POLITECNICO DI MILANO

Transcript

1 POLITECNICO DI MILANO VI Facoltà di Ingegneria Edile Architettura Corso di laurea magistrale in Ingegneria dei Sistemi Edilizi CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Relatore: Prof. Ing. Luca Bertolini Correlatore: Prof. Ing. Maddalena Carsana Elaborato di Laurea di: Paolo CAPPELLO matr Alberto GHIROTTO matr Anno Accademico

2 2

3 SOMMARIO SOMMARIO INDICE TABELLE... IV INDICE FIGURE... VI ABSTRACT VERSIONE ITALIANA... XII ABSTRACT VERSIONE INGLESE... XIII INTRODUZIONE CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO- SOSTENIBILI Il degrado del calcestruzzo armato Corrosione delle armature Calcestruzzo alcalino e senza cloruri Corrosione da carbonatazione Corrosione da cloruri Durabilità delle strutture in c.a Sviluppi nella tecnologia del cemento I cementi CSA Proprietà dei calcestruzzi con cementi CSA Stato indurito Degrado Applicazioni di calcestruzzi con cementi CSA e FAC METODOLOGIA SPERIMENTALE Materiali Miscele Provini Caratterizzazzione della miscela allo stato fresco Determinazione della lavorabilità Determinazione della massa volumica I

4 SOMMARIO 2.5 Caratterizzazzione della miscela allo stato indurito Resistenza a compressione Modulo elastico dinamico Resistività elettrica Avanzamento della carbonatazione Prova di resistenza alla penetrazione dei cloruri Misure elettrochimiche Misure di potenziale e di velocità di corrosione Prova di bagnamento Prova di assorbimento alla pressione atmosferica Prova di assorbimento capillare RISULTATI SPERIMENTALI Caratterizzazione di getti precedenti Ulteriori getti Lavorabilità Prestazioni meccaniche Resistività elettrica Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi con cemento SA Calcestruzzi con cemento SL06 e SL Avanzamento della carbonatazione Penetrazione dei cloruri Assorbimento alla pressione atmosferica Prova di assorbimento capillare Corrosione dell acciaio nei calcestruzzi studiati Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi con cemento SA Calcestruzzi con cemento SLO6 e SL II

5 SOMMARIO 3.9 Bagnamento Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi con cemento SA Calcestruzzi con cemento SLO6 e SL Osservazione dei provini armati dopo la rottura DISCUSSIONE DEI RISULTATI Proprietà dei calcestruzzi studiati Lavorabilità Prestazioni meccaniche Resistività elettrica Assorbimento alla pressione atmosferica e assorbimento capillare Avanzamento della carbonatazione Penetrazione dei cloruri Corrosione dell acciaio nei calcestruzzi studiati Corrosione in calcestruzzi alcalini privi di cloruri Corrosione in calcestruzzi alcalini con 0,4% di cloruri Corrosione in calcestruzzi alcalini con 1% di cloruri Corrosione in calcestruzzi carbonatati privi di cloruri Corrosione in calcestruzzi carbonatati con 0,4% di cloruri Corrosione in calcestruzzi in ponding Osservazione dei provini armati dopo la rottura CONCLUSIONI ALLEGATO BIBLIOGRAFIA III

6 INDICE TABELLE INDICE TABELLE CAPITOLO 1 Tab Produzione di cemento e relative emissioni di CO 2 a seconda della zona considerata [2] Tab CO 2 rilasciata dalla calcinazione durante la produzione del cemento [2] Tab Materie prime e requisiti di energia per produrre una tonnellata di cemento Portland [2] Tab Analisi degli ossidi dei clinker di cemento CSA e FAC [5] Tab Energia richiesta e CO 2 rilasciata durante la formazione dei componenti [6] Tab Emissioni di CO 2 nella produzione di cemento Portland e nel CSA (clinker e cementi) [7] Tab Composizione chimica dei cementi CSA [8] [9] Tab Confronto tra la composizione di un cemento CSA e quella di un cemento Portland [10] Tab Sviluppo della resistenza a compressione alle brevi stagionature per un calcestruzzo CSA ed un calcestruzzo CSA + Portland [14] Tab Spessore di carbonatazione naturale per il cemento CSA in diverse condizioni di esposizione [5] Tab Spessore di carbonatazione naturale per il cemento FAC in diverse condizioni di esposizione [5] Tab Variazione del ph nell'arco di 60 giorni [17] Tab Contenuto di cloruri per provini esposti in zona di marea ad intervalli di profondità specificati [5] CAPITOLO 2 Tab Composizione chimica dei cementi utilizzati Tab Mix desgin delle miscele Tab Mix design della boiacca Tab Provini confezionati per ciascuna delle miscele gettate a novembre Tab Provini confezionati per ciascuna delle miscele gettate a gennaio-febbraio Tab Provini confezionati per ciascuna delle miscele gettate ad aprile Tab Provini sottoposti a carbonatazione accelerata con relativo tempo di esposizione Tab Provini sottoposti a carbonatazione naturale con relativo tempo di esposizione IV

7 INDICE TABELLE Tab Provini sottoposti a carbonatazione naturale con relativo tempo di esposizione secondo CEN TS Tab Provini sottoposti a carbonatazione accelerata con relativo tempo di esposizione secondo CEN TS Tab Valori di corrente iniziale, differenza di potenziale corretta, corrente da rilevare dopo la correzione e durata della prova [26] Tab Condizioni di esposizione dei provini armati CAPITOLO 3 Tab Risultati dei getti preliminari in termini di abbassamento, densità media e resistenza a compressione a diverse stagionature Tab Risultati ottenuti dalle prove di lavorabilità delle varie miscele Tab Valori minimi, massimi e medi delle profondità di carbonatazione secondo CEN_TS_ Tab Riepilogo dei dati della prova di penetrazione dei cloruri del getto Tab Riepilogo dei dati della prova di penetrazione dei cloruri del getto Tab Riepilogo dei dati della prova di penetrazione dei cloruri del getto Tab Valori del coefficiente di diffusione dei cloruri nei getti 451 e Tab Risultati della prova di rottura dei provini alcalini: avanzamento della carbonatazione, percentuale corrosa e ph Tab Risultati della prova di rottura dei provini carbonatati: avanzamento della carbonatazione, percentuale corrosa e ph Tab Risultati della prova di rottura dei provini ponding: avanzamento della carbonatazione, percentuale corrosa e ph CAPITOLO 4 Tab Coefficiente di carbonatazione K ricavato per le miscele confezionate sottoposte a carbonatazione accelerata e naturale Tab Valori del coefficiente di diffusione apparente ricavato dai profili di penetrazione dei cloruri di figura 4.9 per le varie miscele V

8 INDICE FIGURE INDICE FIGURE CAPITOLO 1 Fig Azione dell'ambiente su una struttura in calcestruzzo armato [1] Fig Condizioni di corrosione delle armature nel calcestruzzo non carbonatato e senza cloruri, in funzione dell umidità [1]... 5 Fig Evoluzione nel tempo del degrado di una struttura in calcestruzzo armato dovuto a corrosione da carbonatazione [1] Fig Andamento della velocità di carbonatazione in funzione dell umidità relativa del calcestruzzo, in assenza di bagnatura [1] Fig Influenza del rapporto a/c sulla profondità di carbonatazione, per calcestruzzi di cemento portland, mantenuti per 6 anni a 20 C e 50% UR [1]... 9 Fig Andamento approssimato della correlazione tra velocità di corrosione e resistività del calcestruzzo [1] Fig Curva di polarizzazione di un materiale attivo-passivo in un ambiente con cloruri [1] Fig Diagramma ternario [4] Fig Sviluppo delle fasi in funzione del tempo di idratazione in un cemento CSA [12] Fig DTA per paste di cemento CSA stagionate a 3 ore, 1 giorno e 28 giorni [7] Fig Volume di mercurio intruso nelle paste di cemento valutato per Portland e CSA ai vari tempi di stagionatura: A) volume totale intruso nella pasta di cemento Portland; B) derivata del mercurio intruso nel cemento Portland; C) volume totale intruso nelle paste di CSA; D) derivata del mercurio intruso nel CSA [7] Fig Resistenza a compressione sviluppata nei calcestruzzi CSA, PC, FAC e CAC in funzione del tempo a 20 C [5] Fig Ritiro igrometrico in funzione del tempo (µm) per la miscela contenente CSA e CEM I 52,5 R [7] Fig Confronto tra resistenza a compressione e resistività elettrica misurata a 24 ore [15] Fig Grado di idratazione del C 4 A 3 S al variare del tempo per un cemento CSA con differenti contenuti di gesso [6] Fig Spessore di carbonatazione in funzione del tempo per provini sottoposti a carbonatazione accelerata [5] Fig Relazione tra il potenziale e la percentuale di Portland nella malta [19] VI

9 INDICE FIGURE Fig Relazione tra il ph e la percentuale di Portland nella malta [19] Fig Relazione tra la conduttività e la percentuale di Portland nella malta [19] Fig Uso del cemento CSA in Cina per la realizzazione di: a) Ponte stradale di Xizhimen, Pechino; b) ponte stradale di YanSha, Pechino; c) Stazione Antartica Cinese; d) tubi [6] Fig Hangtian Flyover in the Third Ring Road, Pechino [20] Fig Shenyang Long Distance Telecommunication Hub [20] CAPITOLO 2 Fig confronto tra un provino della miscela A ed un provino della miscela Abis Fig Schema di provino armato Fig cassero per provini cubici Fig Sonda di resistività (a) collocata all interno di un apposito contenitore in plastica (b) Fig Pressa e relativo sistema di controllo Fig Rilevazione della velocità degli ultrasuoni Fig Attrezzatura utilizzato per la determinazione della conduttanza dei provini prismatici Fig Rilevazione della conduttanza delle sonde Fig Camera di carbonatazione accelerata Fig Schema di posizionamento del provino per la prova della cella inclinata; a) tubo in gomma, b)soluzione anodica di idrossido di sodio, c) anodo, d) provino, e)soluzione catodica di cloruro di sodio, f) catodo, g)supporto in plastica, h) contenitore in plastica [26] Fig Profilo di penetrazione dei cloruri di un provino realizzato con cemento Portland.. 59 Fig Misure della profondità di penetrazione dei cloruri Fig Esempio di sezionamento del provino per il prelievo della porzione da sottoporre alla titolazione Fig Misura del potenziale di corrosione di un provino armato con il voltmetro Fig Schema dei collegamenti per la determinazione della resistenza di polarizzazione.. 64 Fig Prova di immersione totale in acqua dei provini cilindrici armati Fig Provini in immersione Fig Configurazione della prova di assorbimento capillare. 1) bacinella; 2) supporti di taglio; 3) campione di calcestruzzo; 4) livello d'acqua; 5) linee assiali sul provino [28] Fig Disposizione dei provini all'interno delle bacinelle durante la prova di assorbimento capillare VII

10 INDICE FIGURE CAPITOLO 3 Fig. 3.1 Esempi di prove di lavorabilità effettuate sui getti: a) 462 (misto: Portland CEM I 52,5 R + solfoalluminoso); b) 466 (misto: Portland al calcare CEM II/B- LL 32,5 R + solfoalluminoso) Fig Andamento della resistenza a compressione (a sinistra) e del modulo elastico dinamico (a destra) nel tempo di calcestruzzi con cemento SL06 confezionati con 0% di cloruri Fig Andamento della resistenza a compressione (a sinistra) e del modulo elastico dinamico (a destra) nel tempo di calcestruzzi con cemento SL05 confezionati con 0% di cloruri Fig Andamento della resistenza a compressione (a sinistra) e del modulo elastico dinamico (a destra) nel tempo di calcestruzzi con cemento CEM/B-LL 32,5 R confezionati con 0% di cloruri Fig Andamento nel tempo della conduttanza (a) e della resistività elettrica (b) misurata in provini attrezzati con sonde e confezionati con il getto 451 (cemento Portland CEM I 52,5 R). 75 Fig Andamento nel tempo della conduttanza (a) e della resistività elettrica (b) misurata in provini attrezzati con sonde e confezionati con il getto 467 (cemento Portland al calcare CEM II/B-LL 32,5 R) Fig Andamento nel tempo della resistività elettrica (a) e della massa volumica (b) misurata in provini prismatici confezionati con il getto 433 (cemento Portland CEM I 52,5 R) Fig Andamento nel tempo della resistività elettrica (a) e della massa volumica (b) misurata in provini prismatici confezionati con il getto 436 (cemento Portland al calcare CEM II/B-LL 32,5 R) Fig Andamento nel tempo della conduttanza (a) e della resistività elettrica (b) misurata in provini attrezzati con sonde e confezionati con il getto 454 (cemento SA02) Fig Andamento nel tempo della resistività elettrica (a) e della massa volumica (b) misurata in provini prismatici confezionati con il getto 426 (cemento SA02) Fig Andamento nel tempo della conduttanza (a) e della resistività elettrica (b) misurata in provini attrezzati con sonde e confezionati con il getto 462 (cemento SL06) Fig Andamento nel tempo della conduttanza (a) e della resistività elettrica (b) misurata in provini attrezzati con sonde e confezionati con il getto 466 (cemento SL05) Fig Andamento nel tempo della resistività elettrica (a) e della massa volumica (b) misurata in provini prismatici confezionati con il getto 439 (cemento SL06) Fig Andamento nel tempo della resistività elettrica (a) e della massa volumica (b) misurata in provini prismatici confezionati con il getto 443 (cemento SL05) VIII

11 INDICE FIGURE Fig Avanzamento del fronte carbonatato delle 6 miscele stagionate 7 giorni ad umido (A, Abis, B, C, D ed E) in funzione del tempo di esposizione in camera di carbonatazione accelerata Fig Avanzamento del fronte carbonatato delle 6 miscele stagionate 7 giorni ad umido (A, Abis, B, C, D ed E) in funzione del tempo di esposizione in laboratorio Fig Effetto della fenoftaleina sui provini delle 5 misceledopo circa 70 giorni di esposizione in camera di carbonatazione accelerata secondo CEN_TS_12390: a) miscela A;b) miscela B;c) miscela C;d) miscela D;e) miscela E Fig Effetto dell'indicatore commerciale dopo 72 giorni di esposizione in camera di carbonatazione accelerata; a) miscela A, b) miscela B Fig Profilo di penetrazione dei cloruri in un cemento misto.... Fig Percentuale di cloruri misurata in funzione della profondità di penetrazione nel provino confezionato con la miscela B (getto 451) e in un campione di cemento Fig Percentuale di cloruri misurata in funzione della profondità di penetrazione nel provino confezionato con la miscela C (getto 467) e in un campione di cemento Fig Percentuale di cloruri misurata in funzione della profondità di penetrazione nel provino confezionato con la miscela D (getto 462) e in un campione di cemento Fig Percentuale di cloruri misurata in funzione della profondità di penetrazione nel provino confezionato con la miscela E (getto 466) e in un campione di cemento Fig Stato dei provini 454 dopo 24 ore di immersione in acqua Fig Coefficiente di assorbimento di acqua in funzione del tempo Fig Istogramma con i valori medi di risalita dopo 2 ore delle cinque miscele Fig Assorbimento d'acqua in funzione del tempo Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera climatica e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento Portland e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) e 1% (simboli neri) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera climatica e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento Portland al calcare e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) e 1% (simboli neri) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini IX

12 INDICE FIGURE armati in ponding e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento Portland e con 0% di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati in ponding e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento portland al calcare e con 0% di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE b) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento portland e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE b) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento portland al calcare e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera climatica e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CTS e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) e 1% (simboli neri) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera climatica e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CTS e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) e 1% (simboli neri) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CTS e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE b) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CTS e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini X

13 INDICE FIGURE armati esposti in camera di carbonatazione accelerata, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CTS e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE b) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CTS e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera climatica e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL06 e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) e 1% (simboli neri) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera climatica e successivamente in laboratorio confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL05 e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) e 1% (simboli neri) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati in ponding e successivamente esposti in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL06 e con 0% di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati in ponding e successivamente esposti in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL05 e con 0% di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE b) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL06 e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE b) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL05 e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio attivato e della velocità di corrosione di provini armati sottoposti a bagnamento confezionati XI

14 INDICE FIGURE utilizzando calcestruzzo con cemento portland: a) alcalini con 0%, 0,4% e 1% di cloruri, b) carbonatati con 0-0,4% di cloruri e c) sottoposti a ponding con 0% di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio attivato e della velocità di corrosione di provini armati sottoposti a bagnamento confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento portland al calcare: a) alcalini con 0%, 0,4% e 1% di cloruri, b) carbonatati con 0-0,4% di cloruri e c) sottoposti a ponding con 0% di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio attivato e della velocità di corrosione di provini armati sottoposti a bagnamento confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CSA: a) alcalini con 0%, 0,4% e 1% di cloruri, b) carbonatati con 0-0,4% di cloruri e c) sottoposti a ponding con 0% di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio attivato e della velocità di corrosione di provini armati sottoposti a bagnamento confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CSA: a) con 0%, 0,4% e 1% di cloruri, b) carbonatati con 0-0,4% di cloruri e c) sottoposti a ponding con 0% di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio attivato e della velocità di corrosione di provini armati sottoposti a bagnamento confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL06: a) alcalini con 0%, 0,4% e 1% di cloruri, b) carbonatati con 0-0,4% di cloruri e c) sottoposti a ponding con 0% di cloruri Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio attivato e della velocità di corrosione di provini armati sottoposti a bagnamento confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL05: a) alcalini con 0%, 0,4% e 1% di cloruri, b) carbonatati con 0-0,4% di cloruri e c) sottoposti a ponding con 0% di cloruri CAPITOLO 4 Fig Valori dell'abbassamento al cono di Abrams e percentuale di additivo fluidificante (misurata in massa rispetto al cemento) relativi alle diverse miscele di calcestruzzo confezionate Fig Valori di massa volumica per le diverse miscele di calcestruzzo confezionato Fig Valori di resistenza a compressione in funzione del modulo elastico dinamico misurati dopo 1, 7 e 28 giorni di stagionatura a umido Fig Confronto tra le resistività elettriche misurate mediante sonde poste a contatto con le miscele A, B, C, D ed E Fig Confronto tra le resistività elettriche misurate su provini prismatici appartenenti alle miscele A, B, C, D, E Fig Valori del coefficiente di assorbimento a saturazione XII

15 INDICE FIGURE Fig Valori del coefficiente di risalita capillare Fig Valori medi del coefficiente di diffusione dei cloruri nelle varie miscele Fig Percentuale di cloruri in massa rispetto al calcestruzzo in funzione della profondità per ciascuna delle diverse miscele sottoposte alla prova NT BUILD Fig Valori medi del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno in titanio attivato in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo privi di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi della velocità di corrosione delle armature in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo privi di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi del potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo privi di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno in titanio attivato in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 0,4% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi della velocità di corrosione delle armature in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 0,4% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi del potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 0,4% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno in titanio attivato in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 1% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi della velocità di corrosione delle armature in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 1% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi del potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 1% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno in titanio attivato in provini carbonatati confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo privi di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento XIII

16 INDICE FIGURE Fig Valori medi della velocità di corrosione delle armature in provini carbonatati confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo privi di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi del potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE in provini carbonatati confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo privi di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno in titanio attivato in provini carbonatati confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 0,4% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi della velocità di corrosione delle armature in provini carbonatati confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 0,4% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi del potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE in provini carbonatati confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 0,4% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Fig Valori medi del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno in titanio attivato in provini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo senza cloruri, immersi in soluzione salina 3,5% NaCl e sottoposti successivamente al bagnamento Fig Valori medi della velocità di corrosione delle armature in provini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo senza cloruri, immersi in soluzione salina salina 3,5% NaCl e sottoposti successivamente al bagnamento Fig Valori medi del potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE nei calcestruzzi senza cloruri, immersi in soluzione salina salina 3,5% NaCl e sottoposti successivamente al bagnamento Fig Spessore di carbonatazione e percentuale di superficie corrosa delle armature a contatto con calcestruzzi inizialmente alcalini con 0, 0.4 e 1% di cloruri, misurati al termine delle prove di bagnamento Fig Spessore di carbonatazione e percentuale di superficie corrosa delle armature a contatto con calcestruzzi carbonatati con 0 e 0.4% di cloruri, misurati al termine delle prove di bagnamento Fig Spessore di carbonatazione e percentuale di superficie corrosa delle armature a contatto con calcestruzzi con 0% di cloruri immersi in soluzione 3,5% Nacl XIV

17 ABSTRACT ABSTRACT VERSIONE ITALIANA Recenti sviluppi nell ambito della tecnologia dei calcestruzzi hanno portato alla realizzazione di cementi a basso impatto ambientale, a base di solfoalluminato di calcio, che consentono risparmi energetici, minor consumo di materie prime e riduzione delle emissioni di CO 2 nell ambiente. In letteratura sono stati ampiamente caratterizzati i calcestruzzi ottenuti con tali tipi di cemento, mentre si hanno pochi dati relativi alla corrosione delle armature realizzate a contatto con essi. L obiettivo di questo lavoro di tesi è la caratterizzazione del comportamento alla corrosione delle armature in calcestruzzi confezionati con un legante innovativo a base di solfoalluminato di calcio. La tesi ha previsto un lavoro sperimentale che si è articolato in prove di caratterizzazione allo stato fresco (lavorabilità e densità) e prove di caratterizzazione allo stato indurito (resistenza meccanica a compressione, modulo elastico dinamico, resistività elettrica, assorbimento capillare e assorbimento alla pressione atmosferica) effettuate su calcestruzzi confezionati con diverse miscele (calcestruzzo solfoalluminoso, Portland, Portland al calcare, misto). Per quanto riguarda la durabilità di questo nuovo tipo di calcestruzzo, sono stati valutati il grado di avanzamento della carbonatazione e la penetrazione dei cloruri; inoltre, si sono svolte delle prove di corrosione delle armature in acciaio a contatto con i diversi tipi di calcestruzzi confezionati, esposti a diverse condizioni termoigrometriche. Parole-chiave: impatto ambientale, cemento a base di solfoalluminato di calcio, calcestruzzo, resistività elettrica, assorbimento, corrosione delle armature, cloruri, carbonatazione. XII

18 ABSTRACT ABSTRACT VERSIONE INGLESE Recent developments in the technology of cements led to the creation of cements with a low environmental impact, made from calcium sulphoaluminate, that allow energy savings, a lower consumption of raw materials and a reduction of CO 2 emissions into the environment. In the literature, concretes obtained with these types of cement have been extensively characterized, while there is few data on the corrosion of steel bars made in contact with them. The objective of this thesis is the characterization of the corrosion behavior of reinforcement in concrete manufactured with an innovative binder based on calcium-sulphoaluminate. The thesis consists in an experimental activity, divided into characterization tests in the fresh state (workability and density), and characterization tests in the hardened state (compressive strength, dynamic elastic modulus, electrical resistivity, capillary absorption and absorption at atmospheric pressure) performed on concrete made of different mixes (concrete sulfoalluminate, Portland, Portland limestone, mixed). Regarding the durability of this new type of concrete, the ingress of carbonation and the penetration of chlorides were investigated. Moreover, corrosion tests were carried out on steel reinforcement embedded in all the different types of concrete prepared, exposed to different temperature and humidity conditions. Keywords: environmental impact, calcium-sulphoaluminate cement, concrete, electrical resistivity, water absorption, steel corrosion, chlorides, carbonatation. XIII

19 INTRODUZIONE INTRODUZIONE Il settore dei materiali cementizi ha un notevole impatto ambientale in termini di consumo di materie prime, ma anche di inquinamento e produzione di rifiuti. Parecchi sforzi sono stati fatti, negli ultimi anni, con l obiettivo di perseguire uno sviluppo sostenibile; in particolare, si sono attuati miglioramenti nelle tecnologie produttive e nella composizione dei cementi. Oltre a rendere più efficiente il processo produttivo del clinker di Portland, si è cercato di modificarne la composizione, riducendo il contenuto dei costituenti più onerosi dal punto di vista ambientale. Proprio per questo motivo, la ricerca sperimentale è particolarmente attratta dai cementi a base di solfoalluminato di calcio, silicato di calcio e gesso, identificati come cement ternary system (CTS). Tali cementi hanno, infatti, importanti caratteristiche: le temperature necessarie per l ottenimento di solfoalluminato di calcio sono attorno a 1300 C, inferiori quindi a quelle richieste dai clinkers di cemento Portland (1400 C-1500 C); i clinkers, più friabili, richiedono una minore energia di macinazione rispetto a quelli di cemento Portland; inoltre, la concentrazione di calcare nella miscela cruda di alimentazione del forno, in parte costituita anche da bauxite e gesso, è ridotta. Da tutto ciò deriva una minore produzione di anidride carbonica (CO 2 ) sia in relazione alla minore calcinazione, sia per il minore consumo di combustibile necessario per raggiungere la temperatura di cottura. L interesse nei confronti di questi cementi non è solo dettato dall esigenza di attuare uno sviluppo sostenibile, ma anche da diversi vantaggi che essi presentano rispetto ai cementi ordinari, quali un minore tempo di presa, un più rapido sviluppo della resistenza meccanica alle brevi stagionature, un ridotto ritiro igrometrico ed un elevata resistenza ai solfati. Tuttavia, non è ancora chiaro il loro comportamento in relazione alla durabilità delle strutture in calcestruzzo armato, soprattutto se si considera che, in presenza di cementi solfoalluminosi, il ph della soluzione dei pori di calcestruzzo è inferiore rispetto a quelli garantiti dal cemento Portland. L obiettivo di questo elaborato di tesi è stato quello di valutare la durabilità di calcestruzzi con cementi solfoalluminosi (CSA) relativamente alla corrosione delle armature, in acciaio al carbonio, per effetto della carbonatazione e dei cloruri, in diverse condizioni di esposizione. 1

20 INTRODUZIONE Con il presente lavoro di tesi si vogliono definire le condizioni di esposizione a cui potrebbe essere destinato il cemento solfoalluminoso nel caso in cui venisse utilizzato per strutture in calcestruzzo armato. A tale scopo, la ricerca in cui si inserisce questa tesi ha previsto la realizzazione di diversi tipi di calcestruzzi confezionati con differenti cementi, sia con un cemento CSA, sia con cementi di riferimento (ovvero un cemento Portland e un cemento Portland al calcare), sia con cementi denominati misti perché ottenuti miscelando il cemento CSA con cementi ordinari. Con tali miscele sono stati realizzati provini armati e non, al fine di valutare le condizioni di protezione alla corrosione. La prima parte del capitolo 1 riguarda i temi del degrado del calcestruzzo e della corrosione delle armature; in seguito viene affrontato il tema della sostenibilità ambientale e vengono analizzate le principali strade percorribili al fine di ottenere una riduzione dell impatto ambientale del settore cementizio. Ci si sofferma, soprattutto, sull utilizzo di nuovi leganti, in particolar modo dei cementi solfoalluminosi, di cui si è riportato lo stato dell arte. Nel secondo capitolo vengono descritte le metodologie sperimentali utilizzate in laboratorio. L attività sperimentale svolta in questa tesi ha previsto la continuazione di prove iniziate in un precedente lavoro di tesi, sviluppatosi nell ambito del medesimo progetto di ricerca. Inoltre, sono stati realizzati ulteriori getti che hanno riprodotto il mix design definito dalla precedente tesi. Sono state effettuate sia prove per la caratterizzazione delle miscele (prove di lavorabilità, densità allo stato fresco, resistenza meccanica a compressione, modulo elastico dinamico, resistività elettrica, assorbimento capillare e assorbimento alla pressione atmosferica) sia prove finalizzate a valutare gli aspetti di durabilità, come le prove di avanzamento del grado di carbonatazione, le prove di penetrazione dei cloruri e quelle di corrosione su provini armati esposti in differenti ambienti di prova. Nel terzo capitolo vengono esposti i risultati ottenuti dalle prove svolte. Tali risultati sono stati opportunamente riassunti in tabelle oppure rappresentati tramite grafici. Nel quarto ed ultimo capitolo vengono discussi i risultati ottenuti, cercando di definire il comportamento dei calcestruzzi confezionati con cementi solfoalluminosi, le loro prestazioni e le interessanti prospettive che sono in grado di offrire al settore dei materiali cementizi, rendendo più concreta la possibilità di perseguire gli obiettivi di sostenibilità ambientale ormai necessari. 2

21 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI 1. CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO- SOSTENIBILI Il settore dei materiali cementizi ha un notevole impatto sull ambiente a causa del loro ampio utilizzo, dovuto ad un relativamente modesto costo dei materiali costituenti e delle fasi necessarie alla loro produzione. Per soddisfare la crescente domanda di materiali cementizi è necessario un cospicuo sfruttamento dell ambiente, non solo in termini di utilizzo di risorse non rinnovabili, ma anche di emissioni atmosferiche [1]. Per ridurre l impatto ambientale dell industria dei materiali cementizi si è ricorso allo sviluppo di cementi innovativi: tra questi, ha attirato particolare interesse negli ultimi anni il cemento a base di solfoalluminato di calcio (CSA), in cui si inserisce il presente elaborato di tesi. Riguardo ai materiali cementizi realizzati con tale tipo di legante, in letteratura si trova una ricca documentazione riferita alle sue proprietà meccaniche, mentre si hanno pochi dati relativi alla corrosione delle armature a contatto con calcestruzzi confezionati con esso. In questo capitolo si approfondisce, in particolare, il fenomeno della corrosione delle armature nel calcestruzzo per carbonatazione o penetrazione dei cloruri con riferimento anche all eventuale impiego di cementi solfoalluminosi, di cui si riporta lo stato dell arte. 1.1 IL DEGRADO DEL CALCESTRUZZO ARMATO In passato era opinione comune che le strutture in calcestruzzo armato fossero intrinsecamente durevoli e immuni dal degrado. A partire dagli anni ottanta si è compresa l importanza di prevenire il degrado del calcestruzzo e, in particolare, la corrosione delle armature. Diverse sono le cause del degrado del calcestruzzo armato; esse si possono dividere in quattro ampie categorie (figura 1.1): - degrado precoce (comparsa di fessure o danneggiamenti nei primi giorni o nelle prime ore dopo il getto); 3

22 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI - degrado fisico (ad esempio per effetto delle alte temperature o del fenomeno di gelodisgelo); - degrado chimico (a causa delle sostanze presenti nell ambiente, come ad esempio l anidride carbonica, i solfati, i cloruri e gli alcali-aggregati); - degrado meccanico (per effetto dell abrasione o dei carichi applicati sulla struttura). Fig Azione dell'ambiente su una struttura in calcestruzzo armato [1]. 1.2 CORROSIONE DELLE ARMATURE La corrosione delle armature è un fenomeno che, se non preso in considerazione in fase progettuale, può avere conseguenze pericolose sulle opere in calcestruzzo armato: l ossidazione del ferro provoca, infatti, una riduzione della sezione resistente delle armature, con conseguente aumento degli sforzi agenti sull elemento in calcestruzzo; inoltre, lo sviluppo dei prodotti di corrosione sulla superficie delle armature può portare a fenomeni espansivi e di fessurazione sino al distacco del copriferro. La protezione delle armature dalla corrosione è quindi fondamentale per soddisfare il requisito di durabilità di una struttura; per essere garantita è necessaria la comprensione della natura del processo di corrosione e delle condizioni in cui questo si verifica. La corrosione è un processo di natura elettrochimica; nel calcestruzzo, l elettrolita che conduce la corrente è la soluzione di idrossido di sodio e di potassio contenuta nei pori; tale soluzione, grazie al proprio alto livello di alcalinità (con valori di ph compresi tra 12,5 e 14), provoca la formazione di un sottile film di ossido sulla superficie dell armatura, il quale protegge 4

