Dai cicli di gelo e disgelo alla carbonatazione, ecco quali sono le principali cause di degrado del calcestruzzo
Le strutture in calcestruzzo, siano esse pareti, frontalini, parepetti, setti, travi o pilastri, devono essere sottoposte periodicamente a manutenzione perché soggette a degrado. Le cause sono molteplici e tutte possono contribuire a comprometterne la durabilità e la funzionalità.
Il degrado del calcestruzzo è un fenomeno progressivo e inevitabile che rende necessari interventi di ripristino corticale per ricostruire le parti ammalorate, eliminare le fessurazioni e proteggere le strutture sottostanti dalla penetrazione di sostanze in grado di corrodere i ferri d'armatura.
In questo articolo individueremo innanzitutto le principali cause di degrado del calcestruzzo, per poi approfondire in particolare due problematiche frequenti: la carbonatazione e i casi di ammaloramento dovuti all'aggressione dei cloruri. Nei prossimi appuntamenti invece approfondiremo come eseguire un intervento di ripristino corticale.
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Le cause del degrado del calcestruzzo
I fattori che possono provocare il degrado del calcestruzzo sono, come detto inizialmente, di diversa natura ma possono essere comunque ricondotti a tre categorie:
- cause fisiche;
- cause chimiche;
- cause meccaniche.
Tra le cause fisiche possiamo individuare per esempio gli effetti dell'inquinamento atmosferico, le piogge acide e i cicli di gelo e disgelo dell'acqua presente all'interno delle porosità della matrice cementizia. In quest'ultimo caso il ghiaccio provoca uno stato tensionale che, con il trascorrere del tempo, provoca distacchi superficiali e fessurazioni.
Per quanto riguarda le cause di natura chimica di degrado del calcestruzzo, due fattori molto frequenti sono la carbonatazione e gli attacchi dei cloruri. Il primo fenomeno è causato dal discioglimento nell'acqua dell'anidride carbonica; il secondo da quello dei sali. Su entrambi torneremo nei prossimi paragrafo.
Sul degrado progressivo del calcestruzzo possono incidere anche la scarsa qualità dei materiali costitutivi impiegati in fase costruttiva e i possibili errori compiuti in fase di posa in opera, senza considerare cause meccaniche come gli urti e gli incendi. Quest'ultimi sono più rari rispetto ai casi sopra menzionati ma comunque possibili.
Tra le altre cause di tipo meccanico, nel caso delle infrastrutture, possiamo citare anche i carichi e le sollecitazioni provocati dal traffico e dal transito continuo dei mezzi a cui sono sottoposti costantemente ponti, viadotti, stazioni, gallerie e tunnel metropolitani.
La carbonatazione
La carbonatazione è il processo chimico che si attiva quando l'anidride carbonica (per meglio dire il diossido di carbonio) presente per natura nell'aria entra in contatto con il calcestruzzo modificando le proprietà alcaline del conglomerato.
Il calcestruzzo è caratterizzato da un ambiente di tipo basico (ha infatti un PH > 13) che è favorevole alla conservazione delle armature metalliche: in queste condizioni infatti si forma un film protettivo sui ferri che ne impedisce la corrosione. Quando però l’anidride carbonica attraverso i pori del calcestruzzo riesce a penetrarvi, si genera una riduzione del PH come conseguenza della carbonatazione ossia della trasformazione dell’idrossido di calcio in carbonato di calcio.
Questa reazione chimica, riducendo l'alcalinità del calcestruzzo, va a eliminare il film passivante che protegge le armature. La penetrazione all’interno delle strutture di acqua, aria e umidità comporta quindi il degrado dei ferri. Questi, ossidandosi, aumentano il proprio volume, fessurando inizialmente il calcestruzzo e comportando poi in un secondo momento l’espulsione del copriferro.
Le armature non più protette da uno spessore di calcestruzzo diventano quindi soggette agli agenti atmosferici che, giorno dopo giorno, vanno a compromettere le caratteristiche meccaniche della struttura.
L'attacco dei cloruri
In maniera analoga a quanto detto sugli effetti della carbonatazione, lo stesso avviene per l'aggressione dei cloruri. Questi, penetrando all’interno della struttura in calcestruzzo, raggiungono i ferri d’armatura ed eliminano il film protettivo che ricopre i ferri d'armatura. Anche in questo caso, gli stessi, non più protetti, sono destinati a ossidarsi e a espellere il copriferro.
Il calcestruzzo soggetto a questo tipo di degrado è in particolare quello tipico delle strutture che si trovano in prossimità di zone costiere o a contatto diretto con le acque marine oppure, ancora, delle infrastrutture su cui vengono cosparsi i sali disgelanti durante la stagione invernale.
L'analisi del degrado del calcestruzzo
Per determinare la profondità di carbonatazione e il livello di attacco dei cloruri è necessario effettuare dei test colorimetrici. Questi test, utilizzando un indicatore in forma di soluzione da cospargere sul campione di calcestruzzo da esaminare, permettono di determinare lo spessore danneggiato.
Per la carbonatazione si impiega una soluzione incolore a base di fenolftalina applicata sulla carota di calcestruzzo estratta dalla struttura da riparare. Il conglomerato a contatto con la fenolftalina assume di conseguenza due diverse colorazioni: può divenire rosa-magenta se è sano oppure può rimanere grigio e quindi non cambiare colore se è carbonatato. Da ciò ne deriva che la parte grigia indicherà lo spessore da rimuovere nella struttura prima di eseguire l'intervento di ripristino del calcestruzzo.
Per l'aggressione dei cloruri si applica invece un indicatore a base di fluoresceina e nitrato d'argento che, reagendo con il calcestruzzo, lo fa colorare di nero se è sano oppure di un colore chiaro, tendente al rosa, se degradato.
Una volta determinato lo spessore di calcestruzzo ammalorato si potrà quindi procedere alla sua rimozione e alla realizzazione del ciclo di ripristino prescelto.
Assistenza tecnica e progettuale: ci pensa Kimia
In questo articolo abbiamo visto quali sono le principali cause del degrado del calcestruzzo, soffermandoci in particolare sulla carbonatazione e sull'aggressione dei cloruri. Nei prossimi articoli approfondiremo invece le fasi operative da seguire per effettuare corretto intervento di ripristino del calcestruzzo ammalorato.
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Ing. Stefano Agnetti, Responsabile Ufficio Tecnico Kimia
Ingegnere civile laureato a Perugia nel 2010 e PhD in ingegneria civile e materiali innovativi. In Kimia mi occupo di restauro e recupero edilizio. Mi piace viaggiare, sperimentare in cucina e sono un amante degli animali. Questo è il mio profilo Linkedin