DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO - GELO/DISGELO E SALI DISGELANTI -

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI BERGAMO DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA E SCIENZE APPLICATE DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO - GELO/DISGELO E SALI DISGELANTI - Prof. Ing. Luigi Coppola

2 CLASSI DI ESPOSIZIONE CLASSE X0 XC XD XS XF XA AMBIENTE/AGENTI DI DEGRADO assenza di rischio di corrosione delle armature o di attacco del cls corrosione delle armature indotta da carbonatazione corrosione delle armature indotta da cloruri esclusi quelli provenienti dall acqua di mare corrosione da cloruri presenti nell acqua di mare degrado del cls provocato da cicli di gelo/disgelo con o senza sali disgelanti attacco chimico del calcestruzzo

3 VARIAZIONI TERMICHE INTERNE ESTERNE NATURALI NATURALI ARTIFICIALI CALORE DI IDRATAZIONE GELO/DISGELO INCENDIO GRADIENTI T

4 DEGRADO DELLE STRUTTURE IN SERVIZIO DURANTE L ESECUZIONE DEI GETTI TENSIONI DISTRUTTIVE NELLA MATRICE CEMENTIZIA E NEGLI AGGREGATI IL CALCESTRUZZO NON HA SUFFICIENTE RESISTENZA PUÒ COMPLETAMENTE DISINTEGRARSI PER EFFETTO DEL CONGELAMENTO DELL ACQUA CONTENUTA AL SUO INTERNO

5 COSA CICLI DI GELO/DISGELO QUANDO IN SERVIZIO DURANTE L ESECUZIONE DEI GETTI PROVVEDIMENTI BASSO a/c ADDITIVI AERANTI AGGREGATI NON GELIVI SMALTIMENTO ACQUE BASSO a/c CEMENTI A RAPIDO INDURIMENTO ADDITIVI ACCELERANTI DI INDURIMENTO RISCALDAMENTO INGREDIENTI ISOLAMENTO TERMICO DEI GETTI

6 GHIACCIO TEMPERATURA < 0 C ACQUA GHIACCIO INCREMENTO DI VOLUME 9% L. Coppola Concretum Durabilità: il degrado promosso da cicli di gelo-disgelo

7 GHIACCIO TEMPERATURA 0 C ACQUA GHIACCIO Se l acqua è contenuta in un recipiente di grosse dimensioni dove, per l elevato rapporto volume/superficie, le molecole di acqua sono scarsamente influenzate dalle forze di attrazione superficiale esercitate dalle pareti del contenitore.

8 PUNTO DI CONGELAMENTO PUNTO DI CONGELAMENTO DELL ACQUA LIQUIDA FORZE DI ATTRAZIONE SUPERFICIALE DIMENSIONE DEI PORI

9 PUNTO DI CONGELAMENTO ABBASSAMENTO PUNTO DI CONGELAMENTO DELL ACQUA LIQUIDA IN PICCOLI PORI: T = d Abbassamento del punto di congelamento rispetto a 0 C risulterà tanto maggiore quanto minore è la dimensione dei pori in cui l acqua è contenuta.

10 Temperatura di congelamento dell acqua all interno delle porosità della matrice cementizia Tipo di porosità Diametro dei pori Temperatura di congelamento dell acqua Spazi interstratici m -25 C - 79 C Pori capillari m C - 6 C Macroporosità m 0 C

11 EUROPA Nelle strutture in calcestruzzo realizzate nel nostro Paese e in quelli che appartengono alla Comunità Europea: Temperature generalmente non scendono al di sotto di -15/-20 C solo l acqua presente nelle porosità capillari e nei macrovuoti (prodotti da difetti di posa in opera e compattazione del getto) si può trasformare in ghiaccio

12 SUPER RAFFREDDAMENTO TEMPERATURA < 0 C ACQUA GHIACCIO macroporosità pori capillari di grandi dimensioni ACQUA ACQUA Spazi interstratici SUPER-RAFFREDDAMENTO