23 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI l elemento dalla corrosione. In questi casi, caratterizzati da velocità di corrosione prossime allo zero, si parla di condizioni di passività. La corrosione può avvenire solo se la protezione offerta dall alcalinità della soluzione dei pori viene meno: ciò può verificarsi in seguito alla carbonatazione del calcestruzzo o alla penetrazione di cloruri CALCESTRUZZO ALCALINO E SENZA CLORURI In seguito all idratazione del cemento, la soluzione nei pori del calcestruzzo ha un carattere alcalino; a contatto con questa soluzione l acciaio è passivo e presenta la curva di polarizzazione schematizzata in figura 1.2: Fig Condizioni di corrosione delle armature nel calcestruzzo non carbonatato e senza cloruri, in funzione dell umidità [1]. Nell intervallo di potenziali compreso tra -800 e +600 mv vs SCE l acciaio è in condizioni di passività. Nell intervallo di potenziali compresi tra il valore di equilibrio e -800 mv, il film protettivo non si forma; comunque, data la vicinanza al potenziale di equilibrio, la velocità dell attacco rimane trascurabile. Per potenziali superiori a 600 mv, le armature sono in condizioni di transpassività; sulla loro superficie si può sviluppare ossigeno secondo la reazione anodica di sviluppo di ossigeno: 2H 2 O O 2 + 4H + + 4e 5

24 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Sin tanto che le armature sono passive, la velocità di corrosione resta trascurabile sia in calcestruzzo aerato sia in calcestruzzo immerso in acqua (nel quale la diffusione dell ossigeno è ostacolata attraverso i pori saturi d acqua). La densità di corrente anodica può raggiungere valori elevati solo nel campo di transpassività. Le armature possono raggiungere questi potenziali solo quando sono polarizzate anodicamente. Tuttavia, visto che la reazione anodica che avviene a questi potenziali è lo sviluppo di ossigeno, anche in questo caso non ha luogo la dissoluzione del ferro e, quindi, la corrosione della armature (il film passivo non viene distrutto). Solo se l acidità prodotta dalla reazione anodica è sufficiente a neutralizzare l alcalinità del calcestruzzo a contatto con le armature, il film passivo può essere distrutto e può, quindi, innescarsi la corrosione CORROSIONE DA CARBONATAZIONE La carbonatazione è un processo chimico attraverso cui una sostanza, reagendo con l anidride carbonica, porta alla formazione di carbonati. Nel calcestruzzo, la sostanza reagente è l idrossido di calcio presente nella matrice cementizia ed il prodotto della reazione è il carbonato di calcio. Durante il processo di carbonatazione avvengono reazioni chimiche intermedie che coinvolgono gli idrossidi di sodio e di potassio presenti nella soluzione dei pori. La carbonatazione porta il ph della soluzione a valori prossimi alla neutralità (la soluzione nei pori del calcestruzzo carbonatato è costituita da acqua sostanzialmente pura). L acciaio nel calcestruzzo carbonatato non è quindi più protetto dal film di passività. Il processo di carbonatazione del calcestruzzo non risulta quindi dannoso nei confronti del calcestruzzo stesso, bensì crea problemi alle armature contenute in esso, in quanto crea le condizioni in cui può avvenire la corrosione del ferro (in presenza di acqua e ossigeno). L evoluzione nel tempo del degrado di una struttura in calcestruzzo armato a causa della carbonatazione può, quindi, essere rappresentata come in figura

25 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Fig Evoluzione nel tempo del degrado di una struttura in calcestruzzo armato dovuto a corrosione da carbonatazione [1]. Durante la fase di innesco avviene un avanzamento del fronte di carbonatazione della superficie esterna del calcestruzzo verso l interno; quando questo raggiunge l armatura ha inizio la reazione di corrosione, che può portare conseguenze quali la fessurazione ed il distacco del calcestruzzo. L avanzamento del fronte di carbonatazione è descritto dalla legge: dove x è la profondità di carbonatazione, t è il tempo e K è detto coefficiente di carbonatazione. Il valore di K, che può essere ricavato sperimentalmente, dipende sia da fattori ambientali sia da fattori legati al calcestruzzo. Tra questi si elencano: - l umidità relativa. La velocità di penetrazione della carbonatazione varia con l umidità del calcestruzzo per due motivi. Anzitutto il trasporto dell anidride carbonica (CO 2 ) all interno di questo materiale ha luogo facilmente attraverso i pori riempiti d aria, cioè in fase gassosa, mentre avviene molto lentamente in quelli riempiti d acqua (il rapporto tra le velocità di diffusione nelle due condizioni è di circa 10 4 ). Di conseguenza la velocità di diffusione dell anidride carbonica diminuisce al crescere dell umidità relativa (più marcatamente al di sopra dell 80%) fino praticamente ad annullarsi in calcestruzzo saturo. Questo significa che quando il calcestruzzo è bagnato, la penetrazione della CO 2 cessa. D altra parte la reazione di carbonatazione vera e propria si produce soltanto in presenza d acqua per cui, di fatto, per umidità inferiori al 40% non avviene con velocità apprezzabile. Per questi due opposti motivi, l intervallo di umidità relativa più pericoloso per la carbonatazione è compreso tra 50 e 80% (figura 1.4). Il valore di K, quindi, può 7

26 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI cambiare nel tempo (ad esempio, perché la struttura è soggetta a bagnamenti e asciugamenti), da una zona all altra della costruzione (ad esempio, passando da una zona riparata dalla pioggia ad una esposta, la velocità di penetrazione può risultare notevolmente inferiore), passando dagli strati più esterni a quelli più interni del calcestruzzo (gli strati più esterni risultano più secchi di quelli interni nelle fasi di asciugamento, mentre il contrario succede nella fase di bagnamento, pertanto la superficie del calcestruzzo ha caratteristiche diverse dalla zona più interna) oppure passando da una regione piovosa o ad alta umidità a una secca. Si sottolinea l estrema importanza, nelle situazioni concrete, del microclima, cioè delle condizioni di umidità e temperatura che si creano nelle diverse parti della struttura, per effetto anche della geometria della struttura stessa. I parametri che influenzano questo fenomeno sono il tempo in cui la struttura resta bagnata e la frequenza e durata dei cicli di bagnamentoasciugamento; infatti, dato che l assorbimento dell acqua nel calcestruzzo è molto più rapido dell evaporazione, la velocità di carbonatazione è minore se i cicli di bagnatura sono più frequenti e di minore durata, rispetto a cicli meno frequenti e di maggiore durata. Fig Andamento della velocità di carbonatazione in funzione dell umidità relativa del calcestruzzo, in assenza di bagnatura [1]. - la concentrazione dell anidride carbonica. Al crescere del contenuto di anidride carbonica nell atmosfera, la velocità di penetrazione del fronte carbonatato aumenta; - la temperatura. L aumento della temperatura, a parità di altre condizioni e in particolare dell umidità che in genere è il parametro più importante, fa crescere la velocità di penetrazione; - l alcalinità del calcestruzzo. La capacità di un calcestruzzo di fissare la CO 2 è proporzionale all alcalinità presente nella sua pasta cementizia e, quindi, dipende dalla 8

27 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI quantità di cemento utilizzato. L alcalinità dipende anche dal tipo di cemento. Nel cemento portland circa il 64% del peso di cemento è costituito da ossido di calcio (CaO, solo in piccola parte in soluzione e per il resto presente all interno dei prodotti di idratazione) e circa 0,5-1,5% da Na 2 O e da K 2 O (prevalentemente in soluzione come NaOH e KOH). Nel caso di cementi d altoforno con il 70% di loppa, il contenuto di CaO scende a circa il 44%. Per cementi con aggiunte pozzolaniche, la quantità di CaO è intermedia tra questi due valori; - il rapporto acqua/cemento e la stagionatura. La porosità del calcestruzzo ha una notevole influenza sulla velocità di penetrazione della carbonatazione. La diminuzione del rapporto a/c, determinando una diminuzione della porosità capillare della pasta cementizia idrata, consente di rallentare la penetrazione della carbonatazione. Per ottenere questi vantaggi il calcestruzzo deve essere adeguatamente stagionato. Il grafico in figura 1.5 mostra la differente penetrazione della carbonatazione al variare del rapporto a/c. Fig Influenza del rapporto a/c sulla profondità di carbonatazione, per calcestruzzi di cemento portland, mantenuti per 6 anni a 20 C e 50% UR [1]. Quando il fronte di carbonatazione raggiunge l armatura, e quindi l acciaio è depassivato, la velocità di corrosione è determinata dalla disponibilità di ossigeno e di acqua alla superficie dell acciaio. Solo in condizioni di completa e permanente saturazione d acqua l ossigeno non è in grado di raggiungere le armature (in queste condizioni, peraltro, anche la CO 2 non può penetrare nel calcestruzzo, che quindi non si carbonata). In tutte le altre condizioni di esposizione, la velocità di corrosione è governata dalla resistività elettrica del calcestruzzo e diminuisce all aumentare della resistività (figura 1.6). 9

28 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Fig Andamento approssimato della correlazione tra velocità di corrosione e resistività del calcestruzzo [1]. Il contenuto di umidità è il fattore principale nel determinare la resistività del calcestruzzo carbonatato. Nel calcestruzzo secco la resistività è elevata e la velocità di corrosione è trascurabile; viceversa, all aumentare dell umidità, diminuisce la resistività del calcestruzzo e aumenta di conseguenza la velocità di corrosione delle armature. Per questo motivo, l evoluzione nel tempo della velocità di corrosione delle armature è strettamente legata alle variazioni locali di umidità del calcestruzzo. In generale, nelle condizioni in cui la velocità di carbonatazione è massima, la velocità di penetrazione della corrosione è modesta e viceversa. Ad esempio, in strutture esposte in ambienti interni o riparati dalla pioggia, il fatto che il calcestruzzo a livello delle armature sia carbonatato costituisce raramente un problema, perché eventuali momentanee presenze di condensa o di bagnamenti non si traducono in aumenti del tenore di acqua a livello delle armature. Le situazioni peggiori sono quelle caratterizzate da alternanza di condizioni di umidità bassa con altre ad alta umidità, come succede nel caso di calcestruzzo esposto alla pioggia CORROSIONE DA CLORURI Se la soluzione dei pori ospita una certa quantità di cloruri, può verificarsi il fenomeno della corrosione delle armature per pitting. Questo tipo di attacco è pericoloso perché estremamente localizzato; infatti, la zona anodica di corrosione (corrispondente all area in cui si rompe il film passivo) è spesso molto più piccola ed è circondata da un ampia area ancora passiva che si comporta da catodo. 10

29 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Gli effetti della presenza di cloruri sulla curva di polarizzazione di un materiale attivo-passivo sono descritti in figura 1.7: Fig Curva di polarizzazione di un materiale attivo-passivo in un ambiente con cloruri [1]. La linea tratteggiata rappresenta l intensità di corrente (e quindi la velocità di corrosione) in un materiale senza cloruri: all aumentare del potenziale, una volta superata la zona di attività, la corrosione riprende solo dopo il raggiungimento del potenziale di trans passività (E tr ). Quando si è in presenza di cloruri, invece, il potenziale superato il quale non si ha più la situazione di passività è più basso (E pit, potenziale di pitting). Raggiunto questo valore, può quindi già avvenire la corrosione. L innesco del pitting dipende da diversi fattori: - la temperatura: al suo aumentare il potenziale di pitting diminuisce; - il ph dell ambiente: l effetto del ph dipende dal materiale metallico considerato; nel caso degli acciai il potenziale di pitting aumenta all aumentare del ph; - la composizione e la microstruttura del materiale metallico: ad esempio, la presenza di eterogeneità del materiale (precipitati, inclusioni, ecc.) favorisce l innesco dell attacco e riduce E pit ; - la presenza di interstizi, prodotti dalla geometria del componente oppure da depositi superficiali; - il tempo di permanenza a contatto con l ambiente: l innesco del pitting richiede un certo tempo di induzione; quando il contatto con i cloruri è limitato nel tempo, ad esempio perché la superficie viene regolarmente lavata, l attacco non si innesca; 11

30 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI - la concentrazione di cloruri nell ambiente: l attacco per pitting può avere luogo solo quando la concentrazione di ioni cloruro nella soluzione dei pori a contatto con la superficie dell acciaio raggiunge un valore di soglia, sufficiente a rompere il film di passività, definito tenore critico di cloruri. Quest ultimo fattore risulta fondamentale per lo studio sperimentale della resistenza di un calcestruzzo armato all attacco da cloruri: conoscendo la modalità di trasporto dei cloruri all interno del materiale è, infatti, possibile ricavare alcuni parametri che descrivono l avanzamento del profilo in funzione del tempo di esposizione; tali parametri possono essere in seguito utilizzati per prevedere il tempo necessario per il raggiungimento del tenore critico di cloruri sulla superficie dell armatura. Per quanto riguarda le modalità di trasporto, diversi studi hanno dimostrato che la variazione di concentrazione dei cloruri nello spazio e nel tempo può essere ben rappresentata attraverso l integrazione della seconda legge di Fick, che descrive il meccanismo di trasporto per diffusione: Dove: C x (x,t) è la concentrazione di cloruri alla profondità x e al tempo t; C s è la concentrazione di cloruri sulla superficie del calcestruzzo, considerata costante nel tempo; D è il coefficiente di diffusione, considerato costante nel tempo e nello spazio. In realtà, la formula sopra riportata non descrive esattamente il fenomeno fisico del trasporto dei cloruri per diffuzione, infatti: - il trasporto avviene per diffusione pura solo nel caso di calcestruzzi completamente saturati con acqua; nelle altre circostanze avvengono altri fenomeni di trasporto quali la risalita capillare; - i coefficienti di C s e D non sono costanti nel tempo; - il coefficiente D può variare in funzione della profondità del calcestruzzo, dal momento che i legami che si formano tra i cloruri e la pasta cementizia possono far variare la concentrazione dei cloruri liberi nella soluzione dei pori. Per questi motivi il coefficiente D utilizzato nella legge di Fick è chiamato coefficiente di diffusione apparente (D app ), e viene ricavato dall interpolazione di dati sperimentali. Ricerche effettuate su calcestruzzi interessati dalla penetrazione dei cloruri hanno dimostrato che il valore di D app dipende dal tipo di cemento, dalla struttura dei pori e da tutti i fattori che la determinano (stagionatura, rapporto acqua/cemento, grado di compattazione e presenza di 12

31 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI microfessurazioni); il coefficiente C s dipende, invece, dalla composizione del calcestruzzo, dalla localizzazione della struttura, dall orientamento della superficie, dal micro-ambiente, dalla concentrazione di cloruri nell ambiente e dalle condizioni generali d esposizione in relazione alla pioggia e ai venti. Mentre questi fattori influenzano il trasporto di cloruri dall esterno fino all armatura, altri fattori condizionano il tenore critico di cloruri sulla superficie dell armatura: tra questi, i principali sono il potenziale dell acciaio, il ph della soluzione nei pori del calcestruzzo e la presenza di bolle d aria intrappolata all interfaccia tra l armatura e il calcestruzzo. Il potenziale dell armatura è legato principalmente al contenuto di umidità del calcestruzzo, il quale determina la disponibilità di ossigeno sulla superficie dell acciaio; in strutture esposte all atmosfera, l ossigeno può facilmente raggiungere la superficie dell armatura attraverso i pori non saturi d acqua; il potenziale dell armatura è dell ordine di /+ mv vs SCE. Il rischio di corrosione per pitting in calcestruzzo non carbonatato può essere considerato basso per contenuti di cloruri inferiori a 0,4% rispetto alla massa del cemento ed elevato per tenori superiori a 1%. Per le strutture aerate, quindi, si considera spesso che il tenore critico cada nell intervallo tra 0,4 e 1% in massa di cemento. Quando un elemento in calcestruzzo armato è saturato d acqua, il trasporto di ossigeno verso le armature è modesto e, di conseguenza, il potenziale raggiunge valori molto negativi; in questo caso il contenuto critico di cloruri è maggiore rispetto alle strutture esposte all atmosfera. Per questo motivo, la corrosione per pitting nelle strutture marine permanentemente immerse in acqua di mare si innesta raramente. Il contenuto critico di cloruri diminuisce al diminuire del ph della soluzione dei pori del calcestruzzo. L attacco per pitting, infatti, può innescarsi solo quando il rapporto tra la concentrazione degli ioni cloruro e degli ioni idrossili, nella soluzione dei pori a contatto con le armature, raggiunge valori sufficientemente alti. Infine, la presenza di bolle d aria intrappolata nel calcestruzzo a contatto con l armatura fa sì che il contenuto critico di cloruri aumenti; ad esempio, diminuendo il volume di aria intrappolata da 2% a 0.2% in volume, il contenuto critico di cloruri può aumentare da 0.2 a 2% in massa rispetto al cemento. Questo fenomeno è stato spiegato con l assenza, all interno delle bolle, dell effetto benefico della calce che tende a mantenere elevato il ph anche nelle fasi iniziali di innesco del pitting. 13

32 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI 1.3 DURABILITÀ DELLE STRUTTURE IN C.A. Nel progettare le strutture in calcestruzzo armato devono essere considerati, quindi, gli effetti a lungo termine dell esposizione ambientale, per evitare che la struttura subisca danni rilevanti nell arco della vita di servizio richiesta; per tale motivo è necessario definire un opportuno stato limite che individui la fine della vita di servizio della struttura stessa, ad esempio questo potrà coincidere con la fessurazione ed il distacco del copriferro nel caso della corrosione da carbonatazione (figura 1.3). Il progetto della durabilità deve concentrarsi sul singolo elemento strutturale. I fattori che determinano la vita si servizio di un elemento strutturale comprendono: - i carichi applicati alla struttura, legati non solo alle azioni meccaniche, ma anche alle azioni ambientali come per esempio carbonatazione, cloruri, temperatura e umidità; - le proprietà del calcestruzzo, quali per esempio la composizione (rapporto acqua/cemento, tipo di cemento e aggiunte, additivi), la lavorabilità, la compattazione, la stagionatura e la fessurazione. - lo spessore del copriferro: quando si progetta una struttura in c.a., note le caratteristiche del calcestruzzo, e quindi la velocità con cui possono penetrare la carbonatazione o i cloruri, è possibile determinare lo spessore di copriferro necessario per garantire un tempo di innesco sufficientemente lungo; - il progetto strutturale e i dettagli costruttivi; - l impiego di eventuali protezioni aggiuntive; - l adozione di un programma di ispezione e di manutenzione programmata. 1.4 SVILUPPI NELLA TECNOLOGIA DEL CEMENTO La produzione globale di cemento è passata da circa 594 milioni di tonnellate nel 1970 a 2284 milioni di tonnellate nel 2005, ed è previsto un aumento fino a 5 miliardi di tonnellate nel 2050, in seguito all aumento di richiesta nei paesi in via di sviluppo e all aumento della popolazione mondiale. Ne consegue un aumento dello sfruttamento delle materie prime (come calcare e argilla) e delle emissioni inquinanti. La quantità di anidride carbonica (CO 2 ) prodotta dipende principalmente dalla composizione del cemento e dall energia utilizzata durante la produzione. 14

33 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Recenti dati sull emissione globale di CO 2 per la produzione di cemento danno una media complessiva di 0.88 tonnellate per ogni tonnellata di cemento prodotto. Tale quantità corrisponde a circa il 7.5% della produzione totale di CO 2 ad opera dell uomo. In tabella 1.1 sono riportate le percentuali di cemento prodotto e le quantità di CO 2 emesse nell ambiente nelle varie aree del mondo. Tab Produzione di cemento e relative emissioni di CO 2 a seconda della zona considerata [2]. Produzione (%) Emissioni di CO 2 (%) Africa America Latina Nord America Medio oriente OECD del Pacifico Est Europa e ex-urss Europa Asia (altre nazioni) India Cina Totale.0.0 Le emissioni di CO 2 derivanti dalla produzione del cemento dipendono principalmente da tre fattori, quali la composizione del cemento, la natura delle materie prime utilizzate e l efficienza del processo di produzione, e quindi globalmente possono essere esplicitate come la somma di tre contributi: C (totale) = C (materie prime) + C (combustibile) + C (energia elettrica) La maggiore quantità di CO 2 emessa deriva dalla decarbonatazione del calcare e dalla formazione dei costituenti mineralogici del cemento quali alite (3CaO SiO 2, C 3 S) e belite (2CaO SiO 2, C 2 S). Ad esempio, per produrre 0 kg di cemento Portland si generano kg di CO 2, di cui 530 kg dovuti alla decarbonatazione del calcare, mentre la rimanente parte è legata ai prodotti di combustione del forno e all energia utilizzata per la produzione del cemento. In tabella 1.2 sono elencate le quantità di CO 2 rilasciate sia durante il processo produttivo sia distintamente dai diversi componenti del cemento, oltre che globalmente da differenti tipi di cemento (Portland con e senza aggiunte): 15

34 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Tab CO 2 rilasciata dalla calcinazione durante la produzione del cemento [2]. Componente Tonnellate di CO 2 rilasciate durante il processo di calcinazione per produrre 1 tonnellata di cemento CaO (ossido di calcio) 0.78 C 3 S (alite) 0.58 C 2 S (belite) 0.51 C 3 A (celite) 0.49 PC (cemento Portland) 0.51 PC con aggiunta del 50% 0.26 PC con aggiunta del 75% 0.13 L energia elettrica è richiesta principalmente durante il processo di macinazione delle materie prime o del clinker prodotto e per il funzionamento del forno e dei motori dei ventilatori; inoltre parte dell energia viene consumata anche per il trasporto. La tabella 1.3 fornisce i dati di consumo specifico in termini di materie prime ed energia associate alla produzione di cemento Portland. L elevata concentrazione di calcare nella miscela implica sia un elevato fabbisogno termico del forno sia una notevole emissione di CO 2. Tab Materie prime e requisiti di energia per produrre una tonnellata di cemento Portland [2]. Calcare Argilla Gesso Combustibile fossile (petrolio equivalente) Energia elettrica 1.20 ton 0.30 ton 0.05 ton 0.07 ton kw/h La quantità di CO 2 emessa nell ambiente per la produzione di cemento può essere ridotta in diversi modi [2]: - migliorando l efficienza energetica (con conseguente riduzione compresa tra l 8 e il 28%); - utilizzando combustibili alternativi (con conseguente riduzione compresa tra il 6 e il 16%); - cambiando la composizione del cemento (con conseguente riduzione compresa tra il 7 e il 13%); 16

35 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI - riducendo la quantità di calcare, ovvero sostituendolo con aggiunte minerali di riciclo quali le ceneri volanti, che sono un residuo della combustione nelle centrali termiche a carbone, il fumo di silice, che è un sottoprodotto del processo produttivo delle leghe ferro-silicio,e la loppa d altoforno granulata,che è la scoria prodotta della lavorazione dell acciaio. La necessità di ridurre l energia consumata e le emissioni di CO 2 prodotte durante la produzione del cemento ha portato le industrie ad utilizzare varie aggiunte nella produzione dei cementi Portland (quali scorie granulate d altoforno, pozzolana naturale, ceneri volanti e calcare). Oltre a ridurre le emissioni, questi tipi di ingredienti riescono a migliorare il comportamento del calcestruzzo in relazione ai diversi fenomeni di degrado, grazie ai benefici derivanti dal loro contributo nelle reazioni di idratazione. Ad oggi, vengono anche effettuati tentativi di sviluppare nuovi tipi di cemento basati su clinker alternativi per cercare di ridurre il consumo di risorse e le emissioni di CO 2, come per esempio cementi che contengono elevate quantità di silicato bicalcico (belite, C 2 S) e solfoalluminato di calcio (ye elimite). Le recenti ricerche si sono quindi concentrate sui cementi innovativi definiti Third Cement Series (TCS) [3]. Alla famiglia dei cementi TCS appartengono i cementi a base di solfoalluminato di calcio (indicati come CSA o SAC) e i cementi ferro alluminosi (FAC). Entrambi questi tipi di cemento hanno attratto molto interesse, ma sono stati prodotti e utilizzati in larga scala soltanto in Cina, dove vengono fabbricate circa un milione di tonnellate all anno. Sia il CSA che il FAC hanno il solfoalluminato di calcio (C 4 A 3 S) come componente cementizio principale insieme alla belite; la quantità di ferroalluminato di calcio (4CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3, C 4 AF) è invece maggiore nel FAC. I cementi ferro alluminosi hanno un minore contenuto di belite rispetto ai cementi calcio solfoalluminosi e non contengono gesso. In figura 1.8 è riportato il diagramma ternario, che presenta ai vertici i principali componenti mineralogici di questi cementi (il solfoalluminato di calcio, la belite e la fase ferrica). Tale diagramma evidenzia la composizione di differenti cementi TCS in termini di indurimento e durabilità. Nella tabella 1.4 è invece riportata la composizione tipica di cementi CSA e cementi FAC in termini di percentuali in peso degli ossidi. 17

36 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Fig Diagramma ternario [4]. Tab Analisi degli ossidi dei clinker di cemento CSA e FAC [5]. Ossidi CSA FAC SiO TiO Al 2 O Fe 2 O CaO MgO K 2 O Na 2 O P 2 O Cr 2 O Mn 3 O ZrO HfO 2 <0.01 <0.01 PbO <0.02 <0.02 ZnO <0.01 <0.01 BaO 0.02 <0.01 SrO SnO 2 <0.01 <0.01 CuO <0.01 <

37 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI La produzione dei cementi TCS richiede una minore quantità di carbonato di calcio (CaCO 3 ); infatti, diversamente dai cementi Portland, il clinker dei cementi TCS è prodotto dalla cottura di una miscela costituita, oltre che da calcare, anche da bauxite e gesso. Tali tipi di cemento presentano un vantaggio rispetto ai cementi Portland, in quanto la produzione di CO 2 prodotta dalla decarbonatazione del calcare è ridotta; ciò avviene perché l alite, principale responsabile della produzione di anidride carbonica, è presente in quantità inferiore, come si può evincere dalla tabella 1.5. Tab Energia richiesta e CO 2 rilasciata durante la formazione dei componenti [6]. Componente del cemento Formazione di entalpia Anidride carbonica [kj/kg clinker] rilasciata [kg/kg clinker] C 3 S β-c 2 S CA C 4 A 3 S ~ Infatti, per la produzione di una tonnellata di belite si producono 510 kg di CO 2, a differenza dell alite che ne produce 578 kg [6]. Inoltre, questo tipo di processo avviene, a differenza del cemento Portland, a temperature inferiori di circa -150 C, in seguito alla rapida formazione di belite: questo permette di incrementare la produzione di clinker del 20% e di ridurre il consumo di carbone del 15%. I clinker di cemento sono prodotti con materiali di miscela come il solfato di calcio. Pertanto un clinker solfoalluminoso è in grado di garantire un risparmio del 68% nel fabbisogno di calcare, del 40% nel consumo di combustibile e del 62% nell emissione specifica di CO 2 rispetto ad un cemento Portland [7]. In base a quanto è stato detto relativamente alla diversa composizione rispetto al clinker di cemento Portland e conseguentemente al diverso comportamento in fase di idratazione, i calcestruzzi con questo tipo di cemento presentano anche caratteristiche diverse, ovvero: - un rapido indurimento; - una elevata resistenza a compressione; - una migliore resistenza al ritiro; - una bassa alcalinità. - più larga impiegabilità di rifiuti e sottoprodotti industriali, il cui utilizzo o smaltimento è alquanto complicato. 19

38 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI 1.5 I CEMENTI CSA In questo paragrafo si parlerà, in dettaglio, dei cementi CSA, relativamente alla loro composizione e al processo di idratazione. I cementi CSA sono stati sviluppati per la prima volta dalla China Building Materials Academy negli anni 70, dove sono stati utilmente impiegati per applicazioni anche strutturali grazie alla loro elevata impermeabilità e resistenza meccanica. Essi hanno una composizione chimica a base di solfoalluminato di calcio (4CaO 3Al 2 O 3 SO 3 ), solfato di calcio (CaSO 4 ) ed una serie di silicati di calcio (2CaO SiO 2, 5CaO 2SiO 2 SO 3, 2CaO Al 2 O 3 SiO 2, CaO Al 2 O 3 2SiO 2 ) ed alluminati di calcio (3CaO Al 2 O 3, 4CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3, 12CaO 7Al 2 O 3, CaO Al 2 O 3 ), in parte presenti anche nel clinker Portland. Il fabbisogno specifico di CaO (riferito all unità di massa del composto) per la sintesi di 4CaO 3Al 2 O 3 SO 3 è pari a 0.368, ossia rispettivamente il 50%, 56%, 59% e 80% di quello necessario per 3CaO SiO 2, 2CaO SiO 2, 3CaO Al 2 O 3 e 4CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3, i quattro componenti principali del cemento Portland. Un rapporto in massa calcare/clinker pari a 1.25 circa è frequente nella produzione di cemento Portland; diversamente, un cemento CSA ottenuto da una miscela di 24.1% calcare, 14.9% gesso naturale e 61.0% bauxite, il rapporto calcare/clinker è pari a 0.4. Si può quindi ottenere un risparmio del 68% nel fabbisogno di calcare. Il fabbisogno termico teorico del forno per la produzione di tale clinker si basa sull assunzione che la quantità di calore recuperabile dal raffreddamento dei gas del forno e del clinker sia pari a quella assorbita dalla cottura della miscela cruda di alimentazione al forno fino alla temperatura di clinkerizzazione. Esso può praticamente essere imputato alla calcinazione del calcare, in quanto il calore assorbito durante la cottura dei componenti della miscela cruda differenti dal calcare è compensato da quello generato durante la sintesi dei costituenti del clinker: se il fabbisogno termico per il clinker Portland risulta pari a 1988 kj per kg, quello per il clinker CSA è il 32% di tale valore, ossia 636 kj per kg. Visto che il consumo globale di energia termica è la somma del fabbisogno termico teorico del forno e delle perdite totali di calore, per un clinker Portland prodotto a 1450 C, esso ammonta a 3349 kj per kg, mentre per il clinker CSA risulta pari a 1997 kj per kg (assumendo che le perdite totali di calore siano le medesime in ambedue i casi, cioè 1361 kj per kg). In realtà, tali perdite sono sovrastimate per il clinker CSA (ottenuto ad una temperatura di sintesi più bassa) e pertanto il pertinente consumo globale di calore dovrebbe in realtà essere minore di 1997 kj per kg. Se un pet-coke con un potere calorifico inferiore di kj/kg è impiegato come fonte di 20

