Il degrado del calcestruzzo armato Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Il degrado del calcestruzzo armato Il degrado delle strutture in calcestruzzo armato può essere ricondotto a fenomeni “naturali” e comunque lenti nel tempo: la corrosione delle armature metalliche; l’attacco solfatico della matrice cementizia; la reazione alcali-silice che coinvolge gli aggregati; la formazione di ghiaccio che riguarda la matrice cementizia e gli aggregati; il dilavamento della superficie del calcestruzzo da parte di acque acide.

La corrosione delle armature metalliche Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli La corrosione delle armature metalliche 2Fe (OH)2 (ruggine) 2Fe + O2 + 2H2O aumento di volume Il processo è alimentato dalla presenza di aria umida che contiene gli ingredienti necessari alla corrosione (O2, H2O). Tuttavia il processo corrosivo deve essere “attivato” da uno dei seguenti meccanismi: carbonatazione del calcestruzzo, diffusione di cloruri.         

Film protettivo passivante O2/H2O Aria Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli In soluzioni alcaline con pH>11,5 e in assenza di cloruri, il ferro si ricopre di un sottilissimo film di ossido. In queste condizioni che sono dette di passività, la velocità di corrosione è praticamente nulla. Un calcestruzzo correttamente confezionato e messo in opera si comporta come una soluzione alcalina e quindi passiva perfettamente le armature (soluzione nei pori ha un pH compreso tra 13 e 14). Ferro pH≥13 Copriferro Calcestruzzo Film protettivo passivante O2/H2O Aria

Depassivazione La carbonatazione + CO2 Ca(OH)2 CaCO3 + H2O pH < 11 Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli La carbonatazione Tuttavia il calcestruzzo può perdere nel tempo le sue caratteristiche protettive. La sua alcalinità può venire progressivamente neutralizzata ad opera dell’anidride carbonica proveniente dall’ambiente esterno, per cui il calcestruzzo passa da pH>13 a pH<9. + CO2 Ca(OH)2 (calce) CaCO3 + H2O (carbonato) (anidride carbonica) pH < 11 Depassivazione

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Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Conseguenze strutturali della corrosione delle armature delle opere in calcestruzzo         

La velocità con cui il fronte della carbonatazione Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli La velocità con cui il fronte della carbonatazione avanza nel copriferro segue una legge del tipo:         

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La corrosione delle armature metalliche Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli La corrosione delle armature metalliche Lo spessore carbonatato X è determinabile spruzzando una soluzione di fenolftaleina (che assume colore grigio se il pH è sotto 11) sulla superficie di frattura del provino, e registrando la variazione di colore. pH < 11 (carbonatato) pH > 13         

Penetrazione di cloruri Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Penetrazione di cloruri Depassivazione delle armature Corrosione in presenza di O2 ed H2O

Corrosione dei ferri promossa dalla presenza Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli          Corrosione dei ferri promossa dalla presenza di cloruri in acqua di mare

Corrosione dei ferri promossa dalla presenza Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli          Corrosione dei ferri promossa dalla presenza di cloruri in acqua di mare

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Calcestruzzo esposto al test colorimetrico con fluoresceina e nitrato di argento: la parte in rosa chiaro è stata penetrata dal cloruro, quella più scura è priva di cloruro.

Attacco solfatico Ca(OH)2 CaSO4•2H2O gesso + SO4-- Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Attacco solfatico Ca(OH)2 CaSO4•2H2O gesso + SO4--         

Attacco solfatico In acqua In acqua solfatica Ettringite Thaumasite Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Attacco solfatico Ettringite Thaumasite In acqua In acqua solfatica

Attacco solfatico aumento di volume C-A-H + CaSO4•2H2O + H2O Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Attacco solfatico aumento di volume C-A-H + CaSO4•2H2O + H2O C3A • 3CaSO4 • 32H2O Ettringite disgregazione C-S-H + CaCO3 + CaSO4•2H2O + H2O CaSiO3•CaSO4•CaCO3•15H2O Thaumasite

Reazioni alcali-aggregati Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Reazioni alcali-aggregati

Reazioni alcali-aggregati Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Reazioni alcali-aggregati         

Reazioni alcali-aggregati Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Reazioni alcali-aggregati         

Degrado di un'opera stradale per effetto dei cicli di gelo-disgelo. Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Cicli gelo-disgelo Il degrado provocato dal gelo è connesso con la formazione del ghiaccio, e più esattamente dall’aumento del volume (9%) che accompagna tale processo. Degrado di un'opera stradale per effetto dei cicli di gelo-disgelo.

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Cicli gelo-disgelo I cicli gelo-disgelo possono arrecare un danno al cls solo se è presente l’acqua all’interno dei pori della matrice cementizia o di quelli dell’aggregato lapideo. Il calcestruzzo non si danneggia anche se possiede un certo grado di saturazione (Vacqua/Vpori), purché questo sia inferiore ad una determinata soglia definita “saturazione critica”.

Matrice cementizia nella quale sono disperse microbolle d'aria. Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Cicli gelo-disgelo Matrice cementizia nella quale sono disperse microbolle d'aria.

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Resistenza caratteristica in funzione del rapporto acqua/cemento di calcestruzzi con e senza aria inglobata.