13 PORI CAPILLARI CON poca ACQUA TEMPERATURA 0 C

14 GRADO DI SATURAZIONE Sapendo che la formazione del ghiaccio avviene con un aumento di volume rispetto a quello dell acqua liquida pari a circa il 9%, il volume occupato dall acqua liquida all interno del poro rispetto al volume totale dello stesso (x) affinché a seguito del congelamento il ghiaccio riempia totalmente lo spazio disponibile risulta pari al 91.7%: x x = 100 x = = 91. 7%

15 GRADO DI SATURAZIONE GRADO DI SATURAZIONE < 91.7% Nell ipotesi di completo congelamento dell acqua liquida presente nel poro il volume di ghiaccio formatosi non sarebbe sufficiente a riempirlo completamente e, conseguentemente, non ci sarebbe acqua in eccesso che verrebbe espulsa

16 GRADO DI SATURAZIONE REALE GRADO DI SATURAZIONE < 85% Le pressioni che insorgono per effetto dei cicli di gelo-disgelo non sono sufficienti per superare la resistenza del materiale e, conseguentemente, per produrre un degrado ingegneristicamente significativo

17 Resistenza ai cicli di gelo/disgelo in funzione del grado di saturazione del calcestruzzo Resistenza ai cicli di gelodisgelo (%) Grado di saturazione (%)

18 PORI CAPILLARI CON GRADO DI SATURAZIONE MAGGIORE DI QUELLO CRITICO TEMPERATURA 0 C PRESSIONE IDRAULICA

19 PRESSIONE IDRAULICA PRESSIONE IDRAULICA determinata dalla resistenza opposta al flusso di acqua, può essere definita mediante l equazione di Darcy H = dq dt 1 A 1 k l

20 FLUSSO DI ACQUA LIQUIDA dq dt FLUSSO DI ACQUA volume di acqua liquida espulso dal poro nell unità di tempo

21 FLUSSO FLUSSO DI ACQUA (dq/dt) - VELOCITÀ DI ABBASSAMENTO DELLA TEMPERATURA - VOLUME DI GHIACCIO FORMATOSI NELL UNITÁ DI TEMPO

22 CARATTERISTICHE CALCESTRUZZO A = SEZIONE DEL PORO perpendicolare al flusso di acqua attraverso il quale l acqua viene espulsa K = COEFFICIENTE DI PERMEABILITÀ della matrice cementizia. Rapporto a/c - DIMENSIONE DEI PORI (A) - INTERCONNESIONE TRA I PORI (K)

23 l CARATTERISTICHE CALCESTRUZZO = DISTANZA che l acqua liquida in pressione deve percorrere per raggiungere un poro che possa ospitarla. Rapporto a/c CONNESIONE TRA I PORI (l)

24 l DISTANZA TRA I PORI = DISTANZA che l acqua liquida in pressione deve percorrere per raggiungere un poro che possa ospitarla. l

25 PRESSIONE IDRAULICA H = dq dt 1 A 1 k l

26 PRESSIONE IDRAULICA RAPPORTO a/c PRESSIONE IDRAULICA (H)

27 DIMINUZIONE A/C Nelle strutture esposte a climi rigidi la diminuzione del rapporto a/c non rappresenta una soluzione efficace alla risoluzione dei problemi connessi con l incremento di pressione dell acqua liquida presente nelle porosità del conglomerato.

28 Resistenza ai cicli di gelo/disgelo e perdita di massa dopo 300 cicli in funzione del rapporto a/c. Resistenza ai cicli gelo/disgelo (%) Perdita di massa dopo 300 cicli d g/d (%) 100 DEGRADO TRASCURABILE O ASSENTE DEGRADO INGEGNERISTICAMENTE SIGNIFICATIVO ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Rapporto a/c

29 AERANTI La soluzione al problema della gelività del calcestruzzo è rappresentata dall impiego nel confezionamento del conglomerato di additivi aeranti capaci, attraverso una stabilizzazione dell aria presente nell impasto, di garantire nella matrice cementizia la formazione di un sistema di microbolle omogeneamente disperso in cui la pressione dell acqua liquida generata dalla formazione del ghiaccio nei pori capillari possa scaricarsi prima di attingere valori superiori alla resistenza del materiale.

