I danni da cloruri. Degrado e corrosione del cemento armato

I danni da cloruri. Degrado e corrosione del cemento armato

I danni da cloruri, sono correlati al degrado ed alla corrosione del cemento armato. Questo tipo di danno non è da sottovalutare perché la trascuratezza può portare a gravi conseguenze per la struttura.

Negli ultimi anni è diventata tristemente nota la problematica del degrado localizzato in corrispondenza delle selle Gerber dei viadotti autostradali, alcuni collassati di recente in Italia. Essa è legata alla corrosione delle armature per effetto dei cloruri contenuti nei sali disgelanti, veicolati attraverso l’acqua mal convogliata nei discendenti. Al danno per esposizione, alcune volte, si aggiungono scelte progettuali sfavorevoli: mensole “tozze” non armate adeguatamente, le quali, fessurandosi per effetto delle tensioni principali di trazione, aprono la strada agli agenti aggressivi.

Di una primordiale forma di calcestruzzo armato si parlava già ai tempi dei Romani, ma la cementificazione del calcestruzzo in quell’epoca era garantita dalla pozzolana e dalla calce comune e solo raramente si potevano trovare aste in ferro affogate nel conglomerato. È con la ricerca e la rivoluzione industriale che si è avuta la produzione ed ampia diffusione del calcestruzzo armato. Albert Caquot, Accademico francese, nel 1949, nel volume Cent ans de béton armé, attribuisce al XIX secolo il merito di aver realizzato la sintesi di due materiali fondamentali: la nuova “pietra” artificiale (a base cementizia, malleabile, durevole) e l’acciaio filiforme, ottenuto per laminazione.

La diffusione delle strutture in cemento armato, alla fine dell’Ottocento, e il crescente interesse da parte dei costruttori per gli evidenti vantaggi offerti da tale nuova tecnica sono in gran parte legati al geniale F. Hennebique (1842-1921), il quale ebbe il merito di brevettare un sistema costruttivo razionale ed efficiente applicato poi in tutto il mondo. La sua notorietà è basata sull’omonimo sistema che, utilizzando una razionale disposizione del ferro nel conglomerato cementizio, realizza.

Tra coloro che hanno fatto la storia del cemento armato, è inevitabile citare tre grandi ingegneri del Novecento che hanno contribuito, in Italia, allo sviluppo della Tecnica delle Costruzioni in calcestruzzo armato. Il primo, in ordine cronologico, è Pier Luigi Nervi (1891-1979), il secondo è Riccardo Morandi (1902-1989), il terzo è Sergio Musmeci (1926-1981).

A cosa sono dovuti i danni da cloruri?

Il calcestruzzo armato è composto da due materiali – calcestruzzo e acciaio – che presentano proprietà meccaniche completamente diverse. Tale accoppiamento sfrutta, nel calcestruzzo, la resistenza a compressione, nell’acciaio, quella a trazione, dando vita a meccanismi resistenti più o meno complessi, formando un materiale di buone prestazioni quando sottoposto a diversi stati di sollecitazione.

Le strutture in cemento armato, realizzate all’inizio del secolo scorso, oggi presentano evidenti stati di degrado dovuti, essenzialmente, alla intrinseca vulnerabilità dei due materiali alle azioni ambientali. Per contenere gli effetti di una tale vulnerabilità occorrerebbe, a monte, una adeguata prescrizione del calcestruzzo in funzione dell’aggressività ambientale e, successivamente, una manutenzione programmata dei manufatti.

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I cloruri sono naturalmente presenti nell’acqua di mare, pertanto, tutte le opere marittime in calcestruzzo armato risultano potenzialmente vulnerabili al loro attacco. I cloruri sono anche presenti artificialmente nei sali disgelanti e, dove usati, rendono particolarmente esposte tutte le opere in c.a. di tipo autostradale e le pavimentazioni esterne.

Cosa comporta l’azione dei cloruri sul calcestruzzo?

