Politecnico di Milano, giugno 2017

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1 Giornate Nazionali sulla Corrosione e Protezione 2017 Politecnico di Milano, giugno 2017 Comportamento di armature resistenti alla corrosione in calcestruzzo confezionato con materie prime contaminate da cloruri: prove di laboratorio e applicazioni in campo Lollini F, Carsana M, Gastaldi M., Redaelli E., Torabian Isfahani F, Bertolini L Politecnico di Milano, Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering Giulio Natta, Milan, Italy

2 Introduzione Il calcestruzzo gioca un ruolo socio-economico significativo nel mondo. Più di 18 miliardi di tonnellate di calcestruzzo vengono prodotte ogni anno utilizzo di un enorme quantitativo di risorse naturali Acqua 1.5x10 12 litri/anno di acqua potabile sono utilizzati nella produzione del calcestruzzo (impasto, stagionatura, pulizia attrezzature ) Aggregati Si possono risparmiare risorse naturali?

3 Introduzione + Acqua di mare Aggregati riciclati FRP Acciai inossidabili I cloruri presenti nell acqua di mare, o nelle materie prime per la produzione del CA, causano la corrosione delle armature

4 Introduzione + Acqua di mare Aggregati riciclati FRP Acciai inossidabili Prove sperimentali (a lungo termine) + 2 applicazioni in campo (USA and Italia)

5 Introduzione + Acqua di mare Aggregati riciclati FRP Acciai inossidabili Prove sperimentali (a lungo termine) + 2 applicazioni in campo (USA and Italia) + LCA LCC

6 Scopo della ricerca Obiettivo del progetto è la dimostrazione del possibile utilizzo di acqua di mare e aggregati contaminati da cloruri (naturali o artificiali) per una produzione sostenibile del calcestruzzo quando combinati con armature resistenti alla corrosione per costruire infrastrutture in c.a. durevoli e economiche. 1) Caratterizzazione del calcestruzzo (in relazione alla durabilità) 2) Prove di corrosione su provini in calcestruzzo armato 3) Progetto della vita di servizio di strutture in Sea-concrete con armature in acciaio inossidabile 4) Sviluppo, installazione e monitoraggio di sonde per il demo project

7 Prove di laboratorio: Tipi di miscele Mix Cemento (*) Acqua Aggregati Cl - attesi Ref Riferimento deionizzata sabbia + ghiaia - Cem SeaCon deionizzata sabbia + ghiaia 0.3% m/cem Sea Riferimento di mare sabbia + ghiaia 1.1% m/cem RCA Riferimento deionizzata sabbia + 50%ghiaia + 50% RCA 0.78% m/cem Cem-FA SeaCon deionizzata sabbia + ghiaia 0.3% m/cem (*) cemento di riferimento: CEM II/A-LL 42.5R cemento SeaCon: circa 0.3%Cl - da processi di produzione Mix Cemento (*) Water Cl - aggiunti Aggregati 1-Cl Riferimento deionizzata 1% m/cem sabbia + ghiaia 3-Cl Riferimento deionizzata 3% m/cem sabbia + ghiaia 5-Cl Riferimento deionizzata 5% m/cem sabbia + ghiaia

8 Prove di laboratorio: Tipi di armature Tipo UNS EN Comp. Approx. Microstruttura XM 28 S %Cr 12%Mn Austenitica 304LN S %Cr 10%Ni Austenitica S %Cr 4%Ni Duplex S %Cr 5%Ni Duplex + riferimento in acciaio al carbonio

9 Mix design e proprietà allo stato fresco e indurito Mix Ref Sea Cem Cem-FA RCA 1-Cl 3-Cl 5-Cl cemento (kg/m 3 ) acqua (l/m 3 ) fly ash (kg/m 3 ) aggregati (kg/m 3 ) rapporto a/c Rapporto a/l Slump (cm) Lavorabilità S4 S4 S4 S4 S4 S4 S3 S4 f c,cubo,28 gg (MPa)

10 Prove di corrosione: acciaio al carbonio Esposizione esterna non riparata dalla pioggia + cicli di esposizione V corr (ma/m 2 ) Ref Sea Tempo Time (giorni) (day) Esposizione esterna T = 20 C/R.H. = 100% T = 20 C/R.H. = 65% T = 38 C/R.H. = 100% T = 50 C/R.H. = 90% T = 50 C/R.H. = 100% E corr (mv vs SCE)

11 Prove di corrosione: acciaio al carbonio Esposizione esterna non riparata dalla pioggia + cicli di esposizione E corr (mv vs SCE) E corr = 250 mv vs SCE Ref Sea -600 Cem Cem-FA RCA 1% %Cl 5%Cl v corr (ma/m 2 ) Esposizione esterna T = 20 C/R.H. = 100% T = 20 C/R.H. = 65% T = 38 C/R.H. = 100% T = 50 C/R.H. = 90% T = 50 C/R.H. = 100%

12 Prove di corrosione: acciai inossidabili Esposizione esterna non riparata dalla pioggia + cicli di esposizione V corr (ma/m 2 ) L XM Esposizione esterna Tempo Time (giorni) (day) T = 20 C/R.H. = 100% T = 20 C/R.H. = 65% T = 38 C/R.H. = 100% T = 50 C/R.H. = 90% T = 50 C/R.H. = 100% E corr (mv vs SCE)

13 Prove di corrosione: acciai inossidabili Esposizione esterna non riparata dalla pioggia + cicli di esposizione E corr (mv vs SCE) L Ref Cem Sea RCA 1% 3%Cl Cem-FA 5%Cl XM v corr (ma/m 2 ) E corr = 250 mv vs SCE Esposizione esterna T = 20 C/R.H. = 100% T = 20 C/R.H. = 65% T = 38 C/R.H. = 100% T = 50 C/R.H. = 90% T = 50 C/R.H. = 100%

14 Demo project: sito MILAN Pontenure ROME

15 Demo project: scenari e condizioni di esposizione A B C D E F Segmento A B C D E F Armature Acciaio al carbonio Acciaio al carbonio Calcestruzzo Ref SeaCon (seawater) Courtesy of Pavimental 304LN (1.4311) SeaCon (seawater) (1.4362) SeaCon (seawater) GFRP SeaCon (seawater) Acciaio al carbonio RAP

16 Demo project: sonde per il monitoraggio Accaio al carbonio Ti ref SS 304 Elettrodo di riferimento Ag/AgCl (SSC) Sonda multi armatura SS Sonda di resistività

17 Demo project: risultati preliminari Acciaio al carbonio Acciai inossibabili Ref SeaCon RAP 304LN Tempo (giorni) Tempo (giorni)

18 Confronto tra i dati di laboratorio e i risultati in campo Acciaio al carbonio Acciai inossibabili Ref SeaCon Ref/Lab Sea/Lab 304LN LN/lab 23 04/lab Tempo (giorni) Tempo (giorni)

19 Conclusioni Le prove di corrosione eseguite in laboratorio hanno mostrato che, in assenza di ulteriore penetrazione di cloruri, la corrosione non si è innescata in nessuna delle armature in acciaio inossidabile considerate in questo studio, anche quando il 5% di cloruri (rispetto al legante) è stato aggiunto al getto. Questo quindi indica che sia possibile l uso di materie prime contaminate da cloruri in combinazione con armature inossidabili. L acciaio al carbonio risulta, come atteso, inadatto nelle condizioni di esposizione più aggressive quando inglobato in calcestruzzo confezionato con acqua di mare. Le prove in campo hanno confermato questo comportamento.