Revestimientos protectores industriales

Bajo la dirección de Lloyd Smith, presidente, y Dwight Weldon, vicepresidente, el Subcomité D01.46 sobre Revestimientos Protectores Industriales (Industrial Protective Coatings) mantiene un cuadro completo de métodos de prueba, prácticas y guías y se enorgullece de ser uno de los subcomités más activos de D01 sobre Pintura y Revestimientos, Materiales y Aplicaciones Afines (Paint and Related Coatings, Materials and Applications). Los miembros del Subcomité D01.46 incluyen a representantes de fabricantes de revestimientos y proveedores de materias primas, propietarios de plantas, fabricantes de equipo, laboratorios y empresas consultoras, así como organismos del gobierno. El subcomité desarrolla y mantiene métodos de prueba, prácticas y guías normalizados que se relacionan con el rendimiento, la evaluación, especificación, aplicación y uso apropiado de revestimientos protectores industriales.

En la actualidad, este subcomité cuenta con ocho grupos de misión especial que están trabajando en 13 normas de la ASTM, cuatro de las cuales son proyectos de norma y las otra nueve normas existentes que se han programado para revisión o alteración o que recientemente fueron publicadas y requieren que se creen declaraciones de precisión y sesgo mediante iniciativas de investigación entre laboratorios.

Si bien hay actividad en las 13 normas, este artículo gira en torno a cinco tareas importantes que el subcomité está llevando a cabo en este momento.

Medición de la rugosidad de la superficie de acero limpiado a presión con abrasivo

La industria de los revestimientos industriales protectores desde hace mucho tiempo reconoció la importancia de la profundidad del perfil de la superficie (generado por la limpieza abrasiva y algunas herramientas eléctricas) como medio para aumentar el área superficial y mejorar la adhesión del revestimiento al sustrato subyacente. Es más, en 1993, ASTM publicó D 4417, Métodos de Prueba para Medir el Perfil de la Superficie de Acero Limpiado a Presión con Abrasivo (Test Methods for Measuring Surface Profile of Abrasive Blast Cleaned Steel), que describe tres métodos para cuantificar la profundidad del perfil de la superficie generado en un sustrato de acero (comparadores visuales, micrómetros de profundidad y cinta de réplica). Estos métodos se utilizan para determinar la distancia media entre la parte superior de los picos y la parte inferior de los valles de una superficie de acero preparada.

En artículos de publicación reciente1 se describe la importancia de otros atributos de rugosidad de la superficie, además de la distancia media entre pico y valle, entre ellos el número de picos (Pc), la profundidad máxima de la rugosidad (Rmax) y la altura máxima del perfil (Rt). Partiendo de las investigaciones de laboratorio realizadas por Roper y colegas, una mayor densidad de picos mejora la adhesión del revestimiento y reduce la formación de burbujas por corrosión en comparación con superficies que tienen menos picos. Los métodos para generar diferentes densidades de picos que se describen en los artículos se basan en factores como tamaño, forma, dureza abrasiva y otros. Los propietarios de fábricas con entornos de servicio exigentes podrían considerar la especificación de un conjunto determinado de criterios de rugosidad superficial (más allá de la profundidad estándar entre pico y valle), que podría traducirse en un mayor rendimiento y costos reducidos en el ciclo vital. Los fabricantes de revestimientos también podrían considerar estos requisitos para mejorar el rendimiento y la vida útil de los revestimientos que producen. (Ver la figura 1.)

Debido a que la industria reconoció la importancia de las características de rugosidad de la superficie (más allá de la profundidad media del perfil superficial), se volvió evidente que había la necesidad de contar con un procedimiento estándar para adquirir los datos de rugosidad de la superficie. Gracias a las actividades del Subcomité D01.46, en el 2005 se publicó D 7127, Método de Prueba para la Medición de la Rugosidad de la Superficie de Superficies de Metal Limpiadas con Chorro Abrasivo Usando un Instrumento de Lápiz Portátil (Test Method for Measurement of Surface Roughness of Abrasive Blast Cleaned Metal Surfaces Using a Portable Stylus Instrument). La norma describe los procedimientos para usar y verificar la precisión de los instrumentos tipo lápiz portátil para obtener los datos de caracterización de la superficie y le ofrece al usuario una guía sobre el significado de los datos una vez generados.