39 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI energia, consumi globali di calore pari a 3349 e 1997 kj per kg implicano consumi specifici di combustibile di e per kg di clinker Portland e CSA, rispettivamente, con un risparmio del 40% di combustibile per quest ultimo. I quantitativi specifici di CO 2 generati dalla calcinazione del calcare e dalla combustione del combustibile per la produzione di clinker e cementi (Portland e CSA) sono riportati in tabella 1.6. Tab Emissioni di CO 2 nella produzione di cemento Portland e nel CSA (clinker e cementi) [7]. Clinker Portland [kg / (kg clinker)] Clinker CSA [kg / (kg clinker)] CO 2 da calcinazione di calcare a CO 2 da combustibile b CO 2 totale Cemento Portland c [kg / (kg cemento)] Cemento CSA d [kg / (kg cemento)] a concentrazione di CaCO 3 uguale al 93% da massa b contenuto di carbone ossidabile a CO 2 uguale all 88% da massa c composto dal 95% di clinker e 5% di gesso d composto dall 85% di clinker e 15% di gesso Nella tabella 1.7 vengono riportate le la composizioni chimiche dei cementi CSA indicando i singoli elementi, mentre nella tabella 1.8 è riportato un interessante confronto tra la composizione mineralogica di un cemento CSA e quella di un cemento Portland. Da questo confronto risulta, infatti, evidente come la presenza di solfoalluminato di calcio e l assenza di silicato tricalcico siano le caratteristiche principali che distinguono i cementi CSA dai comuni cementi ordinari. Ne derivano evidenti differenze nel processo di idratazione di un cemento CSA rispetto ad un comune cemento Portland. 21

40 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Tab Composizione chimica dei cementi CSA [8] [9]. Elemento (%) [8] [9] SiO 2 6,64 5,10 CaO 44,27 41,4 Al 2 O 3 22,26 27,6 Fe 2 O 3 2,46 1,50 SO 3 17,90 22,3 MgO 0,75 1,0 TiO 2 1,34 - Tab Confronto tra la composizione di un cemento CSA e quella di un cemento Portland [10]. Fase (%) CSA Portland 3CaO SiO 2-57,4 2CaO SiO 2 21,7 10,2 3CaO Al 2 O 3 9,3 4,5 4CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 3,9 9,4 4CaO 3Al 2 O 3 SO 3 42,4 - CaSO 4 2H 2 O (gesso) 11,3 3,6 CaSO 4 (anidride) 4,9 - CaCO 3 (calcite) 6 13,5 Il comportamento dei cementi CSA è principalmente connesso alla generazione di ettringite, 6CaO Al 2 O 3 3SO 3 32H 2 O, a seguito dell idratazione del loro componente principale (ovvero 4CaO 3Al 2 O 3 SO 3 ) che può reagire con acqua secondo le seguenti modalità: - insieme con calce e solfato di calcio per generare solo ettringite, secondo la reazione: 4CaO 3Al 2 O 3 SO 3 +6CaO+8CaSO 4 +96H 2 O => 3(6CaO Al 2 O 3 3SO 3 32H 2 O) (1) - con il solo solfato di calcio per dare ettringite e idrossido di alluminio, secondo la reazione: 4CaO 3Al 2 O 3 SO 3 +2CaSO 4 +38H 2 O => 6CaO Al 2 O 3 3SO 3 32H 2 O+2Al(OH) 3 (2) L ettringite prodotta secondo la reazione (1) ha caratteristiche espansive; al contrario, l ettringite ottenuta in assenza di calce (reazione (2)) non è espansiva ed è in grado di promuovere elevate resistenze meccaniche già alle brevi stagionature. Le caratteristiche di rapido indurimento e stabilità dimensionale dei cementi CSA sono dovute alla reazione (2). Rispetto ad un cemento Portland, i cementi CSA presentano una velocità di idratazione più elevata, correlata ad una più consistente produzione di ettringite sin dai primi minuti; 22

41 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI successivamente, quando il solfoalluminato di calcio viene consumato, si ha la formazione di monosolfato. La presenza di strätlingite si verifica solo quando si ha una bassa quantità di solfoalluminatodi calcio ed un elevato rapporto acqua/cemento [11]. Nella figura 1.9 si possono notare le principali fasi in funzione del tempo di idratazione: Fig Sviluppo delle fasi in funzione del tempo di idratazione in un cemento CSA [12]. Durante il processo di idratazione, nelle prime ore avviene una grande produzione di calore in seguito alla notevole velocità delle reazioni; questa particolarità dei cementi CSA risulta particolarmente vantaggiosa nei climi freddi, ma potrebbe evidenziare problemi nella realizzazione di getti massivi. La precoce idratazione dei cementi CSA è governata principalmente dalla quantità e dalla reattività dell aggiunta del solfato di calcio [13], da cui derivano i principali prodotti di idratazione come l ettringite ed il monosolfato, oltre all idrossido di alluminio amorfo [11]. A causa della formazione ritardata di ettringite, in situazioni in cui il calcestruzzo è stato sottoposto a elevate temperature durante la stagionatura (per un riscaldamento esterno o calore generato dal processo di idratazione stesso), il calcestruzzo potrebbe essere suscettibile a fenomeni di fessurazione o espansione [5]. È stato, inoltre, dimostrato, attraverso prove sperimentali, che i cementi CSA perdono la loro lavorabilità rapidamente a causa della precoce e rapida idratazione; è consigliabile quindi l utilizzo di additivi ritardanti [5]. Il processo di idratazione di 4CaO 3Al 2 O 3 SO 3, oltre alla elevata velocità di formazione dei prodotti, è caratterizzato anche dai seguenti aspetti [7]: a) la stechiometria della reazione detta il meccanismo di idratazione; 23

42 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI b) la formazione completa di ettringite e idrossido d alluminio richiede un elevato quantitativo di acqua (il rapporto stechiometrico acqua/solido in massa è pari a 0.78). Tali aspetti conducono al repentino raggiungimento di una peculiare condizione contraddistinta da prodotti d idratazione stabili, potenzialmente utili alla durabilità dei cementi induriti. La caratteristica b) determina i seguenti fenomeni: - un precoce arresto dell idratazione, in quanto l acqua è rapidamente impiegata per la formazione dei prodotti; - una ridotta porosità capillare, dovuta al consumo di acqua libera; - una persistenza di fasi anidre stabili al pari dei loro prodotti d idratazione; - un ambiente privo di umidità che si instaura rapidamente a seguito del processo di autoessiccazione. Ne consegue che la microstruttura e il comportamento dei cementi CSA idratati sono del tutto differenti da quelli dei cementi Portland stagionati. Per questi ultimi, le proprietà leganti sono principalmente dovute alla generazione di silicati di calcio idrati, di composizione e microstruttura variabile, costituiti da particelle multistrato in grado di trattenere acqua sia all esterno che all interno dei vuoti che le separano. Questa situazione determina una notevole sensibilità del sistema idratato al ritiro per essiccazione e al creep, decisamente inferiore nel caso dei cementi CSA. Inoltre, la persistente acqua libera e la relativa porosità capillare, che influenzano considerevolmente le proprietà tecniche dei cementi Portland idratati (i quali richiedono un ammontare di acqua di gran lunga superiore a quello stechiometrico), giocano un ruolo molto limitato nel regolare il comportamento idraulico dei cementi CSA. Nelle figure 1.10 e 1.11 sono presentati i risultati delle indagini microstrutturali condotte su un cemento CSA ad alte prestazioni in via di idratazione mediante analisi termica differenziale (DTA) e porosimetria a mercurio (MIP). Dai termogrammi di figura 1.10 si può dedurre la rapida formazione iniziale di ettringite: gli effetti endotermici rilevati in corrispondenza degli intervalli di temperatura fra 160 e 170 C e fra 270 e 280 C sono, infatti, dovuti rispettivamente alla presenza di ettringite e di idrossido di alluminio. 24

43 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Fig DTA per paste di cemento CSA stagionate a 3 ore, 1 giorno e 28 giorni [7]. Per quanto concerne l andamento della porosità dei sistemi idratati, il comportamento dei cementi CSA è marcatamente diverso da quello dei cementi Portland. Fig Volume di mercurio intruso nelle paste di cemento valutato per Portland e CSA ai vari tempi di stagionatura: A) volume totale intruso nella pasta di cemento Portland; B) derivata del mercurio intruso nel cemento Portland; C) volume totale intruso nelle paste di CSA; D) derivata del mercurio intruso nel CSA [7]. 25

44 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Riguardo l idratazione del cemento Portland, è risaputo che sia l aumento del tempo di stagionatura, sia la diminuzione del rapporto a/c determinano una riduzione della porosità totale e della dimensione di soglia dei pori. Le curve differenziali a brevi tempi di stagionatura del cemento Portland (figura 1.11-A/B) mostrano un singolo picco, che indica una distribuzione unimodale della dimensione dei pori. All aumentare del tempo di stagionatura, appare un secondo picco nella zona di minor porosità (distribuzione bimodale). Il primo picco è connesso alla minima dimensione di pori in grado di connettere un sistema continuo. Il secondo picco è legato alla pressione richiesta per sfondare le barriere formate dai prodotti d idratazione che isolano lo spazio interno dei pori. Come previsto, per paste di cemento Portland, la distribuzione delle dimensioni dei pori è risultata quindi unimodale alle brevi stagionature e bimodale a quelle più lunghe. Per le paste di cemento CSA si rileva invece la rapida instaurazione di una distribuzione bimodale (figure 1.11-C e 1.11-D). La regione di bassa porosità nel caso di una pasta con cemento CSA dopo 2 ore di idratazione corrisponde al 25% del mercurio intruso mentre, a tempi più lunghi di stagionatura, il ruolo dei pori più piccoli diventa predominante. Lo sviluppo della struttura dei pori è inizialmente molto rapido e presenta una prevalente regione di più bassa porosità a seguito della veloce formazione di prodotti d idratazione che riducono e isolano lo spazio interno. Per periodi di stagionatura più lunghi l evoluzione della porosità è molto lenta, a causa del pressoché totale arresto dell idratazione. Il confronto fra i risultati ottenuti con paste di cementi Portland e CSA a 12 ore di stagionatura mostra chiaramente la forte differenza nelle caratteristiche porosimetriche. In un periodo di stagionatura compreso tra 1 e 28 giorni, l evoluzione della porosità delle paste di cemento CSA è completamente differente da quella osservata per le paste di cemento Portland. È interessante notare la comparsa di una distribuzione trimodale in quanto la regione di più bassa porosità si divide in due zone con dimensioni del diametro di soglia comprese tra 20 e 25 nm e tra 5.5 e 7 nm. 26

45 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI 1.6 PROPRIETÀ DEI CALCESTRUZZI CON CEMENTI CSA In questo paragrafo verranno illustrate le proprietà allo stato indurito dei calcestruzzi ottenuti con cementi CSA e la loro durabilità nel caso di esposizione ad ambienti aggressivi STATO INDURITO Per i calcestruzzi con cementi CSA, sia la rapida formazione di ettringite sia la conseguente caratteristica distribuzione dei pori del sistema idratato, evidenziate dalle tecniche d indagine microstrutturale, promuovono un rapido incremento delle prestazioni e il considerevole potenziale di durabilità. Ne consegue che, rispetto ai calcestruzzi con cemento Portland, quelli con cemento CSA presentano, già alle brevi stagionature, resistenze meccaniche più elevate (figura 1.12); anche in termini di ritiro, i calcestruzzi con CSA presentano un comportamento migliore (figura 1.13). Fig Resistenza a compressione sviluppata nei calcestruzzi CSA, PC, FAC e CAC in funzione del tempo a 20 C [5]. 27

46 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Fig Ritiro igrometrico in funzione del tempo (µm) per la miscela contenente CSA e CEM I 52,5 R [7]. Come si può notare dal grafico di figura 1.13, i CSA presentano un ritiro igrometrico inferiore rispetto al cemento Portland CEM I 52,5 R sin dalle prime ore di stagionatura. Se si desidera un ulteriore riduzione del ritiro, i cementi CSA possono essere miscelati con cemento Portland, al fine di sfruttare il forte ambiente alcalino creato da Ca(OH) 2 (originato dall idratazione del cemento Portland) e di promuovere pertanto la formazione di ettringite espansiva che determina una considerevole compensazione del ritiro. L aggiunta del Portland al cemento CSA, come si può notare in tabella 1.9, non porta invece benefici dal punto di vista della resistenza a compressione in tempi brevi. Tab Sviluppo della resistenza a compressione alle brevi stagionature per un calcestruzzo CSA ed un calcestruzzo CSA + Portland [14]. Tempo [ore] Resistenza a compressione [MPa] Calcestruzzo con cemento CSA Calcestruzzo con cemento CSA + Portland La resistenza a compressione del calcestruzzo può essere correlata alla resistività elettrica: la figura 1.14 indica i differenti valori di resistenza a compressione (curva rossa) e resistività (curva blu) di una pasta cementizia con CSA al variare del rapporto acqua/cemento a 24 ore dal getto. Passando da un rapporto a/c pari a 0.4 a un rapporto a/c pari a 0.5, la resistenza tende a diminuire passando da circa 33 MPa a circa 23 MPa mentre la resistività elettrica aumenta passando da circa 62 Ωm a Ωm. 28

47 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Fig Confronto tra resistenza a compressione e resistività elettrica misurata a 24 ore [15]. Oltre al rapporto acqua/cemento, che influenza la porosità della matrice cementizia su impasti di calcestruzzo e malta a differenti rapporti acqua/cemento, un altro fattore da prendere in considerazione in relazione alle proprietà allo stato indurito è il contenuto di gesso presente nel cemento CSA, che va a influenzare il processo di idratazione e di conseguenza la resistenza a compressione. L aggiunta di gesso permette di ottenere differenti tipi di cementi CSA: all aumentare della sua quantità, il cemento può variare le sue proprietà passando da un cemento a rapido indurimento a un cemento a ritiro compensato. L idratazione del CSA risulta infatti significativamente accelerata dall aggiunta di gesso, come si può notare dal grafico in figura 1.15 relativo alla sola idratazione del C 4 A 3 S, di cui è principalmente costituito. Fig Grado di idratazione del C 4 A 3 S al variare del tempo per un cemento CSA con differenti contenuti di gesso [6]. La resistenza a compressione del calcestruzzo dipende, oltre che dal quantitativo di gesso, anche dal rapporto acqua/cemento. Secondo prove sperimentali riportate nel riferimento [13], la 29

48 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI massimizzazione della resistenza si ottiene con una quantità di gesso pari al 20% e con un rapporto a/c pari a DEGRADO Come accade per i calcestruzzi con cemento Portland, anche per quelli confezionati con cementi solfoalluminosi è importante conoscere il comportamento in relazione alle forme di degrado, per valutarne la durabilità. Nei vari articoli di letteratura scritti sull argomento sono presenti parecchi dati di caratterizzazione ma pochi dati relativi al degrado dei calcestruzzi CSA, a volte anche discordanti tra loro. Carbonatazione Secondo alcuni autori [5], la grande quantità di ettringite prodotta durante l idratazione può contribuire a rendere particolarmente sensibili alla carbonatazione i calcestruzzi con cemento CTS; questo processo porta ad una diminuzione del ph con il trascorrere del tempo. Un esperimento condotto da Keith Quillin [5] limitatamente ai calcestruzzi con cementi solfoalluminosi ha avuto come scopo la valutazione della loro resistenza alla carbonatazione. La prova è stata condotta su provini prismatici di dimensioni 75x75x200 mm, confezionati sia con calcestruzzi con cemento solfoalluminoso (CSA) sia con quello con cementi ferritici (FAC), a parità di rapporto acqua/cemento (pari a 0.56). Sono state previste tre condizioni di esposizione differente: alcuni provini sono stati esposti all esterno del laboratorio riparati dagli agenti atmosferici, altri sempre all esterno senza riparo, altri ancora sono stati riposti, dopo 3 giorni di stagionatura in acqua e 28 giorni di esposizione in una camera contenente azoto, in una camera di carbonatazione accelerata con 20 C e 65% U.R. ed un livello di CO 2 costante pari al 4.3%. Le tabelle 1.10 e 1.11 mostrano gli spessori di carbonatazione, ottenuti spruzzando fenoftaleina sulla superficie di rottura e facendo una media tra cinque misure lungo ogni margine del provino, a periodi crescenti da 90 a 720 giorni. I dati evidenziano che i cementi CSA hanno un maggiore spessore di carbonatazione rispetti ai FAC. 30

49 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Tab Spessore di carbonatazione naturale per il cemento CSA in diverse condizioni di esposizione [5]. Spessore di carbonatazioneinmm: media (min-max) Condizione 90 giorni 180 giorni 365 giorni 540 giorni 720 giorni Camera di carbonatazione 5.0 (3-8) 6.1 (4-9) 11.6 (9-19) 11.1 (9-18) 14.5 (11-17) in laboratorio Esterno riparati 2.0 (1-5) 4.3 (2-9) 6.2 ( ) 7.2 (4.5-15) 8.7 (5-12) Esterno esposti (1.5-8) 1.8 (1-6) 1.4 ( ) 1.5 (1-4) Tab Spessore di carbonatazione naturale per il cemento FAC in diverse condizioni di esposizione [5]. Spessore di carbonatazione in mm: media (min-max) Condizione 90 giorni 180 giorni 365 giorni 540 giorni 720 giorni Camera di carbonatazione 3.1 (1-6) 4.6 (2.5-9) 7.0 (4-14) 6.9 (3.5-10) 10.5 (7-16) in laboratorio Esterno riparati 2.6 (1-6.5) 3.4 (1-6.5) 4.6 (3-6.5) 6.2 (4-10) 8.0 (5.5-11) Esterno esposti 1.3 (1-2.5) 2.3 (1-7) 2.5 (1-6.5) 2.6 (1-5) 3.6 (1.5-7) Entrambe le carbonatazioni avvengono molto facilmente se paragonate ad un cemento Portland prodotto con le stesse caratteristiche e sottoposto alle stesse esposizioni, come mostra il grafico in figura 1.16 sottostante. Fig Spessore di carbonatazione in funzione del tempo per provini sottoposti a carbonatazione accelerata [5]. 31

50 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Un esperimento fatto da Winnefeld, incentrato sul ph dei cementi CSA, mostra come la soluzione dei pori è costituita prevalentemente, durante le prime ore dell idratazione, da potassio, sodio, calcio, alluminio e solfato e presenta un ph di Quando il solfato di calcio è esaurito, la concentrazione di solfato scende di un fattore 10, provocando un aumento del ph a circa [16]. In un'altra ricerca, condotta da Andac e Glasser [17] su provini in calcestruzzo con cemento CSA, si evidenzia una riduzione del ph da 13.1 a 12.9 in 60 giorni di esposizione, come evidenziato in tabella Tab Variazione del ph nell'arco di 60 giorni [17]. giorni ph Nello studio sperimentale condotto da Zang e Glasser [18] per valutare lo spessore di carbonatazione dei calcestruzzi realizzati con cemento CSA, sono stati rilevati valori discordi rispetto ad altre ricerche. Sono state prelevate porzioni di calcestruzzo da un pilastro 40x40 cm esposto per 16 anni all aria aperta e realizzato con un cemento CSA a normale resistenza, confrontando i dati ottenuti con i valori relativi ad un pilastro sottoposto alle stesse condizioni ma realizzato con CSA ad elevata resistenza. Per ricavare lo spessore di carbonatazione non è stata utilizzata la fenoftaleina in quanto ritenuta dai ricercatori una sostanza chimica con un profilo difficilmente rilevabile ed effimero per lo studio in questione; si è quindi fatto ricorso alla metodologia basata sulla microscopia a raggi infrarossi. I risultati delle prove hanno evidenziato una velocità di carbonatazione di 0.5 mm/anno per il calcestruzzo con cemento CSA a normale resistenza e di 0.06 mm/anno per il calcestruzzo con CSA ad alta resistenza. I ricercatori hanno quindi tratto la conclusione che la velocità di carbonatazione per i cementi CSA è paragonabile a quella di un cemento Portland. Penetrazione da cloruri Nella ricerca condotta da Quillin sono state anche effettuate prove per valutare la differente concentrazione di cloruri in calcestruzzi con cementi CSA e FAC. Per questa prova sono stati 32

51 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI realizzati dei prismi di dimensione 300xx mm, sempre con rapporto a/c pari a 0.56 ed esposti in una zona di marea presso la località di Shoeburyness in Inghilterra per 90 giorni. Dopo tale periodo di tempo, sono stati prelevati campioni di calcestruzzo a diverse profondità. Per valutare il contenuto di cloruri si è fatto ricorso all analisi a raggi X sulle polveri ottenute dai vari frammenti. In tabella 1.13 è riportato il profilo del contenuto di cloruri nei provini con CSA e FAC a diversi intervalli di profondità. Attraverso l integrazione della seconda legge di Fick è stato ricavato il valore del coefficiente di diffusione D per il FAC, che è risultato pari a m 2 /s, ottenendo una concentrazione di cloruri superficiale di 0.8% vs cemento. I risultati del CSA non seguivano invece l andamento di tale curva, impedendo di ricavare un valore attendibile di D. Tab Contenuto di cloruri per provini esposti in zona di marea ad intervalli di profondità specificati [5]. Contenuto di cloruri [% vs cemento] Spessore [mm] CSA FAC Corrosione Un esperimento condotto da Janotka e Krajči [19] ha previsto il confezionamento di provini prismatici di dimensioni 40x40x160 mm, aventi un rapporto acqua/cemento pari a 0,5 e realizzati miscelando il cemento solfoalluminoso ed il cemento Portland in diverse percentuali. I provini sono stati posti in una camera di stagionatura a 20 C e con % di umidità relativa per 28 giorni e successivamente a 20 C e % U.R. o a 20 C e 60% U.R. per 90 giorni. Come si può notare nelle figure 1.17 e 1.18, all aumentare della percentuale di Portland da 0% a 15%, si ha un netto aumento sia del potenziale sia del ph, che porta le armature ad una condizione di passività. A percentuali superiori, il potenziale rimane pressoché costante, mentre il ph tende ad aumentare nuovamente raggiungendo un valore di circa 12.4 al % di cemento Portland. 33

52 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Per quanto riguarda la conduttività (figura 1.19), anch essa aumenta all aumentare della percentuale di cemento Portland, soprattutto al di sopra di una percentuale pari al 50%. Fig Relazione tra il potenziale e la percentuale di Portland nella malta [19]. Fig Relazione tra il ph e la percentuale di Portland nella malta [19]. Fig Relazione tra la conduttività e la percentuale di Portland nella malta [19]. 34

53 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI 1.7 APPLICAZIONI DI CALCESTRUZZI CON CEMENTI CSA E FAC Le principali applicazioni di calcestruzzi con cementi CSA e FAC si trovano in Cina: è qui che infatti sono stati sviluppati e maggiormente studiati, a tal punto che la Cina è ad oggi il Paese con la più lunga esperienza nella produzione e nell uso di tale calcestruzzo [4]. I cementi CSA sono stati sono stati utilizzati in diverse costruzioni, come mostrato in figura 1.20 [6]. Lo XizhimenRoad Bridge a Pechino è stato realizzato con calcestruzzo a base di cemento CSA ed è in servizio da quasi 30 anni, senza mostrare significativi segni di deterioramento. Grazie alla loro elevata resistenza iniziale, questi cementi vengono utilizzati per produrre elementi in calcestruzzo prefabbricato e per costruire edifici anche a basse temperature. La loro elevata resistenza ai solfati offre inoltre una buona durabilità per le costruzioni marine. Grazie alle loro caratteristiche, i cementi calcio-solfoalluminosi e ferroalluminosi hanno trovato anche applicazioni specifiche: - Elementi prefabbricati di piccola/media dimensione. Questi elementi sono normalmente impiegati in condizioni di sollecitazioni modeste come, ad esempio, per lastre precompresse di copertura o elementi snelli quali travi, pilastri e colonne. - Elementi prefabbricati massicci. In questo caso si hanno sezioni maggiori e sono richieste resistenze più elevate. La precompressione degli elementi avviene per pretensione o post-tensione dell armatura. Travi fabbricate con cemento FAC sono state utilizzare per diversi cavalcavia realizzati a Pechino; uno di questi è riportato in figura Ingegneria delle costruzioni con l aggiunta di particolari additivi. Nella stagione invernale,con i cementi CSA e FAC è possibile realizzare costruzioni complesse di elevata resistenza, come lo Shenyang Long Distance Telecommunication Hub (figura 1.22), una torre alta 103 metri costruita in pieno inverno ad una temperatura di circa - 20 C; per evitare l attacco da gelo, si è usata acqua calda e si sono isolate le casseforme con paglia. Un ulteriore esempio di edificio realizzato con cemento CSA è il Liaoning Products Building. - Elementi in calcestruzzo massivo e impermeabile. Se la temperatura iniziale del cemento allo stato fresco e il calore di idratazione sono correttamente controllati, non si verifica nessun danno alle strutture per effetto della temperatura. Ne è un esempio una platea di fondazione di 1700 m 3 realizzata con cemento CSA nel nord-est della Cina. - Prodotti GRC (glass-fibre reinforced concrete). Il cemento CSA, grazie alla sua bassa alcalinità, è utilizzato frequentemente in Cina per calcestruzzi rinforzati con fibra di 35

54 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI vetro; tali calcestruzzi sono caratterizzati da un elevata resistenza iniziale e da un basso costo. Gli elementi in GRC sono oggi ampiamente usati per produrre lastre di rivestimento all interno o all eterno dell edificio e componenti o dettagli architettonici. - Additivi espansivi. Negli ultimi 10 anni gli additivi espansivi, basati sui clinker CSA e aggiunte di alunite e anidride, sono stati ampiamente utilizzati in strutture autoimpermeabilizanti, strutture idrauliche e impermeabilizzazioni di tetti rigidi in Cina. Al giorno d oggi, l uso di additivi espansivi ha raggiunto circa tonnellate in Cina, che possono produrre oltre 3' di metri cubi di calcestruzzo a ritiro compensato. Fig Uso del cemento CSA in Cina per la realizzazione di: a) Ponte stradale di Xizhimen, Pechino; b) ponte stradale di YanSha, Pechino; c) Stazione Antartica Cinese; d) tubi [6]. 36

55 CAPITOLO 1 CORROSIONE DELLE ARMATURE IN CALCESTRUZZI CON CEMENTI ECO-SOSTENIBILI Fig Hangtian Flyover in the Third Ring Road, Pechino [20]. Fig Shenyang Long Distance Telecommunication Hub [20]. 37

56 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE 2. METODOLOGIA SPERIMENTALE Questo elaborato di tesi si inserisce nell ambito di una ricerca sperimentale effettuata allo scopo di studiare le proprietà di calcestruzzi prodotti con leganti innovativi, in particolare la protezione offerta alle armature in essi contenute. Per leganti innovativi si intendono cementi a base di solfoalluminato di calcio prodotto da Buzzi Unicem S.p.A.. Le prove sono state effettuate presso il Laboratorio di Materiali Cementizi e Durabilità del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica Giulio Natta del Politecnico di Milano. L attività sperimentale svolta in questa tesi ha previsto la continuazione delle prove iniziate nell ambito della medesima ricerca da un precedente lavoro di tesi; tali prove consistono nel monitoraggio delle condizioni di corrosione di provini armati di calcestruzzi esposti in differenti ambienti di prova, oltre alla valutazione dell avanzamento della carbonatazione dei calcestruzzi studiati in condizioni accelerate e non. Inoltre, sono stati confezionati ulteriori calcestruzzi secondo il mix design definito nella precedente tesi. Per valutare la riproducibilità delle miscele ripetute, sono state effettuate prove di caratterizzazione allo stato fresco (in termini di lavorabilità e massa volumica) e allo stato indurito mediante prove di resistenza a compressione e modulo elastico dinamico (a differenti tempi di stagionatura). Le miscele confezionate in questa tesi sono state caratterizzate anche in termini di resistività elettrica (mediante sonde opportunamente realizzate), assorbimento, risalita capillare oltre a fare prove di resistenza alla penetrazione dei cloruri e alla carbonatazione. I risultati ottenuti sono stati, quindi, discussi sulla base dei risultati descritti nel precedente lavoro di tesi, al fine anche di caratterizzare le durabilità di calcestruzzi con cementi innovativi. 2.1 MATERIALI I materiali utilizzati per il confezionamento dei getti previsti nella ricerca sperimentale, oggetto di questo elaborato di tesi, sono i seguenti: - diversi tipi di cementi; 38

57 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE - aggregati calcarei (con dimensione massima pari a 16 mm); - due tipi di additivi (Dynamon Spx e Addiment rispettivamente per calcestruzzi ordinari e calcestruzzi a base di solfoalluminato di calcio). I cementi, prodotti da Buzzi Unicem S.p.A. e utilizzati per confezionare diversi tipi di miscele di calcestruzzo, a parità di mix design, sono riportati di seguito con le relative sigle: 1- cemento solfoalluminoso CTS (identificato con la sigla SA02); 2- cement Portland CEM I 52,5 R; 3- cemento portland al calcare CEM II/B-LL 32,5 R; 4- cemento misto ottenuto miscelando il cemento SA02 con il cemento CEM I 52,5 R (denominato SL06); 5- cemento misto ottenuto miscelando il cemento SA02 con il cemento CEM II/B-LL 32,5 R (indicato con la sigla SL05). La composizione chimica dei cementi utilizzati in questa ricerca è esposta in tabella 2.1. Tab Composizione chimica dei cementi utilizzati. Composizione chimica dei cementi utilizzati Ossidi [%] SA02 CEM I 52,5 R CEM II/B-LL 32,5R SL06 SL05 PPC CaO SiO SO Al 2 O MgO Fe 2 O TiO Na 2 O K 2 O Elementi minori NOTA: la composizione chimica dei vari tipi di cemento è stata fornita da Buzzi Unicem S.p.A. 2.2 MISCELE Le miscele di questa ricerca sono state realizzate con cinque leganti diversi: - cemento solfoalluminoso CSA (indicato con la sigla SA02); 39

58 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE - cemento Portland CEM I 52,5 R; - cemento Portland al calcare CEM II/B-LL 32,5 R; - cemento misto ottenuto miscelando il cemento SA02 con il cemento CEM I 52,5 R (indicato con la sigla SL06); - cemento misto ottenuto miscelando il cemento SA02 con il cemento CEM II/B-LL 32,5 R (indicato con la sigla SL05). Rispettivamente, nell ordine, con questi tipi di legante sono state realizzate miscele denominate con le lettere A, B, C, D, E. Nel mese di novembre 2012, i precedenti tesisti hanno confezionato, a parità di rapporto acqua/cemento (pari a 0.55), i cinque tipi di miscele di calcestruzzo sopra indicati (confezionate rispettivamente con i getti 426, 430, 433, 436, 439, 443). Le medesime miscele erano state ripetute anche aggiungendo all impasto cloruri in differenti percentuali (0,4 e 1% rispetto al cemento). Le miscele con 0,4% di cloruri aggiunti sono denominate con le sigle 427, 431, 434, 437, 440, 444, mentre quelle con l 1% di cloruri sono state realizzate con i getti 428, 432, 435, 438, 441, 445. Nel mese di gennaio 2013 è stato effettuato un getto, denominato 451, con cemento Portland CEM I 52,5 R. Nel mese successivo sono stati realizzati provini con cemento solfoalluminoso, indicato con la sigla 454. Infine, nel mese di aprile, sono stati confezionati provini in calcestruzzo con tre differenti tipi di legante: i primi (definiti con la sigla 462) realizzati con cemento SL06, i secondi (466) con il cemento SL05, gli ultimi (467) utilizzando cemento Portland al calcare CEM II/B-LL 32,5R. In tabella 2.2 è indicato il mix design delle miscele confezionate nei getti. Tab Mix desgin delle miscele. Miscela Getto Cemento Acqua a/c Polvere aggregati Calc 1 Calc 2 Calc 3 Calc 4 Additivo Dynamon Additivo Addiment kg/m 3 kg/m 3 - kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 B / A / 3.31 D / 2.73 E / 2.75 C / 40