30 ADDITIVI AERANTI E DISTANZA TRA I PORI l = DISTANZA INIZIALE l sp sp sp

31 PRESSIONE IDRAULICA H = dq dt 1 A 1 k sp

32 DISTANZA TRA I PORI DISTANZA sp<<l PRESSIONE IDRAULICA (H) H < f ct

33 ADDITIVI AERANTI E SPACING l = DISTANZA INIZIALE l sp sp sp sp = mm

34 Resistenza al gelo - Fattore di durabilità F d,n (%) Variazioe dimensionale dopo 300 cicli di gelo-disgelo (10-3 ) Fattore di durabilità e variazione dimensionale del calcestruzzo a seguito dei cicli di gelo-disgelo in funzione dello spacing tra le microbolle di aria inglobata DEGRADO INGEGNERISTICAMENTE SIGNIFICATIVO DEGRADO TRASCURABILE O ASSENTE Spacing (mm) 5

35 Variazione dimensionale(10-6 ) Variazione dimensionale del calcestruzzo a seguito dei cicli di gelo-disgelo 1600 CLS SENZA AERANTE ESPANSIONE RESIDUA CLS CON AERANTE Tem peratura ( C)

36 NATURA I tensioattivi hanno una duplice natura; sono costituiti da molecole provviste di: - una «testa» polare con caratteristiche idrofile - una coda marcatamente neutra ed idrofoba. La testa polare delle molecole può essere caricata negativamente, positivamente oppure può essere neutra: si parla, rispettivamente, di tensioattivi anionici, cationici o nonionici.

37 TESTA/CODA Quando una molecola del tensioattivo viene adsorbita in corrispondenza di una interfaccia (ad esempio quella rappresentata da una bolla d aria dispersa nel calcestruzzo ancora fresco) la natura duale della molecola permette al tensioattivo di orientare la testa (e la coda) verso la fase a lei affine costituita dalla soluzione acquosa (per la coda idrofoba rappresentata dalla bolla d aria) determinando una riduzione della tensione superficiale tanto maggiore quanto maggiore è la concentrazione del tensioattivo.

38 In assenza di additivi aeranti all interno della matrice cementizia è sempre presente dell aria intrappolata generata dai vortici che si creano durante il mescolamento degli ingredienti. Inizialmente, le bolle di aria di grosse dimensioni vengono, per effetto degli sforzi taglianti delle lame del mescolatore, rotte in una miriade di microbolle. COALESCENZA ASSENZA DI AERANTI PASTA DI CEMENTO MICROBOLLE TENSIOATTIVI CAT TESTA CA

39 COALESCENZA Successivamente, tuttavia, esse tendono a raggrupparsi (coalescenza) formando bolle di grosse dimensioni che tendono a SSENZA DI AERANTI risalire verso la superficie del conglomerato ed in parte ad essere espulse STA DI MENTO MICROBOLLE durante le operazioni di compattazione del getto mediante vibrazione MACROBOLLA (ARIA INTRAPPOLATA) TENSIOATTIVI CATIONICI ED ANIONICI

40 MENTO TENSIOATTIVI CARICATI TENSIOATTIVI CATIONICI ED ANIONICI TESTA CARICATA ELETTRICAMENTE (segno + o -) IDROFILA SPACING CODA NEUTRA IDROFOBA TENSIOATTIVI NON IONICI TESTA IDROFILA NEUTRA

41 ARIA INGLOBATA O AGGIUNTA ARIA INTRAPPOLATA L aria presente in un calcestruzzo in assenza di additivo aerante ARIA INGLOBATA L aria stabilizzata in un calcestruzzo in presenza di un additivo aerante