Naturalmente, también se tiene que evaluar la habilidad de generar datos fiables entre usuarios que utilizan diferentes instrumentos, así como la habilidad de que un usuario genere datos repetibles usando un solo instrumento. Para ese fin se tiene prevista una iniciativa entre laboratorios que generará declaraciones de precisión y sesgo para D 7127.

Medición del perfil de la superficie de acero limpiado a presión con abrasivo

Por mucho tiempo ASTM D 4417 ha sido reconocida como la norma del rubro para la medición del perfil superficial de superficies de acero limpiadas con chorro abrasivo. Este método abarca solamente una característica de la superficie: profundidad media entre pico y valle. Este método describe tres procedimientos diferentes para cuantificar el perfil de la superficie, entre ellos comparadores visuales (método A), micrómetros de profundidad (método B) y cinta de réplica (método C). NACE International también publica una Práctica recomendada,2 que contempla la cinta de réplica.

El método A (comparador visual) incorpora un magnificador de 5X o 10X y discos segmentados que contienen diferentes grados de rugosidad superficial (expresada en mils) generada por diferentes tipos de medios abrasivos (arena, limaduras/escorias y perdigones). Se selecciona un disco segmentado que coincide con el tipo de abrasivo empleado, luego se examina bajo una linterna con aumento; se registran los segmentos que ilustran la rugosidad de la superficie limpiada a presión. (Ver la figura 2.)

El método B (micrómetro de profundidad) incorpora un micrómetro especial con resorte de tensión que tiene una base de 2.5 cm de diámetro y una aguja de punta muy fina en forma de cono que sale del centro de la base. Con la base del micrómetro sobre los picos de la superficie del perfil y la aguja insertada hasta el fondo de un valle del perfil, se lee la distancia indicada en el medidor (en mils o en micrómetros). (Ver la figura 3.) El método C (cinta de réplica) utiliza una cinta sensible a la presión (contiene una espuma comprimible sobre un forro de poliéster) para replicar el patrón de valles y picos generado por el proceso de limpieza a presión. El patrón de la rugosidad de la superficie se replica bruñendo la cinta, con lo que se introduce la espuma comprimible en la rugosidad de la superficie. Una vez que se haya replicado en la cinta el perfil de la superficie, la cinta se retira de la superficie y se coloca en un micrómetro especial con resorte de tensión. La carátula del micrómetro indica la profundidad media del perfil de la superficie (en mils o micras), previo ajuste del micrómetro según el grueso del forro de poliéster. (Ver las figuras 4, 5 y 6.)

Hay una variedad de cintas de réplica que se pueden usar para el método C. La cinta se selecciona según la profundidad del perfil de la superficie prevista (o especificada). La cinta de réplica gruesa se usa para medir la rugosidad efectiva de las superficies que tienen un perfil entre 0.8 y mils (20 a 50 micrómetros). La cinta de réplica de calidad para pintura se usa para medir superficies que tienen un perfil de 1.3 a 3.3 mils (33 a 84 micrómetros) y x-gruesa se usa para medir superficies cuyo perfil es de 1.5 a 4.5 mils (38 a 114 micrómetros). También hay cinta de réplica para medir la rugosidades superiores a 4.5 mils (x-gruesa plus) pero no se contempla en la norma. (Ver la figura 7.)

Se llevó a cabo una iniciativa de investigación entre laboratorios en la cinta de réplica de calidad para pintura hace unos años y se está planificando un estudio entre laboratorios de cita gruesa y x-gruesa (está previsto para principios del 2007). También se están haciendo revisiones al método de prueba.

