Appunti Struttura, proprietà e applicazioni dei materiali (seconda parte)

DEGRADO DEL CALCESTRUZZO E DEL CALCESTRUZZO ARMATO. PREVENZIONE. MIX DESIGN 108

Oggi non ci accontentiamo di un calcestruzzo che soddisfa unicamente dei requisiti meccanici, come

si faceva in passato. Il calcestruzzo era solo una classe di resistenza, anche perché in passato non si

sapeva che era un materiale soggetto a degrado. Si pensava fosse un materiale eterno e che non

necessitasse alcun tipo di manutenzione.

Oggi non possiamo più permetterci di fare questo errore e anche dal punto di vista delle prestazioni

che richiediamo, non chiediamo più solo resistenza ma anche qualcosa di più (resistenza anche ad

esempio a certi fenomeni di degrado).

Quali sono questi?

Degrado del calcestruzzo e del calcestruzzo armato

Calcestruzzo non materiale eterno, non pietra liquida che era stata ipotizzata all’inizio, ma è un

materiale che interagisce con l’ambiente in cui si trova e quindi può cambiare le sue proprietà.

Il calcestruzzo può subire due tipi di degrado:

Il primo riguarda il calcestruzzo di per sé, anche se non contiene armature

- L'altro riguarda la corrosione delle armature

-

Le due frecce ci dicono che possono interagire tra di loro, se ci sono entrambi danno luogo a un

fenomeno sinergico.

Fattori di degrado del calcestruzzo:

Cause fisiche: gelo-disgelo, altre variazioni più drastiche di temperatura come l’incendio

- Fattori biologici: fouling, sono microrganismi presenti per lo più in ambiente marino, che

- possono interagire con la pasta cementizia e danneggiarla

Cause di tipo meccanico-strutturale: sovraccarichi, abrasione. In genere queste non sono a

- rigore fenomeni di degrado, dato che degrado è fenomeno lento. Li accumuniamo però agli

altri perché provocano un danneggiamento del materiale, un decadimento delle sue proprietà

--> richiede un intervento (di ripristino, riparazione o sostituzione)

Fattori chimici: specifici fenomeni di degrado, reazioni specifiche tra sostanze presenti

- nell’ambiente e alcuni componenti della pasta cementizia o degli aggregati che costituiscono

il calcestruzzo

Corrosione che riguarda le armature. Esse, almeno inizialmente, nel calcestruzzo ci stanno benissimo,

non si corrodono, connubio perfetto. Questo connubio però nel tempo purtroppo può venire meno e

quindi ci può essere qualcosa che fa innescare la corrosione delle armature.

Ci sono diversi fattori che provocano la perdita di questa protezione. I due più importanti sono:

Carbonatazione: avviene in tutte le atmosfere, riguarda tutte le strutture con una parte

- esposta all’aria

Cloruri: ambienti che li contengono, quindi marini o quelli dove vengono usati sali antigelo

-

Degrado del calcestruzzo

Per ogni meccanismo: come avviene, in cosa consiste, fattori principali che lo determinano, come

prevenirlo.

Tutti questi causano decadimento del calcestruzzo. Se vogliamo che la nostra struttura e materiale

siano durevoli, dovremo limitare questi fenomeni di degrado. 109

Gelo-disgelo

Fenomeno per cui quando l’acqua contenuta nei pori del calcestruzzo congela, aumentando di volume

(esempi di azione espansiva), genera degli sforzi che danneggiano il materiale (principalmente la pasta

cementizia). Questo si verifica specialmente negli ambienti montani nel nostro paese. Necessario che

ci siano cicli ripetuti per un numero elevato di volte.

In questo caso cosa possiamo fare per contrastare questo fenomeno? Avere un materiale poco

poroso, quindi ridurre il rapporto a/c e curare la stagionatura.

La temperatura di congelamento nei pori è < rispetto agli 0° che abbiamo per l’acqua massiva, per un

effetto di interazione superficiale: al diminuire della dimensione dei pori la T di congelamento diventa

sempre più piccola. Non basta quindi arrivare a zero, ma bisogna andare a –10/-15/-20, temperature

più basse in base a quanto piccoli sono i pori.

Se possibile, dobbiamo ridurre il contenuto d’acqua. In genere però questo non si può fare.

Per conferire resistenza a questo tipo di degrado è opportuno usare gli additivi aeranti, che formano

bolle che rappresentano vie di sfogo per l’acqua che sta congelando e quindi evitano che si formi

quella pressione legata all’aumento di volume, che è la principale responsabile dei danneggiamenti

alla pasta cementizia.

Attacco acido e dilavamento

Il calcestruzzo, come tutti i materiali cementizi, è un materiale alcalino. Quanto tale, non sopporta

bene il contatto con ambienti acidi o con acque molto pure.

In queste condizioni, soprattutto quando la soluzione acida oppure l’acqua pura viene continuamente

rinnovata (è il caso delle acque piovane, che sono leggermente acide ma continuamente rinnovate), i

costituenti alcalini della pasta cementizia (prima idrossido di calcio e poi anche il gel C-S-H), si

sciolgono, passano in soluzione e vengono dilavati.

Per aumentare resistenza a questo tipo di attacco dobbiamo avere materiale molto compatto: ridurre

rapporto a/c, curare la stagionatura, evitare contatto con acque aggressive se possibile.

In genere questo tipo di attacco si manifesta con una progressiva perdita di materiale a partire dalla

superficie, che è l’elemento più esposto all’ambiente aggressivo.

