RECUPERO DI OPERE IN CALCESTRUZZO DANNEGGIATE DALLA CORROSIONE INDOTTA DA PENETRAZIONE DEI CLORURI

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1 RECUPERO DI OPERE IN CALCESTRUZZO DANNEGGIATE DALLA CORROSIONE INDOTTA DA PENETRAZIONE DEI CLORURI 1. DESCRIZIONE DEL DIFETTO Il mantenimento della passività nell armatura, richiede una continua presenza di alti livelli di alcalinità nella soluzione a contatto con l'acciaio e l'assenza di ioni aggressivi. Una riduzione dell'alcalinità o la presenza di ioni aggressivi come i cloruri (provenienti dall impasto cementizio o dall esterno), agiscono da catalizzatori nella reazione di ossidazione del ferro, e possono portare alla distruzione del film di passività che ricopre il metallo nelle condizioni originarie, e quindi alla propagazione della corrosione. Per ogni condizione di ph esiste una concentrazione di Cl - atta a distruggere lo strato passivante. Al di sotto di ph 9 la corrosione potrebbe avvenire indipendentemente dalla presenza di Cl-, non esistendo la protezione alcalina. Oltre alla depassivazione provocata dal cloruro, è necessario che il processo di corrosione sia alimentato da ossigeno e acqua. L'attacco dei cloruri si manifesta con estrema frequenza soprattutto lungo le strade di montagna, a causa del massiccio uso di sali da disgelo. 2. INDAGINI La prova di estrazione degli ioni cloro (vedi scheda SL- C3) fornisce la percentuale di cloruri presenti nel campione, procedendo dalla superficie esterna, verso l interno. Tale percentuale è riferita alla massa del provino, e quindi ad una massa di calcestruzzo. La norma UNI EN 206-1, assieme alla UNI definiscono tuttavia il limite del 0,40% di cloruri rispetto al peso del cemento impiegato (per il precompresso il limite si riduce a 0,10%; la UNI 1504 indica un range pericoloso, tra 0,2% e 0,5%), e non rispetto al peso del calcestruzzo. Per ottenere una corretta informazione dalla prova, devono pertanto essere formulate delle ipotesi, onde appunto ottenere la percentuale dei cloruri riferita al peso del cemento: si ipotizza in definitiva (qualora mancasse il dato certo) quello che può essere il peso specifico del conglomerato, nonché il dosaggio del cemento. A questo punto, la percentuale di cloruri riferita al peso del cemento, è ricavabile dalla relazione: Esempio: % cloruri cls peso specifico cls % cloruri= dosaggio cemento massa calcestruzzo = kg/mc dosaggio cemento = 300 kg/mc % cloruri nel campione di cls = 0,07 0, % cloruri nel cemento = = 0, 56> 0, La determinazione del calcestruzzo penetrato dal cloruro può essere in alternativa eseguita con un test colorimetrico simile adottato per la carbonatazione, impiegando in luogo della fenoftaleina, un indicatore a base di fluoresceina e nitrato di argento, che sviluppa un colore nero nella zona non penetrata dal cloruro ed un colore di tonalità rosa chiaro nel calcestruzzo penetrato dal cloruro. 3. INTRODUZIONE AL RISANAMENTO Gli interventi di restauro devono seguire le indicazioni riportate nelle raccomandazioni tecniche RILEM 124 SRC, nella UNI 1504, nonché nelle CEN. L obiettivo degli interventi deve essere quello di bloccare la corrosione in atto, e quello di mantenere le condizioni di protezione per la vita residua richiesta alla struttura. Tale fine può essere raggiunto attraverso il blocco del processo anodico, oppure l interruzione della circolazione di corrente nel calcestruzzo. Il blocco del processo anodico può essere realizzato mettendo in pratica uno dei tre seguenti principi: a) riportare le armature in condizioni di passività, anche qualora l umidità del calcestruzzo dovesse essere tale da garantire la corrosione; b) applicare la protezione catodica; c) rivestire le zone corrose delle armature. Per interrompere la circolazione di corrente nel calcestruzzo, si deve ridurre il suo contenuto d acqua, in modo che la resistività elettrica risulti elevata, e di conseguenza la velocità di corrosione delle armature sia bassa. Ogni principio può essere messo in atto con tecniche diverse. 4. TIPI DI INTERVENTO Nell ambito del recupero di opere in calcestruzzo danneggiate dalla corrosione indotta da penetrazione di cloruri, sono disponibili due metodi basati sulla ripassivazione delle armature, è controllabile l umidità all interno del calcestruzzo, si possono rivestire le armature, applicare la protezione catodica, oppure impiegare inibitori. 1