42 MICROBOLLE ADDITIVO AERANTE Aggiunto separatamente dagli altri additivi, dopo aver introdotto nel mescolatore o nell autobetoniera almeno i due terzi dell acqua di impasto. Aggiunte dell additivo prima dell introduzione dell acqua, infatti, possono determinare un assorbimento del tensioattivo da parte degli aggregati, soprattutto se questi sono asciutti, riducendone l efficacia. CALCESTRUZZO

43 EFFETTI COLLATERALI ADDITIVO AERANTE MICROBOLLE LAVORABILITÀ BLEEDING -5% ACQUA D IMPASTO

44 PROBLEMA PRATICO La misura dello spacing tra le microbolle, peraltro abbastanza complicata, si può effettuare solo sul calcestruzzo indurito. Pertanto, eventuali errori in difetto nel dosaggio dell additivo aerante verrebbero messi in evidenza quando ormai la struttura è stata già realizzata costringendo ad intervenire sul manufatto con complicati, se non impossibili, interventi di impermeabilizzazione tesi alla riduzione del grado di saturazione che compensino il deficit di aria inglobata ed il conseguente elevato valore della distanza tra le microbolle

45 POROSIMETRO Nelle prescrizioni di capitolato relative a calcestruzzi resistenti al gelo si preferisce indicare anche il volume di ARIA INGLOBATA. Lo spacing, infatti, è direttamente correlato con il volume totale di aria nell impasto. Il valore prescritto dell aria inglobata, inoltre, è di facile determinazione sul calcestruzzo fresco mediante il porosimetro. Conseguentemente, se al momento della consegna del calcestruzzo in cantiere questo dovesse evidenziare un volume di aria inferiore a quello prescritto sarà possibile rigettare l impasto evitando di realizzare la struttura con un conglomerato potenzialmente gelivo

46 ARIA INGLOBATA / INTRAPPOLATA IN ACCORDO ALLA PROCEDURA DESCRITTA DALLA NORMA UNI EN BASATA SULL IMPIEGO DEL «POROSIMETRO»

47 Valori consigliati del volume di aria inglobata (in percentuale sul volume del calcestruzzo) in funzione del diametro massimo dell aggregato, valori dell aria intrappolata per calcestruzzi completamente compattati ed extra-aria. D max (mm) a' int (%) 3.5 ± ± ± 1 1.5± ± ±0.5 a ing 7.5 ± ± ± 1 5.5± ± ±0.5 extraaria

48 Spacing (mm) Correlazione tra valore dello spacing e aria inglobata nel calcestruzzo fresco per conglomerati confezionati con aggregati aventi D max compreso nell intervallo 8-32 mm A B C Aria inglobata nel calcestruzzo fresco (%)

49 = FATTORI Rapporto a/c Lavorabilità Dosaggio/tipo additivo fluidificante VOLUME DI ARIA D max D max VOLUME DI PASTA VOLUME DI ARIA

50 ABBATTIMENTO RESISTENZA + 1.0% EXTRA- ARIA - 5.0% RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE + 4.0% EXTRA- ARIA - (5x4)= -20% RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE

51 COMPENSAZIONE = RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE CON AERANTE RAPPORTO a/c SENZA AERANTE = RAPPORTO a/c

52 RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE [MPa R ck = 30 N/mm 2 DIAGRAMMA 5: CE II-B, IV E V CLASSE 32,5R R cm28 = 37.5 N/mm a/c = 0.52 SENZA AERANTE ,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 RAPPORTO ACQUA/CEMENTO 28 giorni 7 giorni 3 giorni 1 giorno

53 RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE [MPa a/c = 0.52 CON AERANTE DIAGRAMMA 5: CE II-B, IV E V CLASSE 32,5R R* cm28 = 37.5 N/mm 2 30 R cm = (-20%) R* cm R cm = = 30 N/mm 2 R ck = = 22.5 N/mm ,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 RAPPORTO ACQUA/CEMENTO 28 giorni 7 giorni 3 giorni 1 giorno

