizzazione in cemento armato, l’investimento richiesto dalla zincatura appare pienamente giustificato. Installazioni agricole e zootecniche

Un’applicazione tradizionale della zincatura a caldo è quella nelle aziende agricole, per gli strumenti e le apparecchiature tecniche, prevalentemente costituite di acciaio: recinzioni, reti, portoni, atri, strutture delle stalle, costruzioni per allevamenti, utensili, contenitori e così via. La zincatura a caldo è ideale per il settore agricolo. I vecchi edifici realizzati in muratura vengono sempre più spesso sostituiti da moderne strutture in acciaio di grandi dimensioni che permettono di utilizzare lo spazio a disposizione in maniera più razionale. Nel settore delle colture intensive, da decenni vengono utilizzate serre in acciaio zincato poiché consentono di avere edifici di grandi luci senza necessità di sostegni intermedi, i cui spazi interni sono totalmente sfruttabili per l’uso di attrezzature da coltivazione. L’acciaio zincato, oltre a soddi-

Fig. 8.14 Interno di una moderna casa vinicola. I mmagine concessa a Fondazione Promozione Acciaio (foto Luca Campigotto / Studio Cecchetto)

sfare tali esigenze, resiste alle condizioni corrosive generate da umidità, temperatura e sostanze chimiche impiegate in agricoltura, nonché dalle naturali sollecitazioni dell’atmosfera esterna. Per la conservazione dei prodotti le attrezzature più adatte si sono rivelati i silos in acciaio, cilindrici e a sezione quadrata, poiché tale materiale permette di realizzare strutture di basso peso, dotate di elevate possibilità di carico, a costi contenuti. L’atmosfera sostanzialmente poco inquinata delle aree rurali genera sicuramente ridotti rischi di corrosione. Tuttavia, esistono numerose sostanze solide, liquide e gassose ad elevata corrosività. All’interno delle stalle, per esempio, si creano ambienti altamente corrosivi a causa della presenza di letame, orina e residui vari, cui si accompagnano elevate temperature, umidità ed esalazioni ammoniacali prodotte dagli stessi escrementi animali. Possono, inoltre, verificarsi asportazioni meccaniche provocate dallo strofinio o dal calpestio degli animali, che però non aggravano il problema della corrosione. Inoltre, le attrezzature agricole sono frequentemente coperte da sporcizia e depositi, che in presenza di umidità possono accrescere il carico corrosivo, soprattutto nei punti di difficile accesso per le operazioni di pulizia. In tali condizioni è evidente che può contrastare l’attacco corrosivo

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solo l’intervento di un adeguato sistema di protezione. Esso deve essere tenace, durevole, resistente all’usura e, naturalmente, economicamente vantaggioso. Nel caso in cui si ricorra alla protezione mediante zincatura a caldo per le stalle o per le serre, l’attacco più pericoloso per lo strato di zinco riguarda le zone in prossimità del suolo e, soprattutto, i punti in cui soglie e stipiti si inseriscono nel cemento della pavimentazione. Le elevate percentuali di umidità e la conseguente formazione di condensa impediscono la formazione dello strato protettivo superiore tipico della zincatura. Una semplice misura preventiva consiste nell’applicare sulle strutture, per un’altezza di 25 – 30cm dal suolo, uno strato di vernice bituminosa prima di annegarle nella gettata di calcestruzzo. Di facile attuazione, tale sistema garantisce una lunga vita alla struttura zincata. I macchinari agricoli richiedono gli investimenti più ingenti, ma sono indispensabili per svolgere le attività agricole. Esempi tipici sono rappresentati da trattori, rimorchi, spargitori di concime, miscelatori per liquidi e solidi, attrezzi per lavorare il terreno, trebbiatrici, raccoglitori d’acqua piovana e così via. Parti di questi macchinari possono essere zincati. Parimenti nelle aziende agricole e nelle stalle esistono distributori automatici di mangime, macchine tritapaglia, mungitrici ecc. con un diffuso uso della zincatura.

Fig. 8.15 La zincatura a caldo trova applicazioni particolari nella protezione di telai automobilistici. Anche la carrozzeria delle autovetture e gli elementi portanti di veicoli per il trasporto di beni su strada possono essere efficacemente zincati a caldo.

Capitolo 8 Applicazioni della zincatura a caldo

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Nell’ultimo periodo, si sta assistendo alla crescita di un mercato interessante che è costituito dalla protezione dei mezzi di trasporto: zincatura di chassis e carrozzerie, parti di barche e vagoni ferroviari. Importanti case automobilistiche, soprattutto in Francia, hanno deciso di sfruttare le proprietà della zincatura riuscendo a garantire che le carrozzerie siano esenti da corrosione per lunghi periodi. Per queste applicazioni si sta sviluppando la ricerca di leghe di zinco che consentano un più agevole controllo della crescita ed uniformità dello strato. Infatti, soprattutto per la componentistica dei mezzi di trasporto, le tolleranze da rispettare sono molto più stringenti. Leghe ad alto tenore di alluminio (fino al 5%) sono attualmente disponibili per consentire l’utilizzo della zincatura a caldo anche per rivestimenti che non possono superare la dimensione di qualche micron. In questi casi, gli spessori elevati che costituiscono il pregio della zincatura a caldo per altre applicazioni, non possono essere ammessi.

Mezzi di trasporto

Capitolo 9

Convenienza economica della zincatura a caldo

Nel mondo d’oggi il risparmio di materie prime e di energia è una priorità assoluta. La richiesta in crescita costante di carburanti e metalli ne ha determinato un esponenziale incremento del prezzo. Questo fenomeno è acuito dall’impetuoso incremento della domanda da parte di Paesi in forte crescita industriale, come Cina, India, Brasile. La conseguente logica del risparmio delle risorse impone che le opere realizzate siano preservate efficacemente dai rischi di deterioramento. Ciò significa che è necessario prevedere e calcolare la spesa occorrente per la protezione dalla corrosione come parte fondamentale degli investimenti anche nel campo delle costruzioni e dei manufatti in acciaio. Dal punto di vista economico, la questione non è di secondaria importanza. Come già affermato in precedenza, calcoli effettuati qualche decennio fa (anni ‘80) negli Stati Uniti ed in Europa, il costo annuale della corrosione si poteva valutare nell’ordine del 3,5% del PIL. Assumendo per buono questo valore anche per l’Italia, avremmo circa € 60 Mld all’anno “corrosi” di cui circa il 40% nell’ambito delle costruzioni. Si tratta di cifre spaventose. Non è irragionevole pensare che l’incidenza del costo della corrosione sia aumentata nell’ultimo periodo per gli effetti che la congiuntura economica di questi anni ha avuto sul costo di materiali ed energia, risorse necessarie per il rifacimento parziale o totale delle opere compromesse e per la riparazione dei sistemi protettivi con le manutenzioni. Qualsiasi manufatto in acciaio va protetto dalla corrosione comunque. L’efficienza del sistema protettivo in valore economico si misura fondamentalmente in termini di qualità e durata. È fuori di dubbio che optare per un metodo di basso costo iniziale, come accade per un’antiruggine di poco prezzo, ma di scarsa efficacia e durata insufficiente, mette a repentaglio l’integrità dell’opera e ne pregiudica la fruibilità continuativa nel tempo. I fermi operativi degli impianti dovrebbero essere considerati nel bilancio economico dal momento che molte volte costituiscono il danno peggiore per i mancati introiti, come è particolarmente evidente

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ZINCATURA A CALDO

nel caso delle strutture industriali. Inoltre, l’utilizzo di tecniche di protezione non durevoli, ma solo apparentemente più convenienti, costringe, dopo un certo periodo di tempo, a spese ingenti di reintegrazione della protezione in situ con le difficoltà e l’aggravio economico ciclico che questo comporta. Ecco perché oggi è chiaro che analisi di questo tipo per il lungo periodo devono essere effettuate con il metodo del Life Cycle Costing che opera un bilancio economico di previsione della spesa lungo l’intera vita utile del manufatto. Fattori discriminanti per la scelta della protezione