2 Normalmente viene utilizzato uno solo dei metodi menzionati. Nel caso di impiego di più metodi, ci si deve assicurare che i metodi non siano tra loro in conflitto. Quando il tenore di cloruri è molto elevato, i metodi basati sui principi di ripassivazione, controllo del tenore di umidità e di rivestimento delle armature, non si devono in genere applicare, ma si ricorre alla protezione catodica, alla rimozione elettrochimica dei cloruri o all impiego di inibitori. Qualora i cloruri fossero presenti nell impasto fin dal momento del suo confezionamento, non si devono impiegare i principi di ripassivazione e di rivestimento delle armatura. 4.1 RIPASSIVAZIONE DELLE ARMATURE ATTRAVERSO LA SOSTITUZIONE DEL CALCESTRUZZO CON MALTA ALCALINA (principio 7 UNI ) Si basa sulla sostituzione di tutto il calcestruzzo contaminato con malta alcalina, impiegandone spessori maggiori di 1 cm oltre i ferri di armatura, in direzione perpedicolare alla superficie, e spessori minimi maggiori di 2cm lateralmente ai ferri di armatura. Non è sufficiente intervenire solo in prossimità delle zone in cui la corrosione è in atto. In genere infatti, anche le zone vicine all area che si corrode hanno un contenuto di cloruri superiore al valore critico. Tali zone, data la formazione di un accoppiamento galvanico, restano temporaneamente passive e quindi protette dalle stesse zone sede di corrosione. Sostituendo il solo calcestruzzo limitrofo alle zone corrose, queste si ripassavano, non esercitando più l azione protettiva nei confronti delle aree vicine, presso le quali si trasferisce l attacco. L impiego in tal senso, di primer elettricamente isolanti da posare all interfaccia tra vecchio calcestruzzo e nuova malta, così come il rivestimento locale delle armature con prodotti organici, non risolvono il problema. Il corretto intervento deve quindi prevedere: - definizione del tenore critico di cloruri in relazione al calcestruzzo specifico; - individuazione delle zone dell opera, laddove nel calcestruzzo a contatto con le armature è stato superato il valore critico di cloruri; - rimozione completa del calcestruzzo così individuato (anche dove le armature non sono ancora corrose); - pulizia profonda delle armature: al contrario di quanto può avvenire nel caso di calcestruzzo carbonatato, allorquando ci si può permettere di allontanare dalle armature la sola ruggine che si stacca, in questo caso è fondamentale rimuovere cloruri e prodotti della corrosione, anche sul retro delle armature ed in prossimità degli attacchi localizzati - ricostruzione del copriferro con malte alcaline a base cementizia, tixotropiche, a bassa permeabilità, il cui ritiro igrometrico non implichi distacchi o fessurazioni. Al fine di prolungare nel tempo l efficacia dell intervento, può essere applicato un rivestimento superficiale, o si possono impiegare malte additivate con inibitori di corrosione (vedi 4.6). Il metodo non consente alcun rivestimento delle armature. In ambienti molto aggressivi, qualora fosse richiesta l integrazione o la sostituzione di armature, si potrebbe fare uso di materiali maggiormente resistenti alla corrosione (acciai inossidabili, zincati). Nel caso di opere molto inquinate da cloruri, laddove quindi i lavori di demolizione assumerebbero particolare rilevanza, si potrebbe procedere alla ripassivazione delle armature seguendo altri metodi ( 4.2, 4.5). 4.2 RIPASSIVAZIONE DELLE ARMATURE TRAMITE RIMOZIONE ELETTROCHIMICA DEI CLORURI (principio 7 UNI ) La rimozione elettrochimica dei cloruri consente di allontanare temporaneamente i cloruri dal copriferro (permane il rischio di ricontaminazione delle parti bonificate da parte di ioni rimasti nel calcestruzzo dietro le armature). Il metodo consiste nell imporre per mezzo di un alimentatore, la circolazione di una corrente continua da un sistema anodico costituito da una rete di acciaio o 2

