Cause del degrado. Degrado del calcestruzzo armato e Durabilità. Corrosione. Passivazione dell armatura. Carbonatazione.

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1 Cause del degrado Degrado del calcestruzzo armato e Durabilità 1 - Corrosione delle armature promossa da: - carbonatazione; - dal cloruro. - Attacco solfatico della matrice cementizia i -esterno; - interno. 3 - Formazione di ghiaccio Corrosione Consiste nella trasformazione dell acciaio in ruggine (ossidi ferrici Fe(OH), Fe(OH)3, ecc.) Fe (Ferro) O H 0 Fe(OH) (Ruggine) Le armature di acciaio di una struttura in cemento armato non si ossidano fino a quando sono protette dal calcestruzzo. Passivazione dell armatura Durante l idratazione del cemento si forma Ca(OH) e si forme un ambiente fortemente basico Pellicola passivante Aria (H O e O ) ph 13 ph 13 La pellicola passivante impedisce il contatto tra aria umida ed acciaio ed quindi la corrosione Carbonatazione L anidride carbonica dell aria reagisce con la calce riducendo il ph del calcestruzzo Carbonatazione L anidride carbonica dell aria reagisce con la calce riducendo il ph del calcestruzzo Pellicola passivante CO + Ca(OH) CaCO 3 + H O ph < 11 ph 13 Pellicola passivante Aria (H O e O ) Formazione della ruggine ph < 11 ph 13 Dissolta la pellicola passivante si innesca il meccanismo di formazione della ruggine 1

2 Velocità di carbonatazione Lo spessore (s c ) di calcestruzzo carbonatato aumenta nel tempo (t) con la sequente legge s c = k La costante k dipende da: - rapporto acquemento () -tipo di cemento - umidità dell aria (UR) t k (mm anno -1/ ) Tratta da Il nuovo calcestruzzo, M. Collepardi. Come ritardare la carbonatazione? 1. Riducendo il rapporto acqua cemento o: :.5 cm Umidità relativa (UR): 65% Rapporto : 0.7 : CEM II A-L 4.5 Tempo di carbonatazione s 5 = = k 1.3 r t = k = 1.3 mm/ anno 4.1 anni 1/ k (mm anno -1/ ) Anni Come ritardare la carbonatazione?. Aumentando lo spessore o: :.5 cm Umidità relativa: 65% Rapporto : 0.5 : CEM II A-L 4.5 Corrosione promossa dal clouro L acqua penetra nel calcestruzzo trasportando lo ione cloruro Cl - Ione Cl - in soluzione Tempo di carbonatazione s 5 = = k 7.0 r t = k = 7.0 mm/ anno 1.8 anni 1/ s r Anni (cm) Pellicola passivante La pellicola passivante è stabile sino a quando il tenore di Cl- supera la soglia dello % Corrosione promossa dal clouro L acqua penetra nel calcestruzzo trasportando lo ione cloruro Cl - Aria (H O e O ) Pellicola passivante Formazione della ruggine Dissolta la pellicola passivante si innesca il meccanismo di formazione della ruggine Tenore di Cl - superiore a % Penetrazione del cloruro Se il calcestruzzo è permanentemente esposto allo ione Cl -, lo spessore (s cl ) penetrato dal cloruro aumenta nel tempo (t) con la sequente legge s cl = k t = 4 D t D è il coefficiente di diffusione e dipende da: - rapporto acquemento () - compattazione del calcestruzzo -tipo di cemento - temperatura