Danni da cloruri

Danni prodotti dai cloruri provenienti dall’acqua di mare: il verso della freccia indica come può evolvere da “presente” a “futuro” la pila da ponte in foto (Rif. BASF)

I cloruri, oltre ad aggredire le barre di armatura, possono danneggiare in modo diretto il calcestruzzo. Il tal caso il danneggiamento può aversi per effetto di:

Cloruro di calcio (CaCl₂): sale utilizzato come disgelante.

Per effetto dei cloruri di calcio la pasta cementizia, che avvolge gli aggregati, si disintegra. La reazione che sta alla base di tale meccanismo di danneggiamento è la seguente:

3CaCl + Ca (OH)₂ + 14H₂O 3CaO ∙ CaCl₂ ∙ 15H₂O

Il cloruro di calcio (CaCl₂), penetrando nel calcestruzzo, reagisce con la calce libera sotto forma di idrossido di calcio (Ca (OH)₂), sviluppata durante la reazione dell’acqua con il cemento, con conseguente formazione dell’ossicloruro di calcio idrato (3CaO∙CaCl₂∙15H₂O).

Cloruro di sodio (NaCl): sale utilizzato come disgelante.

Questo secondo caso riguarda il calcestruzzo confezionato con aggregati “reattivi”. Il cloruro di sodio, a contatto con tali aggregati, può innescare la cosiddetta “reazione alcali-aggregato” tra sodio e potassio, presenti nel cemento, e la silice amorfa, presente negli aggregati.

Azione dei cloruri e corrosione delle armature

Danni da cloruri

Corrosione localizzata (pitting) per azione dei cloruri: a sinistra, autostrada del Sole (BO-FI), Ponte di Rioveggio; a destra, autostrada del Frejus (Rif. P. Pedeferri)

I danni da cloruri interessano anche l’acciaio. La corrosione delle barre di armatura ad opera dell’anidride carbonica o dei cloruri è un processo elettrochimico molto complesso che, affinché si possa innescare, necessita della presenza di ossigeno e acqua (O₂ + H₂O). In questa condizione il ferro metallico Fe si trasforma chimicamente in ossido o idrossido di ferro, formando la cosiddetta ruggine. È importante distinguere l’azione dell’anidride carbonica che distrugge completamente il film protettivo delle barre provocando corrosione diffusa dall’azione dei cloruri che provocano una corrosione localizzata (anche se, superati i valori critici di concentrazione dei cloruri pari a circa lo 0,5% del peso del cemento, anche questa può interessare l’intera superficie). I due tipi di aggressione, diffusa e localizzata, spesso coesistono a causa delle molteplici condizioni di esposizione ambientale.

I cloruri, In funzione delle condizioni di esposizione, attraversano il calcestruzzo secondo i seguenti meccanismi:

diffusione – in presenza di un gradiente di concentrazione ∂c ∕ ∂x i cloruri entrano nel calcestruzzo (in direzione ortogonale alla superficie di calcestruzzo) attraverso i pori della pasta cementizia saturi di acqua;

assorbimento capillare – quando la superficie di un calcestruzzo non saturo viene a contatto con una soluzione contenente cloruri, tale soluzione è assorbita nel calcestruzzo.

permeazione – riguarda la penetrazione di un liquido a seguito di una differenza di pressione.

migrazione – è il trasporto degli ioni cloruri, carichi elettricamente, sotto l’azione di un campo elettrico. Nelle strutture reali, il trasporto dei cloruri nel calcestruzzo attraverso un copriferro insufficiente, poroso e fessurato, avviene attraverso la combinazione dei meccanismi sopra elencati.

Nell’immagine di apertura il crollo del cavalcavia ad Annone Brianza (Lecco), avvenuto il 28 ottobre 2016.

Il testo e le immagini sono tratte dal volume:

Il degrado delle strutture in calcestruzzo armato

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