59 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE 2.3 PROVINI Le prove elettrochimiche proseguite in tale tesi sono state effettuate mediante provini cilindrici armati. Per ogni miscela sono stati utilizzati 12 provini, differenti tra loro per il contenuto di cloruri: sono stati confezionati 6 provini con lo 0% Cl -, 4 provini con lo 0.4% e 2 provini con l 1%. Sono stati realizzati provini di forma cilindrica con diametro 7 cm e altezza 10 cm per tutte le miscele ad eccezione della miscela A, i cui provini hanno un diametro di 6 cm (figura 2.1). All interno di ogni provino è presente un armatura in acciaio al carbonio di diametro 16 mm e lunghezza 10 cm, affiancata da un elettrodo in titanio attivato collegato ad un cavo elettrico in rame e relativo controelettrodo (figura 2.2). Sono stati realizzati, inoltre, provini di forma cubica di lato 10 cm destinati a prove di resistenza meccanica a compressione e a prove di avanzamento della carbonatazione sia naturale che accelerata. Tali cubi sono stati confezionati con l ausilio di apposite casseforme metalliche, ciascuna delle quali permette la realizzazione di 4 provini cubici. Durante la fase di confezionamento le casseforme sono state poste sopra una piastra vibrante, che ha permesso un adeguata costipazione del calcestruzzo all interno del cassero. I casseri utilizzati per la realizzazione dei provini cubici sono raffigurati nella foto di figura 2.3. Fig confronto tra un provino della miscela A ed un provino della miscela Abis. 41

60 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE Fig Schema di provino armato. Fig cassero per provini cubici. L armatura è stata ricoperta alle due estremità rispettivamente per 1 cm e 3 cm con uno strato di boiacca, la cui composizione è riportata in tabella 2.3, e da un nastro autoamalgamante in gomma etilenpropilenica (EPR). Tab Mix design della boiacca. Mix design boiacca Componenti Rapporto Cemento CEM I 52,5 R 1:1 Sabbia silicea 1:2 Gomma SBR in emulsione acquosa sotto forma di lattice 1:1 Infine sono state realizzate delle sonde di resistività (figura 2.4-a) collegando, tramite un mammut, due fili di titanio attivato a due cavi elettrici in rame. La connessione è stata opportunamente isolata elettricamente con del nastro autoamalgamante. Tali sonde sono state 42

61 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE inserite all interno di contenitori plastici a chiusura ermetica tramite un foro realizzato sul loro fondo (figura 2.4-b). a) b) Fig Sonda di resistività (a) collocata all interno di un apposito contenitore in plastica (b). Prima di montare le sonde all interno del contenitore è stata eseguita la taratura delle stesse, immergendole in 3 litri di acqua con l aggiunta di 5 grammi di CaCl 2. Per ogni sonda, mediante un conduttimetro, sono stati rilevati i valori di conduttanza (ms) al fine di utilizzare sonde i cui valori fossero simili tra loro. Nel precedente lavoro di tesi sono stati anche realizzati dei provini prismatici di dimensioni 4x4x16 cm destinati a prove di resistività elettrica, che sono state proseguite nel ambito di questa tesi. Si riportano nelle tabelle sottostanti le varie tipologie di prove a cui sono stati destinati i provini, suddividendole in base alla realizzazione dei getti: novembre (tabella 2.4) gennaio-febbraio (tabella 2.5), aprile (tabella 2.6). 43

62 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE Tab Provini confezionati per ciascuna delle miscele gettate a novembre. % Geometria Cloruri provino Cubo 0 Cilindri armati Prismi 0,4 Cilindri armati 1 Cilindri armati Dimensioni 10x10x10 cm d = 7 cm h = 10 cm 4x4x16 cm d = 7 cm h = 10 cm d = 7 cm h = 10 cm Sigla Tipologia di prova a cui sono stati provino destinati 11 Carbonatazione accelerata 12 Carbonatazione accelerata 13 Carbonatazione accelerata 14 Carbonatazione in laboratorio 15 Carbonatazione in laboratorio 16 Carbonatazione in laboratorio 1 Potenziali e velocità di corrosione 2 Potenziali e velocità di corrosione Carbonatazione accelerata/velocità di 3 corrosione Carbonatazione accelerata/velocità di 4 corrosione 5 Potenziali e velocità di corrosione 6 Potenziali e velocità di corrosione 1 Resistività 2 Resistività 3 Resistività 7 Potenziali e velocità di corrosione 8 Potenziali e velocità di corrosione Carbonatazione accelerata/velocità di 9 corrosione Carbonatazione accelerata/velocità di 10 corrosione 11 Potenziali e velocità di corrosione 12 Potenziali e velocità di corrosione 44

63 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE Tab Provini confezionati per ciascuna delle miscele gettate a gennaio-febbraio. % Cloruri Geometria provino Dimensioni Sigla provino Tipologia di prova a cui sono stati destinati 1 Rc, Ed e massa a 1 giorno di stagionatura 2 Rc, Ed e massa a 1 giorno di stagionatura 3 Rc, Ed e massa a 7 giorni di stagionatura 4 Rc, Ed e massa a 7 giorni di stagionatura 5 Carbonatazione accelerata di stagionatura Cubo 10x10x10 cm 6 Carbonatazione accelerata 7 Carbonatazione in laboratorio 8 Carbonatazione in laboratorio 9 Assorbimento 10 Assorbimento 0 11 Rc, Ed e massa a 28 giorni 12 Rc, Ed e massa a 28 giorni 1 Resistività Sonde 2 Resistività 3 Resistività 1 Risalita capillare Cilindro d = 10 cm h = 30 cm 2 Cella inclinata 3 Cella inclinata 4 Risalita capillare 45

64 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE Tab Provini confezionati per ciascuna delle miscele gettate ad aprile. % Cloruri Geometria provino Dimensioni Sigla provino Tipologia di prova a cui sono stati destinati 1 Rc, Ed e massa a 1 giorno di stagionatura 2 Rc, Ed e massa a 1 giorno di stagionatura 3 Rc, Ed e massa a 7 giorni di stagionatura 4 Rc, Ed e massa a 7 giorni di stagionatura 5 Rc, Ed e massa a 28 giorni di stagionatura Cubo 10x10x10 cm 6 Rc, Ed e massa a 28 giorni di stagionatura 7 Assorbimento 8 Assorbimento 9 Carbonatazione accelerata 10 Carbonatazione accelerata 0 11 Carbonatazione in laboratorio 12 Carbonatazione in laboratorio Sonde 1 Resistività 2 Resistività Cilindro d = 10 cm h = 30 cm 1 Risalita capillare Cilindro d = 10 cm h = 30 cm 2 Cella inclinata Cilindro d = 10 cm h = 30 cm 3 Cella inclinata Cilindro d = 10 cm h = 30 cm 4 Risalita capillare 46

65 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE 2.4 CARATTERIZZAZZIONE DELLA MISCELA ALLO STATO FRESCO Le miscele confezionate sono state sottoposte alle prove di lavorabilità e massa volumica DETERMINAZIONE DELLA LAVORABILITÀ Le misure di lavorabilità sono state effettuate mediante la prova di abbassamento al cono di Abrams (norma UNI EN :2001) [21]. Una volta che il cono è stato agganciato con i ganci di fissaggio alla base si è proceduti al riempimento dello stampo in tre strati successivi di calcestruzzo pari ciascuno, una volta assestato, a circa un terzo dell altezza dello stampo. Ogni strato è stato assestato con 25 colpi di barra di costipazione in maniera uniformemente distribuita sull intera sezione orizzontale. Subito dopo l assestamento dell ultimo strato è stato aggiunto altro calcestruzzo, in modo da compensare l abbassamento di livello del conglomerato dovuto alla costipazione, e successivamente è stata rasata e lisciata la superficie terminale. Lo stampo dal calcestruzzo è stato rimosso sollevandolo verticalmente con l ausilio dei due manici posti sul cono. L operazione di rimozione dello stampo è stata compiuta in un tempo compreso fra 5 s e 10 s con un sollevamento regolare senza impartire al calcestruzzo movimenti laterali o torsionali. Immediatamente dopo aver rimosso lo stampo, è stato misurato l abbassamento S (slump) determinato dalla differenza tra l altezza dello stampo (hm) e quella del punto più alto del campione di calcestruzzo in esame (hs), con arrotondamento ai 10 mm più prossimi (figura 2.10) S = h m h s Dalla misura di abbassamento calcolata è stata dedotta la classe di consistenza dell impasto fresco individuato dalla norma UNI EN DETERMINAZIONE DELLA MASSA VOLUMICA La misura della densità allo stato fresco è stata determinata in base alle prescrizioni della normativa UNI EN [22], che ha previsto l impiego di un qualsiasi recipiente stagno 47

66 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE sufficientemente rigido da non deformarsi ed il cui riempimento sia agevole. In tale ricerca è stata determinata la massa volumica a fresco di calcestruzzi gettati in casseri metallici. A miscelazione avvenuta, l impasto è stato colato nel recipiente scelto, di cui si era a conoscenza del peso e della capacità. Una volta che lo stampo è stato riempito, si è asportato il conglomerato in eccesso ed è stata lisciata e rasata la parte superficiale, in modo da ottenere una superficie piana. La prova consisteva nel fare una misura di peso una volta riempito il contenitore con il conglomerato e sottraendo a tale valore la tara precedentemente individuata. Si è ottenuta così la massa netta, che rapportata al volume globale degli scomparti in cui è stato diviso il cassero ha consentito di calcolare la densità secondo la seguente relazione: dove M0corrisponde alla massa (kg) del cassero riempito con il calcestruzzo, M alla massa (kg) del cassero vuoto e V al volume del cassero (m 3 ). 2.5 CARATTERIZZAZZIONE DELLA MISCELA ALLO STATO INDURITO La caratterizzazione del calcestruzzo allo stato indurito è avvenuta attraverso le prove di resistenza a compressione e di determinazione del modulo elastico dinamico, che hanno permesso di valutare le proprietà meccaniche. Sono inoltre state effettuate prove di resistività elettrica e di massa volumica RESISTENZA A COMPRESSIONE Per valutare le caratteristiche meccaniche dei calcestruzzi confezionati si è fatto riferimento alle norma UNI EN [23] e UNI EN [24]. La prova di resistenza a compressione è stata eseguita utilizzando provini cubici di lato 10 cm conservati in camera di stagionatura ad una temperatura di 20 C ed un umidità relativa superiore al 95%. Le prove sono state eseguite a diversi tempi di stagionatura (1, 7 e 28 giorni) su due campioni per ciascuna miscela, in modo da valutare la riproducibilità dei valori ottenuti. 48

67 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE Prima di effettuare la prova, i provini sono stati pesati ricavandone la massa, che rapportata al volume ha permesso di determinare la densità. La prova di compressione è avvenuta collocando il provino cubico in una pressa idraulica a controllo di carico automatico in grado di esercitare una forza massima di 3000 kg (figura 2.5) ad una velocità di carico costante di 0,5 MPa/s. Fig Pressa e relativo sistema di controllo. La prove venivano terminate nel momento in cui il provino iniziava a fratturarsi e il valore di carico ultimo si è definito come: dove Rcè la resistenza a compressione (N/mm 2 o MPa), F è il carico massimo di rottura ed A è la sezione resistente del provino (mm 2 ) MODULO ELASTICO DINAMICO La determinazione del modulo elastico dinamico (E d ) è stata eseguita secondo la raccomandazione RILEM NDT, che stabilisce i criteri per la valutazione delle proprietà meccaniche dei calcestruzzi tramite delle prove non distruttive come gli ultrasuoni. La prova è stata effettuata a differenti periodi di stagionatura su provini cubici, poco prima della prova distruttiva di compressione. Si è utilizzato uno strumento che ha permesso di determinare il tempo (s) e la velocità di propagazione (m/s) degli ultrasuoni attraverso il campione di 49

68 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE calcestruzzo che è stato interposto tra una sonda emittente ed una ricevente (figura 2.6). Per migliorare il contatto tra la superficie del calcestruzzo e le sonde è stato interposto un gel. Fig Rilevazione della velocità degli ultrasuoni. Dopo aver programmato lo strumento inserendo la distanza che separa le due sonde, pari cioè al lato del cubo di calcestruzzo (10 cm), si sono posizionate le due sonde a contatto con le due facce opposte del cubo e si è proceduti con la misura. Il modulo elastico dinamico è stato determinato in base alla raccomandazione RILEM NDT 1; trattandosi di una trasmissione diretta tra sonda ricevente e quella sonda emittente, si è definito il modulo elastico dinamico tramite la seguente formula: dove δ rappresenta il modulo di Poisson (per il calcestruzzo varia tra 0,18 e 0,25), ρ è la densità del provino in esame (kg/m 3 ) e v la velocità di transito degli ultrasuoni nel mezzo (m/s) RESISTIVITÀ ELETTRICA La resistività elettrica di un materiale è la resistenza che esso oppone al passaggio di corrente. La resistività misurata nel tempo sul calcestruzzo rappresenta una proprietà che consente di valutare indirettamente le variazioni microstrutturali che si possono verificare al suo interno in seguito al processo di idratazione della pasta cementizia. La resistività elettrica dei calcestruzzi 50

69 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE confezionati è stata valutata mediante due tipologie di provini: provini prismatici di dimensione 40x40x160 mm e sonde di resistività. In entrambi i casi la misura di resistività è stata ottenuta tramite l utilizzo di un conduttimetro che, mediante l imposizione di una corrente, ha consentito di misurare la conduttanza elettrica G (in Siemens, S). Nel caso di provini prismatici, la misura di conduttanza è stata effettuata interponendo il calcestruzzo tra due piastre di rame collegate con dei cavi al conduttimetro; sulle piastre sono state appoggiate delle spugnette bagnate con acqua per favorire il passaggio di corrente tra le due superfici parallele del provino (figura 2.7). La resistività elettrica viene ricavata con l ausilio della relazione: dove ρ è la resistività elettrica (Ωm) e K è la costante di cella (m) che dipende dalla geometria del provino tra le due sezioni interessate dal passaggio di corrente. Tale costante è calcolata come il rapporto tra la superficie S interessata dal passaggio di corrente e la lunghezza L del provino; quindi risulta: K = 40 x 40 / 160 = 10 mm = 0.01 m Al fine di valutare l andamento della resistività nel tempo del calcestruzzo una volta indurito, sono state prese alcune misure già nei giorni successivi al confezionamento dopo un breve periodo di stagionatura (a 20 C e umidità relativa maggiore del 95%). Successivamente i provini prismatici sono stati immersi in acqua per garantire a tutti i provini la stessa condizione. Per valutare, invece, la resistività del calcestruzzo sin dai primi minuti successivi al confezionamento, sono state utilizzate sonde di resistività riposte in un contenitore in cui è stato colato il calcestruzzo e reso a tenuta. Dal contenitore fuoriescono i collegamenti elettrici che sono stati connessi ai due cavi del conduttimetro (figura 2.8). La misura di conduttanza letta è stata convertita in resistività mediante la formula sopra indicata. La costante di cella K per le sonde è risultata pari a 1,04 cm. Le sonde sono state monitorate mantenendo il provino inizialmente in laboratorio e dopo circa 8 ore sono state poste in camera climatica a 20 C e 95% di umidità relativa. 51

70 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE Fig Attrezzatura utilizzato per la determinazione della conduttanza dei provini prismatici. Fig Rilevazione della conduttanza delle sonde AVANZAMENTO DELLA CARBONATAZIONE Per ciascuna delle miscele di calcestruzzo studiate, sono stati realizzati provini cubici da sottoporre alle prove di carbonatazione, in condizioni sia naturali che accelerate. I provini di calcestruzzo confezionati nel precedente lavoro di tesi (relativamente alle miscele indicate con le sigle 426, 430, 433, 436, 439 e 443) sono stati stagionati per 7 giorni prima di essere esposti ai diversi ambienti rispetto ai quali valutare l avanzamento alla carbonatazione. I provini da sottoporre a carbonatazione accelerata sono stati mantenuti, dopo la stagionatura, in laboratorio per un medesimo tempo di 7 giorni e successivamente spostati in camera di carbonatazione accelerata per un tempo prolungato di circa 7 mesi, che ha in parte interessato 52

71 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE anche il presente lavoro di tesi, mentre i corrispettivi provini da destinare alla prova di carbonatazione naturale sono stati mantenuti in laboratorio. La camera (figura 2.9) è stata periodicamente saturata con il 4% di CO 2 e mantenuta ad una temperatura di circa 20 C e 65% di umidità relativa. L avanzamento della carbonatazione è stato misurato a diversi tempi di esposizione in ciascun ambiente mediante prova alla fenolftaleina e prova con indicatore di ph commerciale. Fig Camera di carbonatazione accelerata I provini sono stati rotti con l ausilio di una pressa; su una parte del provino è stata spruzzata una soluzione idro-alcoolica all 1% di fenolftaleina evidenziando lo spessore di calcestruzzo carbonatato, che rimane incolore, e la parte alcalina che si colora di viola. Sull altra superficie di rottura, invece, è stato versato un indicatore commerciale di ph, il quale varia la sua colorazione da giallo paglierino (in ambiente neutro) a blu notte (in ambiente molto basico). L indicatore commerciale ha fornito, quindi, informazioni più precise circa il grado di alcalinità della parte di calcestruzzo non carbonatato nell intervallo tra 9 e 13. Nell ambito di questo lavoro di tesi, sono state continuate le prove colorimetriche di valutazione dello spessore di carbonatazione, ovvero a partire da oltre due mesi di esposizione sino all ultima prova effettuata dopo circa 7 mesi di mantenimento in camera di carbonatazione. Nella tabella 2.7 si riepilogano le prove effettuate in questo lavoro di tesi, distinguendole dalle precedenti evidenziate in grigio. In tabella 2.8 sono indicate anche le prove effettuate su analoghi provini esposti (in concomitanza della precedente tesi) in condizione naturale (ovvero il laboratorio); nell ambito di tale tesi sono state fatte dopo circa 2 e 3 mesi. 53

72 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE In ogni miscela, il medesimo provino è stato utilizzato per più prove (ovvero le metà in cui è stata spezzato il provino per effettuare la prova colorimetrica sono state riesposte in camera di carbonatazione e successivamente rotte per valutare nuovamente l incremento in termini di avanzamento della carbonatazione). Tab Provini sottoposti a carbonatazione accelerata con relativo tempo di esposizione. Miscela A Abis B C D Avanzamento della carbonatazione accelerata Provino Condizione di Tempo di esposizione esposizione [giorni] Camera di carbonatazione accelerata

73 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE E Camera di carbonatazione accelerata Tab Provini sottoposti a carbonatazione naturale con relativo tempo di esposizione. Miscela A Abis B C D E Avanzamento della carbonatazione naturale provino Condizione di Tempo di esposizione esposizione [giorni] Laboratorio MCD Inoltre, nell ambito di questo lavoro di tesi, sono stati realizzati altri provini cubici (confezionati con le miscele indicate con le sigle 451, 454, 462, 466 e 467) da sottoporre alle misure dello spessore di carbonatazione in condizioni sia naturali che accelerate secondo la norma CEN TS 55

74 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE [25]. Nelle tabelle 2.9 e 2.10 vengono elencati i provini destinati a tali prove con i relativi tempi di esposizione. Con l asterisco sono indicati i provini su cui non è stato possibile effettuare la prova a 70 giorni; tale prova è stata effettuata a 64 giorni per i provini 466-9, , e e a 62 giorni per i provini 467-9, , e ; la misura dello spessore di carbonatazione a 70 giorni è stata ottenuta mediante una estrapolazione. Miscela Tab Provini sottoposti a carbonatazione naturale con relativo tempo di esposizione secondo CEN TS Avanzamento della carbonatazione naturale Provino A 454-7, Condizione di esposizione Tempo di esposizione [giorni] D 462-9, Laboratorio MCD E , * C , * 70 Miscela Tab Provini sottoposti a carbonatazione accelerata con relativo tempo di esposizione secondo CEN TS Avanzamento della carbonatazione accelerata Provino B 451-5, Condizione di esposizione Tempo di esposizione [giorni] A 454-5, D , Laboratorio MCD 70 E 466-9, * C 467-9, * 70 Dopo un periodo di stagionatura di 28 giorni ed un esposizione in laboratorio per 14 giorni, i provini cubici sono stati stuccati ed esposti il giorno seguente in laboratorio o in camera di carbonatazione accelerata, come indicato nelle tabelle sopra riportate. La stuccatura è stata effettuata su 4 facce, lasciando libere due facce contrapposte, in modo da permettere un ingresso monodirezionale della CO 2. Dopo il periodo di esposizione, i provini sono stati splittati a metà mediante l utilizzo di una pressa idraulica; successivamente, sulle due facce interne del provino è stata spruzzata la fenoftaleina per rilevare lo spessore di carbonatazione. La misura dello spessore di carbonatazione, sui due lati non stuccati del provino splittato è stata effettuata in 56

75 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE cinque punti equidistanti tra loro individuati su ciascun lato non stuccato, per un totale di venti misure per ogni provino PROVA DI RESISTENZA ALLA PENETRAZIONE DEI CLORURI La resistenza alla penetrazione dei cloruri nel calcestruzzo è stata determinata attraverso il metodo Nordtest NT BUILD 492 del Novembre 2011 [26]. La procedura esplicata da tale norma permette di determinare il coefficiente di diffusione apparente dei cloruri tramite una prova accelerata di migrazione degli ioni cloruro all interno di provini di calcestruzzo. La prova è stata effettuata su provini cilindrici di diametro mm e altezza 50 mm, ricavati sezionando un cilindro di altezza di 300 mm; sono state utilizzate le due porzioni cilindriche ricavate in corrispondenza della parte centrale del cilindro in modo da scartare eventuali zone che hanno risentito del problema della segregazione e del bleeding. La prova si suddivide in tre fasi principali. La prima fase, detta di precondizionamento, prevede il posizionamento del provino in una campana di vetro mantenuta sottovuoto tramite un sistema che attraverso una pompa aspira l aria. Il vuoto è stato creato per 3 ore al termine delle quali è stata introdotta, tramite un rubinetto montato sulla camera, una soluzione di Ca(OH) 2 satura. Il provino, posizionato in modo tale da consentire l ingresso della soluzione da entrambe le facce parallele, dopo un ulteriore ora di sottovuoto deve restare immerso nella soluzione per un periodo di tempo di 18±2 ore. La seconda fase, detta prova della cella inclinata, prevede l inserimento del provino nella parte terminale di un tubo di gomma, alto circa 200 mm. Per garantire la perfetta adesione tra la superficie del provino e il tubo sono state applicate due ghiere di acciaio strette esternamente al tubo. Successivamente è stata verificata la tenuta del sistema guaina - provino versando la soluzione di prova all interno del tubo mantenuto verticalmente, facendo attenzione che dal fondo o dai bordi non venisse rilasciata la soluzione. Il provino accoppiato con il tubo di gomma è stato successivamente posizionato su un piano inclinato posto all interno di un contenitore, come mostra la figura Il catodo e l anodo sono stati posizionati rispettivamente al di sotto e al di sopra del provino; in seguito, all interno del tubo di gomma sono stati versati circa 300 ml della soluzione anodica di NaOH; all esterno del provino, è stata immessa tanta soluzione anodica (corrispondente al 10% di NaCl) quanta ne serve per raggiungere il livello di quella catodica. Terminato il montaggio della cella inclinata, sono stati collegati gli elettrodi ad un generatore di corrente in grado di imporre una differenza di potenziale in modo da indurre i cloruri a penetrare nel calcestruzzo passando dal catodo verso l anodo. Inizialmente è stata applicata una tensione di 30 V ed in 57

76 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE base alla corrente rilevata I 01 tramite una resistenza nota (10 Ω),è stata effettuata una correzione della differenza di potenziale da applicare nella prova in funzione di quanto riassunto dalla tabella 2.11, che riporta la durata di questa seconda fase. La differenza di potenziale deve essere applicata per un tempo che varia dalle 6 alle 96 ore; trascorse tali ore è stato letto il valore finale di corrente passante. Fig Schema di posizionamento del provino per la prova della cella inclinata; a) tubo in gomma, b)soluzione anodica di idrossido di sodio, c) anodo, d) provino, e)soluzione catodica di cloruro di sodio, f) catodo, g)supporto in plastica, h) contenitore in plastica [26]. Corrente iniziale I 30V [mv] Tab Valori di corrente iniziale, differenza di potenziale corretta, corrente da rilevare dopo la correzione e durata della prova [26]. ΔU applicata (V) Possibile nuova corrente Durata della prova (ore) I 0 < 5 60 I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I 0 < I I

77 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE Il provino può così essere estratto dal tubo in gomma e sottoposto alla terza ed ultima fase della prova che prevede la sua rottura assiale. Le nuove superfici di rottura sono state spruzzate con una soluzione 1 M di argento nitrato (AgNO 3 ) che, se esposto all aria per 15 minuti, reagisce con i cloruri formando cloruro d argento. Questo composto ha un colore tendente al blu-viola, grazie al quale risulta possibile l identificazione del fronte di penetrazione dei cloruri (figura 2.11). Fig Profilo di penetrazione dei cloruri di un provino realizzato con cemento Portland. Successivamente è stato suddiviso il diametro in 10 parti rilevando le misure. Le misure laterali non vanno considerate nella media (figura 2.12). Attraverso la formula di seguito riportata, si ricava il coefficiente di diffusione apparente dei cloruri D nssm : dove T è la temperatura media della soluzione anodica ( C), L è lo spessore del provino (mm), U è il voltaggio applicato (V), t è la durata della prova (h) e x d è il valore medio della profondità di penetrazione (mm). 59

78 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE Fig Misure della profondità di penetrazione dei cloruri. Inoltre, sui provini sottoposti a cella inclinata è stata valutata la percentuale di cloruri a varie profondità rispetto alla superficie di contatto con soluzione salina mediante titolazione chimica. Le titolazioni sono state effettuate per ogni tipologia di miscela su una delle due porzioni centrali dei provini precedentemente sottoposti a cella inclinata: da ogni provino è stato estratto un parallelepipedo di altezza 5 cm e larghezza 1 cm (figura 2.13), che è stato successivamente suddiviso in 5 parti ottenendo 5 cubi di dimensioni 1x1x1 cm, numerati in ordine crescente nel verso di penetrazione dei cloruri. I provini 451, 454, 462, 466 e 467 sono stati sottoposti a titolazione; di questi, il 454 è stato analizzato dai precedenti tesisti. Inoltre, è stata effettuata anche la titolazione chimica dei cementi associati ai getti dei provini sopra elencati. Fig Esempio di sezionamento del provino per il prelievo della porzione da sottoporre alla titolazione. 60

79 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE MISURE ELETTROCHIMICHE Le misure elettrochimiche sono state continuate sui provini armati realizzati nel precedente lavoro di tesi; per ciascuna miscela sono stati confezionati 12 provini armati di cui 6 senza cloruri, 4 con 0,4% di cloruri e 2 con 1% di cloruri. I provini sono stati mantenuti 7 giorni in camera di stagionatura (20 C e U.R. del 95%) e successivamente sono stati esposti in differenti ambienti di prova. Alcuni provini (con e senza cloruri) sono stati riposti inizialmente in una camera climatica a 20 C e 80% di umidità relativa, successivamente ad un umidità relativa del 95% (mantenendo la temperatura costante a 20 C) ed infine ad una temperatura di 40 C ed un umidità relativa del 95%. Altri, dopo 7 giorni di esposizione in laboratorio, sono stati posti in camera di carbonatazione accelerata per poi subire i cicli che hanno subito gli altri provini. Infine, alcuni dei provini armati, privi di cloruri, dopo 7 giorni di esposizione in laboratorio sono stati parzialmente immersi in una soluzione di 3,5% NaCl (ponding). Nell ambito di questo lavoro di tesi su ciascuno dei provini sono stati acquisiti il potenziale (E corr ) e la velocità di corrosione (i corr ), a partire dall 80esimo giorno di esposizione all ambiente di prova. Al termine del lavoro di tesi, la maggior parte dei provini, dopo aver seguito un ciclo di bagnamento, sono stati splittati per valutare la percentuale di superficie corrosa dell armatura e l avanzamento della carbonatazione nel calcestruzzo. Di seguito si riporta la tabella 2.12 con le durate delle varie esposizioni a cui sono stati soggetti i provini cilindrici armati. La linea bianca tratteggiata rappresenta l inizio del periodo di acquisizione di dati avvenuto nell ambito del presente lavoro di tesi. 61

80 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE Tab Condizioni di esposizione dei provini armati. 62

81 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE MISURE DI POTENZIALE E DI VELOCITÀ DI CORROSIONE Le misure di potenziale di corrosione sono state effettuate tramite l utilizzo di un voltmetro ad alta impedenza, rispetto sia ad un elettrodo di riferimento esterno al calomelano saturo (SCE) sia ad un elettrodo interno di titanio attivato (figura 2.14). Sono state eseguite le misure di potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno di titanio (Fe vs Ti) e rispetto al calomelano (Fe vs SCE), acquisiti collegando il polo positivo all armatura e quello negativo ai rispettivi elettrodi di riferimento. Inoltre sono state rilevate le misure di potenziale dell elettrodo interno di titanio rispetto al calomelano (Ti vs SCE). Per le ultime due misure di potenziale, l elettrodo al calomelano è stato appoggiato sulla superficie del provino previa l interposizione di una spugna inumidita allo scopo di migliorare il contatto tra gli elementi. La velocità di corrosione è una misura che è stata rilevata indirettamente con il metodo della polarizzazione lineare; la prova ha previsto l uso di un potenziostato che ha permesso di applicare una corrente esterna in grado di perturbare il potenziale di corrosione libero di ±10 mv. Per effettuare la prova è necessario che il provino sia collegato in tre punti al macchinario che eroga corrente (figura 2.15): il primo collegamento avviene con un elettrodo di lavoro (working) all armatura del provino, il secondo (reference) con l elettrodo di riferimento interno al provino in titanio ed infine il terzo (counter) con il controelettrodo, anch esso in titanio che fuoriesce dal provino. Il controelettrodo ha la funzione di erogare corrente durante la prova per polarizzare anodicamente e catodicamente l armatura. La prova prevede di polarizzare il metallo in un intervallo molto piccolo nell intorno del suo potenziale di libera corrosione; in tale zona il legame tra potenziale e corrente esterna è pressoché lineare ed in base alla teoria di Stern and Geary, la pendenza della retta che lega il potenziale E e la corrente i nell intorno di E corr (detta resistenza di polarizzazione Rp) è inversamente proporzionale alla velocità di corrosione (i corr ) secondo la seguente espressione: dove i corr (ma/m 2 ) è la corrente esterna erogata, B è una costante caratteristica di ogni accoppiamento materiale-ambiente, pari in tale caso a 26 mv, ed Rp è la resistenza di polarizzazione (Ωm 2 ). 63