Resistencia adhesiva de los revestimientos

La adhesión de un revestimiento protectivo es un atributo crítico relacionado con el rendimiento. D 4541, Método de Prueba para la Resistencia al Desprendimiento de los Revestimientos Utilizando Probadores de Adhesión Portátiles (Test Method for Pull-off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers) se creó con el fin de evaluar de manera uniforme la adhesión en el laboratorio, el taller o el campo. La prueba consiste en fijar un probador de carga a la superficie del revestimiento con un adhesivo. Se fija un aparato al probador y se alinea de manera que se pueda tirar de él perpendicularmente. La fuerza se aumenta gradualmente hasta que se desprende el probador El usuario reporta la resistencia al desprendimiento (en psi o MPa) y la ubicación de la rotura en el sistema de revestimiento, por ejemplo, adhesivo entre imprimador y sustrato, adhesivo entre otras capas, cohesivo dentro una determinada capa de revestimiento, etc. Si bien este método maximiza la resistencia a la tensión sobre un revestimiento, los métodos de prueba de ASTM evalúan esfuerzo cortante, como la prueba de adhesión de cinta (descrita en ASTM D 3359, Métodos de Prueba para Medir la Adhesión por Prueba de Cinta). El método de desprendimiento en su forma actual no distingue entre pruebas sobre sustratos de acero o concreto.

El método de desprendimiento es utilizado ampliamente por fabricantes, especificadores, inspectores y especialistas en revestimientos. Algunos fabricantes de revestimientos reportan la resistencia al desprendimiento en las monografías de sus productos y algunos especificadores requieren una resistencia de desprendimiento mínima para calificar revestimientos. Las pruebas de resistencia al desprendimiento también suelen requerirse como parte de la ejecución de proyectos y las pueden llevar a cabo los inspectores. Los especialistas en revestimientos pueden utilizar el método para evaluar las características de adhesión de un revestimiento existente durante una inspección del estado de un revestimiento o en una investigación de falla.

La versión más actual de D 4541 dispone el uso de cualquiera de cinco instrumentos para evaluar la resistencia al desprendimiento, dos de los cuales son de alineación fija y tres que se alinean automáticamente. Los datos publicados en el Apéndice X1 de la norma (generado por una iniciativa de investigación entre laboratorios) revela diferentes resistencias al desprendimiento en cuatro muestras usando los diferentes probadores (en aquel entonces sólo se incluían en la investigación cuatro de los cinco probadores de la norma actual). Como lo confirma un informe de investigación presentado en el congreso nacional SSPC 2001,3 los valores de adhesión generados por los diferentes dispositivos de prueba pueden variar considerablemente. Como resultado, lo que parece ser un requisito de especificación directo (por ejemplo, “La adhesión del sistema de revestimiento deberá medirse de conformidad con ASTM D 4541 para confirmar que se haya logrado un mínimo de 400 psi”) podría dar lugar a controversia en el momento de su evaluación ya que muchas especificaciones no aclaran el tipo de probador de adhesión que se debe utilizar. En este caso el requisito mínimo de adhesión se vuelve variable. Además, cuando se generan datos usando diferentes tipos de probadores de desprendimiento, resulta difícil comparar las características de adhesión dentro de una categoría genérica de revestimientos o comprar la calidad de adhesión de diferentes sistemas de revestimiento. (Ver las figuras 8, 9, 10, 11, 12.)

En el 2005 se ideó un plan para llevar a cabo un estudio entre laboratorios muy completo con seis revestimientos, seis laboratorios y cinco tipos de equipo para pruebas de adhesión. El estudio se llevó a cabo en el 2006 y está casi completo. Los resultados del estudio entre laboratorios y el contenido del informe de la investigación se evaluarán a principios del 2007. Los datos revelarán las variaciones en probadores y operadores y se usarán para formular nuevas declaraciones de precisión y sesgo. La norma completa está bajo revisión e incluirá (entre otros cambios) procedimientos de operación más específicos para los diferentes equipos de prueba.

Resistencia adhesiva de revestimientos sobre concreto

Como se expresó más arriba, la versión original de D 4541 publicada en 1995 no distinguía entre la resistencia al desprendimiento de revestimientos aplicados a superficies de acero o de concreto. Si bien el método de prueba ha sido diseñado con el fin de cuantificar la resistencia de la adhesión del sistema de revestimiento aplicado, no se puede pasar por alto el sustrato que se encuentra debajo del revestimiento. El acero es un sustrato bastante homogéneo y su resistencia a la tracción no varía entre un sitio de prueba y otro. Además, la resistencia a la tracción del acero supera por mucho la resistencia a la tracción de un revestimiento industrial protector. La resistencia a la tensión inherente del sistema de revestimiento cedería a los rigores de la prueba de desprendimiento mucho antes que el acero.

