Il degrado del calcestruzzo

Il degrado del calcestruzzo armato Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali 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 Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali 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.         

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali 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 Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali 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

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Evoluzione nel tempo del degrado per corrosione di una struttura in c.a. Periodo di propagazione: inizia quando l’armatura è depassivata e termina nel momento in cui viene raggiunto lo stato limite. Tempo di innesco: il tempo necessario affinché la profondità di carbonatazione eguagli lo spessore del copriferro.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Conseguenze strutturali della corrosione delle armature delle opere in calcestruzzo         

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali La cinetica del processo di corrosione La velocità con cui il fronte della carbonatazione avanza nel copriferro segue una legge del tipo:         

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali         

Valutazione della carbonatazione Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Valutazione della carbonatazione 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         

Corrosione in presenza Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Penetrazione di cloruri Depassivazione delle armature Corrosione in presenza di O2 ed H2O

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali          Corrosione dei ferri promossa dalla presenza di cloruri in acqua di mare

Valutazione della carbonatazione Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Valutazione della carbonatazione 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-- In acqua Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Attacco solfatico Ca(OH)2 CaSO4•2H2O gesso + SO4-- Ettringite Thaumasite In acqua In acqua solfatica         

Reazioni alcali-aggregati Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Reazioni alcali-aggregati

Effetti delle reazioni alcali-aggregati Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Effetti delle reazioni alcali-aggregati         

Degrado di un'opera stradale per effetto dei cicli di gelo-disgelo. Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali 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.

Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali 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”.

Un rimedio…. Materiali e Tecniche per la Tutela dei Beni Culturali Calcestruzzi areati