54 RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE [MPa R ck = 30 N/mm 2 R* cm (1-0.2) = 37.5= R*cm = 37.5/0.80 = DIAGRAMMA 5: CE II-B, IV E V CLASSE 32,5R = N/mm a/c = 0.41 CON AERANTE ,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 RAPPORTO ACQUA/CEMENTO 28 giorni 7 giorni 3 giorni 1 giorno

55 Indicazione schematica aree dove adottare calcestruzzi resistenti al gelo

56 UNI Appendice A VALUTAZIONE DEL RISCHIO DI ATTACCO DEL GELO IN RAPPORTO ALLE CONDIZIONI CLIMATICHE DEL TERRITORIO ITALIANO A differenza delle altre tipologie di attacco del calcestruzzo derivanti dall esposizione ambientale per le quali è abbastanza semplice individuare la corretta classe di esposizione, nel caso dell'attacco del gelo la classe di esposizione non è facilmente definibile -> guida basata su dati climatologici relativi al territorio italiano, per stimare il rischio potenziale che un calcestruzzo possa esposto a degrado per azione del gelo.

57 Classificazione del rischio potenziale di attacco da gelo/disgelo I due parametri che si ritiene abbiano in generale un peso prevalente nella classificazione del rischio sono: 1. la temperatura minima media giornaliera (T min, media ); 2. Il numero di alternanze di gelo/disgelo annuale (Ncicli/anno). In prima approssimazione, e cautelativamente, il numero di cicli annuale (Ncicli/anno) può essere stimato in base al numero di giorni/anno in cui si verificano contemporaneamente le seguenti condizioni: a) la temperatura minima media (T min, media ) - 5 C; b) l escursione termica è > 0,8 (T min, media ). Tali informazioni sono generalmente ricavabili sulla base dei dati rese disponibili dalle Agenzie di Raccolta dei dati meteo presenti sul territorio italiano (ARPA, SCIA-JSPRA, Servizio Meteorologico dell Aereonautica).

58 SCHEMA DEI LIVELLI DI RISCHIO

59 Aree climatiche del territorio Italiano

60 Mappatura del giorni con temperature < 0 C

61 Mappatura dei rischio potenziale di attacco del gelo E opportuno sottolineare che la valutazione basata sui parametri climatologici riguarda il rischio potenziale del danno da gelo/disgelo, il rischio diventa reale quando il tenore di umidità del calcestruzzo supera un valore di soglia. Non a caso la presente norma classifica il grado di severità dell esposizione al gelo in relazione al grado di saturazione del calcestruzzo. L. Coppola Concretum Durabilità: il degrado promosso da cicli di gelo-disgelo

62 CLASSE XF DEGRADO DA CICLI DI GELO/DISGELO Classe di esposizione Descrizione (a/c) max Classe di resistenza minima Dosaggio cemento min (Kg/m 3 ) Aria inglobata (%) Aggregati non gelivi XF1 Strutture verticali non in contatto con sali disgelanti 0.50 C32/ XF2 Strutture verticali sottoposte agli schizzi di soluzioni acquose contenenti sali disgelanti 0.50 C25/ CONFORMI ALLA UNI EN XF3 Strutture orizzontali in assenza di sali disgelanti 0.50 C25/ XF4 Strutture orizzontali in contatto con sali disgelanti 0.45 C30/

63 STRUTTURE VERTICALI Le norme non prevedono l impiego dell additivo aerante in strutture verticali in quanto si ritiene che il grado di saturazione risulti così basso che anche in presenza di cicli di gelo-disgelo il conglomerato non subisca alcun degrado significativo.