3 rimozione della ruggine così come descritto in 4.1 (il rivestimento delle barre non è consentito), il ripristino locale con malte alcaline, nonché un trattamento superficiale impermeabile ai cloruri (posa successiva al trattamento di rimozione elettrolitica). Dato lo sviluppo di idrogeno al catodo, il metodo non è comunque consigliato per le strutture precompresse, laddove sono probabilmente presenti acciai ad alta resistenza. 4.3 CONTROLLO DELL UMIDITA DEL CALCESTRUZZO (principio 8 UNI ) titanio attivato ed un elettrolita (idrossido di calcio saturo o acqua di rubinetto) spruzzato ed impastato con fibre di carta (posizionati in adesione alla struttura e rimossi al termine del trattamento), verso il catodo, rappresentato dalle armature in acciaio. La quantità di cloruri rimossi è legata alla corrente circolante (tipicamente densità di corrente comprese tra 0,5 e 2,0 A/mq) ed alla durata del trattamento (alcune settimane pochi mesi, in funzione di: contenuto iniziale e distribuzione dei cloruri, spessore copriferro, qualità del cls, distribuzione armature, dal tipo di inquinamento: si rimuovono con maggiore difficoltà i cloruri già presenti nell impasto che non quelli penetrati dall esterno). Non si deve oltrepassare la densità di corrente di 2,0 5,0 A/mq (dati i tempi ridotti di applicazione della tecnica, i limiti che portano a fenomeni di reazione alcali-aggregati, perdita di aderenza armaturacalcestruzzo e acidificazione anodica, possono essere oltrepassati). Scopo del metodo è ovviamente quello di raggiungere un adeguato ph all interno del copriferro. Durante il trattamento si preleveranno pertanto ad intervalli di tempo regolari, campioni di calcestruzzo, al fine di valutare l evoluzione del ph mediante prova con fenoftaleina (vedi scheda SL-C2). Il metodo prevede, prima della rimozione dei cloruri, l allontanamento del solo calcestruzzo danneggiato, la In presenza di cloruri, la velocità di corrosione delle armature, può non essere trascurabile anche se in presenza di calcestruzzo secco; al contrario, essa si può manifestare con valori molto elevati. Ciò nonostante l abbattimento di umidità nel calcestruzzo resta sempre conveniente. L applicazione di trattamenti idrorepellenti che riducono l assorbimento di acqua ma ne consentono l evaporazione dall interno verso l esterno, può portare ad una notevole diminuzione dell umidità nel tempo (aumento della resistività elettrica del calcestruzzo) e ad una conseguente, anche se lieve, diminuzione delle velocità di corrosione delle armature. L applicazione necessita preventivamente della rimozione del solo calcestruzzo danneggiato e della ruggine (così come visto nel 4.1), il successivo ripristino del copriferro con malte alcaline (il rivestimento delle armature non è consentito), nonché la posa del trattamento superficiale impermeabile ai cloruri. Per il corretto impiego del metodo, non ci deve essere umidità proveniente da eventuali superfici non trattate (per es. risalita capillare dal terreno) L efficacia degli auspicabili trattamenti superficiali si riduce progressivamente nel tempo (5 10 anni). Attraverso l applicazione del metodo bisogna garantire un abbassamento tale della velocità di corrosione, da garantire la vita residua dell opera senza ulteriori interventi. 4.4 RIVESTIMENTO DELLE ARMATURE (principio 11 UNI ) Il ricoprimento delle armature deve essere assolutamente completo e fatto esclusivamente con rivestimenti organici, preferibilmente epossidici. Esso prevede la rimozione di tutto il calcestruzzo contaminato (vedi 4.1), la sabbiatura a metallo quasi bianco (SA 2½, vedi scheda SL-C5) delle armature, il ripristino con malte non necessariamente alcaline, nonché la stesa di un trattamento superficiale impermeabile ai cloruri. Rimane tuttavia preferibile applicare uno dei metodi visti in 4.1, 4.2, 4.5, metodi peraltro in concomitanza dei quali il rivestimento non è ammesso. 3