Per effettuare una scelta coerente quanto ai costi, occorre considerare non solo il costo iniziale della protezione ma anche i costi di eventuali manutenzioni richieste durante la vita complessiva del manufatto. Le prestazioni ottenute dai diversi materiali sono, ovviamente, discriminanti fondamentali per allontanare nel tempo o evitare del tutto gli interventi summenzionati con i relativi costi. Un buon trattamento anticorrosivo deve godere di una serie di caratteristiche fondamentali, da cui non si può assolutamente prescindere per conferire al manufatto metallico la protezione più adatta: - durata; - affidabilità; - facilità di applicazione; - facilità di ispezione; - facilità di riparazione; - tempo di completamento di breve durata. Queste caratteristiche, tutte opportune in punto tecnico, riescono ad incrementare le prestazioni anche da un punto di vista economico, riducendo sia l’incidenza iniziale dei costi (per esempio, di manodopera) che le proiezioni di spesa di lungo termine (tramite l’estensione della durata). Le protezioni di natura organica polimerica in genere, le verniciature, possono talvolta presentare costi iniziali inferiori, ma sono caratterizzate da un’affidabilità variabile nel tempo e tra vernice e vernice, e necessitano di continui controlli e frequenti manutenzioni. D’altra parte, esistono sul mercato dei prodotti organici di qualità che, seppur allontanando di un certo periodo nel tempo la necessità di manutenzioni (durate dell’ordine del decennio), comportano costi iniziali superiori rispetto alla zincatura. Infatti, negli ultimi decenni si sta assistendo ad un notevole incremento dei costi delle materie prime da cui vengono preparate le vernici, in larga parte derivati del petrolio. Inoltre, la loro composizione chimica è in continua evoluzione per rendere i prodotti conformi alle sempre più stringenti prescrizioni legislative relative

Capitolo 9 Convenienza economica della zincatura a caldo

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ai VOC, composti organici volatili costituenti dei solventi. In ogni caso, le vernici presentano una maggiore esposizione a possibili danneggiamenti meccanici e progressivo decadimento delle proprietà anche dovuto semplicemente all’esposizione ai raggi solari ed ai cambiamenti di temperatura. Possono in breve tempo, richiedere interventi di manutenzione e spese rilevanti spesso impreviste perché imprevedibili (come nel caso di urti accidentali, abrasioni e difetti applicativi occulti). Le fasi di preparazione superficiale del manufatto costituiscono un passaggio fondamentale per la futura performance della protezione offerta anche dalla migliore delle vernici. Errori applicativi in questa fase possono inficiarne la durata. Va considerato il fatto che nella maggior parte dei casi l’applicazione della vernice è effettuata a manufatto già posto in opera, quindi, senza la possibilità di realizzare la preparazione nel contesto di un processo robusto di tipo industriale. Ciò aggiunge un altro determinante fattore di rischio all’investimento dell’anticorrosione. Alternativa alle verniciature protettive è la zincatura a caldo, la cui adesione alla superficie dell’acciaio e del ferro è già intrinsecamente garantita dallo sviluppo dello strato di zinco e quindi non soffre nel tempo della qualità della preparazione superficiale. La durata, e quindi il valore, della zincatura è proporzionale direttamente allo spessore rilevato e, nella pratica corrente, si verifica sempre o quasi, che gli spessori applicati siano superiori a quanto previsto dalle normative di riferimento. Data la resistenza alla corrosione offerta dallo zinco, di cui abbiamo diffusamente parlato nei capitoli dedicati all’argomento, possiamo essere certi della lunga durata della protezione, in grado di permanere per decenni in tutti gli usuali ambienti di utilizzo. Il costo di produzione di un rivestimento di zincatura dipende dallo spessore dell’acciaio di cui è costituito il manufatto da proteggere. Di conseguenza il confronto con altri sistemi protettivi può divenire complesso in quei casi in cui il peso per lunghezza di trave del manufatto aumenta. Solo in alcuni casi particolari la zincatura a caldo risulta inizialmente più costosa di alcuni sistemi di verniciatura, un possibile vantaggio per la verniciatura che, in tutti i casi, viene sopravvanzato nell’ottica del Life Cycle Costing, considerando la durabilità non confrontabile assicurata dalla zincatura a caldo. Ci sono diversi metodi per calcolare i vantaggi e gli svantaggi connessi con l’adozione di un sistema di protezione dalla corrosione nel lungo periodo. Il metodo più comunemente usato è il calcolo del Net Present Value (NPV) di ognuno dei sistemi a confronto. Questo calcolo tiene nel giusto conto i costi iniziali, i costi di ritocco, i costi di manutenzione, i costi di riverniciatura, l’inflazione e i costi indiretti, durante il tempo di permanenza in efficienza delle strutture da proteggere.

Costi iniziali attualizzati e costi finali

ZINCATURA A CALDO

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Il Net Present Value ricalca il metodo adottato dalle imprese per valutare la bontà di un investimento. NPV = NFV/(1+R)n dove NFV = (costo corrente)*(1+I)n; NPV, net present value, valore attuale netto; NFV, net future value, valore futuro netto; R, tasso di interesse; n, tempo di vita della struttura; I, tasso di inflazione. Negli Stati Uniti sono stati condotti degli studi basati sui dati prodotti dall’Associazione Americana degli Zincatori e l’Associazione Nazionale (Americana) degli Ingegneri Corrosionisti, che hanno effettuato una comparazione i cui risultati sono riassumibili in Tab. 9.1. Sistema di protezione Costi iniziali Life-Cycle Cost tempo di vita: 30 anni ($/sq. Ft) ($/sq. Ft) Zincatura a caldo Primer di resina acrilica all’ acqua /

$ 1.67

Topcoat di resina acrilica all’ acqua Primer di resina acrilica /

$ 0.87

$ 2.72

Topcoat di resina acrilica

$ 1.33

$ 4.20

Primer di lattice/ rivestimento intermedio di lattice/ topcoat di lattice

$ 2.28

Zincatura

$ 5.34

Verniciatura Duplex $ 1.71

$ 6.42

Tab. 9.1 Analisi comparativa dei costi della protezione tra zincatura a caldo e quattro diversi coating polimerici . Confronto dei costi iniziali e dei costi attualizzati con il metodo del Life Cycle Cost, per una durata di 30anni. Cifre espresse in Dollari USA – Pubblicate dall’ AGA sul sito web www.galvanizeit.org

I prezzi, pur abbastanza recenti, si riferiscono a qualche anno fa, quindi non sono indicativi dei valori attuali di mercato, ma hanno scopo meramente esemplificativo. I valori espressi in Tab. 9.1 esaltano l’efficacia ed il rapporto costo-beneficio offerti dalla zincatura, che risulta conveniente anche in casi in cui il prezzo iniziale di altri metodi è notevolmente più basso; e ciò è causato

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dal fatto che la zincatura non richiede per decenni interventi di manutenzione. Il risultato è favorito anche dal fatto che la zincatura fornisce adeguata copertura all’interno dei profili tubolari cavi e nelle posizioni difficili da raggiungere. Inoltre, assicura spessore uniforme anche sui bordi e spigoli ed è resistente alle abrasioni. Per schematizzare quanto affermato, consideriamo di esporre una struttura protetta ad un’atmosfera corrosiva di media aggressività: Si può ipotizzare, molto prudenzialmente per quanto affermato nel capitolo 3, una durata in servizio della zincatura di circa 20-25 anni per rivestimenti pari a 120 µm su carpenteria media (5 mm di spessore o 55 m2/ton). Dopo questo periodo, fissiamo convenzionalmente le condizioni per la prima manutenzione per uno spessore residuo dello strato di zincatura di 30 µm. Si noti che, in tal caso, la zincatura esplica ancora la sua capacità protettiva ed il manufatto è ancora perfettamente integro. Nel confronto con una verniciatura tipica (una mano di fondo e due di topcoat di circa 80 µm) occorre tener presente che la durata non supera gli 8 – 10 anni prima che il 5% della superficie si copra di ruggine e venga richiesta la prima manutenzione (secondo la norma EN ISO 12944). Come terza alternativa, immaginiamo di applicare un sistema duplex (applicazione combinata di zincatura a caldo e verniciatura successiva), per cui possiamo ipotizzare 120 µm di strato di zincatura e 160 µm di verniciatura in due mani. I riferimenti bibliografici lasciano prevedere che, se si utilizzano materiali di qualità, si possono agevolmente superare i 75 anni senza bisogno di manutenzioni del sistema duplex. Nelle condizioni summenzionate, il diagramma di confronto costo\durata tra le tre scelte assume l’andamento in fig. 9.1.

costo, €

Primer inorganico a base di zinco/resina epossidica / resina poliuretanica

Capitolo 9 Convenienza economica della zincatura a caldo

Ci 8 16 24 32 40 48 56 64 72

durata della protezione, anni

Fig. 9.1 Andamento tipico delle curve del costo attualizzato per differenti trattamenti di protezione dalla corrosione.

