Resistenza alla corrosione della costruzione industriale in acciaio in ambienti freddi e umidi

Basse temperature, elevata umidità e corrosione elettrochimica

Negli ambienti freddi e umidi — in particolare quelli con temperature inferiori a 10 °C — la corrosione elettrochimica aggressiva dell'acciaio industriale rappresenta un problema serio. Reazioni catodiche accelerate, dovute all'aumento della solubilità dell'ossigeno nei sottili film di umidità, si combinano con una riduzione della mobilità ionica, che concentra l'attività anodica in aree localizzate innescando la corrosione localizzata (pitting). La sinergia di questi fattori spiega perché i tassi di corrosione negli ambienti umidi e al di sotto dello zero possano essere 1,5–2 volte superiori rispetto ad altri climi. Inoltre, la situazione peggiora ulteriormente in presenza di sali marini trasportati dall'aria e di prodotti chimici per la fusione del ghiaccio.

Acciaio formati a freddo rispetto ad acciaio laminato a caldo: durabilità nelle zone costiere umide e corrosive

La scelta del materiale per gli elementi delle strutture in acciaio determina le prestazioni a lungo termine. L'acciaio laminato a freddo (CFS) è più resistente alla corrosione nelle zone costiere e umide poiché presenta una copertura di zinco uniforme e controllata in fabbrica. Al contrario, le sezioni laminate a caldo presentano una calamina non controllata, che comporta una protezione anticorrosiva non uniforme. Test indipendenti con nebbia salina dimostrano che gli elementi in CFS zincati non sviluppano ruggine rossa per il 40% più a lungo rispetto all'acciaio laminato a caldo non zincato. Il CFS presenta inoltre una struttura a grana più fine, che favorisce la riduzione delle microfessure, riducendo così i percorsi di corrosione.

Prove ASTM G101 di corrosione su strutture industriali in acciaio per la regione del Pacifico nord-occidentale e del Canada atlantico

Le prove accelerate di corrosione ASTM G101 hanno fornito evidenze di variazioni regionali nelle zone fredde e umide dell'Austria:

Regione | Acciaio al carbonio non protetto (mpy) | Acciaio zincato (mpy)

L’aumento dei tassi di corrosione nell’Atlantico canadese è causato da una maggiore salinità aerotrasportata derivante dall’irrorazione persistente dell’oceano. Questi risultati richiedono sistemi protettivi di almeno classe ISO 12944 C5M per gli elementi strutturali e i collegamenti esposti. Si tratta del livello più elevato di protezione contro la corrosione in un ambiente marino-industriale.

Strategie per la gestione dell’umidità nella costruzione industriale in acciaio

Controllo del punto di rugiada e della condensa nei sistemi di rivestimento metallico isolato

In edifici industriali in acciaio freddi e umidi, l’analisi accurata del punto di rugiada è fondamentale per controllare la condensazione interstiziale. Quando l’aria calda e umida entra in contatto con superfici fredde, si verifica la condensazione e gli elementi costruttivi delle pareti iniziano a corrodere. La corrosione è accelerata dalla presenza di pannelli metallici isolati. Anche un errore di soli 5 °C nel calcolo del punto di rugiada può provocare un accumulo di umidità superiore del 40%. L’inclusione di una modellazione termica specifica per il clima nella scelta della posizione dell’isolamento rappresenta l’approccio migliore per il controllo della condensazione. Tale approccio viene verificato mediante termografia a infrarossi durante l’installazione. L’adozione di un controllo continuo dell’umidità costituisce la soluzione ottimale per prevenire la corrosione nell’edificio.

Posizionamento dei barriere al vapore e ventilazione meccanica

L'adozione di barriere al vapore da parte degli operatori edili deve corrispondere alla spinta al vapore determinata dal clima. Nelle regioni classificate come fredde e umide, il posizionamento delle barriere al vapore deve avvenire sul lato interno dell'involucro edilizio. In questa posizione, le barriere risulteranno più calde del punto di rugiada e ridurranno la migrazione di umidità verso l'interno. Secondo la norma ASTM E96, le barriere al vapore con permeabilità pari a 0,1 perm, se correttamente sigillate, riducono la velocità di trasmissione dell'umidità del 97%. Ciò viene ottenuto in modo ottimale mediante un sistema di ventilazione meccanica conforme alle linee guida ASHRAE, che garantisca almeno 0,3 cfm/ft² (piedi cubi al minuto per piede quadrato). Questo assicura che l'umidità relativa interna rimanga inferiore al 45%. Tale condizione, abbinata a una corretta tenuta all'aria in tutti i punti di penetrazione e nei giunti, evita il ristagno di umidità e preserva l'integrità dell'acciaio strutturale.