82 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE Fig Misura del potenziale di corrosione di un provino armato con il voltmetro. Fig Schema dei collegamenti per la determinazione della resistenza di polarizzazione PROVA DI BAGNAMENTO Al termine dell esposizione alle varie condizioni di umidità relativa e temperatura dei provini, è stata effettuata una prova di bagnamento (figura 2.16) per valutare la condizione di corrosione, tramite la misura del potenziale e della velocità di corrosione, anche in condizione di saturazione. Ogni provino è stato messo in un singolo barattolo contenente acqua in modo da essere completamente immerso. Le misure sono state effettuate con le seguenti modalità: - prima dell immersione è stata rilevata la misura del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno di titanio (Fe vs Ti) e la relativa velocità di corrosione; - dopo 2 ore di immersione sono state rilevate le stesse misure prese al tempo zero senza estrarre il provino dall acqua; 64

83 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE - dopo 4 ore di immersione sono state rilevate le misure di potenziale dell armatura rispetto sia all elettrodo interno di titanio sia rispetto al calomelano (Fe vs Ti, Fe vs SCE, Ti vs SCE), oltre alle velocità di corrosione. - Dopo 24 e 48 ore sono state rilevate le stesse misure prese alle 4 ore. Fig Prova di immersione totale in acqua dei provini cilindrici armati PROVA DI ASSORBIMENTO ALLA PRESSIONE ATMOSFERICA La prova (secondo quanto previsto dalla norma UNI 7699 [27] è stata effettuata su provini cubici di lato 10 cm; dopo un periodo di stagionatura di 28 giorni, i cubi sono stati pesati con una bilancia avente una sensibilità di 0.01g e inseriti in stufa a 110±5 C fino a raggiungere massa costante, ritenuta tale quando la variazione fra due pesate successive, effettuate ad un intervallo di tempo non minore di 24 ore, è risultata minore dello 0.01% rispetto alla prima delle due pesate. Una volta estratti dal forno, i provini sono stati immersi in acqua alla temperatura di (20 ± 2) C in modo tale che la loro faccia superiore emergesse per circa 5 mm (figura 2.17). Sono state, inoltre, seguite le indicazioni prescritte dalla norma, secondo la quale l'area di appoggio del provino sul fondo del contenitore deve essere la più limitata possibile, allo scopo di favorire l'assorbimento dell'acqua da parte del provino, e la porzione immersa delle superfici laterali dei provini deve essere circondata da almeno 5 mm di acqua. La massa dei provini è stata misurata dopo 1, 3, 8 e 24 ore dall'immersione; dopo 24 ore, i provini sono stati completamente immersi in acqua con un battente di circa 20 mm. Le successive pesate sono state effettuate dopo 3 e 7 giorni di immersione completa. Successivamente sono state prese ulteriori misure ad intervalli regolari di tempo non superiori ai 65

84 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE 7 giorni fino al raggiungimento della massa costante. Prima di ogni pesata la superficie del provino è stata asciugata con un panno in modo da rimuovere l'acqua superficiale. La quantità percentuale in massa di acqua (parziale o totale) di saturazione w a è fornita dalla relazione: dove: - w a è la percentuale in massa di acqua di saturazione arrotondata al più prossimo 0,1%; - M j è la massa del provino a differenti tempi (j) di immersione; - M 0 è la massa del provino prima dell'immersione. Fig Provini in immersione. La prova è stata effettuata utilizzando due provini per ogni tipo di legante: cemento calciosolfoalluminoso SA02, cemento Portland CEM I 52,5 R, cemento Portland al calcare CEM II/B- LL 32,5 R, cementi misti SL05 e SL PROVA DI ASSORBIMENTO CAPILLARE La prova è stata effettuata secondo la norma UNI EN [28] su provini di diametro mm e altezza 35 mm, ricavati dai medesimi provini cilindrici da cui sono stati ricavati i provini destinati alla prova di penetrazione dei cloruri. La prova è stata ripetuta su due provini per ciascuna miscela studiata. Dopo una stagionatura di 28 giorni, i provini sono stati messi in stufa fino al raggiungimento di massa costante, definita come una variazione di massa non maggiore dello 0,2% fra due pesate successive effettuate a distanza di due ore. 66

85 CAPITOLO 2 METODOLOGIA SPERIMENTALE Prima dell inizio della prova, sono state tracciate otto linee assiali equidistanti lungo la superficie laterale di ogni provino per misurare il fronte di risalita dell acqua lungo esse. Dopo averli pesati, i provini sono stati collocati con la faccia di prova appoggiata sui supporti, all interno di una bacinella a fondo piatto, con una quantità d acqua sufficiente per ottenere una profondità di immersione di (2±1 mm) di ogni provino (figura 2.18); la bacinella è stata in seguito ricoperta per evitare movimenti d aria attorno al provino e l evaporazione dell acqua (figura 2.19). L assorbimento d acqua è stato determinato pesando i provini a intervalli di lettura di 12 minuti, 30 minuti, 1 ora, 2 ore, 4 ore, 6 ore e 24 ore. Allo scadere delle 2 ore dall inizio della prova, oltre alla misura di massa, è stata effettuata anche la misura dell innalzamento del fronte umido contrassegnando la posizione sulle 8 linee assiali. Da normativa, l estrazione, l asciugamento (per eliminare l acqua in eccesso), la pesatura, la marcatura dei provini e la loro reintroduzione nella bacinella devono essere completati entro 2 minuti. L assorbimento d acqua per unità di superficie è stato calcolato per ogni incremento di tempo come rapporto fra la massa d acqua assorbita (kg) e l area della superficie di prova (m 2 ). Fig Configurazione della prova di assorbimento capillare. 1) bacinella; 2) supporti di taglio; 3) campione di calcestruzzo; 4) livello d'acqua; 5) linee assiali sul provino [28]. Fig Disposizione dei provini all'interno delle bacinelle durante la prova di assorbimento capillare. 67

86 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI 3. RISULTATI SPERIMENTALI In questo capitolo si descrivono i risultati, ottenuti dalle prove sperimentali effettuate nel corso del presente lavoro di tesi, relativamente alle cinque classi di calcestruzzi studiati, ovvero i calcestruzzi ordinari (confezionati sia con cemento CEM I 52,5 R sia con cemento CEM II/B- LL 32,5 R), i calcestruzzi con cemento solfoalluminoso SA02 e i calcestruzzi con cementi misti (SL05 e SL06). 3.1 CARATTERIZZAZIONE DI GETTI PRECEDENTI In tabella 3.1 sono riportati, per tutte le 6 miscele, i valori di abbassamento al cono di Abrams (slump), la densità media allo stato fresco ed i valori di resistenza a compressione dopo 5 ore, 1 giorno, 7 giorni e 28 giorni di stagionatura a umido. Tale caratterizzazione, allo stato fresco e indurito, è relativa alle miscele con cui sono stati realizzati buona parte dei provini su cui sono proseguite le prove in tale lavoro di tesi. Come si può osservare dalle misure di lavorabilità, nella maggioranza dei casi si sono rilevati valori di abbassamento pari a 22 cm, che hanno permesso di identificare una classe di lavorabilità S5; solo in alcuni casi si sono ottenuti valori leggermente inferiori a 21 cm (quindi corrispondenti ad una classe di lavorabilità S4). In generale, la minore lavorabilità si è ottenuta nel confezionamento di calcestruzzi a cui si è aggiunto all impasto un quantitativo di cloruri pari all 1%. Queste classi di lavorabilità, S4 o S5, sono state ottenute regolando il dosaggio di additivi fluidificanti durante il getto. Le densità delle miscele sono sostanzialmente confrontabili tra loro, con un valore medio di 2496 kg/m 3. In generale, risulta evidente come i calcestruzzi con cemento CTS sviluppino, sin dalle prime ore dopo il getto, una resistenza a compressione superiore rispetto ai calcestruzzi misti della miscela E contenenti cemento Portland al calcare. In particolare, si osservano valori di circa 40 MPa per calcestruzzi con cemento CTS privi di cloruri. L aggiunta di cloruri produce una diminuzione della resistenza a compressione con valori di 22 e 31 MPa in miscele con una quantità di cloruri pari a 0,4 % e valori inferiori a 10 MPa per miscele con 1% di cloruri. 68

87 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Analogo comportamento si osserva per le miscele con cemento misto E, che appaiono, in generale, decisamente meno prestazionali a parità di stagionatura, raggiungendo al massimo 15 MPa in assenza di cloruri. Per quanto riguarda la resistenza a compressione a 28 giorni, si osserva un notevole incremento nei calcestruzzi misti che raggiungono valori di circa 70 MPa (miscela D) quasi confrontabili con quelli dei calcestruzzi CSA che, rispetto ai valori mostrati dopo 7 giorni di stagionatura, non sembrano incrementare di molto la loro resistenza a compressione. Anche per quanto riguarda i calcestruzzi della miscela B si registra un aumento della resistenza da 46 MPa fino a 64 MPa, rispettivamente tra 7 e 28 giorni di stagionatura. sigla miscela Tab Risultati dei getti preliminari in termini di abbassamento, densità media e resistenza a compressione a diverse stagionature. sigla getto % cloruri slump [cm] densità media [kg/m 3 ] R C 5h [MPa] R C 1g [MPa] R C 7gg [MPa] R C 28gg [MPa] A A Abis Abis Abis B B B C C C D D D E E E B A * * valore misurato dopo 34 giorni 69

88 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI 3.2 ULTERIORI GETTI In questo paragrafo sono descritte le misure allo stato fresco ed allo stato indurito dei getti 462 (SL06), 466 (SL05), 467 (CEM II/B-LL 32,5 R) confezionati nell ambito di questo lavoro di tesi; sono stati riportati i grafici relativi all andamento nel tempo del modulo elastico e della resistenza a compressione di ogni singolo getto. Tali getti, insieme con quelli indicati con le sigle 451 e 454 (tabella 3.1), sono stati realizzati allo scopo di riprodurre miscele (prive di cloruri) confrontabili con quelle, analoghe per composizione, confezionate precedentemente nella prima parte della ricerca LAVORABILITÀ In tabella 3.2 sono indicati i valori di slump e le relative classi di consistenza dei getti denominati 462, 466 e 467, oltre alla densità media di ciascun getto. Le figura 3.1 riporta alcuni esempi delle misure di lavorabilità effettuate sui getti ripetuti nel corso di tale lavoro sperimentale. Tab Risultati ottenuti dalle prove di lavorabilità delle varie miscele. Sigla Sigla % Rapporto Additivo Slump Classe di Densità miscela getto cloruri a/c [kg] [cm] consistenza [kg/m 3 ] D S E S C S Fig. 3.1 Esempi di prove di lavorabilità effettuate sui getti: a) 462 (misto: Portland CEM I 52,5 R + solfoalluminoso); b) 466 (misto: Portland al calcare CEM II/B- LL 32,5 R + solfoalluminoso). 70

89 Resistenza a compressione (MPa) Modulo elastico dinamico (GPa) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Come si può notare anche in tabella 3.2, si sono misurati valori di abbassamento pari a 21 cm per le miscele D ed E, mentre per la miscela C si è ottenuto uno slump di 22 cm (probabilmente per la maggior quantità di additivo). La ripetizione delle miscele ha evidenziato la possibilità di ottenere, a parità di composizione, miscele con elevata lavorabilità, praticamente tra loro confrontabili. Le densità delle miscele variano leggermente fra loro ( kg/m 3 ) PRESTAZIONI MECCANICHE Per quanto riguarda le proprietà allo stato indurito, i materiali sono stati caratterizzati meccanicamente con prove sia di resistenza a compressione sia di modulo elastico. Le figure 3.2 e 3.4 riportano gli andamenti nel tempo della resistenza a compressione e del modulo elastico dinamico misurato per diversi calcestruzzi; nell ordine verranno descritti i risultati relativi ai calcestruzzi con i cementi misti (getto 462 e getto 466) e con cemento Porland al calcare (getto 467). In figura 3.2 sono riportati gli andamenti del calcestruzzo del getto 462, che presentano valori medi di resistenza a compressione pari a 37.2, 57.8 e 68.3 MPa rispettivamente a 1, 7 e 28 giorni; a parità di stagionatura, il modulo elastico assume valori di 27.5, 33.4 e 38.3 GPa. Confrontando il getto 462 con il suo analogo 439 (tabella 3.1) si può notare che i valori di resistenza a compressione sono confrontabili Miscela D Getti 08/04/ (SL06) Miscela D Getti 08/04/ (SLO6) Tempo (giorni) Tempo (giorni) Fig Andamento della resistenza a compressione (a sinistra) e del modulo elastico dinamico (a destra) nel tempo di calcestruzzi con cemento SL06 confezionati con 0% di cloruri. 71

90 Resistenza a compressione (MPa) Modulo elastico dinamico (GPa) Resistenza a compressione (MPa) Modulo elastico dinamico (GPa) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Nel calcestruzzo del getto 466 (figura 3.3) sono stati riscontrati valori di resistenza a compressione dopo 1, 7 e 28 giorni di stagionatura rispettivamente di 27.8, 50.0 e 58.3 MPa. Il modulo elastico dinamico ha raggiunto un valore medio di 36.8 GPa dopo 28 giorni di stagionatura. Confrontando il getto 466 con il suo analogo 443 (tabella 3.1) si possono notare valori di resistenza a compressione più elevati (superiori del 10 e 18%); a parità di composizione, potrebbero aver influito le condizioni di getto. Per quanto riguarda il getto 467, si sono registrati valori di resistenza che raggiungono, dopo 28 giorni di stagionatura, 42.3 MPa (figura 3.4), confrontabili con quelli dell analogo getto (436) Miscela E Getti 15/04/ (SL05) Tempo (giorni) Miscela E Getti 15/04/ (SL05) Tempo (giorni) Fig Andamento della resistenza a compressione (a sinistra) e del modulo elastico dinamico (a destra) nel tempo di calcestruzzi con cemento SL05 confezionati con 0% di cloruri Miscela C Getti 16/04/ (CEMII/B-L32.5R) Tempo (giorni) Miscela C Getti 16/04/ (CEMII/B-L32.5R) Tempo (giorni) Fig Andamento della resistenza a compressione (a sinistra) e del modulo elastico dinamico (a destra) nel tempo di calcestruzzi con cemento CEM/B-LL 32,5 R confezionati con 0% di cloruri. 72

91 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Confrontando le prestazioni meccaniche del getto 462 (calcestruzzo con cemento misto costituito da CEM I 52,5 R) e del getto 466 (calcestruzzo con cemento misto costituito da Portland al calcare), si nota che i valori di resistenza a compressione del primo sono più elevati di circa 10 MPa. Il calcestruzzo realizzato con il getto 467 presenta valori inferiori rispetto agli altri due getti. In termini di modulo elastico, non si osservano sostanziali differenze tra il getto 462, 466 e 467, che raggiungono dopo 28 giorni un valore medio di circa 35 MPa. 3.3 RESISTIVITÀ ELETTRICA Le misure di resistività elettrica permettono indirettamente di valutare le variazioni microstrutturali che avvengono durante il processo di idratazione consentendo alla miscela di perdere lo stato plastico iniziale (identificato con la fase di presa) sino a raggiungere certe prestazioni meccaniche al procedere della fase di indurimento. Per la maggior parte delle miscele, la fase di presa è stata monitorata, sin dai primi minuti dopo il confezionamento, mediante sonde che misurano la conduttanza, collocate in un contenitore in cui è stato gettato il calcestruzzo fresco (paragrafo 3.3.3). Con tali sonde è stato possibile proseguire il monitoraggio anche nella fase successiva di indurimento. Tale fase è stata valutata anche su altri tipi di provini per i quali le misure di conduttanza, convertite successivamente in resistività, sono state ottenute utilizzando piastre esterne direttamente appoggiate sul calcestruzzo indurito e collegate ad un conduttimetro. Nell ordine si descrivono i risultati ottenuti mediante le diverse metodologie dalle miscele di calcestruzzo ordinario (paragrafo 3.3.1), quelle con cemento CTS (paragrafo 3.3.2) e quelle con cementi misti (paragrafo 3.3.3). Le prove di resistività, iniziate dai precedenti tesisti, sono state continuate nel presente lavoro sperimentale, ad eccezione di quelle relative ai getti 462, 466 e 467 che sono stati acquisiti e descritti in questo elaborato CALCESTRUZZI ORDINARI Provini con sonde di resistività In figura 3.5-a si riporta l andamento della conduttanza nel tempo relativa al getto 451 con cemento Portland CEM I 52,5 R; per avere una più chiara lettura di ciò che accade sin dai primi 73

92 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI minuti dopo il getto si è deciso di rappresentare il tempo in scala logaritmica. È evidente che le sonde 1, 4 e 5, nonostante mostrino valori leggermente scostati, presentino lo stesso andamento. In particolare, nelle prime 2 ore i valori di conduttanza variano tra 5800 e 7300 µs e successivamente si registra un brusco abbassamento fino a valori di circa 0 µs, che continuano lentamente a decrescere fino a circa 130 µs registrati al 185 giorno. In figura 3.5-b viene rappresentato l andamento della resistività elettrica ottenuta dalle misure di conduttanza mediante una costante nota pari a 1,04 cm. In questo caso si è scelto di rappresentare il tempo in scala lineare per meglio evidenziare il comportamento a lungo termine. In generale, l andamento della resistività elettrica risulta essere crescente da un valore medio iniziale di 2 Ωm (nelle prime ore in laboratorio) sino a portarsi ad un valore medio di 59 Ωm dopo quasi 2 mesi e raggiungere valori medi finali di 92 Ω dopo oltre 6 mesi (in condizioni di temperatura controllata a circa 20 C). Per quanto riguarda il getto 467, realizzato con cemento Portland al calcare, nei primi 164 minuti le sonde sono rimaste in laboratorio e successivamente sono state poste in camera climatica a una temperatura di circa 20 C. L andamento della conduttanza (figura 3.6-a) è in generale simile al getto 451 (con un picco crescente intorno alle prime 2-3 ore e una successiva diminuzione progressiva). Tuttavia, al picco iniziale corrisponde un valore medio leggermente inferiore rispetto a quanto misurato per il getto 451 (4700 µs dopo 4 ore); segue una diminuzione che porta il valore a 315 µs dopo 185 giorni. In figura 3.6-b viene rappresentato l andamento della resistività elettrica. L andamento della resistività elettrica mostra un andamento iniziale crescente, che tende a stabilizzarsi; si passa quindi da un valore medio iniziale di 5 Ωm nel primo giorno ad un valore medio tra le due sonde di 40 Ωm al termine della prova (valore che è circa il 50% di ciò che è stato misurato su un analoga miscela confezionata con cemento CEM I 52,5 R). 74

93 Resistività elettrica (Wm) Conduttanza (µs) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Miscela B - Getto 451 Sonda 1 Sonda 4 Sonda a) 0 0,01 0, Tempo (giorni) Miscela B - Getto 451 b) Sonda 1 Sonda 4 Sonda Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo della conduttanza (a) e della resistività elettrica (b) misurata in provini attrezzati con sonde e confezionati con il getto 451 (cemento Portland CEM I 52,5 R). 75

94 Resistività elettrica (Wm) Conduttanza (µs) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Miscela C - Getto a) 0 0,01 0, Tempo (giorni) b) Miscela C - Getto Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo della conduttanza (a) e della resistività elettrica (b) misurata in provini attrezzati con sonde e confezionati con il getto 467 (cemento Portland al calcare CEM II/B-LL 32,5 R). 76

95 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Provini prismatici Nel precedente lavoro sperimentale sono stati confezionati con il calcestruzzo ordinario contenente CEM I 52,5 R, identificato dalla sigla 433 (confrontabile per composizione e costituenti al getto 451), tre provini prismatici che sono stati mantenuti per 24 ore in ambiente umido (a 20 C e umidità relativa superiore al 95%) e successivamente sono stati immersi in acqua. Su tali provini, una volta induriti, sono state fatte misure dirette di conduttanza (senza utilizzare sonde annegate nel calcestruzzo) e di massa volumica. Le figure 3.7-a e 3.7-b riportano rispettivamente l andamento nel tempo della resistività elettrica (calcolata in base alle misure di conduttanza, tenendo conto della geometria del provino) e della massa volumica. Il valore medio di resistività elettrica dei prismi 433, dopo 24 ore dal getto in condizioni umide, ossia prima dell immersione, è pari a 25 Ωm. Si registra un aumento di tale valore dopo l immersione dei provini in acqua fino a 36 Ωm; da qui in poi l andamento è progressivamente cresciuto fino ad un valore massimo di 88 Ωm (figura 3.7-a). L immersione dei provini ha provocato di conseguenza un incremento anche in termini di massa volumica, che è aumentata da un valore medio di 2490 kg/m 3 fino a 2525 kg/m 3 (figura 3.7-b). Per quanto riguarda la miscela confezionata con cemento al calcare (436), si osserva che l andamento della resistività elettrica (figura 3.8-a) è del tutto paragonabile a quello rilevato per il getto 433, anche se i valori ottenuti sono leggermente inferiori. In particolare, prima dell immersione si registra un valore di 13 Ωm, che aumenta, dopo l immersione, a 26 Ωm che si incrementa sino a raggiungere, al 299esimo giorno di monitoraggio, un valore di 60 Ωm. In figura 3.8-b si osserva che la massa volumica subisce un incremento nel passaggio dalla condizione umida alla condizione satura e successivamente si mantiene costante durante tutto il periodo di immersione, sino a un valore medio pari a 2490 kg/m 3 (escludendo il valore misurato nel provino perché non rappresentativo). 77

96 Massa volumica (kg/m 3 ) Resistività elettrica (Wm) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Miscela B Immersione (dopo 24h in condizioni umide) a) Tempo (giorni) Miscela B Immersione (dopo 24h in condizioni umide) b) Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo della resistività elettrica (a) e della massa volumica (b) misurata in provini prismatici confezionati con il getto 433 (cemento Portland CEM I 52,5 R). 78

97 Massa volumica (kg/m 3 ) Resistività elettrica (Wm) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Miscela C Immersione (dopo 24h in condizioni umide) a) Tempo (giorni) Miscela C Immersione (dopo 24h in condizioni umide) b) Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo della resistività elettrica (a) e della massa volumica (b) misurata in provini prismatici confezionati con il getto 436 (cemento Portland al calcare CEM II/B-LL 32,5 R). 79

98 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI CALCESTRUZZI CON CEMENTO SA02 Provini con sonde di resistività Per studiare le variazioni di resistività elettrica al procedere dell idratazione di un calcestruzzo con cemento SA02 sono state realizzate, durante il getto, 454 le sonde 13, 14 e 15, i cui risultati in termini di conduttanza e resistività ottenuti sono riportati in figura 3.9. I valori relativi alle sonde 13 e 14 sono stati acquisiti in modo automatico tramite l utilizzo di un software, mentre quelli relativi alla sonda 15 sono stati acquisiti manualmente; per questo motivo è stato possibile rilevare meno misure per la sonda 15 e, di conseguenza, l andamento nel tempo di tali grandezze in figura 3.9 risulta meno preciso. Come si può osservare dalla figura 3.9-a, tutte le sonde hanno lo stesso andamento in termini di conduttanza ed evidenziano un picco sin dalla prima ora successiva al getto, raggiungendo un valore massimo di 2860 µs, pari comunque a circa 1/3 del valore medio misurato, a parità di prova, su una miscela di composizione analoga ma con calcestruzzo ordinario (figura 3.5-a). Si osserva, tuttavia, che il picco si manifesta già nella prima ora del getto, a differenza di quanto si verifica per i calcestruzzi ordinari. Successivamente si osserva un brusco abbassamento, analogamente a quanto rilevato nel caso di calcestruzzo ordinario, fino a valori di circa 230 µs che continuano lentamente a decrescere fino a circa 80 µs, registrati al 163esimo giorno. Tenendo conto della costante di cella, si sono convertiti i valori di conduttanza in resistività elettrica. Il grafico di figura 3. 9-b mostra valori minimi (pari a circa 5 Ωm) in corrispondenza del picco massimo di conduttanza e, viceversa, valori massimi in corrispondenza del brusco abbassamento registrato in figura 3.9-a; successivamente, dopo circa 3 ore dal confezionamento dei provini, i valori di resistività elettrica iniziano a crescere progressivamente portandosi dopo 4 ore di stagionatura a umido a valori di resistività elettrica (pari a circa 40 Ωm) raggiunti nel caso di calcestruzzo ordinario dopo 15 giorni di stagionatura in condizioni sature. La resistività continua ad aumentare raggiungendo oltre i Ωm già dopo meno di 24 ore. Nei giorni successivi la resistività diminuisce portandosi sino a valori di 61 Ωm al 28esimo giorno, per poi aumentare, una volta posti i provini in camera di stagionatura, portandosi nell arco di 137 giorni al valore di 145 Ωm. 80

99 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI 3500 Getto 454 -Miscela A Sonda 13 Conduttanza (µs) 3000 Sonda Sonda a) 0 0,01 0, Tempo (giorni) Miscela A - Getto 454 Resistività elettrica (Wm) Sonda Sonda ,01 b) Sonda 15 0, Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo della conduttanza (a) e della resistività elettrica (b) misurata in provini attrezzati con sonde e confezionati con il getto 454 (cemento SA02). 81

100 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Provini prismatici L andamento della resistività elettrica, ottenuto in base alle misure di conduttanza rilevate direttamente sulla superficie di provini prismatici confezionati con il calcestruzzo del getto 426 (a base di cemento SA02) è riportato in figura 3.10-a. Come si può osservare, il valore della resistività rilevato in condizioni umide, dopo 24 ore dal getto, è elevato per tutti i provini (177 Ωm). Immergendo i provini in acqua si è riscontrato un brusco abbassamento di tale valore che si è portato a circa Ωm per poi ricominciare a crescere rapidamente fino ad un valore medio massimo di 346 Ωm dopo oltre 3 mesi di immersione. Successivamente si è registrata una diminuzione fino a 240 Ωm al 175esimo giorno ed un nuovo aumento fino al valore di 390 Ωm a circa 310 giorni. Le condizioni di saturazione della miscela A hanno favorito l aumento di resistività elettrica a valori che sono decisamente superiori rispetto a quelli misurati, a parità di condizioni, su calcestruzzi con medesimo mix design ma differente tipo di legante (figura 3.7-a e 3.8-a). In figura 3.10-b si osserva che il valore di massa volumica subisce un leggero incremento nel passaggio dalla condizione umida alla condizione satura, confrontabile percentualmente a quello misurato sui calcestruzzi ordinari analoghi, a parità di condizione. Successivamente tale valore si mantiene costante intorno ad un valore medio di 2477 kg/m 3 durante tutto il periodo di immersione. 82

101 Massa volumica (kg/m 3 ) Resistività elettrica (Wm) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Miscela A a) Immersione (dopo 24h in condizioni umide) Tempo (giorni) Miscela A Immersione (dopo 24h in condizioni umide) b) Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo della resistività elettrica (a) e della massa volumica (b) misurata in provini prismatici confezionati con il getto 426 (cemento SA02). 83

102 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI CALCESTRUZZI CON CEMENTO SL06 E SL05 Provini con sonde di resistività Il getto 462 ha previsto il confezionamento di 3 sonde per il monitoraggio della conduttanza sin dai primi minuti dopo il getto. Nei primi 110 minuti le sonde sono rimaste in laboratorio e successivamente sono state poste in camera climatica a una temperatura di circa 20 C. In figura 3.11-a si riporta l andamento della conduttanza nel tempo. È evidente che le sonde 1 e 2 presentano lo stesso andamento; i valori rimangono costanti intorno ai 3400 µs nei primi minuti, per poi subire un brusco innalzamento nei successivi 30 minuti, raggiungendo un valore massimo di 5558 µs. Segue poi un rapido abbassamento che porta la conduttanza a circa 300µS in circa 3 ore. Tale valore rimane pressoché costante nell intervallo tra 400 e µs. In figura 3.11-b viene rappresentato l andamento della resistività elettrica, che rimane costante a 3 Ωm nelle prime due ore e mezza e aumenta fino a 45 Ωm nelle successive 3 ore, per poi registrare una leggera diminuzione ed infine aumentare fino ad un valore medio per le due sonde di 133 Ωm a 193 giorni. Per quanto riguarda invece le sonde di resistività del getto 466, esposte nelle stesse condizioni delle altre miscele (figura 3.12), l andamento della conduttanza è simile a quello del getto 462 ma i valori sono leggermente superiori, raggiungendo un picco di 5160 µs dopo quasi 2 ore sino a diminuire ad un valore finale di 170 µs a 186 giorni. La resistività presenta un andamento simile al getto 462 fino alle prime due ore e mezza; in seguito il valore di resistività diminuisce fino a 25 Ωm ed infine aumenta fino al valore medio di 58 Ωm. Considerando le conduttanze delle sonde di resistività di tutte le miscele, si nota che per i calcestruzzi ordinari (miscele B e C) il picco è compreso tra 0.1 e 0.25 giorni (più spostato in avanti per la miscela C); inoltre, si manifesta in un intervallo più esteso rispetto a quanto accade per i calcestruzzi a base di solfoalluminato di calcio (miscele A, D ed E). Il picco della miscela A si sviluppa dopo 0.04 giorni (circa 1 ora), mentre quello dei calcestruzzi misti (miscele D ed E) dopo tempi lievemente superiori, rispettivamente pari a 0.09 e 0.05 giorni, seppur prima di quanto si verifica per le miscele B e C. Si può quindi dedurre che la presa della miscela A avviene prima e più rapidamente rispetto a quanto avviene per le miscele B e C; il comportamento della miscela E si avvicina di più alla miscela A: infatti, il calcare contenuto al suo interno, essendo un inerte, non reagisce, facendo sì che la miscela si comporti come se fosse un calcestruzzo solfoalluminoso. La miscela D presenta invece un comportamento intermedio tra i calcestruzzi ordinari ed i calcestruzzi delle miscele A ed E. 84

103 Resistività elettrica (Wm) Conduttanza (ms) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Miscela D - Getto a) 0 0,01 0, Tempo (giorni) 200 Miscela D - Getto ,01 0, b) Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo della conduttanza (a) e della resistività elettrica (b) misurata in provini attrezzati con sonde e confezionati con il getto 462 (cemento SL06). 85

104 Resistività elettrica (Wm) Conduttanza (µs) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Miscela E - Getto a) 0 0,01 0, Tempo (giorni) Miscela E - Getto ,01 0, b) Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo della conduttanza (a) e della resistività elettrica (b) misurata in provini attrezzati con sonde e confezionati con il getto 466 (cemento SL05). 86