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ZINCATURA A CALDO

Si nota che nel lungo termine anche il sistema inizialmente più costoso può diventare vantaggioso dal punto di vista economico, per cui la scelta del sistema anticorrosivo non può prescindere caso per caso da un’analisi dei costi attualizzati per la durata desiderata. Come detto in precedenza, in genere, non è vero che la zincatura a caldo ha costi iniziali più alti rispetto alla verniciatura. Su questo aspetto, può essere importante mettere in guardia gli utilizzatori da un pregiudizio fuorviante: è opinione comune che un sistema con elevate performance debba essere costoso, o meglio, più costoso degli altri. La zincatura a caldo, pur garantendo alte prestazioni, ha un costo più che competitivo con le vernici di qualità, le uniche con le quali ha senso effettuare un confronto, rispetto alle quali è spesso di gran lunga più economico già all’epoca della sua applicazione. Il costo iniziale del trattamento di zincatura, confrontato con altri sistemi, è più basso in genere di un rivestimento organico a tre mani effettuato con metodi manuali (pennello o spruzzo), come spesso accade nei cantieri, in caso di verniciatura dopo posa in opera. In tali condizioni, a fare la differenza è l’impiego della manodopera, che ha maggiore incidenza nel caso della verniciatura.

Capitolo 10

Normazione per la zincatura a caldo

Le esigenze del mercato odierno, per cui la clientela chiede che i prodotti offerti rispettino elevati standard prestazionali, assieme agli effetti della concorrenza sempre più pressante tra le aziende stesse, hanno determinato anche nel settore della zincatura a caldo la necessità di evolversi, puntando sul controllo della qualità come elemento caratterizzante la propria strategia commerciale. Ciò ha permesso di aumentare redditività e competitività a coloro che hanno adottato schemi produttivi improntati al miglioramento continuo dei risultati. Oggi la totalità degli zincatori a caldo aderenti all’Associazione Italiana Zincatura soddisfano elevati standard qualitativi, adottando il sistema di gestione previsto dalla normativa internazionale ed italiana UNI EN ISO 9001. Operare secondo tale sistema di gestione della qualità significa prestare attenzione a tutte le fasi del processo produttivo e alla rispondenza del risultato finale alla regola dell’arte. Ciò avviene nell’ottica del miglioramento continuo da ricercare nell’eliminazione progressiva e sistematica di ogni causa di non conformità. La presenza di un ente di certificazione garantisce che le procedure vengano eseguite con scrupolo e che si consegua effettivamente l’effetto voluto, il che deve corrispondere alla soddisfazione totale del cliente della zincheria. In questa ottica, la certificazione di qualità, ovvero l’implementazione del sistema di gestione della produzione, non rappresenta per l’azienda di zincatura la semplice possibilità di fregiarsi di un mero marchio statico sulla carta intestata, ma è testimonianza di un impegno globale e a tempo indeterminato. È facile per il cliente di zincatura trovare nella propria area geografica impianti attenti alla gestione della qualità e certificati da enti indipendenti, accreditati e preposti alla certificazione della conformità alle previsioni normative. Nel settore della zincatura a caldo è possibile ottenere rivestimenti rispondenti alle norme previste attraverso diverse tecniche, che possono essere differenti per ogni impianto. Le singole procedure e caratteristiche dovranno essere riportate nel manuale dell’azienda.

I sistemi di gestione certificati

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ZINCATURA A CALDO

Complementi naturali del sistema di gestione della qualità sono i sistemi di gestione ambientale ISO 14000 ed EMAS, che in quest’ultimo periodo vanno diffondendosi con dinamismo tra le aziende di zincatura e determinano benefici effetti nella riduzione dei carichi ambientali. La gestione della sicurezza dei lavoratori va di pari passo con l’applicazione sempre più diffusa della normativa OHSAS 18000 e il settore si sta progressivamente adeguando alla UNI ISO 45001. È acquisita nelle zincherie la consapevolezza che l’implementazione di questi sistemi comporta un miglioramento sostanziale nel business e nella produzione. La norma UNI EN ISO 1461

La norma di riferimento per il settore della zincatura a caldo che stabilisce le condizioni per la fornitura del prodotto è la norma UNI EN ISO 1461. La norma UNI EN ISO 1461:2009 si apre con la definizione di zincatura a caldo che viene indicata come “la formazione di un rivestimento di zinco e/o leghe di zinco e ferro su prodotti di ferro e acciaio per immersione di acciaio o di ghisa, in una fusione di zinco dopo opportuno trattamento”. Nella norma vengono definiti gli spessori di rivestimento minimi previsti, riportati in forma tabellare, in funzione dei differenti spessori del manufatto di acciaio zincato, per diversi tipi di pezzi trattati. Vengono parimenti indicati i metodi di prova per le verifiche di tali spessori e la procedura di campionatura relativa. Inoltre, vengono stabiliti l’aspetto e le caratteristiche finali che la zincatura deve possedere: ovviamente, sul rivestimento devono essere assenti bolle, punte, aree scoperte, eccessiva ruvidità, residui di flussante; eventuali presenze di ceneri o gocce di zinco, che dovranno necessariamente essere contenute per quanto le difficoltà di lavorazione lo permettano, devono trovarsi in posizioni tali da non interferire con l’efficace utilizzo del manufatto. Piccole rugosità superficiali, piccoli noduli di zinco vanno di norma tollerati. Eventuali parti taglienti che possono costituire un rischio vanno rimosse. La normativa stabilisce chiaramente il concetto di superficie significativa per la quale il rivestimento è essenziale per l’aspetto e la funzionalità, e ricorda che la zincatura a caldo ha come scopo fondamentale la protezione dalla corrosione. Di conseguenza, particolari gradi di finitura superficiale vanno concordati preventivamente con lo zincatore. Si possono verificare, ad esempio, anomalie e piccoli difetti nei rivestimenti, dovuti a condizioni particolari dell’acciaio, precedenti al trattamento e quindi non controllabili dallo zincatore. Sono condizioni che non possono essere previste nella normativa perché attengono a una fase precedente e quindi estranea alla zincatura. Per quanto concerne l’aspetto esteriore dei manufatti zincati che si presentano, in generale, di colore tendente al grigio, nella normativa viene specificata la conformità di tale caratteristica che non è in relazione con la performance anticorrosiva del rivestimento di zinco, ma è soltanto un