3 Come ridurre la penetrazione del cloruro? 1. Riducendo il rapporto acquemento. Aumentando lo spessore 3. Migliorando il grado di compattazione 4. Cambiando il tipo di cemento Coefficiente di diffusione del cloruro Calcestruzzi confezionati con rapporto =0.50. Grado di Temperatura compattazione C D (mm /anno) Portland CEM I Portland CEM I Portland CEM I Portland CEM I Pozzolanico CEMIV Pozzolanico CEMIV Pozzolanico CEMIV Pozzolanico CEMIV Come ridurre la penetrazione del cloruro? 1. Aumentando lo spessore o: Grado di compattazione: 1.00 :.5 cm Temperatura: 5 C Rapporto : 0.5 : Pozz. CEM III Come ridurre la penetrazione del cloruro?. Migliorando il grado di compattazione o: Grado di compattazione: 0.95 :.5 cm Temperatura: 5 C Rapporto : 0.5 : Portland CEM I Tempo di penetrazione sr 5 t = = = 1.30 anni 16 D D = 30 mm / anno s r Anni (cm) Tempo di penetrazione s 5 t = = 16 D r = D = 100 mm / anno 0.39 anni GC D (mm /anno) Anni Come ridurre la penetrazione del cloruro? 3. Cambiando tipo di cemento o: Grado di compattazione: 1.00 :.5 cm Temperatura: 5 C Rapporto : 0.5 : Portland CEM I Tempo di penetrazione sr 5 t = = = 0.78 anni 16 D D = 50 mm / anno Portland CEM I D (mm /anno) Anni Pozzolanico CEM III Aggressione dello ione SO 4 (attacco solfatico esterno) Lo ione solfato, che si trova in alcuni terreni e nell acqua di mare, viene trasportato dall acqua nel calcestruzzo. Ca(OH) SO 4 CaSO 4 H O + OH- (calce) H 0 (gesso) Lo ione solfato reagisce con la calce e l acqua formando gesso. Il gesso reagisce successivamente con altri composti. 3

4 Aggressione dello ione SO 4 (attacco solfatico esterno) Lo ione solfato, che si trova in alcuni terreni e nell acqua di mare, viene trasportato dall acqua nel calcestruzzo. Reazione n. 1 CaSO 4 H O C-A-H C 3 A 3CaSO 4 H O (alluminati di calce) H 0 (ettringite) La formazione di ettringite avviene con aumento di volume e conseguente disgregamento del calcestruzzo. Aggressione dello ione SO 4 (attacco solfatico esterno) Lo ione solfato, che si trova in alcuni terreni e nell acqua di mare, viene trasportato dall acqua nel calcestruzzo. Reazione n. : avviene a temperatura < 10 C, con U.R.>95% ed in presenza di carbonato di calcio CaSO 4 H O + H O C-S-H Thaumasite (silicati di calce) CaCO 3 Provoca una forte riduzione della resistenza meccanica del calcestruzzo in conseguenza della perdita di C-S-H. Aggressione dello ione SO 4 (attacco solfatico interno) Lo ione solfato si trova presente nell aggregato del calcestruzzo sotto forma di gesso o anidrite. Aggressione dello ione SO 4? Riducendo il rapporto acqua cemento Si sviluppano reazioni analoghe a quelle descritte nel caso di attacco solfatico esterno Formazione di ghiaccio Alle basse temperature l acqua contenuta nel calcestruzzo si trasforma in ghiaccio. La trasformazione avviene con un aumento di volume di circa il 9% Se il rapporto volume di acqua/volume dei vuoti è superiore al 91% il ghiaccio solleciterà il calcestruzzo fino a farlo fessurare. Gli effetti diventano devastanti per successivi cicli di gelo e disgelo. Come ovviare ai probemi derivanti dalla formazione di ghiaccio 1. Riducendo il rapporto acqua cemento - Riduce la micro-porosità capillare e, dunque, la capacità di assorbire acqua. - Riduce l acqua d impasto che rimane intrappolata nel calcestruzzo.. Inglobare bolle d aria a elevato diametro - Durante il processo di congelamento, accolgono l acqua presente nei pori capillari evitando l insorgere di tensioni. 3. Impiego di aggregati non gelivi 4