105 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Provini prismatici di calcestruzzo I risultati delle misure effettuate sui provini prismatici realizzati con cementi misti contenenti cemento SA02 e CEM I (getto 439) sono rappresentati nei grafici di figura 3.13, che riportano l andamento della resistività elettrica nel tempo e della massa volumica misurate in condizioni di saturazione (ad eccezione delle prime 24 ore successive al getto). Come si può osservare dal grafico di figura 3.13-a il valore medio di resistività dei prismi 439 in condizioni umide, ossia prima dell immersione, è pari a 49 Ωm. In seguito all immersione si misura una leggera diminuzione della resistività (sino a valori di 40 Ωm); dopo oltre 30 giorni di saturazione la resistività mostra un progressivo aumento, fino a portarsi al valore di 116 Ωm al 295esimo giorno di esposizione. Per quanto riguarda la miscela E (getto 443) confezionata con cemento misto SL05 (ovvero CTS e portland al calcare) l andamento della resistività (figura 3.14-a) è del tutto paragonabile a quello rilevato nel getto 439, anche se i valori misurati nel tempo sono leggermente più bassi. In particolare, prima dell immersione si registra un valore medio di 55 Ωm, che si porta a 71 Ωm al 292 giorno di monitoraggio. In figura 3.14-b si osserva che la massa volumica dei provini 443 si mantiene costante intorno ad un valore medio di 2500 kg/m 3 durante tutto il periodo di immersione. Questo comportamento si registra in modo del tutto analogo anche per i provini 439 precedentemente analizzati. Il valore medio ottenuto a saturazione per le miscele D ed E è pari a circa 2535 kg/m 3. 87

106 Massa volumica (kg/m 3 ) Resistività elettrica (Wm) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Miscela D Immersione (dopo 24h in condizioni umide) a) Tempo (giorni) Immersione (dopo 24h in condizioni umide) Miscela D b) Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo della resistività elettrica (a) e della massa volumica (b) misurata in provini prismatici confezionati con il getto 439 (cemento SL06). 88

107 Massa volumica (kg/m 3 ) Resistività elettrica (Wm) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Miscela E Immersione (dopo 24h in condizioni umide) 50 a) Tempo (giorni) Miscela E Immersione (dopo 24h in condizioni umide) b) Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo della resistività elettrica (a) e della massa volumica (b) misurata in provini prismatici confezionati con il getto 443 (cemento SL05). 89

108 Profondità di carbonatazione (mm) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI 3.4 AVANZAMENTO DELLA CARBONATAZIONE Le prove di carbonatazione in condizioni naturali ed accelerate sono state effettuate per ciascuna delle miscele studiate su provini cubici di lato 10 cm. Ciascun provino, dopo 7 giorni di stagionatura ad umido, è stato esposto all ambiente del laboratorio per una settimana. Successivamente, quelli destinati alle prove di carbonatazione accelerata sono stati spostati in camera di carbonatazione con 4% di anidride carbonica (CO 2 ), mentre quelli destinati alla carbonatazione naturale sono stati mantenuti in laboratorio. Sulle superfici di frattura di ogni provino, splittato ai diversi tempi di esposizione, sono stati utilizzati la fenoftaleina per rilevare lo spessore di carbonatazione e l indicatore commerciale per stimare il ph. Nei grafici di figura 3.15 e 3.16 sono indicate le profondità di carbonatazione in funzione del tempo di esposizione rispettivamente per provini mantenuti in camera di carbonatazione accelerata e in laboratorio; i simboli pieni indicano, in particolare, le prove eseguite nel corso di questo elaborato di tesi A E Abis D C miscela A 430-miscela Abis 433-miscela B 436-miscela C 439-miscela D 443-miscela E B 5 0 Carbonatazione accelerata - fenolftaleina Tempo (giorni) Fig Avanzamento del fronte carbonatato delle 6 miscele stagionate 7 giorni ad umido (A, Abis, B, C, D ed E) in funzione del tempo di esposizione in camera di carbonatazione accelerata. 90

109 Profondità di carbonatazione (mm) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Carbonatazione naturale - fenolftaleina 426-miscela A 430-miscela Abis 433-miscela B 436-miscela C 439-miscela D 443-miscela E Abis A D E C B Tempo (giorni) Fig Avanzamento del fronte carbonatato delle 6 miscele stagionate 7 giorni ad umido (A, Abis, B, C, D ed E) in funzione del tempo di esposizione in laboratorio. Lo spessore carbonatato della miscela B in condizioni accelerate è pari ad un valore medio di 1 mm dopo 14 giorni, di 3,7 mm dopo 72 giorni, di 8,3 mm dopo 105 giorni e di 4,5 mm dopo 216 giorni (figura 3.15), a conferma del fatto che questo calcestruzzo ha una certa resistenza all avanzamento della carbonatazione. Per i provini esposti in condizioni naturali l avanzamento della carbonatazione è modesto; anche dopo 1 mese di esposizione si misura, infatti, uno spessore medio di carbonatazione pari a 0,3 mm per un calcestruzzo ordinario con cemento Portland CEM I 52,5 R. Stranamente dopo giorni risulta difficile rilevare lo spessore di carbonatazione, che è praticamente nullo (figura 3.16). Ulteriori prove, effettuate dopo circa 360 giorni di esposizione, hanno confermato l ottima resistenza alla carbonatazione da parte del calcestruzzo con cemento Portland. Nel caso di calcestruzzo con cemento al calcare (miscela C), già dopo due settimane circa di carbonatazione accelerata si misura una spessore 3 volte superiore rispetto a quello misurato su un analogo calcestruzzo confezionato con CEM I 52,5 R. Dopo 214 giorni si raggiunge un valore di 19,8 mm. Anche per quanto riguarda la carbonatazione in condizioni naturali, i valori di spessore carbonatato rilevati sulla medesima miscela risultano essere più elevati rispetto a quelli ottenuti nei calcestruzzi con cemento Portland (figura 3.16). In particolare, dopo 13 e 26 giorni di esposizione in laboratorio, si misurano rispettivamente valori medi di spessore di 91

110 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI carbonatazione di 0.7 mm e di 1.0 mm, che aumentano sino a 6.7 mm dopo quasi un anno di esposizione. Più suscettibile all avanzamento della carbonatazione appare decisamente la miscela confezionata con cemento SA02. Infatti, la misura del fronte di carbonatazione accelerata, effettuata su un provino confezionato con il getto 426, mostra un avanzamento medio di 18.1 mm a 79 giorni e di 21.7 mm a 112 giorni (figura 3.15). In generale, a parità di tempo di esposizione, i calcestruzzi SA02 mostrano spessori di carbonatazione superiori anche rispetto ai calcestruzzi ordinari al calcare, che comunque si sono mostrati meno resistenti dei calcestruzzi Portland in termini di avanzamento della carbonatazione. Anche i provini esposti in laboratorio in condizioni naturali mostrano profondità di carbonatazione elevate sin dalle prime due settimane di esposizione (figura 3.16), con valori pari a 1.1 mm, fino a raggiungere dopo un anno un valore pari a 11.8 mm. I provini di calcestruzzo confezionato con cemento misto SL06 sono rimasti esposti per 210 giorni in condizioni accelerate. In particolare, a 8 giorni di esposizione si misura un valore medio di 4 mm, a 15 giorni di 6,3 mm, a 72 giorni di 13,3 mm e a 99 giorni di 13,57 mm (figura 3.15). L avanzamento del grado di carbonatazione al naturale è minore rispetto a quanto rilevato sul calcestruzzo con cemento SA02 ma maggiore rispetto al calcestruzzo CEM II/B-LL 32,5 R (figura 3.15). Infine, per i provini confezionati con il cemento SL05 (miscela E) ed esposti in condizioni accelerate, rispetto ai valori relativi ai calcestruzzi SL06, si registrano spessori carbonatati leggermente superiori. Per tale esposizione si misura un valore medio di 6,6 mm a 13 giorni di esposizione, di quasi 16 mm dopo poco più di due mesi e di circa 20 mm dopo 208 giorni (figura 3.15). Analoghi provini esposti in laboratorio mostrano degli spessori più elevati sin dalle prime due settimane di esposizione rispetto ai calcestruzzi ordinari, con un andamento molto simile a quello della miscela D (figura 3.16). Le prove di carbonatazione in condizioni naturali ed accelerate sono state effettuate anche seguendo le disposizione della CEN_TS_ Sono stati confezionati, per ciascuna delle miscele realizzate (451, 454, 462, 466 e 467), provini cubici di lato 10 cm. Dopo un periodo di stagionatura a umido di 28 giorni (a differenza della precedente procedura, che ha previsto un tempo di stagionatura pari a 7 giorni) e dopo 14 giorni di permanenza in laboratorio, i provini sono stati stuccati; in seguito, quelli destinati alle prove di carbonatazione accelerata sono stati spostati in camera di carbonatazione con 4% di CO 2, mentre quelli destinati a carbonatazione naturale sono stati lasciati in laboratorio. La valutazione dello spessore carbonatato è stata effettuata, per entrambi i casi, mediante fenoftaleina. 92

111 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI In figura 3.17 sono presenti le foto relative ai provini dei getti 451, 454, 462, 466, 467 esposti rispettivamente in camera di carbonatazione accelerata, su cui è stata spruzzata la fenoftaleina per rilevare lo spessore di carbonatazione. Si può notare che nella zona corticale, dove è penetrata la CO 2 carbonatando il calcestruzzo, la fenoftaleina è rimasta incolore (indice di un ph minore di 9), mentre all interno del provino si rileva un colore viola, indice di un ph maggiore di 9 e quindi alcalino. Confrontando tra loro le miscele, si rileva che i calcestruzzi ordinari mostrano un colore viola più intenso rispetto ai calcestruzzi solfoalluminosi. a) b) c) d) e) Fig Effetto della fenoftaleina sui provini delle 5 misceledopo circa 70 giorni di esposizione in camera di carbonatazione accelerata secondo CEN_TS_12390: a) miscela A;b) miscela B;c) miscela C;d) miscela D;e) miscela E. Attraverso l utilizzo di un indicatore commerciale si può inoltre osservare che, per la miscela B, la zona centrale presenta un ph pari a 13, mentre nelle zone carbonatate il ph è pari a 9. Tali valori sono stati ricavati grazie alla scala cromatica di riferimento relativa all indicatore (figura 3.18-b). Per quanto riguarda la miscela A (figura 3.18-a), si può notare che l avanzamento della carbonatazione è nettamente maggiore ed i valori di ph sono inferiori; tale comportamento potrebbe essere dovuto ad un valore di ph iniziale del calcestruzzo (prima ancora di essere esposto) inferiore a quello di un calcestruzzo Portland. 93

112 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Fig Effetto dell'indicatore commerciale dopo 72 giorni di esposizione in camera di carbonatazione accelerata; a) miscela A, b) miscela B. In tabella 3.3 sono riportati i valori minimi, massimi e medi delle profondità di carbonatazione rilevati per ciascuna delle 5 diverse miscele di calcestruzzo dopo 70 giorni di esposizione in camera di carbonatazione accelerata e in laboratorio, ad eccezione della miscela C ed E, contrassegnate con l asterisco, per le quali che la prova è stato eseguita rispettivamente a 62 e 64 giorni ed i valori a 70 giorni sono stati estrapolati mediante la relazione di avanzamento della carbonatazione (paragrafo 2.5.4). Per tutte le miscele le prove sono state condotte sia su due provini esposti in camera di carbonatazione accelerata sia su due provini esposti in laboratorio, ad eccezione della miscela B in cui la prova è stata effettuata solo in condizioni accelerate. Per quanto riguarda la carbonatazione accelerata del getto 451, sulla superficie di frattura si è rilevato uno spessore modesto di calcestruzzo carbonatato (tra l altro solo in corrispondenza di uno dei due lati esposti e non stuccati), che raggiunge un valore massimo di 5 mm. Per il getto 467, a parità di tempo di esposizione, è stato rilevato un valore medio di avanzamento della carbonatazione in condizioni accelerate di 8.0 mm. I provini con cemento SA02, realizzati con il getto 454, hanno registrato un valore medio di 13 mm. Per quanto riguarda i calcestruzzi realizzati con cementi misti SL06, sono stati riscontrati valori intorno a 8 mm. Infine, per i calcestruzzi realizzati con cementi misti SL05, dopo 70 giorni di esposizione, i provini hanno mostrato uno spessore medio di carbonatazione inferiore a 8 mm. Confrontando questi ultimi valori con la figura 3.15, si può notare che, a parità di tempo di esposizione, gli spessori di carbonatazione ottenuti su analoghi provini stagionati per un tempo inferiore (7 giorni) sono leggermente superiori, a conferma del fatto che la maggior stagionatura (tabella 3.3) li ha resi meno suscettibili alla carbonatazione. 94

113 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI I provini sottoposti a carbonatazione naturale hanno mostrato, rispetto ai loro analoghi in camera di carbonatazione accelerata, un avanzamento del fronte decisamente più lento, con valori di 5.1, 1.1, 2.3 e 0.8 mm rispettivamente per le miscele A, C, D ed E. In conclusione si può affermare che il calcestruzzo che meglio resiste alla penetrazione della CO 2 è quello confezionato con cemento Portland, mentre il provino confezionato con cemento solfoalluminoso ha rilevato uno spessore di carbonatazione più elevato rispetto a tutte le altre miscele. Tab Valori minimi, massimi e medi delle profondità di carbonatazione secondo CEN_TS_ Sigla miscela Tempo di esposizione [giorni] Ambiente di esposizione Sigla provino Profondità [mm] Min Max Medio Media miscela [mm] A 70 Laboratorio Camera di carbonatazione B 70 Camera di carbonatazione C 70* Laboratorio Camera di carbonatazione D 70 Laboratorio Camera di carbonatazione E 70* Laboratorio Camera di carbonatazione

114 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI 3.5 PENETRAZIONE DEI CLORURI La valutazione della resistenza alla penetrazione dei cloruri è stata effettuata mediante la prova con cella inclinata, secondo quanto previsto dalle NT BUILD 492, sulle cinque differenti miscele: cemento Portland CEM I 52,5 R (getto 451), cemento solfoalluminoso CSA (getto 454), cemento Portland al calcare CEM II/B-LL 32,5 R (getto 467), cemento SL06 (getti 453 e 462), cemento SL05 (getto 466). Per ciascuna miscela sono stati considerati due provini che dopo essere stati sottoposti alla prova elettrochimica (paragrafo 2.5.5), sono stati rotti ciascuno mediante una pressa in due porzioni, su ciascuna delle quali è stato spruzzato nitrato d argento che, reagendo con i cloruri penetrati nel calcestruzzo, ha permesso di valutare i valori di profondità di penetrazione dei cloruri. Nelle tabelle 3.4, 3.5 e 3.6 sono riportati rispettivamente i risultati ottenuti per i calcestruzzi 467, 462 e 466. In tabella 3.4 si riportano i valori di profondità di penetrazione dei cloruri dei provini della miscela C confezionata con il getto 467; tali valori sono letti ad intervalli di 1 centimetro lungo la superficie di frattura ortogonale a quella da cui sono entrati i cloruri. Si sottolinea che i valori di penetrazione media relativi a ciascuna porzione di fetta sono stati ricavati considerando solo i valori evidenziati in tabella con sfondo grigio in modo da escludere gli effetti di bordo e i punti in cui l avanzamento dei cloruri è stato ostacolato dalla presenza di aggregati grossolani. Si riscontrano per i provini di calcestruzzo con cemento Portland profondità di penetrazione simili, variabili tra 39,7 e 46,9 mm. Anche per quanto riguarda i coefficienti di diffusione Dapp, i valori risultano confrontabili tra loro, con un valore minimo di 28, m 2 /s ed un massimo di 34, m 2 /s. Il valore medio del coefficiente di diffusione ottenuto dalle porzioni di calcestruzzo e è pari a 31, m 2 /s. 96

115 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Tab Riepilogo dei dati della prova di penetrazione dei cloruri del getto 467. Profondità di penetrazione dei cloruri [mm] A B A B X X X X X X X X X X X Profondità di penetrazione media [mm] V [V] T ambiente [ C] T prova [ore] D app [10-12 m 2 /s] D app medio A-B [10-12 m 2 /s] D app medio 2-3 [10-12 m 2 /s] 31.6 La tabella 3.5 mostra i valori di profondità di penetrazione dei cloruri dei provini con cemento SL06. Si riscontrano profondità di penetrazione simili, variabili tra 25,1 e 30,8 mm. Anche per quanto riguarda il coefficiente di diffusione Dapp, ottenuto sui provini e 462-3, i valori risultano confrontabili tra loro, variabili fra un valore minimo di 17, m 2 /s ed un massimo di 21, m 2 /s. Il valore medio del coefficiente di diffusione ottenuto dalle porzioni di calcestruzzo e è pari a 19, m 2 /s, inferiore di circa m 2 /s volte rispetto al getto con cemento Portland al calcare. 97

116 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Tab Riepilogo dei dati della prova di penetrazione dei cloruri del getto 462. Profondità di penetrazione dei cloruri [mm] A B A B X X X X X X X X X X X Profondità di penetrazione media [mm] V [V] T ambiente [ C] T prova [ore] D app [10-12 m 2 /s] D app medio A-B [10-12 m 2 /s] D app medio 2-3 [10-12 m 2 /s] 19.8 Infine, in tabella 3.6 si riportano i risultati della medesima prova condotta sui provini 466 (miscela E). Rispetto al getto 462, realizzato con cemento SL06, la profondità di penetrazione media per i provini realizzati con cemento SL05 risulta essere superiore, con valori variabili tra 30,0 e 37,6 mm. Anche per quanto riguarda i coefficienti di diffusione Dapp, i valori risultano superiori, con un valore minimo di 25, m 2 /s ed un massimo di 36, m 2 /s. Il valore medio del coefficiente di diffusione ottenuto dalle porzioni di calcestruzzo e è pari a 28, m 2 /s, più simile al D app medio del provino con cemento Portland al calcare (tabella 3.4). 98

117 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Tab Riepilogo dei dati della prova di penetrazione dei cloruri del getto 466. Profondità di penetrazione dei cloruri [mm] A B A B X X X X X X X X X X X Profondità di penetrazione media [mm] V [V] T ambiente [ C] T prova [ore] D app [10-12 m 2 /s] D app medio A-B [10-12 m 2 /s] D app medio 2-3 [10-12 m 2 /s] 28.9 Le prove relative ai calcestruzzi con cemento CEM I 52,5 R e SA02 (rispettivamente confezionati con i getti 451 e 454) sono state effettuate nella precedente tesi. A tale riguardo, in tabella 3.7 vengono riepilogati i risultati principali mettendo a confronto i valori parziali e medi del coefficiente di diffusione dei cloruri ottenuti per calcestruzzi con cemento SA02 e cemento CEM I 52,5 R. Si osserva che i provini di calcestruzzo ordinario, confezionati con il getto 451, hanno mostrato una minore resistenza alla penetrazione dei cloruri, registrando valori medi del coefficiente di diffusione pari a m 2 /s; i provini di calcestruzzo con cemento SA02 mostrano, invece, un comportamento migliore, con valori di D app inferiori ai m 2 /s. 99

118 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Sigla miscela Tab Valori del coefficiente di diffusione dei cloruri nei getti 451 e 454. Sigla provino D app [10-12 m 2 /s] D app medio A-B A B [10-12 m 2 /s] D app medio 2-3 [10-12 m 2 /s] In seguito allo spruzzo di argento nitrato sulle superfici di frattura, è stato possibile osservare in modo chiaro il profilo di avanzamento dei cloruri per quanto riguarda i calcestruzzi con cementi ordinari (figura 2.17, paragrafo 2.5.6); diversamente, per i calcestruzzi realizzati con cementi a base di solfoalluminato di calcio, tale profilo è risultato meno evidente e conseguentemente si è ottenuta un elevata imprecisione dei coefficienti D app ricavati da esso (figura 3.19). Ne deriva una oggettiva difficoltà di rilievo delle profondità di penetrazione dei cloruri. Fig Profilo di penetrazione dei cloruri in un cemento misto. Al fine di valutare in maniera precisa come i cloruri siano penetrati nelle diverse miscele, sui provini sottoposti alla prova con cella inclinata è stata misurata la percentuale di cloruri presenti a varie profondità rispetto alla superficie di contatto con soluzione salina, mediante titolazione potenziometrica. Le percentuali di cloruri alle diverse profondità sono state interpolate per ciascuna miscela mediante la legge di Fick, che ha permesso di ricavare il contenuto superficiale di cloruri (C s ) e il coefficiente di diffusione apparente (D app ).

119 Cloruri (% vs calcestruzzo) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI L andamento della percentuale di cloruri in funzione della profondità del provino confezionato con il getto 451 è riportato nel grafico di figura Nel primo centimetro di calcestruzzo a contatto con la soluzione di prova contenente cloruri, si è misurato un contenuto di cloruri pari a 0.5% (rispetto alla massa di calcestruzzo). La curva interpolata mostra un contenuto di cloruri progressivamente decrescente verso il lato opposto a quello di penetrazione, registrando valori di 0.303% tra 1 e 2 cm, di 0.154% tra 2 e 3 cm, di 0.025% tra 3 e 4 e di 0.006% nell ultimo centimetro. Dal profilo si ricava un contenuto minimo (definito dall asintoto) che coincide con la percentuale di cloruri riscontrata nell analisi del solo cemento CEM I 52,5 R. 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Titolazione su provini sottoposti a NT BUID 492 provino 451-3A (CEM I 52,5 R) CEM I 52,5 R Profondità (mm) Fig Percentuale di cloruri misurata in funzione della profondità di penetrazione nel provino confezionato con la miscela B (getto 451) e in un campione di cemento. Il grafico in figura 3.21 mostra l andamento della percentuale di cloruri in funzione della profondità del calcestruzzo con cemento Portland al calcare (realizzato con il getto 467). Rispetto al calcestruzzo realizzato con cemento CEM I 52,5 R, il getto 467 mostra nei primi 3 centimetri a partire dal fronte di penetrazione, una percentuale di cloruri confrontabile, mentre nei due intervalli di profondità successivi la percentuale è maggiore; si misurano 0.1 e 0.05% di cloruri rispettivamente a 35 e 45 mm. La percentuale di cloruri apportata dal cemento stesso è pari a 0.027%. 101

120 Cloruri (% vs calcestruzzo) Cloruri (% vs calcestruzzo) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI 0,7 0,6 0,5 0,4 Titolazione su provini sottoposti a NT BUID 492 provino 467-3A (CEM II BL 42,5R) CEM II BL 42,5R 0,3 0,2 0,1 0, Profondità (mm) Fig Percentuale di cloruri misurata in funzione della profondità di penetrazione nel provino confezionato con la miscela C (getto 467) e in un campione di cemento. A differenza del provino con cemento CEM I 52,5 R (figura 3.20), il calcestruzzo con cemento misto SL06 (ovvero costituito da CEM I 52,5 R e solfoalluminato di calcio) ha evidenziato una maggiore resistenza alla penetrazione dei cloruri sin dai primi centimetri, come si può notare nel grafico di figura 3.22; in particolare, nei primi tre intervalli di profondità, la percentuale di cloruri è pari rispettivamente a 0.431%, 0.241%, 0.099%. 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Titolazione su provini sottoposti a NT BUID 492 provino 462-3A (SL06) CEM SL Profondità (mm) Fig Percentuale di cloruri misurata in funzione della profondità di penetrazione nel provino confezionato con la miscela D (getto 462) e in un campione di cemento. 102

121 Cloruri (% vs calcestruzzo) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Infine, per quanto riguarda il provino realizzato con il calcestruzzo costituito da cemento misto SL05 (getto 466), si hanno valori solo leggermente inferiori al calcestruzzo con Portland al calcare, e lievemente superiori se confrontato con l altro calcestruzzo con cemento misto (SL06), mostrando valori percentuali via via decrescenti e pari a 0.514, 0.218, 0.150, 0.042, Il grafico è riportato in figura Il contenuto di cloruri nel cemento SL05 è confrontabile con quello ricavato per il calcestruzzo realizzato con il cemento CEM I 52,5 R. 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Titolazione su provini sottoposti a NT BUID 492 provino 466-3B (SL05) CEM SL Profondità (mm) Fig Percentuale di cloruri misurata in funzione della profondità di penetrazione nel provino confezionato con la miscela E (getto 466) e in un campione di cemento. 3.6 ASSORBIMENTO ALLA PRESSIONE ATMOSFERICA Le prove di assorbimento sono state condotte sulle 5 miscele di calcestruzzo studiate. La prova ha riguardato, in particolare, i calcestruzzi confezionati con i getti 451 (CEM I 52,5 R), 454 (SA02), 462 (SL06), 466 (SL05), 467 (CEM II/B-LL 32,5 R). La massa dei provini è stata misurata dopo 1, 3, 8 e 24 ore dall'immersione parziale; successivamente, i provini sono stati completamente immersi in acqua con un battente di circa 20 mm. Le successive pesate sono state effettuate dopo 3 e 7 giorni di immersione completa. Successivamente sono state prese ulteriori misure ad intervalli regolari di tempo non superiori ai 7 giorni fino al raggiungimento della massa costante, avvenuta per i getti 451 e 467 a 42 giorni e per i getti 462 e 466 dopo 49 giorni dall inizio della prova. Un eccezione è rappresentata dal provino del getto 454, che dopo 24 ore dalla sua immersione parziale è stato trovato interamente crepato (figura 3.24); tale 103

122 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI comportamento è probabilmente dovuto alla formazione di ettringite espansiva, avvenuta in seguito all essiccazione del provino in stufa a 105 C prevista dal procedimento adottato per tale tipo di prova. Fig Stato dei provini 454 dopo 24 ore di immersione in acqua. Il grafico in figura 3.25 mostra l andamento dei valori del coefficiente di assorbimento di acqua in funzione del tempo, confrontando le varie miscele tra loro. Si può notare che nelle prime 8 ore i comportamenti sono simili per i calcestruzzi con cemento al calcare, con cemento CEM I 52,5 R e con i cementi misti SL06 e SL05. Si distingue quello del calcestruzzo con cemento SA02, che assorbe più acqua anche se dovrebbe avere una struttura più impervia e compatta: ciò è probabilmente accaduto perché l alterazione ben evidente dalla foto di figura 3.24 si è manifestata fin dall immersione parziale. Dopo le 24 ore si osservano invece evidenti differenze tra le miscele: il coefficiente di assorbimento della miscela B (getto 451) risulta essere il più basso, seguito dalla miscela C (getto 467); i calcestruzzi misti hanno un comportamento simile tra loro e con i più alti valori del coefficiente di assorbimento. 104

123 Assorbimento (%) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI , Tempo (ore) Fig Coefficiente di assorbimento di acqua in funzione del tempo. 3.7 PROVA DI ASSORBIMENTO CAPILLARE Nei grafici di figura 3.26 e 3.27 sono presenti i risultati relativi alla prova di assorbimento capillare relativi alle 5 miscele. Prima dell inizio della prova, su ogni provino sono state misurate le otto altezze e i quattro diametri in corrispondenza delle otto linee assiali equidistanti tracciate lungo il perimetro della faccia di prova, al fine di calcolare per ogni provino la superficie, il volume e la densità a secco. I provini sono stati pesati a intervalli di lettura di 12 minuti, 30 minuti, 1 ora, 2 ore, 4 ore, 6 ore e 24 ore. Allo scadere delle 2 ore dall inizio della prova, oltre alla misura di massa, è stata effettuata anche la misura dell innalzamento del fronte umido contrassegnando la posizione sulle 8 linee assiali; i valori medi di risalita sono indicati nell istogramma di figura Tali valori sono di mm per la miscela B, di mm per la miscela A, di mm per la miscela D, di mm per la miscela E e di mm per la miscela C. Il grafico in figura 3.27 mostra l assorbimento d acqua in funzione del tempo, confrontando le varie miscele tra loro. Si nota che il cemento CEM I 52,5 R (getto 451) presenta il minor valore di assorbimento d acqua, mentre il comportamento peggiore è manifestato dal cemento SA02 (getto 454) e dal cemento CEM II/B-LL 32,5 R (getto 467); i cementi misti hanno un comportamento intermedio, che risulta migliore per il cemento misto SL06 (getto 462). 105

124 Assorbimento d'acqua (kg/m 2 ) Fronte di risalita (mm) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI A B C D E Fig Istogramma con i valori medi di risalita dopo 2 ore delle cinque miscele. 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 Tempo (ora 0.5 ) Fig Assorbimento d'acqua in funzione del tempo. 106

125 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI 3.8 CORROSIONE DELL ACCIAIO NEI CALCESTRUZZI STUDIATI In questo paragrafo vengono riassunti i risultati ottenuti dalle prove elettrochimiche effettuate sui provini armati confezionati nei getti realizzati in un precedente lavoro di tesi. Ciascun provino armato è stato attrezzato con diversi elettrodi; oltre all armatura in acciaio, di cui si vogliono valutare le condizioni di corrosione in funzione del tipo di calcestruzzo con cui è in contatto e dell ambiente di esposizione, in ogni provino è presente un elettrodo di riferimento interno di titanio attivato e un controelettrodo sempre in titanio attivato. Gli elettrodi di riferimento in titanio sono stati verificati prima di essere montati nei casseri armati in cui è stato colato il calcestruzzo. La verifica consiste nel misurare il potenziale rispetto ad un elettrodo al calomelano (SCE) in diversi ambienti di prova. Le misure di potenziale, che hanno permesso di verificare la stabilità degli elettrodi, sono state effettuate immergendo gli elettrodi di titanio sia in acqua sia, successivamente, in una soluzione 0,1M NaOH. Dopo un certo tempo di immersione nelle due soluzioni di prova è stata acquisita una misura di potenziale per ciascuno degli elettrodi di titani. In soluzione neutra (acqua) il valore medio si aggira intorno a mv mentre in soluzione basica a ph 13 (NaOH) assume valori negativi di circa - mv. I provini armati sono stati confezionati con calcestruzzi ordinari (miscele B e C), con calcestruzzi con cemento SA02 (miscele A e Abis) e con calcestruzzi misti (miscele D e E); i risultati delle prove di corrosione di provini armati realizzati con i diversi tipi di calcestruzzi sono rispettivamente descritti nei paragrafi 3.8.1, e Per valutare il comportamento a corrosione, i provini armati, dopo una stagionatura ad umido di 7 giorni e una settimana di esposizione in laboratorio, sono stati destinati a differenti ambienti. Per ciascuna miscela di calcestruzzo si è deciso di destinare i provini armati alcalini identificati con i numeri 1, 2, 7, 8, 11, 12 (provini 1 e 2 senza cloruri; provini 7 e 8 con lo 0,4% di cloruri e provini 11 e 12 con l 1% di cloruri) ad una serie di cicli termoigrometrici: - 20 C, 80% U.R C, 95% U.R C, 95% U.R. Dopo tali cicli, i provini 1, 7 e 11 sono stati esposti in laboratorio, mentre i loro corrispettivi analoghi (2, 8 e 12) sono stati sottoposti direttamente a prove di rottura, che hanno permesso di verificare le condizioni di corrosione dell armatura e lo spessore di carbonatazione. Altri provini (con e senza cloruri aggiunti all impasto in fase di getto) sono stati posti sin dall inizio in camera di carbonatazione accelerata; per ciascuna miscela, tali provini sono stati identificati con i numeri 3 e 4 (0% di cloruri), oltre a 9 e 10 (0,4% di cloruri). I provini 3 e 9, 107