64 STRUTTURE VERTICALI ED ORIZZONTALI Per le STRUTTURE VERTICALI questo provvedimento è ritenuto sufficiente per garantire la durabilità del calcestruzzo. Per le STRUTTURE ORIZZONTALI, invece, la norma prevede un volume minimo di aria inglobata in quanto ritiene che, pur adottando un basso rapporto a/c, il grado di saturazione risulterà nelle strutture reali maggiore di quello critico (85%) necessario per scatenare il processo degradante

65 CONSIDERAZIONI Nella ipotesi di strutture verticali che per la particolare esposizione e/o conformazione geometrica siano interessate dall azione dell acqua liquida sulle superfici occorrerà adottare le stesse prescrizioni di capitolato della classe XF3

66 CLASSE XF DEGRADO DA CICLI DI GELO/DISGELO Classe di esposizione Descrizione (a/c) max Classe di resistenza minima Dosaggio cemento min (Kg/m 3 ) Aria inglobata (%) Aggregati non gelivi XF1 Strutture verticali non in contatto con sali disgelanti 0.50 C32/ XF2 Strutture verticali sottoposte agli schizzi di soluzioni acquose contenenti sali disgelanti 0.50 C25/ CONFORMI ALLA UNI EN XF3 Strutture orizzontali in assenza di sali disgelanti 0.50 C25/ XF4 Strutture orizzontali in contatto con sali disgelanti 0.45 C30/

67 AGGREGATI NON GELIVI EN Al fine di confezionare calcestruzzi resistenti al gelo occorre integrare le prescrizioni in termini di rapporto a/c e di aria inglobata (che hanno come obiettivo quello di preservare la matrice cementizia dal degrado connesso con l aumento di pressione dell acqua non congelata) con quelle relative alle PROPRIETÀ DI NON GELIVITÀ DELL AGGREGATO

68 Prescrizioni relative all impiego di aggregati per calcestruzzi resistenti ai cicli di gelo-disgelo. CLASSE EXP XF1 TIPO DI STRUTTURA Strutture verticali con moderata saturazione in assenza di sali disgelanti AGGREGATI F 4 MS 35 XF3/XF2 XF4 Strutture orizzontali in assenza di sali disgelanti e strutture verticali in presenza di sali disgelanti Strutture orizzontali in presenza di sali disgelanti F 2 MS 25 F 1 MS 18

69 Prescrizioni di capitolato in accordo alla UNI per strutture aeree esposte ai cicli di gelo-disgelo in assenza di sali disgelanti Prescrizioni di capitolato XF1 XF3 (a/c) max Classe di resistenza minima Aria inglobata C32/40 C25/30 - { %} Spacing - < μm Aggregati (UNI-EN e UNI 8520/2) Dosaggio minimo di cemento (Kg/m 3 ) F 4 MS 35 F 2 MS

70 COPRIFERRO La prescrizione di impiegare spessori di ricoprimento dell armatura non è significativa ai fini dei cicli di gelo disgelo. Infatti, l armatura non è interessata dal fenomeno. Paradossalmente l impiego di copriferro troppo spessi potrebbe risultare addirittura peggiorativo per il maggior rischio che eventuali fessurazioni dello stesso presentino una maggiore ampiezza rispetto a strutture con copriferro minore. Tuttavia, occorre far presente come nelle strutture aeree esposte al gelo esiste anche il rischio di corrosione delle armature per effetto della carbonatazione (classe di esposizione XC4) e, quindi, il copriferro minimo da adottare realmente sarà 30/40 mm (rispettivamente, per strutture ad armatura lenta e precompressa).