5 In sintesi, come ottenere strutture in cemento armato durabili? 1. Adottare un rapporto basso: - Rende il calcestruzzo poco permeabile; - È efficace per tutte le cause di degrado; - Equivale ad adottare una resistenza minima.. Adottare un ricoprimento adeguato: - Aumenta il tempo necessario a CO e ioni Cl - per raggiungere l armatura; - È efficace contro la corrosione. 3. Inglobare aria: - È efficace in caso di formazione di ghiaccio. Indicazioni dell Eurocodice (novembre, 005) sulla durabilità delle strutture in cemento armato Indicazioni dell EC (005) Al fine di ottenere una struttura durabile l EC stabilisce: - resistenza a compressione minima (confezionare il calcestruzzo con un rapporto basso). - Adottare un ricoprimento di spessore adeguato (ricoprimento minimo). La resistenza minima è specificato in funzione di: - esposizione (fornita da UNI 06) CLASSI DI ESPOSIZIONE (UNI-EN 06) XO XC XD XS XF Struttura Sottoclassi Nessun rischio di corrosione (interni di edifici asciutti) Corrosione delle armatura promossa da carbonatazione Corrosione delle armatura promossa da cloruri esclusi quelli presenti in acqua di mare Corrosione delle armatura promossa dai cloruri dell acqua di mare Degrado del calcestruzzo per cicli di gelo e disgelo Tutte 1 Armata 4 Armata 3 Armata 3 Tutte 4 XA Attacco chimico Tutte 3 CLASSI DI ESPOSIZIONE XC (UNI-EN 06, UNI ) CLASSI DI ESPOSIZIONE XD (UNI-EN 06, UNI ) XC1 Asciutto Interni di edifici con U.R. bassa XC XC3 XC4 Bagnato raramente asciutto Moderatamente umido asciutto e bagnato Strutture idrauliche Strutture interrate Interni di edifici con U.R. alta Strutture esterne protette dal contatto con la pioggia Strutture esterne esposte all acqua piovana XD1 XD XD3 Moderatamente umido Bagnato raramente asciutto Strutture raramente a contatto superficiale di spruzzi d acqua Piscine Vasche di trattamento di acque contenenti cloruro Parti di ponte asciutto e bagnato Pavimenti esterni esposti occasionalmente ad acque salate Pavimenti e solai di parcheggi coperti 5

6 CLASSI DI ESPOSIZIONE XS (UNI-EN 06, UNI ) CLASSI DI ESPOSIZIONE XF (UNI-EN 06, UNI ) XS1 XS XS3 Moderatamente umido Bagnato asciutto e bagnato Strutture in prossimità delle coste Strutture permanentemente e completamente sotto acqua di mare Strutture esposte discontinuamente all acqua marina (alta-bassa marea) XF1 XF Moderata acqua, no sali Moderata acqua con sali Superfici verticali esposte alla pioggia ed al gelo Superfici i verticali di strutture tt stradali esposte al gelo e spruzzi contenenti Sali XF3 Elevata saturazione con acqua, no sali Superfici orizzontali esposte alla pioggia ed al gelo XF4 Elevata saturazione con acqua con sali Superfici orizzontali e strutture verticali stradali esposte a sali CLASSI DI ESPOSIZIONE XA (UNI-EN 06, UNI ) CLASSI DI ESPOSIZIONE XA (UNI-EN 06, UNI ) Terreno Acidità (Bauman Gully) XA1 > 00 XA -- Ione SO 4 (mg/kg) > 000 < 3000 < 1000 XA1 XA S0 4 > 00 < 600 > ph < 6.5 > 5.5 < Acqua CO > 15 < 40 > NH 4 > 15 < 30 > Mg > 300 < 1000 > < 3000 > 4.5 < 100 < 60 < 3000 XA3 -- > 1000 < 4000 XA3 < 6000 < 4.5 > 4.0 > 100 > 60 < 100 Resistenza a compressione minima La classe di resistenza minima dipende dalla classe di esposizione: resistenza Corrosione indotta da: Carbonatazione Ioni cloro XD1 e XD e XD3 e XC1 XC XC3 XC4 XS1 XD XD3 C0/5 C5/30 C30/37 C30/37 C35/45 Danni al calcestruzzo indotti da: Nessun Gelo-disgelo Attacco chimico rischio X0 XF1 XF XF3 XA1 XA XA3 C1/15 C30/37 C5/30 C30/37 C30/37 C35/45 resistenza Indicazioni dell EC (005) Al fine di ottenere una struttura durabile l EC stabilisce: - resistenza a compressione minima (confezionare il calcestruzzo con un rapporto basso). - Adottare un ricoprimento do spessore adeguato (copriferro minimo). Il ricoprimento minimo è specificato in funzione di: - esposizione - strutturale 6