Por otra parte, el concreto es un sustrato heterogéneo. El concreto de cemento Pórtland es una mezcla de agregado y pasta de cemento. Si bien el concreto posee una altísima resistencia a la compresión (que a menudo supera 28 MPa (4000 psi)), la resistencia a la tensión inherente es tan sólo de aproximadamente 2.1 MPa (300 psi), lo cual es menos que la resistencia a la tensión de la mayoría de los revestimientos. Como resultado, hay diferencias en los procedimientos de prueba que deben tenerse en cuenta cuando se evalúan revestimientos aplicados a concreto a diferencia de revestimientos aplicados a acero. Estos incluyen el tamaño del probador de carga y el cortado del revestimiento (según el grueso inherente) antes de fijar el probador de carga. La resistencia al desprendimiento mínima especificada también se debe considerar atentamente. Por ejemplo, exigir una resistencia al desprendimiento de 5.2 MPa (750 psi) de un revestimiento para concreto podría carecer de significado, ya que la resistencia a la tensión del concreto probablemente cedería a presiones de desprendimiento entre 2.1 y 2.8 MPa (300 y 400 psi).

Tamaño de la superficie de contacto del probador de carga

Cuando se utiliza un probador de carga con un área de contacto pequeña, la resistencia al desprendimiento podría verse considerablemente influenciada por la composición de la superficie del concreto que está directamente debajo del probador. Por ejemplo, un probador fijado inadvertidamente sobre un pedazo grande de agregado en el concreto reducirá la tensión aplicada a la pasta de cemento (que es el constituyente más débil del concreto) y producirá un valor de tensión muy variable en resistencia al desprendimiento que supera la resistencia a la tensión inherente del concreto. Muchos fabricantes de equipo han creado probadores de carga más grandes (p. ej., de 50 mm de diámetro) para probar revestimientos aplicados a sustratos cementosos.

Rayado del revestimiento

Por mucho tiempo ha habido controversia sobre la práctica de rayar el revestimiento antes de fijar el probador de carga. En D 4541 dice que el rayado puede causar microagrietamiento en el revestimiento, lo cual puede causar una disminución en la resistencia al desprendimiento. La decisión de rayar o no rayar se ha dejado en manos de los interesados que requieren los ensayos y quienes los llevan a cabo. En general, si no se tocó en la especificación, entonces no se haría el rayado. Sin embargo, los revestimientos de película gruesa (es decir, de más de 500 micrómetros o 20 mils) como los que suelen aplicarse al concreto, se deben considerar de otra manera. Algunos de los revestimientos se aplican en espesores de hasta 3.2-6.4 mm (125-250 mils) y los valores de desprendimiento obtenidos pueden dar lugar a error debido a las propiedades de adhesión lateral del revestimiento (valores superiores obtenidos al tirar de un área del revestimiento más allá del área que está debajo del probador). De manera que lo más probable es que sea necesario rayar el sustrato en sistemas de película gruesa aplicados a concreto cuando se trata de determinar si el revestimiento está adherido firmemente al sustrato.

En respuesta a éste y otros problemas, el Subcomité D01.46 decidió preparar un método de ensayo estándar (aparte de D 4541) para probar la resistencia al desprendimiento de los revestimientos sobre concreto usando probadores de adhesión portátiles. La nueva norma, D 7234, Método de Prueba para la Resistencia al Desprendimiento de Adhesión de Revestimientos sobre Concreto Usado Probadores de Resistencia al Desprendimiento Portátiles (Test Method for Pull-Off Adhesion Strength of Coatings on Concrete Using Portable Pull-Off Adhesion Testers), se publicó en el 2005 pero sin declaraciones de precisión y sesgo. Los datos que apoyan dichas declaraciones se generarán mediante un estudio entre laboratorios que se tiene previsto para el 2007. Conceptualmente, el estudio incluirá dos tipos de concreto (normal y de alta resistencia), dos revestimientos (película gruesa con rayado y película delgada con rayado), cinco tipos de probadores de adhesión y hasta siete laboratorios. La información relacionada con los ensayos de la fuerza de separación de la adhesión de los revestimientos aplicados a superficies aparte del acero se eliminará de D 4541 durante las revisiones que también se tienen previstas para el 2007.