Esempio: 110

Muratura, la malta che c’era è stata dilavata e infatti non c’è

più. I materiali lapidei invece, più resistenti a questo attacco,

sono rimasti lì.

È un fenomeno che può essere mantenuto sotto controllo

attraverso la scelta di una composizione adeguata e una messa

in opera attenta.

Reazioni alcali-aggregati (Alkali Silica Reaction, ASR)

Reazione tra gli aggregati e gli alcali, contenuti nella pasta cementizia.

In questo caso è una reazione interna al materiale. C'è effetto dell’ambiente (c’è sempre, per effetto

dell’umidità), ma gli ingredienti che servono per dar luogo a questa reazione, sono già contenuti nel

materiale.

Succede che alcuni aggregati molto specifici (aggregati reattivi) possono reagire con la pasta

cementizia, per formare un gel di silicati che in presenza di acqua la assorbe, aumenta volume, genera

effetti espansivi che danneggiano il materiale. Questo avviene attraverso:

Map cracking: distribuite

- Pop out: fenomeno più localizzato, c’è un aggregato grosso vicino alla superficie. Si verifica

- l’espulsione di un frammento di calcestruzzo. È un fenomeno di degrado molto insidioso e

difficilmente prevedibile

Ci sono delle zone dove gli aggregati sono reattivi: sono aggregati silicei ma la silice deve essere amorfa

(le sabbie silicee che si usano non danno luogo a questo attacco) e deve avere una forma particolare.

Quando questo si verifica, allora le conseguenze possono essere molto serie.

In questo caso la migliore prevenzione sarebbe di evitare di usare aggregati reattivi. Ci sono prove

specifiche che si fanno per escludere questa eventualità. Non si può però escludere completamente

la presenza di una piccola frazione di aggregato reattivo, che può comunque dare delle conseguenze

negative.

Allora cosa si fa? Si limita l’altro ingrediente: l’alcalinità. Ridurre gli alcali nel cemento. Ci sono cementi

a basso tenore di alcali; oppure mettere meno cemento: più aggregato e meno cemento in modo da

ridurre complessivamente l’alcalinità + se possibile controllare l’umidità (ruolo importante: in alcuni

casi scatena il degrado, in altri ne consente la propagazione).

Se il materiale rimane asciutto, gli aggregati reattivi possono stare in contatto con la pasta cementizia

senza dare luogo a nessun tipo di fenomeno di degrado. Il problema è se c’è l’umidità, che viene

assorbita e genera questo effetto espansivo. Una volta che si verifica è molto difficile interrompere la

sua propagazione. Spesso si arriva alla demolizione e alla ricostruzione.

Attacco solfatico

I solfati non vanno molto d’accordo con i materiali cementizi. All'inizio un po’ ce ne dobbiamo mettere

perché funziono da regolatori di presa, ma poi successivamente è meglio tenerli separati. 111

In presenza di umidità i solfati con i materiali cementizi non vanno molto d’accordo.

È un fenomeno che avviene in diversi livelli. Inizialmente i solfati agiscono con la portlandite per

formare gesso (solfato di calcio). In una fase un po’ più avanzata, reagiscono con gli illuminati per

formare ettringite.

Entrambe queste reazioni generano effetti espansivi che danneggiano la pasta cementizia. Anche in

questo caso si verifica questo fenomeno attraverso lo sbriciolamento della pasta cementizia.

Canale che conteneva acque ricche di solfati. La superficie a

contatto con quest’acqua si è sbriciolata, perché inizialmente si

fessura, poi si danneggia e poi c’è stato l’effetto dell’acqua che ha

asportato questo materiale.

In questo caso i solfati per dare luogo a questo tipo di attacco devono entrare nel materiale e agire

con esso. In questo caso vengono effettivamente dall’ambiente esterno e se vogliamo aumentare la

resistenza a questo tipo di attacco, sapendo che il materiale andrà a operare in un ambiente ricco di

solfati: dovremo ridurre la sua permeabilità (non solo riducendo rapporto a/c ma scegliendo anche

- cementi di miscela, che spesso riducono la quantità di idrossido di calcio presente e quindi

rendono il materiale più resistente a questo tipo di attacco)

oppure possiamo scegliere cementi resistenti a solfati: basso contenuto di C A. A diversi livelli

- 3

ci sono dei cementi che non contengono proprio alluminato tricalcico. Esso è il costituente più

reattivo nei confronti dei solfati, quindi se lo togliamo rendiamo il materiale più resistente -->

forma di degrado molto insidiosa

Risalita capillare Non è di per sé un fenomeno di degrado, ma è un

fenomeno che causa la risalita di acqua per capillarità in

un materiale poroso qualsiasi. --> può contribuire a

favorire la propagazione di tutti gli altri fenomeni di

degrado

Lo riportiamo qui perché:

Fa aumentare il contenuto di umidità: arriva l’acqua ed essa è necessaria op per innescare o per

sostenere la propagazione di tutti i fenomeni di degrado, inclusa la corrosione. Se non ci fosse umidità,

non ci sarebbero molti dei fenomeni di degrado riguardanti il calcestruzzo. Inoltre, quella che noi

chiamiamo acqua non è mai acqua pura, ma acqua che contiene qualcosa. L'acqua che risale nel

terreno si trascina con sé dei sali che possono essere contenuti nel terreno o che l’acqua scioglie

attraversando il materiale poroso e che poi, quando arriva in superficie evapora, lascia dietro di sé