Capitolo 10 Normazione per la zincatura a caldo

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effetto estetico determinato dalla composizione dell’acciaio. In ogni caso, non cambia il consiglio di sempre e cioè che, l’esigenza che gli elementi conservino un’estetica e un risultato dalla zincatura aderente alle proprie aspettative, comporta la necessità di rivolgersi preventivamente al proprio zincatore di fiducia oppure agli esperti presso l’Associazione Italiana Zincatura. Difatti, il trattamento di zincatura è principalmente un trattamento anticorrosivo. Se esso deve avere anche delle qualità estetiche particolari che esulano dalle caratteristiche di aspetto normate nella ISO1461:2009, è preferibile che gli esperti siano consultati già nelle prime fasi progettuali. Ulteriori requisiti, come ad esempio la preparazione all’applicazione del sistema duplex, devono essere precedentemente comunicati e valutati con lo zincatore, prima di che eseguire il lavoro. La norma UNI EN ISO 1461 regola anche la qualità dello zinco usato e la purezza del bagno di zincatura. Per lo zinco essa fa specifico riferimento ai requisiti, previsti nella norma corrispondente EN 1179 sulla composizione dei lingotti destinati alla zincatura a caldo. Per ottenere manufatti zincati in conformità alle normative esistenti, è sufficiente indicare nell’ordinazione la dicitura “zincatura conforme a EN ISO 1461”. La UNI EN ISO 14713 è costituita di due parti per quanto riguarda la zincatura a caldo. La parte 1 dà indicazioni generali sulle caratteristiche dei rivestimenti di zinco, la resistenza a corrosione e le durate nei vari ambienti. Di questo si è discusso nel dettaglio nel capitolo 3. La parte 2 concerne esclusivamente la zincatura a caldo e fornisce principalmente indicazioni sulle predisposizioni progettuali necessarie per una buona zincatura e sulla diversa reattività degli acciai. In questo modo, la UNI EN ISO 14713 diviene il riferimento generale alle proprietà del rivestimento di zincatura in termini di ambienti di utilizzo, durabilità e progettazione. Per approfondimenti e informazioni più dettagliate su questi ed altri aspetti normativi, rimandiamo alla consultazione del Manuale di buone pratiche per la zincatura a caldo edito da Associazione Nazionale Zincatori.

La norma UNI EN ISO 14713

Capitolo 11

Marchio di qualità HiQualiZinc

HiQualiZinc (HQZ) è il marchio di qualità della zincatura a caldo di proprietà di Associazione Italiana Zincatura. Il Marchio viene concesso alle aziende che ne fanno richiesta dopo attente e severe verifiche per accertare il rispetto dei requisiti richiesti dal Disciplinare Tecnico consultabile sul sito www.hiqualizinc.com. Il marchio HiQualiZinc persegue l’obiettivo della qualità non solo attraverso il controllo del prodotto e del processo di zincatura ma, oltre a ciò, fissa anche altri requisiti. Ad esempio: • richiede che le aziende aderenti mettano a disposizione della clientela un servizio di consulenza per verificare la rispondenza dei manufatti alle caratteristiche necessarie e per poter ottenere il migliore risultato in fatto di rivestimento di zincatura; • fissa i requisiti dei consulenti, ne attesta l’idoneità e contribuisce alla sua formazione; • particolare attenzione viene riservata alla gestione ambientale e della sicurezza delle aziende aderenti. Il Disciplinare Tecnico incoraggia l’adozione di sistemi di gestione ISO 14000 o EMAS per l’ambiente e OHSAS 18000 (oppure linee guida INAIL) per la sicurezza. Per le aziende che ancora non sono dotate di questi strumenti, il marchio assicura il rispetto dei requisiti specifici fissati nel Disciplinare Tecnico. In sintesi, dunque, obiettivo del marchio è innalzare il livello di qualità del prodotto e rendere riconoscibile sul mercato l’affidabilità delle aziende aderenti, la loro corretta gestione amministrativa, ambientale e della sicurezza. HiQualiZinc è il solo marchio di qualità della zincatura a caldo che pre-

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ZINCATURA A CALDO

scrive un controllo sul processo, regolandone in modo preciso tutti gli aspetti che possono influire sulla qualità del prodotto finale. HiQualiZinc prevede che siano in adozione procedure specifiche per il controllo dei bagni di trattamento chimico e che sia utilizzabile solo zinco in accordo con le normative UNI EN 1179 ed UNI EN 13283. Scopo di HiQualiZinc è di fissare livelli di qualità di prodotto e processo in modo da rendere certe per il fruitore della zincatura a caldo le migliori caratteristiche di protezione dalla corrosione. Per questo, la conformità richiesta al Disciplinare Tecnico comporta il rispetto di requisiti riguardanti sia le caratteristiche del prodotto finito, consistente nel rivestimento ottenuto per immersione nel bagno di zinco fuso, sia i parametri di processo il cui controllo influenza la qualità del prodotto stesso. Se il manufatto da zincare ha una funzione strutturale per cui devono essere rispettate delle particolari necessità connesse alla marcatura CE, il sistema del marchio opera in modo da supportarne le procedure. Il marchio HiQualiZinc comprende una procedura, interamente basata sulla normativa armonizzata UNI EN 1090 e, per questo, è l’unico sul mercato che sia tecnicamente affidabile. HiQualiZinc è un marchio che garantisce l’applicazione corretta delle procedure per il sub-appalto della zincatura a caldo presso le aziende certificate. Il Disciplinare di HiQualiZinc si basa sulle normative tecniche europee ed internazionali UNI EN ISO 1461 e UNI EN ISO 14713 ma non è compatibile solo con esse. Un valore aggiunto sostanziale è determinato dal riferimento offerto al Disciplinare Tecnico dal “Manuale di Buone Pratiche per la Zincatura a Caldo” edito da Associazione Italiana Zincatura, che costituisce il risultato di svariati decenni di esperienza tecnica messa al servizio del settore.

Capitolo 11 Marchio di qualità HiQualiZinc

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Capitolo 12

La zincatura a caldo ed il rispetto dell’ambiente

Viviamo in un’epoca in cui l’emergenza ambientale sta diventando una realtà concreta e urgente. Gli allarmi dal mondo scientifico e i segnali tangibili che l’ecosistema sta lanciando, richiedono una presa di coscienza e un impegno non più rinviabile. La necessità inderogabile di preservare l’ecosistema in cui viviamo, determina l’esigenza di ripensare ogni settore dell’attività umana in funzione di una attenuazione dell’impatto causato non solo dalle attività industriali, ma anche dai prodotti stessi durante tutto l’arco del loro utilizzo, ovvero anche durante le fasi successive alla produzione. Questa evoluzione della sensibilità sociale, sta determinando, anche se ancora a fatica, diversi effetti a vari livelli sulla politica di appalto delle Pubbliche Amministrazioni, sul comportamento degli acquirenti nel mercato, sui programmi delle aziende produttrici. La Commissione Europea ha dedicato un’attenzione particolare a queste questioni, con l’intenzione di creare vantaggi competitivi per le aziende che si mostrino più ricettive ed innovative. Le performance ambientali, in questo modo, sono diventate aspetti chiave del valore dei processi industriali e dei prodotti. In questo quadro complesso, anche i materiali destinati alle costruzioni, nelle disposizioni di legge quanto nelle libere scelte dei consumatori, vengono via via assoggettati a criteri di preferenza non più solo basati su costo e performance funzionale nel loro utilizzo. Oltre alle considerazioni economiche e prestazionali, per chi decide quali materiali e prodotti utilizzare, diviene discriminante anche la maggiore o minore ecocompatibilità dei loro costituenti, in un bilancio tra pro e contro le cui regole sono dettate dai principi dello sviluppo sostenibile. La preservazione delle risorse ambientali è uno dei tasselli fondamentali per poter contrastare efficacemente il deterioramento ambientale e passa anche attraverso l’utilizzo di sistemi che impediscano di degradarsi a prodotti indispensabili, ottenuti con grande dispendio materiale ed energetico. I sistemi anticorrosione accrescono evidentemente la competitività di un prodotto ri-

La sostenibilità e i sistemi di protezione dalla corrosione

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ZINCATURA A CALDO

spetto ad altri, con l’influenza positiva determinata dall’incremento della durata in servizio delle opere. La zincatura a caldo si rivela, anche in quest’ottica, un ottimo alleato dell’acciaio. Assicurando una protezione dalla corrosione di lunga durata e senza necessità di interventi manutentori per decenni, lo zinco evita gli impatti ambientali connessi alle azioni di ripristino e rifacimento delle opere compromesse. Lo zinco e l’ambiente