Extracción y análisis del cloruro superficial

La industria de los revestimientos protectivos desde hace mucho viene reconociendo las potenciales consecuencias de revestir sobre sales solubles (como el cloruro), en términos de la reducción en el rendimiento del revestimiento y el deterioro prematuro del sustrato de acero. La contaminación con cloruro es el resultado de la exposición a ambientes marinos o costeros, procesos químicos o exposición a materiales para deshelar (p. ej., en puentes y pasos a desnivel). Las sales solubles como el cloruro, al quedarse atrapadas debajo de un revestimiento recién aplicado, pueden atraer agua a través de la película del revestimiento (por el proceso conocido como osmosis) y causar que se produzcan burbujas y corrosión debajo del revestimiento. Dado que los productos de la corrosión se expanden a medida que se desplazan debajo de la película de revestimiento, el revestimiento podría despegarse, dejando el sustrato sin protección. Los niveles elevados de cloruro también pueden dar lugar la pérdida de sección y picado del sustrato de acero, ya que la contaminación por cloruro puede acelerar el proceso de corrosión.

La detección temprana y remoción de cantidades apreciables de contaminación superficial por cloruro antes de instalar el revestimiento puede prolongar la vida del servicio de un revestimiento, reduciendo la frecuencia de la pintura de mantenimiento y reduciendo los costos del ciclo productivo.

La evaluación de la presencia de cloruro en la superficie y la cuantificación de la concentración es esencial en este proceso. Sin contar con métodos fiables para extraer una muestra de la superficie y el análisis de la muestra recolectada, el grado y tipo de limpieza de la superficie que se requiere antes de instalar el revestimiento puede ser incierto.

ASTM WK3049, Proyecto de Práctica para Evaluar la Concentración de Cloruros Solubles en Sustratos Metálicos (Draft Practice for Assessing the Concentration of Soluble Chlorides on Metallic Substrates) proporciona los procedimientos para cuatro métodos de extracción de una muestra superficial, cuatro procedimientos para hacer el análisis de cloruros solubles en la muestra obtenida y un procedimiento para analizar sales disueltas totales (conductividad) en la muestra obtenida. Otras organizaciones del rubro (NACE International y la Society for Protective Coatings) en conjunto están creando un documento guía sobre los niveles aceptables de cloruro soluble superficial según el tipo de revestimiento y el entorno de servicio. (Ver las figuras 13, 14, 15.)

Se tiene previsto publicar el proyecto de norma en el 2006 como un método de prueba pero sin las declaraciones de precisión y sesgo. Actualmente se está creando un plan para un estudio entre laboratorios sobre los diferentes métodos utilizados para extraer y analizar las muestras, como se describe en el método.

Resistencia al graffiti

La resistencia de los revestimientos al graffiti y la posibilidad de eliminar el graffiti de las superficies revestidas es de interés para propietarios de edificios y otras estructuras, ya que los creadores de graffiti siguen desfigurando la propiedad pública y privada. En respuesta a una demanda cada vez mayor, se han creado y una variedad de revestimientos que dicen ser resistentes al graffiti o que se prestan para que el graffiti se les pueda quitar fácilmente. Los fabricantes de revestimientos necesitan un método de prueba normalizado para demostrar que sus productos funcionan y los propietarios necesitan un método que se pueda usar para seleccionar productos.

ASTM D 6578, Práctica para la Determinación de Resistencia al Graffiti (Practice for Determination of Graffiti Resistance), fue creada por D01.46 en el 2000 para responder a esas necesidades. La práctica identificó cuatro materiales que suelen usarse para pintar graffiti, cinco limpiadores y hasta dos métodos de limpieza (manual o automatizada). Los limpiadores se usan en un orden determinado de potencia cada vez mayor para determinar cuál puede eliminar el graffiti, con límites en la reducción del brillo y decoloración del revestimiento afectado. Los ensayos se hacen sobre superficies lisas y no han sido diseñados con el fin de abarcar superficies rugosas o porosas, como los bloques de concreto o los tabiques, los cuales serían mucho más difíciles de limpiar sin herramientas y métodos especiales.

