Margherita Autiero, Donatella de Silva, Antonio Bilotta, Emidio Nigro
Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura (Di.St.), Università degli Studi di Napoli Federico II – Napoli (Italia)
Recenti studi sperimentali hanno mostrato che la zincatura a caldo, già efficace per proteggere gli elementi strutturali in acciaio dalla corrosione, è anche in grado di ridurre il campo termico negli elementi in acciaio esposti all’incendio grazie alla riduzione dell’emissività superficiale. Attualmente la parte fuoco dell’Eurocodice 3 fornisce un valore di emissività costante pari a 0,70, mentre i documenti di riferimento per la prossima generazione degli Eurocodici strutturali suggeriscono di considerare questo effetto benefico attraverso un valore di emissività dipendente dalla temperatura. In tale ambito il presente articolo illustra i risultati di una campagna di prove sperimentali alle alte temperature, finalizzate a studiare l’effetto della zincatura sulla temperatura di piastre in acciaio in piccola scala al variare del loro fattore di sezione (Am/V). Le prove sono state eseguite in un forno elettrico da laboratorio esponendo al riscaldamento solo la faccia superiore dei campioni ed utilizzando materiali protettivi che riducono lo scambio di calore sulle restanti facce; in questo modo è stato possibile ottenere diversi fattori di sezione semplicemente variando lo spessore delle piastre. Per fattore di sezione, compresi tra 20 e 200 m-1, sono stati testati provini di acciaio zincato e non zincato in modo da confrontare direttamente le temperature raggiunte nell’acciaio per effetto delle stesse curve di riscaldamento. I risultati hanno mostrato che il riscaldamento nei campioni zincati è più lento di quello registrato negli elementi non zincati, confermando l’effetto benefico della zincatura. Al fine di tener conto di questo effetto benefico della zincatura, mediante la riduzione dell’emissività superficiale, è stato applicato in maniera inversa il metodo analitico per il calcolo della temperatura di elementi in acciaio, suggerito anche dall’Eurocodice per le analisi termiche semplificate. Pertanto, utilizzando le temperature registrate durante le prove è stato possibile ricavare leggi di emissività superficiale in funzione della temperatura dell’elemento. Infine, per quantificare l’effetto benefico della zincatura sulle prestazioni strutturali in condizioni di incendio, sono state condotte diverse applicazioni della legge di emissività dipendente dalla temperatura, al variare della curva di incendio, considerando anche curve di incendio naturali.
1. INTRODUZIONE
La zincatura è un processo di rivestimento superficiale il cui scopo è la protezione dell’acciaio dalla corrosione utilizzando le proprietà dello zinco. Nel caso della zincatura a caldo, il rivestimento protettivo di zinco è ottenuto immergendo l’elemento di acciaio in un bagno di zinco fuso a circa 450°C. Il rivestimento che si ottiene al termine di questo processo, non è semplicemente deposito, ma è come saldato alla superficie degli elementi in acciaio. Infatti durante l’immersione dell’elemento in acciaio nel bagno, lo zinco si lega all’acciaio per mezzo di una reazione metallurgica, comportando la formazione di diversi strati di leghe Fe-Zn. Il meccanismo di formazione del rivestimento di zinco è influenzato da diversi fattori. Vale a dire, da un lato dalle condizioni di zincatura ovvero dalla temperatura e dalla composizione del bagno di zinco, così come dal tempo di contatto tra l’elemento da zincare con lo zinco fuso.
Dall’altro lato dalla composizione chimica dell’acciaio stesso, infatti la presenza nell’acciaio da zincare di elementi quali ad esempio, silicio e fosforo, è determinante per la formazione e la velocità di crescita dello strato di zincatura durante l’immersione. È stato osservato, infatti, come la presenza di silicio in quantità comprese tra lo 0,04 e lo 0,12% (Intervallo di Sandelin) o superiori allo 0,22% (acciai iper-Sandelin) è in grado di accelerare la reazione ferrozinco, formando un rivestimento che ha uno spessore visibilmente maggiore [1]. […]
Leggi l’articolo completo su Costruzioni Metalliche n. 3/2023.