La zincatura è l’applicazione di un rivestimento di zinco sull’acciaio. Per valutare le prestazioni ambientali del prodotto e il suo comportamento occorre, dunque, analizzare in primis gli effetti dello zinco sull’ambiente

Capitolo 12 La zincatura a caldo ed il rispetto dell’ambiente

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l’apporto all’interno di determinati limiti. Per questo i metalli bio-essenziali come lo zinco, ma anche rame e ferro non si accumulano all’interno dell’organismo, ma si bilanciano tra loro. In caso di deficienza si accumuContenuto di zinco5 Aria (rurale) Suolo (media) Rocce ignee Scisti e argille Arenarie Scisti nere Giacimenti minerari di zinco Oceano aperto Mari costieri Fiumi di pianura Fiumi di montagne Grandi laghi Ruscelli vicini a giacimenti

0.01 – 0.2 g/Nm3 10 -30 mg/kg 5 - 240 mg/kg 18 - 180 mg/kg 2 - 41 mg/kg 34 - 1500 mg/kg 5 – più di 15 % 0.001 -0.06 μg/l 0.5 - 1 μg/l 5 -40 μg/l <10 μg/l 0.09 – 0.3 μg/l >200 μg/l

Tab. 12.1 Livelli naturali di zinco in vari comparti ambientali. Lo zinco è presente in natura in tutti gli ecosistemi.

Fig. 12.1 Ogni essere vivente ha bisogno di una certa quantità di zinco per vivere. Gli organismi hanno sviluppato l’omeostasi che regola l’assunzione dello zinco disponibile in ambiente.

e sulla salute umana Lo zinco è un metallo essenziale, indispensabile per la vita di piante e animali, e ovviamente anche per la vita dell’uomo. È un elemento naturalmente presente in aria, acqua e suolo. Tutti gli ecosistemi beneficiano della sua presenza a differenti concentrazioni. Lo zinco, sin dagli albori della vita, è stato “utilizzato” dalla natura con un ruolo specifico in varie reazioni biologiche. Le piante e gli animali hanno bisogno di zinco per crescere ed ogni organismo è soggetto alle fluttuazioni stagionali della sua bio-disponibilità. Per questo l’evoluzione ha creato un meccanismo detto omeostasi, che permette di regolarne

lano e gli eventuali eccessi sono espulsi. Siamo abituati a considerare negativamente gli effetti di molte sostanze utilizzate dall’uomo e dalle attività industriali. Nella maggior parte dei casi, si sente parlare della necessità della limitazione al minimo della loro immissione nell’ambiente. Questo è vero per tutte le sostanze sintetiche. Per gli elementi presenti in natura indipendentemente dall’azione dell’uomo e, in particolare per quelli bio-essenziali, non necessariamente questa affermazione è vera. Il Programma Internazionale per la Sicurezza Chimica (IPCS), un forum mondiale organizzato dall’OMS, l’Organizzazione Mondiale della Sanità e dall’ONU, ha affrontato una discussione al fine di stabilire i criteri di salute ambientale per lo zinco. La conclusione è che lo zinco è un elemento necessario per l’ambiente, per cui è importante fissare criteri di regolamentazione che ne evitino l’accumulo, ma nello stesso tempo scongiurino la carenza di questo minerale in natura. Lo zinco è un metallo bio-essenziale. Come tutte le sostanze, esiste un intervallo di concentrazione ottimale. Un eccesso determina effetti svanF Van Assche, W Van Tilborg, and H Waetershoot, 1996, Environmental Risk Assessment or Essential Elements – Case Study Zinc, in Report of the International Workshop on Risk Assessment of Metals and their Inorganic Compounds, ICME, Ottawa, Publ. P. 171-180.

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ZINCATURA A CALDO Fig. 12.2 Lo zinco è un metallo bio-essenziale. Come tutte le sostanze, esiste un’intervallo di concentrazione ottimale. Un eccesso determina effetti svantaggiosi, ma anche la carenza può avere effetti molto negativi. In figura a lato il diagramma concerne l’ambiente acquatico.

taggiosi, ma anche la carenza può avere effetti molto negativi. La possibilità di immissione di zinco in ambiente dalla zincatura a caldo, non comporta preoccupazioni per i suoli sui quali i manufatti zincati vengono installati. Infatti, i prodotti della corrosione dello zinco per applicazioni come la zincatura, non raggiungono concentrazioni tali da determinare preoccupazioni, data la ridotta velocità con cui la dissoluzione avviene. Del resto questo è il maggiore punto di forza della protezione ottenuta utilizzando zinco. Una ricerca effettuata dall’Università di Ancona, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Chemistry and Ecology nel 2002, ha messo in evidenza che anche per strutture di grossa mole, quali tralicci dell’alta tensione, nel suolo circostante, già a una distanza inferiore a 1 m, non si riscontra alcuna variazione della concentrazione di zinco rispetto ai valori naturali. Le strutture sono poste in opera in zone urbane-agricole e urbane-marine nel territorio di Parma ed Ancona e dopo circa 30 anni dalla loro posa in opera conservano sulla superficie una quantità di zinco tale da essere ancora a norma. I siti di analisi sono stati scelti in modo da essere rappresentativi della composizione media del suolo italiano. È accertato, dunque, che non vi è nessun rischio per i suoli. Fig. 12.3 Lo zinco è un fertilizzante. Il suo utilizzo non comporta rischi per il suolo.

Capitolo 12 La zincatura a caldo ed il rispetto dell’ambiente

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Ciò è stato riconosciuto anche da uno studio di valutazione del rischio – Zinc Risk Assessment dell’Unione Europea. Le Autorità Competenti dei Paesi Membri dell’UE hanno, inoltre, (dicembre 2006) stabilito, che per quanto riguarda il controllo dell’immissione di zinco nei vari comparti ambientali (suolo, acque e sedimenti), non è necessario sottoporre a regolamentazione i prodotti dell’industria di trasformazione, tra cui anche i rivestimenti zincati a caldo. Lo zinco gioca un ruolo essenziale nel metabolismo umano. Per esempio, lo zinco è vitale per il corretto funzionamento di più di 200 enzimi, per la stabilità del DNA e per l’espressione dei geni, nonché per la trasmissione dei segnali nervosi.

Il corpo umano contiene 2-3g di zinco (e, per esempio, 7g di ferro) che si ritrova dappertutto nel corpo, con i livelli più alti nei muscoli, nel fegato, nei reni, nelle ossa e nella prostata. L’apporto giornaliero raccomandato è di 12mg/die per le donne adulte e 15mg/die per gli uomini adulti. L’apporto giornaliero dipende dal sesso, età e stato generale di salute. I neonati, i bambini, gli adolescenti, le donne in gravidanza e gli anziani hanno bisogno di maggiori quantità di zinco. Certi gruppi della popolazione, specialmente nelle aree più depresse sono soggetti al grave rischio di non avere un sufficiente apporto di zinco dall’alimentazione. Le conseguenze di un’insufficiente assunzione sono malattie della pelle, sonnolenza, ridotta sensibilità di gusto ed olfatto e,

Lo zinco e la salute dell’uomo

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perfino, ridotta fertilità ed indebolimento del sistema immunitario. In più, sul versante opposto, studi recenti effettuati dalle Autorità Competenti degli Stati Membri dell’Unione Europea per conto della Commissione, hanno ribadito che l’utilizzo attuale dello zinco in tutte le attività umane non determina esposizione a rischio per la salute umana. Zinco e acciaio alleati: la dimostrazione attraverso l’LCA