Los fabricantes de revestimientos y otros de la comunidad de usuarios indicaron que la práctica era engorrosa y ocupaba mucho tiempo y que muy pocas veces los propietarios de un edificio requerían el nivel de ensayo dictado por la norma. Como resultado, en el 2004 se inició una revisión importante a la norma que aún continúa. El subcomité está considerando muchas revisiones. Algunas de las principales incluyen:
1. La eliminación del método automatizado (probador de limpiabilidad) de la limpieza de graffiti.
2. Un total de siete posibles materiales de limpieza en lugar de cinco.
3. Ajuste en la máxima diferencia de color (de la superficie pintada original) después de haber quitado el graffiti de ∆E1 a ∆E2, lo cual significa una ligera reducción en la cantidad de diferencia de color en el revestimiento causada por las actividades de limpieza.
4. Evaluación de la resistencia al graffiti sobre el revestimiento recién aplicado así como sobre un revestimiento que haya sido artificialmente desgastado en el laboratorio.
Como se ilustra en este artículo, la dedicación de los dirigentes así como la participación de los miembros de los comités y el estudio entre laboratorios, y los conocimientos y experiencia de quienes trabajan en los grupos de misión especial, le permite al Subcomité D01.46 sobrellevar de una manera eficaz y eficiente una carga completa de normas nuevas y existentes en apoyo de la industria de los revestimientos protectores industriales. //

Referencias
1 Roper, Hugh J.; Brandon, Joseph H; Weaver, Raymond E.F.; The Effect of Peak Count or Surface Roughness on Coating Performance, Journal of Protective Coatings and Linings, Vol. 22, No. 6
Roper, Hugh J.; Brandon, Joseph H; Weaver, Raymond E.F.; Peak Performance from Abrasives, Journal of Protective Coatings and Linings, Vol. 23, No. 6
2 NACE Standard RP0287, “Field Measurement of Surface Profile of Abrasive Blast Cleaned Steel Surfaces Using a Replica Tape”
3 Corbett, William D.; Tensile (Pull-off) Adhesion: Specifying the Test? Specify the Test Instrument! Actas del Congreso Nacional SSPC 2001

[captions]
Figura 1 — Microfotografía de una superficie limpiada a presión
Figura 2 — Evaluación del perfil de la superficie usando e método A de ASTM
D 4417 (comparador visual)
Figura 3 — Medición del perfil de la superficie usando el método B de ASTN D 4417 (micrómetro de profundidad)
Figura 4 — Equipo para medir la profundidad del perfil de la superficie usando el método C de ASTM 4417 (cinta de réplica)
Figura 5 — Generación de una imagen del perfil de la superficie usando cinta de réplica (ASTM D 4417, método C)
Figura 6 — Medición del perfil de la superficie replicada usando un micrómetro con resorte
Figura 7 — Cinta de réplica utilizada para medir la profundidad del perfil de la superficie usando el método C de ASTM D 4417
Figura 8 —
Probador de resistencia adhesiva con alineación fija tipo II descrito en el anexo A2 de ASTM D 4541
Figura 9 — Probador hidráulico de resistencia adhesiva con alineación automática tipo III descrito en el anexo A3 de ASTM D 4541
Figura 10 — Probador neumático de resistencia adhesiva con alineación automática tipo IV descrito en el anexo A4 de ASTM D 4541
Figura 11 — Probador hidráulico de resistencia adhesiva con alineación automática tipo descrito en el anexo A5 de ASTM D 4541
Figura 12 — Probador hidráulico de resistencia adhesiva de alineación automática
Figura 13 — Obtención de muestras de superficie para la detección de sales solubles usando un parche de látex
Figura 14 — Medidor de conductividad portátil para medir la contaminación iónica soluble en agua
Figura 15 — Depósito de la muestra en la lengüeta del medidor de conductividad portátil
Figura 16 — El Subcomité D01.46 crea normas para la resistencia al graffiti.

William Corbett es el gerente de servicios técnicos de KTA-Tator, Inc., una firma de ingeniería con oficinas generales en Pittsburgh que se especializa en revestimientos de protección y forros.
Copyright 2006, ASTM International