4 Il metodo può essere invece utile quando per esempio l esiguo spessore di copriferro non può essere in presenza di acciai ad alta resistenza, il potenziale deve essere inferiore a -900 mv SCE. In generale, comunque, i potenziali da imporre alle armature sono codificati, dipendono dal contenuto di cloruri, e dal risultato finale che si vuole ottenere (arresto o diminuzione della velocità di corrosione). Nella pratica sono richieste densità di corrente iniziali di 5 20 ma/mq (i valori più alti per maggiori contenuti di cloruri), che diventano 0,2 2 ma/mq per calcestruzzi saturi d acqua. La corrente necessaria per mantenere le condizioni di protezione, diminuisce solitamente con il tempo: a 2 5 ma/mq nel caso in cui si raggiungessero condizioni totali di passivazione delle armature; a 5 10 ma/mq nel caso in cui si raggiungesse un rallentamento del fenomeno di corrosione. aumentato a causa di vincoli geometrici od estetici, ed una malta alcalina (quand anche con l aggiunta di una protezione superficiale anticarbonatazione) si potrebbe carbonatare in poco tempo. 4.5 PROTEZIONE CATODICA (principio 10 UNI ) La protezione catodica è in grado di rallentare o arrestare il processo corrosivo, indipendentemente dal tenore di cloruri presenti nel calcestruzzo. La protezione viene applicata per tutta la vita residua della struttura, e richiede un sistema di monitoraggio per la verifica del mantenimento delle condizioni di protezione. Il metodo prevede l asportazione delle sole parti incoerenti della struttura, la rimozione della ruggine (vedi 4.1; il rivestimento delle barre non è consentito), il risanamento con un nuovo strato di malta alcalina conduttiva, l applicazione della struttura anodica (reti, pitture conduttive, ecc.), ed infine (nel caso della rete) il ricoprimento di quest ultima con malta o calcestruzzo tixotropici, sempre con buona conducibilità elettrica (le malte polimeriche impediscono il passaggio della corrente). Non sono richiesti trattamenti superficiali. All applicazione della protezione catodica, al fine di evitare che all interfaccia tra le armature ed il calcestruzzo vi sia una perdita di aderenza, il potenziale applicato deve essere mantenuto inferiore a -1,10 V SCE; allo stesso modo, per evitare sviluppo di idrogeno 4.6 INIBITORI DI CORROSIONE (principio 11 UNI ) Gli inibitori di corrosione sono generalmente impiegati per strutture inquinate da cloruri (raramente in strutture carbonatate) e dovrebbero ritardare o prevenire la corrosione dell acciaio nel calcestruzzo; essi possono essere aggiunti alle malte cementizie, applicati alla superficie del calcestruzzo (diffusione per migrazione) oppure direttamente sui ferri d armatura. Gli inibitori potrebbero contribuire a prolungare la vita utile di una struttura, tramite tre effetti: - aumento del tenore critico di cloruri necessari all innesco; - rallentamento della penetrazione dei cloruri; - riduzione della velocità di corrosione. 4

5 L efficienza di un inibitore dipende dallo stato delle armature (passive o corrose), dalla sua concentrazione sulla superficie delle armature (alcuni tipi di inibitori, se presenti in quantità insufficiente, favoriscono l attacco), dalla permeabilità e ph del calcestruzzo, dalla temperaturà, dalla quantità di cloruri, ecc. Considerando quanto sopra e tenendo in conto che alcuni fattori come il dilavamento, possono causare la diminuzione di efficacia degli inibitori nel tempo, l impiego degli stessi risulta essere impegnativo. Di fatto, al momento i risultati in merito all efficacia degli inibitori sono ancora controversi. 5. NOTE L opportunità di effettuare indagini, di scegliere la tecnica di intervento, di definire i requisiti dei materiali da ripristino, di scegliere i materiali da ripristino, di definire le fasi esecutive, nonché di eseguire controlli preliminari ed in corso d opera, va sempre affrontata assieme ad un tecnico di comprovata esperienza. 5