Secondo i criteri dettati da una moderna tecnica di valutazione e confronto delle prestazioni ambientali, il Life Cycle Assessment o “valutazione del ciclo di vita” (conosciuto anche con la sigla LCA) è un metodo che valuta un insieme di interazioni che un prodotto o un servizio ha con l’ambiente e l’impatto ambientale (positivo o negativo) che scaturisce da tali interazioni. In una comparazione che coinvolga diversi materiali da costruzione, i carichi ambientali connessi con la produzione di un’opera edilizia, vanno distribuiti sull’intero arco della vita utile del manufatto da realizzare. In questo modo, una maggiore durabilità consiste direttamente in un impatto ambientale più leggero. Quindi, l’incremento di durata ottenuto con la zincatura a caldo, non solo rende chiara la differenza di prestazione ambientale tra acciaio zincato ed acciaio protetto con processi diversi, ma aumenta anche la competitività delle realizzazioni in acciaio rispetto a soluzioni costruttive alternative e al consueto utilizzo del cemento. Ciò è reso possibile dalle proprietà caratteristiche dello zinco, ma anche dal carico ambientale molto basso connesso con l’operazione di zincatura a caldo, come vedremo nel seguito nel paragrafo relativo all’applicazione del Life Cycle Thinking, che si può definire come un’impostazione di pensiero che valuta tutti gli aspetti del ciclo di vita di un prodotto o servizio prima di procedere alla sua progettazione, realizzazione e distribuzione. Fattore determinante per conseguire la progressiva minimizzazione dei carichi e degli impatti, è l’attenzione posta dagli operatori del settore della zincatura a caldo al miglioramento continuo delle performance ambientali del processo produttivo. Il settore della zincatura in Italia vanta, infatti, un notevole numero di aziende certificate ISO 14000 e una quota di registrazioni EMAS superiore di molto alla media degli altri settori industriali. L’adesione a questi sistemi di gestione ambientale certificati, determina un reale progresso, con un’accresciuta consapevolezza dell’importanza delle procedure per l’efficienza ambientale della produzione e del rispetto di leggi e regolamenti. Questo processo virtuoso coinvolge tutti i livelli dell’organizzazione aziendale. Ciò, come è giusto che sia, implica la piena soddisfazione delle leggi e dei regolamenti vigenti in materia ambientale da parte delle aziende. Per l’attenzione dimostrata e il particolare impegno alla diffusione di questi sistemi, l’Associazione Italiana Zincatura nel 2006 ha ricevuto dal Comitato Interministeriale per l’EMAS Italiano, una targa di riconoscimento.

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Vale la pena di ricordare, inoltre, che le tecniche di produzione adottate oggi nei reparti di zincatura a caldo corrispondono ai criteri nazionali e comunitari, stabiliti per la prevenzione e il controllo dell’inquinamento, universalmente noti come BAT – Best Available Techniques, migliori tecniche disponibili per il contenimento delle emissioni. D’altra parte, lo zinco ha anche il vantaggio di essere un materiale riciclabile. Oggi, circa il 30% dello zinco utilizzato è ottenuto dal riciclo. È difficile essere più precisi con questo dato, per il fatto che i prodotti che si ottengono dallo zinco hanno una vita media di utilizzo molto lunga. Oltre alla zincatura a caldo ed elettrolitica, infatti, questo materiale serve anche per la realizzazione degli ottoni e dei presso-fusi. La protezione di un manufatto in acciaio zincato sovente dura più della vita utile del manufatto stesso e lo zinco residuo si può rendere disponibile per il riciclo anche dopo un periodo di 100 anni. L’acciaio che la zincatura protegge in maniera così efficace, a fine vita, cioè terminata la fase di utilizzo, è altrettanto riciclabile. Trattandosi di semplici elementi chimici, lo zinco e il ferro possono essere riciclati senza alcuna perdita delle caratteristiche fisiche o delle proprietà chimiche. L’utilizzo del materiale è, quindi, in linea perfettamente con le esigenze dell’ economia circolare. Concetti come la riciclabilità, la valutazione degli impatti e dei carichi, del rischio ambientale connesso alle attività umane dall’inizio della catena produttiva fino al destino finale del prodotto, sono già presenti nelle normative vigenti. Le politiche ambientali si vanno affinando all’interno di schemi che richiedono una valutazione delle prestazioni ambientali nell’ottica dell’intero ciclo di vita. Una nuova frontiera dell’eco-sostenibilità segna il passaggio ad una gestione integrata della protezione ambientale, perché non sia trascurata la valutazione di nessuna fase di vita del prodotto a cominciare dall’estrazione delle materie prime, passando per la produzione e l’utilizzo, fino al recupero o allo smaltimento. In altre parole, questa crescente attenzione verso le problematiche ambientali comporta necessariamente un nuovo modo di pensare la produzione industriale e l’approvvigionamento di beni e servizi. Questo è ciò che oggi viene chiamato Life Cycle Thinking. Accanto a ciò, si noti l’importanza delle politiche comunitarie per lo sviluppo sostenibile nell’ambito dell’IPP - Politica Integrata di Prodotto, e di alcuni principi ispiratori del green procurement – appalto verde, per i quali le pubbliche amministrazioni e le grandi imprese private dovrebbero favorire nell’acquisto i prodotti più eco-efficienti. Perché tutti questi processi possano risultare in azioni efficaci occorre uno strumento quantitativo che permetta di stabilire con oggettività l’efficienza ambientale di un sistema produttivo, di un servizio o di un’applicazione. Il mezzo operativo del Life Cycle Thinking è l’analisi LCA – Life Cycle Assessment, che affronta questa determinazione seguendo passo a pas-

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so la creazione del bene fruibile, partendo dall’estrazione delle materie prime, attraverso i carichi connessi a tutte le attività di trasformazione e alla sua vita utile, fino al ritorno alla terra o alla catena produttiva, sottoforma di rifiuto riciclato. A partire dal 2005 con un aggiornamento della raccolta dati nel 2016, la zincatura a caldo è stata oggetto di studi LCA pan europei effettuati su campioni di diverse decine di impianti produttivi nei Paesi Europei le cui Associazioni Nazionali degli zincatori (e tra esse l’Associazione Italiana Zincatura) aderiscono all’EGGA (Associazione Europea degli zincatori a caldo). I dati raccolti hanno permesso di istituire un inventario di ciclo di vita, ovvero un modello che permette di ricostruire il flusso di energia e materiali che caratterizza la zincatura a caldo, tramite l’insieme dei processi di trasformazione e trasporto coinvolti lungo tutta la catena produttiva. Questo va a costituire un modello del sistema reale che descrive e quantifica i carichi ambientali di ogni singola fase, così come del processo nel suo insieme. Nel 2016 sono state pubblicate le attuali PCR (Product Category Rules) per i sistemi di protezione dalla corrosione dell’acciaio, ad opera dello Swedish Environmental Management Council, l’organismo svedese che ha implementato il sistema di certificazione ambientale di prodotto noto come EPD – Environmental Product Declaration. Le PCR (precedentemente indicati come PSR) forniscono i requisiti specifici di prodotto da considerare ai fini della redazione di una dichiarazione ambientale. Lo spirito è quello di rendere comparabili i diversi sistemi adottabili. Per questo il documento recante le PCR, detta anche le regole per l’effettuazione dello studio LCA alla base delle dichiarazioni. In questo modo si ottiene una standardizzazione di attendibilità certificata della comparazione delle performance ambientali di zincatura, verniciatura, acciaio inox, acciaio corten. Le PCR, nel definire le unità funzionali, ovvero le unità di riferimento per quantificare il rendimento in termini di performance ambientali significative ai fini di un’analisi del ciclo di vita, impone che si indichi con chiarezza la durata della protezione, ripartendo sulla sua interezza la totalità dei carichi ambientali. Ciò costituisce un riferimento di straordinaria importanza. Il documento delle PCR rende possibile la comparazione ed il confronto tra studi LCA ed EPD sia tra zincherie e aziende che propongono sistemi concorrenti sia tra aziende che operano nello stesso settore della zincatura. Inoltre, le nuove regole permettono di stilare report settoriali. L’EGGA ha pubblicato, infatti, nel 2016 una propria EPD del settore della zincatura a caldo in Europa con i dati medi ricavabili dall’inventario dai LCA del 2016. Questa EPD settoriale è pubblica e disponibile in lingua

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italiana sul sito web www.aiz.it nel menù “editoria”. Al di là dell’EPD settoriale, le aziende che forniscono il servizio di zincatura a caldo, sulla base degli studi LCA condotti, seguendo i criteri stabiliti con il documento delle PCR, possono offrire ai loro clienti una dichiarazione ambientale di prodotto relativa alla loro azienda, verificata da un ente accreditato di certificazione e registrata con il marchio EPD, Tab. 12.2 Unità di riferimento (unità funzionale) stabilita nelle PCR 2016 Parametri di impatto ambientale. I risultati dimostrano la trasparenza con cui il settore espone le proprie performance amcientali. L’EPD completa è disponibile sul sito www.aiz.it alla voce editoria.