126 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI dopo un esposizione in camera di carbonatazione pari a 6 mesi, sono stati sottoposti ai medesimi cicli termoigrometrici (20 C e 80% di U.R., 20 C e 95% di U.R., 40 C e 95% di U.R.) mentre i provini 4 e 10 sono stati mantenuti in camera di carbonatazione accelerata per altri tre mesi e sottoposti successivamente ad una prova di bagnamento di 48 ore, durante le quali sono stati monitorati il potenziale e le velocità di corrosione delle armature, oltre al potenziale del titanio attivato. I provini rimanenti (distinti per ogni miscela con i numeri 5 e 6) sono stati immersi, dopo la stagionatura, in una soluzione 3,5% NaCl, per valutare le condizioni di corrosione in caso di cloruri provenienti dall ambiente e non aggiunti all impasto di calcestruzzo. Dopo circa 6 mesi di immersione in soluzione salina, uno dei due provini in ponding per ogni miscela è stato destinato alla prova di rottura; per l analogo, l esposizione è stata proseguita in laboratorio. Infine, al termine delle prove di esposizione nei diversi ambienti, i restanti provini alcalini (1, 7 e 11), in ponding (5 e 6), carbonatati per 7 mesi (3 e 9) e per 10 mesi (4 e 10) sono stati sottoposti alle prove di bagnamento. Per ciascuna tipologia di miscele i risultati in termini di potenziale di corrosione e di velocità di corrosione delle armature verranno descritti in funzione di tre differenti tipologie di calcestruzzo, ovvero in presenza di calcestruzzo alcalino, carbonatato e con cloruri CALCESTRUZZI ORDINARI In questo paragrafo si riportano i grafici dell andamento nel tempo del potenziale dell armatura e del titanio attivato rispetto ad un elettrodo al calomelano (SCE) e della velocità di corrosione relativi ai provini armati confezionati con cemento Portland (miscela B) e con cemento Portland al calcare (miscela C). I grafici che seguono, relativi ai calcestruzzi ordinari, verranno rappresentati con simboli e linee di interpolazione di colore nero per distinguerli dai grafici relativi agli altri tipi di calcestruzzi studiati, indicati con colori diversi (rispettivamente il rosso nel caso di un calcestruzzo con cemento SA02, il nero per i calcestruzzi con cemento CEM I 52,5 R e CEM II/B-LL 32,5 R ed il blu per i calcestruzzi SL05 e SL06. Di seguito verranno presentati i risultati relativi a provini armati con calcestruzzo alcalino, oltre che a provini sottoposti a carbonatazione accelerata e a ponding. 108

127 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Calcestruzzi alcalini In figura 3.28-a si riporta l andamento del potenziale dell armatura nel tempo. Analizzando i provini e 433-2, privi di cloruri, nei primi giorni successivi al getto si registrano valori di potenziale dell armatura rispetto al calomelano (SCE) di circa -200 mv, che diminuiscono leggermente fino a circa -250 mv vs SCE dopo una settimana di stagionatura in laboratorio. Successivamente, tali valori hanno iniziato a crescere lentamente, mantenendo questa tendenza anche quando sono stati spostati in camera climatica a 20 C e 80% di umidità relativa, fino a portarsi a valori di circa - mv vs SCE. Durante il periodo successivo di esposizione alla medesima temperatura e a 95% di umidità, i valori di potenziale dell armatura rispetto a SCE si sono stabilizzati rimanendo costanti intorno al valore precedente. Nella condizione a 95% U.R. e 40 C il potenziale è leggermente sceso intorno a -120 mv vs SCE. Solo per i provini contenenti i cloruri si registrano valori del potenziale dell armatura leggermente inferiori (soprattutto per i provini con 1% di cloruri). Il comportamento in termini di velocità di corrosione è descritto in figura 3.28-b. In generale si osserva che, a parte le prime due settimane in cui l andamento è decrescente, i valori di velocità di corrosione si mantengono successivamente stabili aggirandosi intorno a 0,5 ma/m 2 (anche a 40 C) per poi scendere leggermente a valori di 0,3 e 0,2 ma/m 2 rispettivamente per il provino con 0% e 1% di cloruri, una volta esposti in laboratorio. Il potenziale del titanio (figura 3.28-c) si mantiene costante (-60 mv vs SCE) durante i periodi in cui i provini sono esposti in camera di stagionatura, in laboratorio ed in camera climatica all 80% di umidità relativa mentre, in seguito all esposizione di umidità superiore, inizia ad aumentare fino a portarsi a valori variabili fra 0 e 35 mv vs SCE. Nella condizione a 95% e 40 C il potenziale tende a portarsi a valori di circa 26 mv vs SCE per poi diminuire fino a -50 mv vs SCE per provini esposti in laboratorio. Le stesse misure sono state fatte anche sui provini armati realizzati con cemento Portland al calcare. Dalla figura 3.29-a si osserva che il calcestruzzo 436, privo di cloruri, riporta valori di potenziale dell armatura rispetto a SCE confrontabili con quelli relativi al getto 433 (con cemento CEM I 52,5 R e anch esso privo di cloruri). A differenza dei calcestruzzi con cemento Portland sopra descritti, in questo caso la presenza di cloruri nell impasto influenza (soprattutto con l aumento della percentuale di cloruri) i valori di potenziale dell armatura. In particolare, per il getto 437 (con 0,4% di cloruri) si osserva che i potenziali, pur partendo da valori molto negativi (-420 mv vs SCE), si avvicinano, dopo 90 giorni di monitoraggio, a quelli del getto 436 (- mv vs SCE a regime in condizioni 20 C e 109

128 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI 95% U.R.), mentre per il getto 438 (con 1% di cloruri) i valori si mantengono notevolmente inferiori sia nella fase di stagionatura sia successivamente in camera climatica, portandosi da circa -380 mv vs SCE a 95% U.R. e 20 C, che diminuisce a circa -280 mv a 95% U.R. e 40 C fino a stabilizzarsi -215 mv vs SCE una volta esposti in laboratorio. La velocità di corrosione del getto 436 (figura 3.29-b) mostra valori del tutto confrontabili con quelli misurati nel caso di provini confezionati con il getto analogo con cemento Portland CEM I 52,5 R (433); all aumentare della quantità di cloruri nell impasto aumenta la velocità di corrosione, in particolare per il getto 438 che si discosta notevolmente dagli andamenti riportati dagli altri due, mostrati in calcestruzzo con 0.4% di cloruri e senza cloruri. In questo caso si raggiungono a 20 C e 95% U.R. valori di circa 14 ma/m 2, mantenendosi su tali valori anche nel ciclo successivo (40 C, 95% U.R.), per poi diminuire portandosi a valori inferiori (di circa 4,2 ma/m 2 ) una volta esposti in laboratorio, comunque sempre superiori alla soglia ritenuta critica per l innesco della corrosione (pari a 1mA/m 2 ). L andamento del potenziale del titanio vs SCE è rappresentato in figura 3.29-c e non si discosta, anche in termini di valori, da quello mostrato dall analogo elettrodo a contatto con la miscela B. 110

129 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio Velocità di corrosione (ma/m 2 ) U.R. 95%, 40 C Laboratorio Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Tempo (giorni) Miscela B Miscela B ,1 b) 0, Tempo (giorni) c) Tempo (giorni) Miscela B Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera climatica e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento Portland e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) e 1% (simboli neri) di cloruri. 111

130 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio Stagionatura Laboratorio Potenziale Fe (mv vs SCE) U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Tempo (giorni) Miscela C Miscela C 10 b) 1 0,1 0,01 c) Tempo (giorni) Tempo (giorni) Miscela C Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera climatica e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento Portland al calcare e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) e 1% (simboli neri) di cloruri. 112

131 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Ponding Alcuni provini confezionati sia con la miscela B sia con la miscela C sono stati immersi in una soluzione di 3.5% NaCl; i provini scelti sono quelli privi di cloruri nell impasto identificati con il numero 5 e 6. Relativamente ai provini confezionati con la miscela B si osserva che il potenziale dell armatura rispetto a SCE (figura 3.30-a) si mantiene costante intorno a valori di -200 mv vs SCE fino al settantesimo giorno di monitoraggio per poi iniziare ad aumentare lievemente fino a valori di - mv vs SCE. Una volti tolti dalla soluzione di 3.5% NaCl e riposti in laboratorio si sono registrati valori compresi tra -162 e -115 mv vs SCE. Anche l andamento della velocità di corrosione nel tempo risulta essere costante, intorno a 0,6 ma/m 2 (figura 3.30-b). Per quanto riguarda il potenziale del titanio (figura 3.30-c), esso mostra un andamento crescente passando durante i 180 giorni di immersione in NaCl da -7 mv a 106 mv vs SCE per poi diminuire portandosi a valori intorno ai -35mV vs SCE una volta posti in laboratorio. La figura 3.31 è relativa alle misure elettrochimiche effettuate su provini armati confezionati con la miscela C sottoposti alle medesime condizioni. La misura del potenziale dell armatura a contatto con la miscela C rispetto a SCE passa dai circa -150 mv ai circa -410mV vs SCE, misurati al termine del ciclo di immersione in NaCl, per poi stabilizzarsi intorno ai -400 mv vs SCE una volta lasciati in laboratorio (figura 3.31-a). Dopo 35 giorni di immersione in soluzione salina, aumenta rapidamente la velocità del provino 436-6, sino a portarsi a valori di 3-4 ma/m 2 ; tale velocità viene raggiunta anche dall analogo provino solo dopo 80 giorni i immersione. Successivamente in laboratorio la velocità nei primi 41 giorni passa da 17 ma/m 2 a 11 ma/m 2 (figura 3.31-b). Tale valore è comunque superiore a quello rilevato per i calcestruzzi della miscela B che anche dopo quasi 3 mesi, si mantiene sui valori di immersione inferiori a 1 ma/m 2. Infine, i valori di potenziale del titanio risultano essere inferiori rispetto a quelli rilevati per la miscela B, raggiungendo valori di - mv vs SCE nei primi giorni, aumentando successivamente fino a portarsi al termine del ciclo intorno a 30 mv vs SCE per poi tornare a valori prossimi ai 10 mv vs SCE una volta esposti in laboratorio (figura 3.31-c). 113

132 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscela B Tempo (giorni) Miscela B ,1 b) 0, Tempo (giorni) c) Miscela B Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati in ponding e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento Portland e con 0% di cloruri. 114

133 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscela C Tempo (giorni) Miscela C ,1 b) 0, Tempo (giorni) c) Miscela C Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati in ponding e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento portland al calcare e con 0% di cloruri. 115

134 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Carbonatati Le figure 3.32 e 3.33 riportano gli andamenti nel tempo del potenziale, della velocità di corrosione e del potenziale del Ti vs SCE di provini armati, sottoposti a carbonatazione e successivamente a cicli terno igrometrici, rispettivamente confezionati con le miscele B e C. Come detto in precedenza, alcuni provini armati, dopo sette giorni di stagionatura e altrettanti giorni di esposizione in laboratorio, sono stati posti in camera di carbonatazione accelerata con 4% di CO 2. Prima dell esposizione in camera di carbonatazione, sono stati rilevati i valori di potenziale dell armatura e del titanio rispetto a SCE di ciascun provino nelle diverse condizioni di esposizione. Successivamente i provini 3 (0%Cl - ) e 9 (0,4%Cl - ) di tutte le 6 miscele sono stati spostati in camera climatica e sottoposti ai medesimi cicli dei provini alcalini Prima dello spostamento in camera di carbonatazione accelerata tutti i provini hanno riportato un valore di potenziale dell armatura negativo pari a circa -200 mv vs SCE (figura 3.32-a). I provini realizzati con cemento Portland in assenza di cloruri, nel periodo di giacenza di 170 giorni in camera di carbonatazione, sono passati da -200 mv a 225 mv vs SCE per poi diminuire il potenziale nei cicli successivi portandosi al termine dell esposizione a 95% UR e 40 C a valori intorno ai -70 mv vs SCE; l analogo provino con lo 0,4 % di cloruri ha registrato un simile andamento ma con valori leggermente più bassi (figura 3.32-a). L andamento del potenziale del titanio rispetto al calomelano di riferimento è risultato simile a quello precedente ma con valori più alti ( figura 3.32-c). La velocità di corrosione sempre dell armatura a contatto con la miscela B (priva di cloruri) dopo 170 giorni in camera di carbonatazione è passata da 0,4 ma/m 2 a 0,03 ma/m 2 per poi aumentare nei cicli successivi tornando a valori prossimi a 0,5 ma/m 2 ; il provino con 0,4% di cloruri, soprattutto a 20 C, presenta valori di velocità leggermente superiori (figura 3.32-b). I provini confezionati con cemento Portland al calcare mostrano un andamento simile ai precedenti ma con valori nettamente più bassi dopo l esposizione in camera di carbonatazione per quanto riguarda il potenziale dell armatura verso SCE (figura 3.33-a); al contrario, si registrano valori discostanti per quanto riguarda il potenziale del titanio (figura 3.33-c). La velocità di corrosione nei provini realizzati con la miscela C è passata, durante la loro permanenza in camera di carbonatazione accelerata, da 0,7 ma/m 2 a 0,5 ma/m 2 per il provino in assenza di cloruri e da 2,4 ma/m 2 a 9,7 ma/m 2 per il provino con lo 0,4% di cloruri (rispettivamente denominati con i numeri 3 e 9). Al termine dei rispettivi cicli il provino 3 ha raggiunto una velocità intorno a 15 ma/m 2 mentre nel provino 9 si è misurato un valore di circa 26 ma/m 2 (figura 3.33-b), valori di velocità di corrosione superiori rispetto ai provini della miscela B. 116

135 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Miscela B Tempo (giorni) 10 Miscela B ,1 0, Tempo (giorni) a) Miscela B Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE b) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento portland e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri. 117

136 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, T 20 C U.R. 95%, T 20 C U.R. 95%, T 40 C CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscela C Tempo (giorni) Miscela C 10 1 b) c) 0,1 0, Miscela C Tempo (giorni) Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE b) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento portland al calcare e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri. 118

137 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI CALCESTRUZZI CON CEMENTO SA02 In questo paragrafo si riportano i grafici dell andamento nel tempo del potenziale dell armatura e del titanio rispetto a SCE e della velocità di corrosione relativamente ai provini armati confezionati con cemento SA02. Si ricorda che, per questa tipologia di cemento, la miscela A presenta uno spessore di copriferro pari a 22 mm, mentre la miscela Abis pari a 27 mm. Quest ultimo spessore è stato mantenuto per tutti i provini confezionati con le altre tipologie di calcestruzzo. I grafici che seguono, relativi ai calcestruzzi CSA, verranno rappresentati con dei simboli dal contorno rosso per distinguerli dai grafici relativi ai calcestruzzi ordinati studiati, indicati in nero. Alcalini In figura 3.34-a si riporta l andamento del potenziale dell armatura nel tempo. Analizzando i provini e 426-2, privi di cloruri, nei primi giorni successivi al getto si sono registrati valori di potenziale dell armatura decrescenti fino a circa -330 mv vs SCE. Con l esposizione dei provini in laboratorio, tale valore ha iniziato a crescere significativamente riportandosi in prossimità del valore di potenziale di partenza (-250 mv vs SCE). Questa tendenza si è mantenuta, in maniera meno accentuata, anche quando sono stati spostati in camera climatica a 20 C e 80% U.R., fino a portarsi a valori di circa -190 mv vs SCE. Durante il periodo successivo di esposizione a 95% U.R. i valori di potenziale dell armatura hanno registrano un abbassamento fino a -250 mv vs SCE, riportando a metà ciclo un incremento e portandosi a valori di circa -170 mv vs SCE a fine ciclo. Nel ciclo successivo a 95% U.R. e 40 C è avvenuto un ulteriore aumento da -170 mv a circa -80 mv vs SCE, con valori che si sono poi portarsi intorno ai -40 mv vs SCE una volta esposti in laboratorio. Per quanto riguarda i provini contenenti i cloruri si registra lo stesso andamento del getto 426 nei diversi ambienti, misurando comunque valori del potenziale dell armatura più negativi. In particolare, nei provini contenenti 1% di cloruri si sono registrati già nei primi giorni successivi al getto valori di -480 mv vs SCE. Tali valori tendono ad aumentare fino al termine dell esposizione a 80% U.R. raggiungendo -320 mv vs SCE e successivamente, con l aumento dell umidità, riscendendo fino a circa -410 mv vs SCE, per poi aumentare con l aumento di temperatura di 20 C fino a portarsi a valori di circa -240 mv vs SCE, mantenendosi su questo ordine di grandezza anche una volta estratti dalla camera climatica. Il potenziale dei provini con 0,4% di cloruri si è mantenuto solo leggermente più positivo rispetto a quello con 1% di cloruri. Il comportamento in termini di velocità di corrosione è descritto in figura 3.34-b. In generale, si osserva che i provini senza cloruri registrano valori di velocità nettamente inferiori rispetto a 119

138 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI quelli con cloruri. In particolare, l andamento delle velocità tende a diminuire fino al termine dell esposizione a 80% U.R. raggiungendo valori di 0.6, 3.5 e 6.5 ma/m 2, rispettivamente per contenuti di cloruri di 0%, 0,4% e 1%. Con il cambio di umidità le velocità aumentano leggermente fino a valori rispettivamente di 1, 6 e 13 ma/m 2 portandosi a fine ciclo a velocità intorno a 0,7 ma/m 2 per i primi mentre in presenza dei cloruri si mantengono costanti per l intero ciclo e anche per quello successivo dove si ha un aumento di temperatura fino ai 40 C. Diversamente da quest ultimi, i provini con 0% di cloruri, in seguito ad un aumento di temperatura, hanno registrato una diminuzione della velocità portandosi a valori di circa 0,3 ma/m 2. Decisamente più alte sono le velocità misurate nei provini confezionati con la miscela A rispetto a quelle misurate nei provini realizzati con la miscela B; in particolare, i provini e con 0,4% di cloruri mostrano velocità superiori a 2 ma/m 2 in qualsiasi ambiente mentre, per i provini confezionati con analoga quantità di cloruri utilizzando cemento Portland al calcare si mantengono velocità inferiori, a parità di ambiente di esposizione. Il potenziale del titanio (figura 3.34-c) si mantiene costante (intorno a 0 mv vs SCE), per tutti i getti, durante i periodi in cui i provini sono in camera di stagionatura, in laboratorio ed in camera climatica all 80% e al 95% di UR, registrando un lieve aumento nella condizione a 40 C e 95% di UR. Per quanto riguarda i risultati della miscela A bis, in generale, si può notare che l andamento nel tempo dei diversi parametri è paragonabile a quanto osservato nel caso della miscela A. In particolare, in figura 3.35-a è riportato l andamento del potenziale dell armatura, del tutto comparabile a quello relativo alla miscela A. Anche i valori non si discostano significativamente dai precedenti. Il comportamento in termini di velocità di corrosione è descritto in figura 3.35-b. In particolare l andamento delle velocità tende a diminuire fino al termine dell esposizione a 80% U.R. raggiungendo valori di 0.2, 4 e 8 ma/m 2, rispettivamente per contenuti di cloruri di 0%, 0,4% e 1%. Con il cambio di umidità le velocità aumentano leggermente fino a valori di 0.5, 8 e 20 ma/m 2 mantenendosi pressoché costanti per l intero ciclo e anche per quello successivo a 40 C, registrando una diminuzione solamente una volta esposti in laboratorio passando a 0.7, 1.4 e 4.4 ma/m 2 rispettivamente per contenuti di cloruri di 0%, 0,4% e 1%. Le velocità di corrosione riscontrate per i provini senza cloruri della miscela Abis sono più basse rispetto a quelle della miscela A. Il potenziale del titanio rispetto a SCE (figura 3.35-c) in termini di valori è del tutto rapportabile con il corrispondente della miscela A, a differenza della condizione in laboratorio, dove la miscela Abis continua a registrate valori simili rispetto ai precedenti cicli, mentre la miscela A fa registrare valori più elevati. 120

139 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Tempo (giorni) Miscela A Miscela A ,1 b) 0, Tempo (giorni) c) Tempo (giorni) Miscela A Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera climatica e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CTS e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) e 1% (simboli neri) di cloruri. 121

140 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Tempo (giorni) Miscela Abis Miscela Abis ,1 b) 0, Tempo (giorni) c) Tempo (giorni) Miscela Abis Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera climatica e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CTS e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) e 1% (simboli neri) di cloruri. 122

141 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Ponding Sia per la miscela A che per la miscela Abis si è deciso di immergere due provini armati in una soluzione di 3.5% NaCl; i provini scelti sono quelli a cui non sono stati aggiunti cloruri nell impasto. Si nota che il potenziale dell armatura (figura 3.36-a) subito dopo l immersione si abbassa notevolmente da valori di -383 mv vs SCE, registrati subito prima, a valori di -450 mv vs SCE. Con il procedere dei giorni il valore si abbassa ulteriormente fino a stabilizzarsi intorno a -560 mv vs SCE, per poi aumentare fino a raggiungere valori intorno a -420 mv vs SCE una volta tolti dalla soluzione di 3,5% NaCl ed esposti in laboratorio. Come si può notare dal grafico di figura 3.36-b, la velocità di corrosione tende a diminuire portandosi a valori prossimi ma comunque superiori a 1 ma/m 2, indice del fatto che l armatura, prima ancora di depassivarsi, è stata raggiunta dai cloruri; ciò è confermato dal successivo aumento di velocità. Alla fine del ciclo di immersione, dopo 189 giorni, la velocità è passata da circa 1 ma/m 2 a circa 11 ma/m 2 ; successivamente, una volta tolti dalla soluzione e posti in laboratorio, i valori di velocità si sono abbassati fino a raggiungere 4 ma/m 2. Per quanto riguarda il potenziale del titanio, la figura 3.36-c mostra un andamento stabile e, al di là di piccole oscillazioni, si aggira intorno ad un valore medio di 110 mv vs SCE, per poi far registrare valori intorno a 0 mv vs SCE una volta esposti in laboratorio. I risultati ottenuti relativi ai provini confezionati nella miscela Abis, immersi in ponding, sono riportati nella figura Si osserva che il potenziale dell armatura si comporta in modo confrontabile alla miscela A, in particolare si nota il brusco abbassamento subito dopo l immersione da valori di -222 mv a -500 mv vs SCE. Con il procedere dei giorni il valore si abbassa ulteriormente in modo progressivo fino a stabilizzarsi intorno a -550 mv vs SCE per poi aumentare portandosi a valori intorno a -450 mv vs SCE una volta esposti in laboratorio (figura 3.37-a). La velocità di corrosione, invece, pur partendo da valori simili alla miscela A, non aumenta ma si mantiene nel complesso costante. In particolare l andamento della velocità di corrosione dopo l immersione tende a diminuire leggermente per poi riportarsi ai valori precedenti all immersione di circa 2,5 ma/m 2. A differenza della miscela A la velocità dei provini nella successiva condizione tende ad aumentare portandosi a valori di circa 3,5 ma/m 2 (figura b). Infine, i valori di potenziale del titanio (figura 3.37-c) risultano essere confrontabili con la miscela precedentemente analizzata. 123

142 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI c) a) Miscela A Tempo (giorni) Miscela A 1 0,1 b) 0, Tempo (giorni) Miscela A Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CTS e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri. 124

143 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscela Abis Tempo (giorni) 10 Miscela Abis ,1 b) c) 0, Tempo (giorni) Miscela Abis Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE b) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CTS e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri. 125

144 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Carbonatati Prima dello spostamento in camera di carbonatazione accelerata, i provini senza cloruri mostrano un valore di potenziale medio dell armatura negativo pari a circa -200 mv vs SCE mentre, per i provini confezionati con 0,4% di cloruri tale valore appare significativamente più basso (-355 mv vs SCE). Dopo circa giorni di camera non si rilevano particolari differenze nel valore del potenziale in entrambi i getti (figura 3.38-a). Dopo 170 giorni in camera di carbonatazione accelerata i provini 3 (0% di cloruri) e 9 (0,4% di cloruri) della miscela A sono stati sottoposti ai vari cicli termoigrometrici. Nei tre cicli successivi i valori registrati di potenziale dell armatura vs SCE sono passati da -91 a -424 mv vs SCE e da -295 a -468 mv vs SCE rispettivamente per il provino 3 e 9. Si sono state valutate anche le velocità di corrosione riportate nel grafico in figura 3.38-b. In particolare si evidenzia un abbassamento delle velocità dopo l esposizione in camera di carbonatazione da valori medi di circa 1 ma/m 2 a valori di 0,15 ma/m 2 nel caso di provini senza cloruri e da 15 ma/m 2 a 1,4 ma/m 2 nel caso di provini contenenti 0,4% di cloruri. Una volta sottoposti ai tre cicli hanno evidenziato un aumento della velocità di corrosione passando da 0,15 ma/m 2 a 4,1 ma/m 2 e da 1,4 ma/m 2 a 25,2 ma/m 2 rispettivamente per il provino senza e con i cloruri. Per quanto riguarda il potenziale del titanio (figura 3.38-c), per entrambe le miscele, l andamento risulta crescente da valori di partenza prossimi allo zero fino a valori di circa 300 mv vs SCE dopo il periodo di esposizione in camera di carbonatazione accelerata; nelle condizioni successive a cui sono stati sottoposti si ha una diminuzione del potenziale passando da 300 a mv vs SCE. Le stesse misure sono state fatte anche sui provini armati cilindrici della miscela A bis. In generale, guardando i grafici, si può notare che i valori e gli andamenti di potenziale dell armatura vs SCE (figura 3.39-a), di velocità di corrosione (figura 3.39-b) e di potenziale del titanio vs SCE (figura 3.39-c) sono paragonabili alla miscela A. 126

145 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R.80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscela A Tempo (giorni) 10 Miscela A ,1 b) 0, Tempo (giorni) c) Miscela A Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CTS e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri. 127

146 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscela Abis Tempo (giorni) 10 Miscela Abis 1 b) 0,1 0, Tempo (giorni) c) Miscela Abis Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE b) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CTS e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri. 128

147 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI CALCESTRUZZI CON CEMENTO SLO6 E SL05 In questo paragrafo si riportano i grafici dell andamento nel tempo del potenziale dell armatura e del titanio rispetto ad un elettrodo al calomelano (SCE) e della velocità di corrosione relativi ai provini armati confezionati con cemento misto SL06 (miscela D) e con cemento misto SL05 (miscela E). Anche in questo caso le misure sono state descritte in relazione a diverse condizioni di esposizione, ovvero considerando che alcuni provini sono stati mantenuti in camera climatica, altri in camera di carbonatazione accelerata e altri in ponding. I grafici che seguono relativi ai calcestruzzi misti verranno rappresentati con dei simboli dal contorno blu. Alcalini In figura 3.40-a si riporta l andamento nel tempo del potenziale dell armatura. Analizzando i provini e (miscela D), privi di cloruri, nei primi giorni successivi al getto si registrano valori di potenziale dell armatura di circa -220 mv vs SCE che si sono tenuti costanti anche dopo l esposizione dei provini all ambiente del laboratorio. Durante questa esposizione tali valori hanno iniziato a mostrare un andamento crescente, mantenendo questa tendenza anche quando sono stati posti in camera climatica a 20 C e 80% di umidità relativa, fino a portarsi a valori di circa -130 mv vs SCE. Durante il periodo successivo di esposizione a 95% di umidità relativa i valori di potenziale del ferro si sono stabilizzati rimanendo costanti intorno al valore precedente fino a metà ciclo per poi diminuire e portarsi a valori intorno a -147 mv vs SCE a fine ciclo. Con l aumento di temperatura fino ai 40 C si è registrato un aumento di potenziale fino ad arrivare a -90 mv vs SCE e stabilizzarsi a -65 mv vs SCE una volta esposti in laboratorio. Per quanto riguarda i provini contenenti i cloruri si registra un andamento simile a quelli privi di cloruri, anche se i provini dei getti 440 e 441 partono da potenziali dell armatura decisamente più bassi, rispettivamente di -360 e di -460 mv vs SCE. Nonostante ciò, il getto 440 (miscela D) contenente 0,4% di cloruri, quando esposto in camera climatica tende a riportarsi a valori del tutto confrontabili con quelli del getto 439 (miscela D) privi di cloruri. Questo non accade per il getto contenente 1% di cloruri, che a 95% U.R. e 20 C continua a mostrare valori di potenziale più bassi intorno a -200 mv vs SCE, per poi aumentare a fine ciclo e raggiungere valori simili ai provini senza cloruri anche nelle successive condizioni. Si nota che, quindi, anche in presenza di 1% di cloruri i potenziali dell armatura non scendono mai al di sotto di -300 mv vs SCE, a differenza di quanto osservato per i calcestruzzi della miscela A in cui è sufficiente una percentuale di 0,4 di cloruri per portare il potenziale a valori compresi tra -350 e -400 mv vs SCE. 129

148 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Il comportamento in termini di velocità di corrosione è descritto in figura 3.40-b. A conferma dei valori di potenziale sopra descritti, le velocità di corrosione dei calcestruzzi contenenti cloruri sono più elevate anche se nella condizione a 95% U.R. e 20 C i valori di tutti i getti effettuati risultano confrontabili e si aggirano intorno ad un valore medio di 0,6 ma/m 2. La velocità tende a rimanere su quest ultimo valore fino a metà ciclo dei 95% di U.R. e 40 C, per poi diminuire fino a raggiungere i 0.3, 0.03, 0.02 ma/m 2 rispettivamente per 0%, 0.4%, 1% di cloruri ed infine aumentare verso la fine di tale ciclo e l inizio dell esposizione in laboratorio portandosi a valori di 0,22 ma/m 2 per i provini in assenza di cloruri e di 0,6 ma/m 2 per i provini con 0,4% e 1% di cloruri. Il potenziale del titanio (figura 3.40-c) si mantiene costante (circa -50 mv vs SCE) durante i periodi in cui i provini sono in camera di stagionatura, in laboratorio ed in camera climatica a 80% di U.R. mentre, in seguito al cambiamento di umidità imposto, inizia a mostrare un lievissimo aumento portandosi a valori intorno a zero fino alla fine del ciclo a 95% di U.R. e 40 C per poi diminuire leggermente e mantenersi costante fino a -22 mv vs SCE una volta esposti in laboratorio. I risultati delle stesse misure svolte anche sui provini armati realizzati con cemento misto SL05 sono riportati in figura In generale, rispetto ai valori appena commentati relativi ai getti con cemento SL06, si osserva che la presenza del calcare contribuisce ad abbassare leggermente i valori di potenziale dell armatura e del titanio, sebbene gli andamenti delle tre curve siano paragonabili alle precedenti. La presenza di cloruri nell impasto influenza, in modo analogo a quanto descritto sopra, i valori sia del potenziale dell armatura (figura 3.41-a) sia della velocità di corrosione (figura 3.41-b) che si aggira intorno a valori di circa 1 ma/m 2 nel caso in cui sia presente nell impasto una quantità di cloruri pari a 1%. Come successo nella miscela precedente le velocità tendono a rimanere pressoché costanti con valori intorno a 0,8 ma/m 2 fino a metà ciclo del 95% U.R. e 40 C per poi diminuire alla fine di tale ciclo e aumentare in corrispondenza dell esposizione in laboratorio fino a portarsi a valori di circa 0.4, 0.13 e 0.6 ma/m 2 rispettivamente per 0%, 0,4%, 1% di cloruri. L andamento del potenziale del titanio rispetto a SCE è rappresentato in figura 3.41-c e anch esso non si discosta da quello mostrato dalla miscela D (a parte per il provino che si discosta anche dal suo analogo). 130