71 DEGRADO DA CICLI DI GELO/DISGELO

72 DEGRADO DA CICLI DI GELO/DISGELO

73 DEGRADO DA CICLI DI GELO/DISGELO

74 DEGRADO DA CICLI DI GELO/DISGELO

75 SALI DISGELANTI SALI DISGELANTI cloruro di calcio miscele di cloruro di calcio, cloruro di sodio e pietrisco di frantumazione per aumentare l aderenza dei pneumatici al fondo stradale UTILIZZO nel settore stradale, autostradale e nelle pavimentazioni esterne RIMOZIONE DEL GHIACCIO PREVENIRE LA FORMAZIONE DI GHIACCIO

76 Meccanismi di degrado connessi con l utilizzo dei sali disgelanti nelle strutture in calcestruzzo armato TIPO DI SALE DISGELANTE AZIONE DEGRADANTE di tipo: Fisico Elettrochimico CaCl 2 SI SI NaCl SI SI

77 SALI DISGELANTI

78 Classi di esposizione connesse con l utilizzo dei sali disgelanti nelle strutture in calcestruzzo armato TIPO DI SALE DISGELANTE AZIONE DEGRADANTE di tipo: Fisico Elettrochimico CaCl 2 SI (XF) SI (XD) NaCl SI (XF) SI (XD)

79 MECCANISMO DI DEGRADO - RAFFREDDAMENTO - 1. Spargimento del sale; 2. Disgelo della superficie superiore della lastra in calcestruzzo; 3. Abbassamento di temperatura sulla lastra in quanto la trasformazione di fase del ghiaccio in acqua liquida è una REAZIONE ENDOTERMICA che avviene con sottrazione di calore. DT = - ( ) C SPESSORE GHIACCIO 1 4 mm Dopo 5 min dallo spargimento di un sale disgelante a base di cloruro di sodio

80 TRAZIONE A seguito del gradiente termico che si stabilisce nella lastra le zone corticale più fredde, ostacolate a contrarsi dagli strati più interni a temperatura più elevata, sono interessati da stati tensionali di trazione che possono promuovere la formazione di microfessurazioni nel calcestruzzo responsabili di una maggiore capacità di assorbire acqua e, quindi, di una più elevata vulnerabilità nei confronti dei cicli di gelo-disgelo T

81 Andamento schematico degli sforzi di trazione/compressione indotti dalle contrazioni termiche impedite determinate dal disgelo GHIACCIO E SALI DISGELANTI PAVIMENTAZIONE IN CLS MICROFESSURE temperatura ( C) PAVIMENTAZIONE IN CLS COMPRESSIONE TRAZIONE SFORZO

82 MECCANISMO DI DEGRADO - ELEVATA CONCENTRAZIONE - 1) Il disgelo del ghiaccio in punti localizzati di modesta estensione determina un aumento del grado di saturazione del calcestruzzo. L abbassamento della temperatura al di sotto di 0 C non determina la nascita di pressioni per l elevata concentrazione salina della soluzione acquosa presente nei pori capillari. DISGELO PARZIALE GHIACCIO SOLUZIONE ACQUOSA AD ELEVATA CONCENTRAZIONE (C 1 )

83 MECCANISMO DI DEGRADO - RIDOTTA CONCENTRAZIONE - 2) Il disgelo quasi totale dello strato di ghiaccio favorisce l aumento del grado di saturazione del calcestruzzo con una soluzione di concentrazione C 2 < C 1 il cui punto di congelamento è prossimo a 0 C. DISGELO AVANZATO SOLUZIONE ACQUOSA A CONCENTRAZIONE (C 2 <C 1 )

84 MECCANISMO DI DEGRADO - MANCANZA DI PROTEZIONE TERMICA - La conseguenza pratica determinata dall utilizzo dei sali disgelanti, quindi, è rappresentata dal fatto che una eventuale ulteriore oscillazione della temperatura intorno a 0 C coinvolge STRATI CORTICALI: 1) non beneficiano della protezione termica offerta dallo strato di ghiaccio ormai rimosso e, quindi, la pressione indotta negli strati corticali del calcestruzzo sarà più elevata per il maggior valore che assume dq/dt rispetto ad una lastra protetta dallo strato di ghiaccio;