Substrato

Lamiera di acciaio di dimensioni 1m x 1m x 8mm e peso 62.4 kg

Spessore del rivestimento di zincatura

85 micron (2% in massa)

Ambiente di esposizione

Categoria C3 (come previsto nel PCR) con tasso medio di corrosione dello zinco di 1,35 micron/anno

Durata prevista del rivestimento esente da manutenzione

Minimo 63anni

Unità (risultati)

Carichi per anno di protezione

con cui esse espongono pubblicamente le performance ambientali della loro produzione. Questa dichiarazione rappresenta uno strumento di diffusione affidabile, che avrà un ruolo sempre più importante nell’ambito di regolamenti internazionali e nell’attuazione di politiche di acquisto sostenibile da parte delle pubbliche amministrazioni e delle compagnie private di una certa dimensione. Tramite questi strumenti, si evidenzia la proprietà fondamentale della zincatura che è rappresentata dalla sua notevole durabilità, la quale conferisce

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al prodotto zincato una nuova prospettiva di competitività ambientale oltre che economica e tecnico-funzionale.

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prima applicazione. L’unità funzionale prescelta, base per l’analisi comparativa LCA, è costituita dalla protezione di 1 m2 di superficie per una durata di 60 anni della struttura. La sezione dell’acciaio impiegato nella costruzione è di dimensioni medie con caratteristico rapporto superficie/peso di 20 m2/ ton. Come si vede da fig. 12.6, la zincatura determina migliori performance per quanto riguarda il risparmio di risorse energetiche, ma anche tutti gli effetti ambientali rappresentati dagli altri indicatori utili ai fini dell’LCA (foto smog, eutrofizzazione, acidificazione).

Tab. 12.3 Estratto dall’EPD della zincatura a caldo Uno studio comparativo

Un esempio delle possibilità offerte dall’analisi LCA per supportare i progettisti nella scelta del sistema di protezione più ecocompatibile, è lo studio effettuato dall’Università Tecnica di Berlino, per la comparazione dell’eco-efficienza tra due differenti strutture di parcheggio in acciaio, di cui una zincata a caldo e l’altra semplicemente verniciata. L’analisi comparativa, seppure effettuata nel 2007, sulla base dei risultati dello studio paneuropeo EGGA è ancora del tutto attuale. La struttura zincata a caldo rispetta le prescrizioni della norma UNI EN ISO 1461 con uno spessore di zinco di 100µm, supposta esente da necessità di manutenzioni dato l’ambiente di corrosione di classe C3 (secondo le normative ISO 9223 e UNI EN ISO 14713). La struttura verniciata risponde alle specifiche della normativa EN ISO 12944-5. La verniciatura è stata applicata dopo sabbiatura di grado Sa 2 ½ per la preparazione superficiale dell’acciaio; il rivestimento è di natura epossidica con uno spessore di 240µm. Sono previste manutenzioni alla verniciatura dopo 20 e 40anni dalla

zincato a caldo

Fig. 12.5 – I due parcheggi confrontati.

verniciato

Fig. 12.6 Comparazione degli indici significativi per la comparazione LCA.

Un risultato interessante, che lo studio ha messo in evidenza, è che la zincatura a caldo delle 500ton di acciaio impiegate nella costruzione del parcheggio zincato a caldo comporta una minore emissione di 57 tonnellate di CO2 con 60 anni di vita utile. I dati non cambiano significativamente per durate inferiori, ovvero per differenti tempi di osservazione. In fig. 12.7 c’è un semplice confronto tra risultati ottenibili dopo differenti intervalli di tempo. Si nota come le performance risultano sempre migliori per la zincatura a caldo nel caso degli indici relativi a consumo energetico e effetto serra. Anche gli altri indici si allineano con questo trend dopo la manutenzione necessaria per la verniciatura posta convenzionalmente dopo 20 anni dalla istallazione del manufatto. C’è da rilevare che tale durata di due decenni per una verniciatura è fuori dall’ordinario e costituisce un dato a favore nella comparazione con la zincatura.

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La nuova frontiera dell’efficientamento nello sfruttamento delle risorse economiche e ambientali porta il nome di “economia circolare”. Già nel 2015, la Commissione Europea indicava un piano d’azione per “chiudere il cerchio” del ciclo di vita dei prodotti. L’obiettivo dichiarato è andare perfino oltre il concetto di riciclo, puntando sullo sfruttamento completo dei componenti attraverso il loro riutilizzo alla fine della vita utile dei manufatti originari. Ciò costituisce una sfida dal punto di vista tecnologico e normativo, che può essere vinta solo se è possibile la conservazione nel tempo delle caratteristiche dei materiali. Per i metalli il richiamo è ovvio alla necessità di opportuna protezione dalla corrosione ed all’enorme beneficio di trattamenti anticorrosivi di lunghssima durata come la zincatura a caldo secondo UNI EN ISO 1461. Quando si tratta di componenti zincati a caldo è alta la probabilità che possano essere riutilizzati tal quali o, al massimo, procedendo alla sola ri-zincatura, garantendosi un ulteriore ciclo di vita in sicurezza. Fig. 12.7 Comparazione degli indici significativi per la comparazione LCA dopo differenti durate.

Acciaio zincato e la nuova sfida dell’economia circolare

L’efficientamento ulteriore nello sfruttamento ambientale e delle risorse economiche rappresenta una spinta fondamentale nelle strategie politiche del mondo odierno, che si interroga idealmente con sempre maggiore attenzione, alla riduzione estrema degli impatti e degli sprechi.

Appendice

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Appendice

Alcuni esempi* di applicazione della zincatura a caldo

Di seguito viene presentata una breve carrellata di opere realizzate con l’impiego di acciaio zincato a caldo. Di ognuna di esse si fornisce una scheda riassuntiva con le principali informazioni, quali localizzazione, destinazione d’uso, dimensioni, caratteristiche progettuali. Le immagini selezionate sono relative tanto a strutture zincate in sé con la zincatura a vista, quanto ad opere nel loro aspetto definitivo, cioè anche in presenza di eventuali sovrastrutture che celano la vista dell’acciaio zincato, come ad esempio coperture cassettonate, controsoffittature, finiture di rivestimento. Ciò ha lo scopo di mostrare il risultato ottenibile attraverso l’utilizzo dell’acciaio zincato a caldo, mettendo in evidenza le potenzialità che questo materiale dimostra nel permettere soluzioni architettoniche di pregio ed avanzate funzionalità.