7 strutturale L Eurocodice individua 6 classi strutturali denominate S1, S,, S6 in funzione di: - Vita utile della struttura - resistenza del calcestruzzo - Forma dell elemento strutturale - Controllo della produzione del calcestruzzo Determinazione della classe strutturale (1) Si determina applicando alla classe strutturale S4 i correttivi indicati in tabella: Vita utile di 100 anni resistenza Forma simile a soletta Controllo di qualità speciale X0 XC1 XC/XC3 XC4 C30/37 + classi -1 classe C35/45 C40/45 Determinazione della classe strutturale () Si determina applicando alla classe strutturale S4 i correttivi indicati in tabella: Vita utile di 100 anni resistenza Forma simile a soletta Controllo di qualità speciale XD1 XD/XS1 XD3/XS/XS3 C40/50 + classi C40/50-1 classe C45/55 minimo nominale (1) r nom = r min + r r min (ricoprimento minimo) dipende da: - classe strutturale - classe di esposizione Inoltre r min deve essere φ (diametro barre) r min X0 XC1 XC/XC3 XC4 S S S S S S minimo nominale () r nom = r min + r r min (ricoprimento minimo) dipende da: - classe strutturale - classe di esposizione Inoltre r min deve essere φ (diametro barre) r min XD1/XS1 XD/XS XD3/XS3 S S S S S S minimo nominale (3) r nom = r min + r r tiene conto dei difetti di esecuzione e vale: 0 mm per elementi prefabbricati 5 mm se esiste sistema sicuro di controllo dello spessore (distanziatori) 10 mm negli altri casi 7

8 Indicazioni delle norme UNI-EN 06 e UNI sulla durabilità delle strutture in cemento armato di XC1 XC XC3 XC4 CLASSI DI ESPOSIZIONE XC (UNI ) Asciutto Bagnato raramente asciutto Moderatament e umido asciutto e bagnato Ricoprim. Interni di edifici con U.R. bassa Strutture idrauliche Strutture interrate Interni di edifici con U.R. alta Strutture esterne protette dal contatto con la pioggia Strutture esterne esposte all acqua piovana CLASSI DI ESPOSIZIONE XD (UNI ) CLASSI DI ESPOSIZIONE XS (UNI ) di XD1 XD XD3 Moderatament e umido Bagnato raramente asciutto asciutto e bagnato Strutture raramente a contatto superficiale di spruzzi d acqua Piscine Vasche di trattamento di acque contenenti cloruro Parti di ponte Pavimenti esterni esposti occasionalmente ad acque salate Pavimenti e solai di parcheggi coperti Ricoprim di XS1 XS XS3 Moderatament e umido Bagnato asciutto e bagnato Strutture in prossimità delle coste Ricoprim Strutture permanentemente e completamente m sotto acqua di mare Strutture esposte discontinuamente all acqua marina (altabassa marea) di Moderata XF1 acqua, no sali XF XF3 XF4 CLASSI DI ESPOSIZIONE XF (UNI ) aria Moderata acqua con sali Elevata acqua, no sali Elevata acqua con sali Superfici verticali esposte alla pioggia ed al gelo Ric Superfici verticali di strutture stradali esposte al gelo e 3% spruzzi contenenti Sali Superfici orizzontali esposte alla pioggia ed al gelo Superfici orizzontali e strutture verticali stradali esposte a sali 3% % di CLASSI DI ESPOSIZIONE XA (UNI ) Acidità (Bauman Gully) XA1 > 00 XA -- XA3 -- Terreno Ione SO 4 (mg/kg) > 000 < 3000 < 1000 > 1000 < 4000 Ric

9 CLASSI DI ESPOSIZIONE XA (UNI ) XA1 S0 4 > 00 < 600 ph < 6.5 > 5.5 Acqua CO > 15 < 40 NH 4 > 15 < 30 Mg > 300 < 1000 Copr XA > 600 < 3000 < 5.5 > 4.5 > 40 < 100 > 30 < 60 > 1000 < XA3 < 6000 < 4.5 > 4.0 > 100 > 60 <