85 MECCANISMO DI DEGRADO - GRADO DI SATURAZIONE ELEVATO - 2) Strati corticali sono caratterizzati da un grado di saturazione 1 (favorito anche dalle microfessurazioni indotte dal gradiente termico legato alla trasformazione di fase del ghiaccio in acqua) con inevitabile ripercussione sul valore della pressione generata dall acqua liquida che a parità di tutte le condizioni risulterà massima proprio negli strati più vicini alla superficie;

86 MECCANISMO DI DEGRADO - PUNTO DI GELO - 3) Negli strati corticali la trasformazione del ghiaccio in acqua e la conseguente diminuzione della concentrazione salina nella fase acquosa dei pori capillari predispongono la fase interstiziale alla formazione di nuovi germi di ghiaccio e, quindi, alla nascita di pressioni dovute all acqua non congelata, anche per leggeri abbassamenti della temperatura al di sotto di 0 C.

87 MECCANISMO DI DEGRADO - PUNTO DI GELO - 3) Per effetto di un ulteriore abbassamento della temperatura negli strati corticali si instaura una pressione distruttiva conseguente all elevata saturazione e alla differenza di concentrazione tra la soluzione acquosa nei pori capillari degli strati corticali e quella contenuta nelle porosità degli strati di calcestruzzo più interni SOLUZIONE A CONCENTRAZIONE (C 2 ) STRATI CORTICALI STRATI INTERNI SOLUZIONE ACQUOSA A CONCENTRAZIONE (C 3 <C 2 )

88 Scaling superficiale (unità arbitrarie) SOLUZIONI POCO CONCENTRATE Il degrado diventa rilevante quando le soluzioni di sali disgelanti utilizzate per la rimozione del ghiaccio hanno concentrazioni relativamente basse (2-3%) Concentrazione CaCl 2 (%)

89 MANIFESTAZIONI DEL DEGRADO Il meccanismo di degrado prevalente nelle strutture esposte ai sali disgelanti è di gran lunga quello fisico sopramenzionato ed è confermato dalle MANIFESTAZIONI MACROSCOPICHE DEL DEGRADO che si esplica: in forma di dilavamento della pasta di cemento sulla superficie della pavimentazione la cui asportazione mette a nudo in superficie i granuli degli aggregati lapidei. Il dilavamento superficiale è anche la forma più ricorrente di degrado negli elementi verticali sottoposti agli spruzzi contenenti i sali disgelanti;

90 MANIFESTAZIONI DEL DEGRADO L. Coppola Concretum Durabilità: il degrado promosso da cicli di gelo-disgelo

91 MANIFESTAZIONI DEL DEGRADO

92 DELAMINAZIONI Successivamente il degrado interessa strati centimetrici di calcestruzzo e si manifesta in forma di DELAMINAZIONI o di SCAGLIATURE superficiali.

93 MANIFESTAZIONI DEL DEGRADO

94 MANIFESTAZIONI DEL DEGRADO

95 MANIFESTAZIONI DEL DEGRADO

96 Classe di esposizione XF1 XF2 XF3 XF4 CLASSE XF Classe di Dosaggio Aria DEGRADO DA (a/c) CICLI DI GELO/DISGELO Descrizione Strutture verticali non in contatto con sali disgelanti Strutture verticali sottoposte agli schizzi di soluzioni acquose contenenti sali disgelanti Strutture orizzontali in assenza di sali disgelanti Strutture orizzontali in contatto con sali disgelanti max resistenza minima cemento min (Kg/m 3 ) 0.50 C32/ inglobata (%) 0.50 C25/ C25/ C30/ Aggregati non gelivi CONFORMI ALLA UNI EN 12620

97 Prescrizioni di capitolato in accordo alla UNI per strutture aeree esposte ai cicli di gelo-disgelo in presenza di sali disgelanti Prescrizioni di capitolato XF2 XF4 (a/c) max Classe di resistenza minima C25/30 C30/37 Aria inglobata { %} { %} Spacing < μm < 200 μm Aggregati (UNI-EN e UNI 8520/2) Dosaggio minimo di cemento (Kg/m 3 ) F 2 MS 25 F 1 MS