Applicazione e problemi prestazionali dei rivestimenti protettivi in condizioni fredde e umide

Sorgono serie preoccupazioni per le prestazioni dei rivestimenti protettivi se applicati a temperature inferiori a 5 °C. In tali condizioni, i rivestimenti presentano un elevato rischio di fallimento, poiché non riescono ad asciugarsi per formare uno strato protettivo sul metallo. Inoltre, l’elevata viscosità dei rivestimenti protettivi impedisce la formazione di uno strato uniforme. Nella costruzione di strutture in acciaio industriale, questa applicazione non garantirà una protezione efficace contro la corrosione, poiché sotto il rivestimento si formerà della condensa. Sulla superficie dell’acciaio si formeranno brinate reattive, causando la formazione di bolle sotto il rivestimento. Ciò determina il mancato funzionamento della protezione anticorrosiva. Per evitare ciò, il cantiere deve essere controllato e dotato di un’area riscaldata, mantenuta a una temperatura compresa tra 10 °C e 27 °C (50 °F–80 °F). Anche l’umidità deve essere controllata, così come la preparazione della superficie, che deve includere la rimozione di qualsiasi brina o umidità prima dell’applicazione dei rivestimenti.

Adattamenti per le prestazioni termiche delle fondazioni in acciaio per costruzioni industriali e mitigazione del sollevamento da gelo

In climi freddi e umidi, le fasce di argilla costiera rendono particolarmente complesso il supporto di strutture industriali in acciaio su fondazioni con terreno sottostante saturo. Queste condizioni sfavorevoli, caratterizzate da terreni sottostanti saturi ed espansivi, richiedono fondazioni resistenti al sollevamento da gelo. Le fondazioni profonde si estendono oltre il limite locale di gelo, impedendo il sollevamento dovuto alla spinta idrostatica. Strati drenanti granulari e una fondazione completamente avvolta da una membrana impermeabile e drenante attenuano le pressioni idrostatiche causate dalle fluttuazioni stagionali della falda freatica. La modellazione del terreno in modo da favorire lo smaltimento delle acque superficiali lontano dal perimetro dell’edificio riduce la saturazione del terreno sottostante e migliora la stabilità della fondazione rispetto agli effetti del sollevamento da gelo e dei cicli gelo-disgelo.

Isolamento Continuo e Riduzione del Ponte Termico

Il ponte termico attraverso grandi elementi in acciaio è particolarmente dannoso per le prestazioni termiche degli edifici in climi freddi e umidi, causando un aumento della dispersione di calore del 30–50%. Per le strutture in acciaio, l’uso di un’isolazione esterna continua è fondamentale per garantire le prestazioni termiche dell’edificio e prevenire la corrosione. I distanziatori termici strutturali e le guarnizioni di compressione con diversa permeabilità, posizionati nei punti critici di supporto e di collegamento dell’involucro esterno dell’edificio, contribuiscono a controllare il flusso di umidità e di energia termica.

Domande frequenti

Perché i climi freddi e umidi sono particolarmente corrosivi per l’acciaio?

I climi freddi e umidi accelerano la corrosione dell’acciaio a causa della ridotta mobilità degli ioni, della maggiore solubilità dell’ossigeno e dei film di umidità che favoriscono il processo corrosivo.

Quali sono i vantaggi dell’acciaio profilato a freddo (CFS) rispetto all’acciaio laminato a caldo nelle condizioni descritte?

Grazie al rivestimento zincato controllato in fabbrica e alla raffinata struttura granulare dell'acciaio formatosi a freddo, che offre minori vie di penetrazione per l'umidità, l'acciaio formatosi a freddo è più resistente alla corrosione.

Quali sono le migliori pratiche per controllare la condensa interstiziale nelle costruzioni in acciaio?

La migliore pratica prevede la modellazione del punto di rugiada, il corretto posizionamento e la selezione di barriere al vapore e di materiali isolanti, la verifica mediante termografia a infrarossi e il monitoraggio dell'umidità all'interno della cavità.

Quali sono alcune delle condizioni e degli svantaggi dei rivestimenti protettivi in condizioni di freddo?

Quando i rivestimenti protettivi vengono applicati a temperature inferiori a 5 °C, si verificano problemi quali elevata viscosità e scarsa adesione a causa della brina/umidità, con conseguente aumento di rigonfiamenti (blistering) e guasti del rivestimento.

Quali sono alcuni metodi utilizzati per mitigare il sollevamento da gelo durante i mesi invernali?

La mitigazione del sollevamento da gelo durante i mesi invernali può essere ottenuta progettando fondazioni profonde che si estendono al di sotto del limite di gelo, nonché mediante l’uso di sistemi di drenaggio, impermeabilizzazione e una corretta sistemazione del terreno.