* Immagini su concessione di Fondazione Promozione Acciaio

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Pista ciclabile – Limone sul Garda

Descrizione Realizzazione Estensione Foto

Pista ciclabile del Garda da Capo Reamal (Limone) fino al confine con il Trentino CSE (Consorzio Stabile Europeo) – Geo Rock Srl Circa 2 km Geo Rock Srl

Dalla passerella si può ammirare un panorama mozzafiato per i ciclisti, i turisti e le famiglie

L’opera segue il profilo delle linee architettoniohe della strada preesistente lungo i tratti ai quali è addossata

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Struttura in acciaio zincato

Vista notturna e diurna

Quasi tutti gli elementi della passerella sono stati trasportati e posizionati tramite l’utilizzo di elicottero

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La Porta del Parco – Bagnoli Futura

Descrizione Realizzazione Proprietà PROGETTAZIONE (Direzione Lavori) ARCHITETTURA: Foto: CANTIERE SUPERFICIE Premi

Panoramica

Cantiere

un moderno polo di servizi integrati al turismo, alla cultura e al benessere la porta del parco: Bagnoli - Napoli Società Bagnoli Futura S.p.A. di trasformazione urbana ATI Servizi Integrati Srl – IDI Srl Arch. Silvio d’ASCIA Arch. Silvio d’Ascia – Barbara Jodice 2007-2010 40.000 m² di cui 19.000 m² attività e spazi pubblici/ 4.500 m² loc. tec. / 16.500 m² parcheggi International Galvanizing Award 2012

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La cupola e l’auditorium

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Auditorium vista esterna

L’interno dell’auditorium

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Casa O

Realizzazione Localizzazione Inizio – fine costruzione Proprietà Superficie totale Superficie coperta Volume Architettura Struttura Descrizione

Strutture

Alloggio Capoterra (CA), Sardegna 2001-2004 Alberto Orru 1.200m2 105m2 377m3 Fabrizio Leoni Architettura con Olindo Merone Alessandro Falqui Cao, Sergio Meloni L’ossatura dell’edificio è costituita da due gabbie strutturali in acciaio zincato a caldo, appoggiate o appese ad alcuni blocchi di calcestruzzo e connesse da una terza parte centrale a ponte. L’uso dell’ acciaio zincato è pensato in funzione della leggerezza nei trasporti e nei montaggi. Calcestruzzo armato e acciaio zincato a caldo

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Prospettive

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Sezione longitudinale e pianta

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Struttura in costruzione. Le travi sono in acciaio zincato a caldo.

Telaio e travi di solaio in acciaio zincato a caldo.

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Interni

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Vista dall’interno

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Impianto di risalita “Piz La Villa”

Realizzazione Localizzazione Inizio – fine costruzione Proprietà Superficie totale Superficie coperta Volume Architettura Struttura Descrizione

Strutture

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Strutture degli impianti

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Strutture degli impianti

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Cantine Mezzacorona

Realizzazione Localizzazione Inizio – fine costruzione Proprietà Superficie totale Area coperta Volume Architettura Struttura Struttura principali Strutture secondarie

Nuove cantine della Cooperativa Mezzacorona (TN) Mezzacorona (TN) 1996 - 2005 Cooperativa Cantine Mezzacorona 104672 m2 per stazione 60331 m2 447068 m3 + 203602 m3 Studio Cecchetto Lotto 1,2 SWS Trento - Ingg. Dettassis e Mazzolai Lotto 3 – Ingg. Mazzolai e Odorizzi Cemento armato e accaio zincato Alluminio , legno lamellare ed accaio zincato

Foto Luca Campigotto / Studio Cecchetto

Viste degli impianti

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Prospettive

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Particolare della parete e della copertura in acciaio zincato a caldo

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Interni con strutture in acciaio zincato a caldo

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Interni con strutture in acciaio zincato a caldo

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Interni con strutture in acciaio zincato a caldo

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Prospettiva della copertura in legno con struttura in acciaio zincato a caldo

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Industria Giacomini

Realizzazione Localizzazione Inizio – fine costruzione Proprietà Area Altezza N° piani Architettura Struttura Descrizione Descrizione tecnica

Copertura

Prospettiva della copertura in legno con struttura in acciaio zincato a caldo

Ampliamento capannone industriale Castelnuovo del Garda (Verona) 1995-1997 Giacobini SpA 22.925 m2 9.70 m 2 Studio tecnico Ingegneri Adami e Zeni (Ing. Giuseppe Adami) Dott. Ing. Lorenzo di Gravio P.T.: Officina meccanica, magazzino, ufficio tecnico. Piano Primo: Sala Riunioni, sala esposizione e uffici. Ampliamento stabilimento con copertura a shed formato da: deck di copertura con funzioni autoportanti formato di lamiera grecata zincata posta trasversalmente alle travi shed ed a queste fortemente vincolata; travi shed formate da profili IPE appoggiati agli estremi; travi portashed formate da briglie a aste di parete in profili ad angolo calastrellati; colonne incastrate alla base e libere alla sommità (a mensola) formate da profili HEA, con mensole per il supporto delle vie di corsa per carroponte da 5 tonnellate Ampliamento fabbricato uffici a due piani: travi principali - profili IPE; colonne incastrate alla base ed ai piani - profili HEA; travi secondarie - profili serie IPE. Lamiera grecata

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Prospettive dello stabilimento e degli uffici

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Prospettive degli uffici

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Strutture dello stabilimento

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Interno dello stabilimento

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Palazzo del Ghiaccio

Realizzazione Localizzazione Inizio – fine costruzione Proprietà Area coperta Altezza Luce massima Architettura Struttura Descrizione

Strutture principali Strutture secondarie Coperture

Gli uffici. La struttura è interamente in acciaio zincato a caldo.

Stadio del Ghiaccio – nuova copertura Corsara in Badia (BZ) 2002 Comune di Corvara 4850 m2 19.50 m 49.50 m Arch. Hugo Kostner Ing. Claudio Sartori Tetto a due falde con luce netta di 50 m. Portali zincati a caldo ed arcarecci verniciati. Manto di copertura realizzato con pannelli monolitici coibentati completi di fermaneve, grondaie raccolta acque, serramenti in alluminio e finiture. L’intervento completo è stato effettuato in 60 giorni solari senza alterare o modificare alcuna opera esistente, in particolare l’impianto di refrigerazione a pavimento, in quanto lo stadio era già perfettamente funzionante. Struttura a portale in trave a doppio T elettrosaldato a sezione variabile. Arcarecci in profilo tubolare. Pannelli monolitici coibentati.

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La copertura in acciaio zincato a caldo

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Bibliografia Porter F., Dekker M. Inc., Zinc Handbook, New York, 1991; Porter F., Corrosion Resistance of Zinc and Zinc Alloys, 1994; General Hot Dip Galvanizing, Theory and Practice, F. Sjoukes, 1982; Galvanizers Association, The Engineers & Architects Guide to Hot Dip Galvanizing, Sutton Coldfield, UK; Roebuck A., American Galvanizers Association, Galvanizing for Corrosion Protection, 1992; Blinn G., Schliebaum R., Institut für angewandtes Feuerverzinken GmbH, Zincatura a caldo e centrifugazione di piccole parti, Protezione contro la corrosione di elementi di giunzione con la zincatura a caldo; Lazzari L., Pedeferri P., Protezione catodica, McGraw-Hill, 2000; Bianchi G., Mussini T., Fondamenti di elettrochimica, Masson, 1993; Bianchi G., Mazza F., Corrosione e protezione dei materiali, Terza edizione, Masson, 1989; Brisi C., Chimica applicata, Ed. Levotto & Bella-Torino,1991; Yeomans S.R., Galvanized Steel Reinforcement in Concrete, Elsevier, 2004; Ciardi L., Nizzola I., Associazione ItalianaZincatura, Zincatura a caldo, 1998; Fratesi R., Associazione Italiana Zincatura, Protezione del tondo da cemento armato con zincatura, 2006; Associazione Italiana Zincatura, Manuale di Buone Pratiche per la Zincatura a Caldo, 2015; ANAS, Norme Tecniche - Manutenzione dei Ponti in Acciaio - Volume VII, 2019; Shibayama H., Japan Galvanizers Association, Galvanized Bridges In Japan, Proceedings of Intergalva 2018, Berlin. Prof. Dr. Ing. M Mensinger, M.Sc. C Gaigl, Fire resistance of galvanized structures, Technical University if Munich, Chair of Metal Structures, Munich, Proceedings of Intregalva 2018 – Berlin; Prof. Fratesi R., Università Politecnica delle Marche, Monitoring and mapping of corrosion of zinc coatings in some climatic zones of Italy, Proceedings of Intergalva 2018 – Berlin; Riferimenti bibliografici vari nelle note a piè pagina nel corpo del testo.