149 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio U.R. 95%, 40 C Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Tempo (giorni) Miscela D Miscela D ,1 b) c) 0, Tempo (giorni) Tempo (giorni) Miscela D Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera climatica e successivamente in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL06 e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) e 1% (simboli neri) di cloruri. 131

150 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Laboratorio CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Tempo (giorni) Miscela E Miscela E ,1 b) 0, Tempo (giorni) c) Tempo (giorni) Miscela E Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati esposti in camera climatica e successivamente in laboratorio confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL05 e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) e 1% (simboli neri) di cloruri. 132

151 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Ponding Il potenziale dell armatura rispetto a SCE (figura 3.42-a) in condizioni di immersione, mostra un andamento decrescente passando da valori di -130 mv vs SCE a valori di -390 mv vs SCE dopo 175 giorni immersi in soluzione, per poi aumentare fino ad arrivare a valori di circa -160 mv vs SCE una volta esposto il provino in laboratorio per 38 giorni. L andamento della velocità di corrosione risulta essere costante intorno a valori di circa 1,6 ma/m 2 fino a circa il 135esimo giorno, per poi aumentare alla fine del ciclo di immersione raggiungendo i 2,3 ma/m 2. Una volta estratto il provino dalla soluzione si è registrata una diminuzione della velocità fino a raggiungere, dopo i 30 giorni, un valore di 0,28 ma/m 2 (figura 3.42-b). Anche il potenziale del titanio non subisce sostanziali variazioni e si mantiene compreso tra valori di -40 e -130 mv vs SCE (figura 3.42-c). I risultati relativi ai provini confezionati con cemento SL05, immersi in ponding, sono riportati in figura Si osserva che il potenziale dell armatura assume in generale valori leggermente più bassi rispetto a quanto rilevato nei medesimi provini con cemento SL06 ed in particolare, in questo caso è evidente che il provino (miscela E) assume un potenziale decisamente più negativo di -500 mv vs SCE (figura 3.43-a). Esattamente come accadeva per i provini e (miscela D), si nota che la velocità di corrosione assume un valore medio di 1 ma/m 2 fino a circa il 135esimo giorno di immersione per poi aumentare lievemente fino a raggiungere i 2,8 ma/m 2 al termine di tale ciclo. A differenza del provino della miscela E, una volta esposto in laboratorio, la velocità aumenta progressivamente raggiungendo i 25 ma/m 2 dopo 38 giorni (figura 3.43-b). In termini di velocità di corrosione, i calcestruzzi misti assumono un comportamento molto vicino a quello mostrato dai calcestruzzi CSA; i valori di velocità risultano essere invece leggermente più alti rispetto a quelli registrati nei calcestruzzi confezionati con cemento CEM I 52,5 R che, anche dopo quasi 3 mesi, mostra velocità inferiori a 1 ma/m 2 (figura 3.30-b). Infine, i valori di potenziale del titanio risultano essere in generale inferiori a quelli relativi ai calcestruzzi SL06 raggiungendo valori di -200 mv vs SCE durante il ciclo di immersione (figura 3.43-c). 133

152 Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Potenziale Ti (mv vs SCE) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Potenziale Fe (mv vs SCE) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscela D Tempo (giorni) Miscela D 10 1 b) c) 0,1 0, Tempo (giorni) Miscela D Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati in ponding e successivamente esposti in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL06 e con 0% di cloruri. 134

153 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Ponding Laboratorio CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Tempo (giorni) Miscela E Miscela E ,1 b) 0, Tempo (giorni) c) Tempo (giorni) Miscela E Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a), della velocità di corrosione b) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE c) di provini armati in ponding e successivamente esposti in laboratorio, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL05 e con 0% di cloruri. 135

154 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Carbonatati In figura 3.44-a si riporta l andamento nel tempo del potenziale dell armatura vs SCE relativo alla miscela D. Si nota una leggera tendenza crescente rilevata nelle prime due settimane successive al getto. Questa tendenza si riscontra sia nei provini senza cloruri che in quelli con cloruri, anche se questi ultimi registrano valori di potenziale più bassi che si aggirano intorno a -240 mv vs SCE, a differenza dei provini con 0% di cloruri che si aggirano intorno a -170 mv vs SCE. Al termine dell esposizione in camera di carbonatazione accelerata si sono registrati aumenti di potenziale fino ad arrivare alla fine del ciclo a 76 mv vs SCE e -140 mv vs SCE rispettivamente per lo 0% e 0,4% di cloruri. Successivamente, sottoponendo i provini 3 (0% di cloruri) e 9 (0,4% di cloruri) ai tre cicli, il valore di potenziale dell armatura è diminuito in entrambi i casi passando da 76 a -217 mv vs SCE per il provino 3 e da -140 a -358 mv vs SCE per il provino 9. Per quanto riguarda l andamento del potenziale del titanio si osserva che risulta decisamente crescente in seguito all esposizione a 4% di CO 2. A fine ciclo nella camera di carbonatazione accelerata i provini 3 e 9 hanno registrato rispettivamente valori di 229 mv vs SCE e 86 mv vs SCE per poi scendere a valori di 3 mv vs SCE e -46 mv vs SCE dopo aver subito i tre cicli termoigrometrici (figura 3.44-c). La velocità di corrosione dopo aver subito i tre cicli è aumentata passando da 0,44 ma/m 2 a 1,76 ma/m 2 e da 0,098 ma/m 2 a 6,7 ma/m 2 rispettivamente per i provini 3 e 9 (figura 3.44-b). I risultati ottenuti dalle prove effettuate per i calcestruzzi realizzati con cemento SL05 sono mostrati in figura 3.45 e appaiono confrontabili con quelli ottenuti per la miscela SL06, sia in termini di andamento dei potenziali sia in termini di velocità. 136

155 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 95%, 40 C U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscela D Tempo (giorni) 10 1 Miscela D ,1 b) 0, Tempo (giorni) c) Miscela D Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE b) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL06 e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri. 137

156 Potenziale Ti (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C Potenziale Fe (mv vs SCE) Stagionatura Laboratorio Carbonatazione U.R. 80%, 20 C U.R. 95%, 20 C U.R. 95%, 40 C CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscela E Miscela E Tempo (giorni) 1 b) 0,1 0, Tempo (giorni) c) Miscela E Tempo (giorni) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto a SCE a) e del potenziale del titanio attivato rispetto a SCE b) di provini armati esposti in camera di carbonatazione accelerata, confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL05 e con 0% (simboli vuoti), 0,4% (simboli grigi) di cloruri. 138

157 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI 3.9 BAGNAMENTO I risultati della prova di bagnamento vengono descritti distinguendoli in base al tipo di legante; le figure 3.46 e 3.47 si riferiscono ai provini in calcestruzzo ordinario, le figure 3.48 e 3.49 a quelli in calcestruzzo con cemento SA02 e le figure 3.50 e 3.51 di provini armati confezionati con i cementi misti SL06 e SL05. Ogni figura è costituita dal grafico relativo ai provini alcalini (0, 0.4 e 1% Cl - ), da quelli per i provini in ponding (0% Cl - ) e da quelli carbonatati, carbonatati (0, 0.4% Cl - ). Nei grafici sotto riportati sono indicati i valori di potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno di titanio attivato (simboli vuoti) in scala lineare ed i valori di velocità di corrosione (simboli pieni) in scala logaritmica, entrambi in funzione del tempo CALCESTRUZZI ORDINARI In questo paragrafo si riportano i grafici delle misure elettrochimiche effettuate durante le prove di bagnamento a cui sono stati sottoposti i provini armati confezionati con cemento Portland (miscela B) e con cemento Portland al calcare (miscela C). Relativamente alla miscela B (figura 3.46), nell arco delle 48 ore, i valori di potenziale e di velocità di corrosione hanno subito variazioni poco significative: il potenziale delle armature in calcestruzzo alcalino si mantiene, anche dopo il bagnamento, intorno a -50 mv vs Ti; corrispondentemente, anche le velocità di corrosione si mantengono su valori stabili, non superiori a 0.5 ma/m 2. Non ci sono sostanziali differenze nel caso di armature in calcestruzzo con cemento CEM I 52,5 R dopo il periodo di esposizione in camera di carbonatazione accelerata, a conferma del fatto che lo spessore di carbonatazione non ha raggiunto l armatura innescando la corrosione. Anche i cloruri non hanno raggiunto l armatura, visto che si misurano velocità inferiori a 0.8 ma/m 2 Un comportamento diverso viene registrato nella miscela C: per quanto riguarda i provini alcalini (figura 3.47-a) una variazione significativa sia di potenziale sia di velocità di corrosione viene osservata nel provino con l 1% di cloruri (438-11); questo andamento è ancora più marcato nei provini carbonatati con lo 0 e lo 0.4% di cloruri (figura 3.47-b), dove le velocità di corrosione passano rispettivamente da 0.1 a 35 e da 2 a 150 ma/m 2 ed il potenziale dell armatura rispettivamente da -227 a -662 e da -521 a -691 mv vs Ti. Anche il provino ponding (figura 3.47-c) presenta un aumento della velocità di corrosione, passando da 1.3 a 71 ma/m 2, ed una diminuzione del potenziale dell armatura, da -158 a -487 mv vs Ti. 139

158 Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Miscela B - provini alcalini (0, 0.4 e 1% Cl-) Immersione Ecorr 0, Ecorr Ecorr icorr 0, icorr 0, Tempo (ore) 10 1 a) b) Miscela B - provini carbonatati per 6 mesi (0-0.4% Cl-) Immersione Ecorr Ecorr icorr 0, icorr 0, Tempo (ore) ,1 c) Miscela B - provini in ponding Immersione Ecorr icorr ,1 0,01 0, Tempo (ore) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio attivato e della velocità di corrosione di provini armati sottoposti a bagnamento confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento portland: a) alcalini con 0%, 0,4% e 1% di cloruri, b) carbonatati con 0-0,4% di cloruri e c) sottoposti a ponding con 0% di cloruri. 140

159 Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscela C - provini alcalini (0, 0.4 e 1% Cl-) Immersione Ecorr Ecorr 0, Ecorr icorr 0, icorr icorr 0, Tempo (ore) b) Miscela C - provini carbonatati per 6 mesi (0-0.4% Cl) Immersione Ecorr Ecorr icorr icorr 0 0,01 0, Tempo (ore) , c) Miscela C - provini in ponding 0 Immersione Ecorr icorr 1 0,1 0,01 0, Tempo (ore) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio attivato e della velocità di corrosione di provini armati sottoposti a bagnamento confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento portland al calcare: a) alcalini con 0%, 0,4% e 1% di cloruri, b) carbonatati con 0-0,4% di cloruri e c) sottoposti a ponding con 0% di cloruri. 141

160 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI CALCESTRUZZI CON CEMENTO SA02 In questo paragrafo si riportano i grafici dell andamento nel tempo del potenziale dell armatura vs titanio e della velocità di corrosione relativi ai provini armati confezionati con cemento SA02 (miscela A e Abis). Per la miscela A (figura 3.49), i provini alcalini con lo 0.4 e l 1% di cloruri presentano un aumento rispettivamente di 24 e 32 ma/m 2 per quanto riguarda la velocità di corrosione ed una diminuzione di 180 e 263 mv vs Ti in termini di potenziale di corrosione (figura 3.49-a). Anche nel caso del provino alcalino privo di cloruri, la velocità, pur essendo molto più bassa, rimane comunque superiore a 1 ma/m 2, consentendo così il processo di corrosione; il potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno di titanio attivato è compreso tra -300 e mv. I provini carbonatati ed il provino ponding raggiungono velocità elevate; in particolare il provino carbonatato con lo 0.4% di cloruri raggiunge a fine prova una velocità di corrosione di 125 ma/m 2 ed il provino ponding una velocità di 108 ma/m 2 (figure 3.49-b e 3.49-c); il provino carbonatato con 0% di cloruri raggiunge velocità inferiori rispetto al suo analogo, che non superano i 40 ma/m 2. La miscela Abis (figura 3.50) presenta andamenti analoghi rispetto alla miscela A per quanto riguarda gli alcalini (figura 3.50-a) e i carbonatati (figura 3.50-b) e valori inferiori di circa 45 ma/m 2 per il provino in ponding (figura 3.50-c). Un altra evidente differenza tra le due miscele è rappresentata dal comportamento nelle prime quattro ore: infatti, per la miscela Abis, i primi valori registrati sono simili tra loro, indice del fatto che tali provini impiegano più tempo a risentire degli effetti del bagnamento; tale comportamento è probabilmente dovuto al maggior spessore di copriferro della miscela Abis rispetto alla miscela A. 142

161 Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscale A - provini alcalini (0, 0.4 e 1% Cl) Immersione Ecorr 0, Ecorr Ecorr icorr 0, icorr icorr 0, Tempo (ore) b) Miscela A - provini carbonatati per 6 mesi (0-0.4% Cl) Immersione Ecorr Ecorr icorr icorr 0 0,01 0, Tempo (ore) , c) Miscela A - provini in ponding Immersione Ecorr icorr 0 0,01 0, Tempo (ore) ,1 Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio attivato e della velocità di corrosione di provini armati sottoposti a bagnamento confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CSA: a) alcalini con 0%, 0,4% e 1% di cloruri, b) carbonatati con 0-0,4% di cloruri e c) sottoposti a ponding con 0% di cloruri. 143

162 Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscale Abis - provini alcalini (0, 0.4 e 1% Cl-) Immersione Ecorr Ecorr Ecorr icorr icorr 0 0,01 0, Tempo (ore) , b) Miscela Abis - provini carbonatati per 6 mesi (0-0.4% Cl) Immersione Ecorr Ecorr icorr icorr 0 0,01 0, Tempo (ore) , c) Miscela Abis - provini in ponding Immersione Ecorr icorr ,1 0,01 0, Tempo (ore) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio attivato e della velocità di corrosione di provini armati sottoposti a bagnamento confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento CSA: a) con 0%, 0,4% e 1% di cloruri, b) carbonatati con 0-0,4% di cloruri e c) sottoposti a ponding con 0% di cloruri. 144

163 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI CALCESTRUZZI CON CEMENTO SLO6 E SL05 In questo paragrafo si riportano i grafici dell andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio e della velocità di corrosione relativi ai provini armati confezionati con cemento misto SL06 (miscela D) e SL05 (miscela E). I provini realizzati con la miscela D (figura 3.50-a), sin tanto che sono alcalini, non subiscono particolari variazioni né di velocità né di potenziale, registrando valori non superiori a 0.5 ma/m 2. A differenza di questi ultimi, i provini carbonatati (figura 3.50-b) hanno subito nell intervallo tra le 4 e le 24 ore di immersione un incremento di velocità di corrosione pari a 5 e 15 ma/m 2 rispettivamente per lo 0 e lo 0.4% di cloruri ed una diminuzione del potenziale rispettivamente di 236 e 388 mv vs Ti. Le condizioni di saturazione nel caso di armature in calcestruzzo carbonatato, e quindi non più passive, favoriscono la corrosione aumentando le velocità di un ordine di grandezza. Il provino armato sottoposto in precedenza a ponding (figura 3.50-c) subisce dall inizio della prova una variazione della velocità di corrosione di circa 2.5 ma/m 2 ed una diminuzione di potenziale di 185 mv vs Ti. Per quanto riguarda la miscela E, sia per i provini alcalini (figura 3.51-a), sia per i provini carbonatati (figura 3.51-b), si hanno andamenti di potenziale e di velocità di corrosione abbastanza simili alla miscela precedente: rispetto alla miscela D, i valori di velocità di corrosione dei provini alcalini sono leggermente più elevati, mentre per i provini carbonatati i valori si discostano maggiormente; in particolare, il provino con lo 0.4% di cloruri raggiunge a fine prova una velocità di 30 ma/m 2 ed un potenziale di -676 mv vs Ti. Il provino in ponding (figura 3.51-c), rispetto alla miscela D, registra a fine prova una velocità molto più elevata, pari a 150 ma/m 2, ed un potenziale più basso, pari a -515 mv. 145

164 Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI a) Miscale D - provini alcalini (0, 0.4 e 1% Cl-) Immersione Ecorr Ecorr 0, Ecorr icorr 0, icorr icorr 0, Tempo (ore) b) Miscela D - provini carbonatati per 6 mesi (0-0.4% Cl) Immersione Ecorr Ecorr icorr icorr 0 0,01 0, Tempo (ore) , c) Miscela D - provini in ponding Immersione Ecorr icorr ,1 0,01 0, Tempo (ore) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio attivato e della velocità di corrosione di provini armati sottoposti a bagnamento confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL06: a) alcalini con 0%, 0,4% e 1% di cloruri, b) carbonatati con 0-0,4% di cloruri e c) sottoposti a ponding con 0% di cloruri. 146

165 Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) Ecorr Fe (mv vs Ti) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Miscela E - provini alcalini (0, 0.4 e 1% Cl-) Ecorr Ecorr 0, Ecorr icorr Immersione icorr 0, icorr 0, Tempo (ore) b) Miscela E - provini carbonatati per 6 mesi (0-0.4% Cl) Ecorr Immersione Ecorr icorr icorr 0 0,01 0, Tempo (ore) , c) Miscela E - provini in ponding 0 Immersione Ecorr icorr ,1 0,01 0, Tempo (ore) Fig Andamento nel tempo del potenziale di corrosione dell armatura rispetto al titanio attivato e della velocità di corrosione di provini armati sottoposti a bagnamento confezionati utilizzando calcestruzzo con cemento misto SL05: a) alcalini con 0%, 0,4% e 1% di cloruri, b) carbonatati con 0-0,4% di cloruri e c) sottoposti a ponding con 0% di cloruri. 147

166 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI 3.10 OSSERVAZIONE DEI PROVINI ARMATI DOPO LA ROTTURA Al termine dei cicli di bagnamento, si è proceduto alla rottura di tutti i provini armati per rilevare lo spessore di carbonatazione e la percentuale di superficie corrosa dell armatura. Per rilevare lo spessore di carbonatazione è stata spruzzata la fenoftaleina su una metà del provino splittato, mentre sull altra metà è stato utilizzato l indicatore commerciale per risalire al ph della parte esterna carbonatata e di quella interna alcalina. I provini sono stati suddivisi in tre principali gruppi in base alle loro precedenti esposizioni: quelli inizialmente alcalini, suddivisi a loro volta in base alla percentuale di cloruri (0, 0.4 e 1%), quelli sottoposti a carbonatazione (con percentuali di cloruri pari a 0 e 0.4%) e i provini sottoposti a ponding (con 0% di cloruri). In Allegato si riporta la documentazione fotografica effettuata dopo la rottura dei provini armati. Questa documentazione permette di confrontare tra loro le condizioni di corrosione delle armature nelle sei miscele dopo le diverse condizioni di esposizione. Nelle tabelle 3.8, 3.9 e 3.10 sono presenti i valori massimi, minimi e medi dello spessore di carbonatazione, la percentuale corrosa dell armatura ed i valori di ph della zona carbonatata (esterna) e di quella ancora alcalina (interna). Tali valori sono relativi ai provini alcalini (tabella 3.8), carbonatati (tabella 3.9) e ponding (tabella 3.10). Come si può notare dalle foto presenti nell allegato, per quanto riguarda le miscele prive di cloruri, i provini carbonatati (figure 6, 7 e 8) hanno evidenziato una maggiore percentuale di armatura corrosa rispetto agli alcalini (figure 1, 2 e 3); si può notare che il peggior comportamento è stato riscontrato dal provino confezionato con solo cemento solfoalluminoso, mentre le miscele miste con CSA hanno riscontrato una percentuale di corrosione relativamente bassa (10% e 20%). Lo stato di corrosione delle armature dipende anche dalla percentuale di cloruri nella pasta cementizia: una maggiore quantità di cloruri (figure 4, 5 e 9) corrisponde ad una maggior percentuale di armatura corrosa; non si ravvisa invece una relazione tra la quantità di cloruri e lo spessore della profondità di carbonatazione. Per quanto riguarda i provini in ponding (figure 10, 11 e 12), che hanno subito un ciclo di immersione in una soluzione 3,5% NaCl, lo spessore di carbonatazione presenta valori relativamente bassi mentre la percentuale di corrosione è alta, soprattutto per le miscele A, Abis, C ed E. L armatura presente nei provini realizzati con cemento Portland non ha riscontrato alcun fenomeno corrosivo rilevabile visivamente in nessun caso. 148

167 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI Percentuali molto basse di corrosione sono state rilevate nella miscela D (Portland + CSA), dove il valore più elevato, pari al 20%, è stato riscontrato nel provino carbonatato con lo 0,4% di cloruri. provini alcalini Tab Risultati della prova di rottura dei provini alcalini: avanzamento della carbonatazione, percentuale corrosa e ph. sigla provino sigla provino % cloruri avanzamento carbonatazione (mm) ph % corrosa massimo minimo media esterno interno A Abis B C D E A Abis B ,4 C D E A Abis B C D E

168 CAPITOLO 3 RISULTATI SPERIMENTALI provini carbonatati Tab Risultati della prova di rottura dei provini carbonatati: avanzamento della carbonatazione, percentuale corrosa e ph. miscela sigla provino % cloruri avanzamento carbonatazione (mm) ph % corrosa massimo minimo media esterno interno A Abis B C D E A Abis B ,4 C D E provini ponding Tab Risultati della prova di rottura dei provini ponding: avanzamento della carbonatazione, percentuale corrosa e ph. sigla provino sigla provino % cloruri avanzamento carbonatazione (mm) ph % corrosa massimo minimo media esterno interno A Abis B C D E

169 CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI 4. DISCUSSIONE DEI RISULTATI In questo capitolo vengono discussi i risultati ottenuti dalle prove sperimentali precedentemente illustrate, evidenziando l effetto del cemento a base di solfoalluminato di calcio (CSA). Nel primo paragrafo si discutono i dati relativi alle proprietà dei calcestruzzi studiati, mentre nei paragrafi successivi quelli relativi alla durabilità. 4.1 PROPRIETÀ DEI CALCESTRUZZI STUDIATI Questo paragrafo riguarda le prove utilizzate per studiare le proprietà allo stato fresco, le prestazioni meccaniche, la resistività elettrica, l assorbimento e la risalita capillare effettuate sulle miscele ordinarie (B e C), sulla miscela con cemento SA02 a base di solfoalluminato di calcio (A) e su quelle realizzate con i cementi SL06 e SL05 (D ed E), costituiti rispettivamente da cemento Portland e cemento Portland al calcare miscelati con SA LAVORABILITÀ In figura 4.1 sono riportati i valori di abbassamento al cono di Abrams (slump) ottenuti per le diverse tipologie di miscele realizzate ed il relativo dosaggio di additivo fluidificante impiegato (espresso come percentuale in massa rispetto al cemento). Come si può osservare, nelle miscele A, D ed E è stato rilevato un abbassamento pari a 21 cm, che ha permesso di identificare una classe di lavorabilità S4, mentre nelle restanti miscele si è rilevato un abbassamento leggermente superiore (22 cm), in base a cui sono state classificate di classe di lavorabilità S5. Questi valori di lavorabilità sono stati ottenuti regolando il dosaggio degli additivi fluidificanti durante il getto; un confronto può essere fatto tra le miscele A, D ed E (a base di cemento solfoalluminoso), per le quali è stato utilizzato lo stesso tipo di additivo: si osserva che, a parità di lavorabilità, per la miscela A è stato richiesto un maggiore quantitativo di additivo (0.135%) rispetto alle miscele con cementi misti D ed E (0.110%). Ne consegue che per ottenere 151

170 abbassamento (cm) additivo (%) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI calcestruzzi a base di cemento SA02 (CSA) lavorabili, si deve aumentare la quantità di additivo all aumentare della percentuale di solfoalluminato di calcio presente. abbassamento % additivo 25 0, , , ,08 5 0,04 0 A B C D E 0,00 Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori dell'abbassamento al cono di Abrams e percentuale di additivo fluidificante (misurata in massa rispetto al cemento) relativi alle diverse miscele di calcestruzzo confezionate. In figura 4.2 sono rappresentati i valori di massa volumica delle cinque miscele. Si può osservare che, da questo punto di vista, i getti realizzati sono confrontabili tra loro in quanto i valori di massa volumica sono compresi in un intervallo che va da un minimo di 2443 kg/m 3 per la miscela C a un massimo di 2492 kg/m 3 per la miscela D. 152

171 Massa Volumica (kg/m 3 ) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI A B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori di massa volumica per le diverse miscele di calcestruzzo confezionato PRESTAZIONI MECCANICHE In questo paragrafo si discutono i risultati ottenuti dalle prove di resistenza a compressione e dalle prove di determinazione del modulo elastico dinamico effettuate alle varie stagionature. In figura 4.3 sono rappresentati i valori medi di resistenza a compressione in funzione del modulo elastico dinamico delle miscele, ripetute nell ambito di questo lavoro di tesi, dopo 1 giorno (simboli vuoti), 7 giorni (simboli grigi) e 28 giorni (simboli pieni) di stagionatura umida. Questi risultati sono confrontabili con quelli ottenuti nel precedente lavoro di tesi. Risulta evidente come la resistenza a compressione ed il modulo elastico aumentano all aumentare della stagionatura del calcestruzzo. Si nota, inoltre, come i calcestruzzi con cemento CSA sviluppano, già alle brevi stagionature, una resistenza a compressione ed un valore di modulo elastico superiori rispetto ai calcestruzzi misti ed ordinari. Sempre alle brevi stagionature, il comportamento peggiore in termini di resistenza a compressione è presentato dal calcestruzzo realizzato con cemento Portland al calcare, mentre i calcestruzzi misti ed il calcestruzzo Portland hanno un comportamento intermedio, ma che si avvicina di più a quello dei calcestruzzi al calcare. Passando dalle brevi stagionature a stagionature di 28 giorni, la resistenza meccanica del calcestruzzo a base di cemento solfoalluminoso (miscela A), passa da circa 60 MPa a circa

172 Resistenza a compressione (MPa) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI MPa. Diversamente, nel caso dei cementi misti, le prestazioni sono inferiori, raggiungendo, a 28 giorni, valori di 68 MPa e di 58 MPa rispettivamente per le miscele D ed E. Per i calcestruzzi ordinari, a parità di composizione, si misurano dopo un giorno resistenze che al massimo raggiungono 36 MPa per la miscela B, e che non superano 21 MPa nel caso della miscela C. All aumentare della stagionatura, i calcestruzzi Portland ed i solfoalluminosi tendono ad assumere valori di resistenza a compressione sempre più simili, continuando a registrare valori più elevati rispetto agli altri. Il calcestruzzo con cemento Portland al calcare continua, invece, a presentare i valori più bassi (42 MPa a 28 giorni di stagionatura). Ne consegue che, all aumentare della percentuale di solfoalluminato di calcio, aumenta la resistenza a compressione. In generale, il modulo elastico non aumenta significativamente all aumentare della stagionatura: ad esempio, per il calcestruzzo con cemento solfoalluminoso si passa da 28 GPa a 34 GPa e per il calcestruzzo con cemento CEM II/B-LL 32,5 R da 26 GPa a 39 GPa. Confrontando tra loro i calcestruzzi misti, si nota che il calcestruzzo ottenuto miscelando il cemento solfoalluminoso con il cemento Portland risulta essere migliore, per le diverse stagionature, rispetto al calcestruzzo ottenuto con cemento solfoalluminoso e cemento Portland al calcare, sia in termini di resistenza a compressione sia in termini di modulo elastico gg - miscela A 454 7gg - miscela A gg - miscela A 451 1gg - miscela B 451 7gg - miscela B gg - miscela C 467 7gg - miscela C gg - miscela C 462 1gg - miscela D 462 7gg - miscela D gg - miscela D 466 1gg - miscela E 466 7gg - miscela E gg - miscela E B A E D C Modulo elastico dinamico (GPa) Fig Valori di resistenza a compressione in funzione del modulo elastico dinamico misurati dopo 1, 7 e 28 giorni di stagionatura a umido. 154

173 CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI RESISTIVITÀ ELETTRICA La figura 4.4 mette a confronto le resistività elettriche ottenute dalle misure sperimentali effettuate mediante sonde di resistività a contatto con calcestruzzo avente cemento CSA (in rosso), cemento Portland (in nero), cemento Portland al calcare (in grigio), cemento misto SL06 (in blu) e cemento misto SL05 (in azzurro). Dopo 14 ore dal getto, il calcestruzzo CSA raggiunge valori molto elevati di resistività, pari a circa 110 Ωm, al contrario dei calcestruzzi ordinari (con cementi Portland e Portland al calcare) che, a parità di tempo, raggiungono valori di circa 4 Ωm. I calcestruzzi misti, grazie all influenza del cemento solfoalluminoso, presentano nelle prime ore valori di resistività elettrica più elevati rispetto ai calcestruzzi ordinari, ed un andamento simile a quello dei calcestruzzi CSA, con un incremento sino a 40 Ωm già dopo 5 ore e mezza. Per le miscele con cemento solfoalluminoso, l andamento non è quindi progressivamente crescente come per le miscele confezionate con i cementi ordinari. Per quanto riguarda il comportamento a lungo termine, i valori più alti di resistività elettrica sono stati misurati per il calcestruzzo SL06, che a 193 giorni ha fatto registrare un valore di 130 Ωm; di poco inferiore è il valore assunto dal calcestruzzo con cemento CSA dopo 163 giorni, pari a 126 Ωm. L altro calcestruzzo misto (SL05) non mostra lo stesso aumento verificatosi per la miscela D, con valori pari a circa 58 Ωm dopo 186 giorni. I due calcestruzzi ordinari, nelle prime ore, presentano valori simili e decisamente inferiori a quelli dei calcestruzzi a base di CSA (al di sotto di 10 Ωm); dopo un giorno, tendono ad assumere valori sempre più differenti: il calcestruzzo con cemento Portland assume valori di resistività elettrica più elevati, raggiungendo a 185 giorni un valore di 80 Ωm, mentre il calcestruzzo con cemento Portland al calcare, a parità di giorni, presenta una resistività pari a 38 Ωm. L elevata resistività elettrica misurata nelle prime ore dal calcestruzzo CSA è indice del fatto che esso sviluppa fin da subito una matrice cementizia molto più impervia e meno porosa; questo potrebbe essere spiegato dal fatto che il processo di idratazione in questo tipo di calcestruzzo, essendo molto rapido, sviluppa in breve tempo una notevole quantità di prodotti di idratazione, che contribuiscono a ridurre i vuoti capillari. Il rapido aumento della resistenza elettrica è un risultato che va a confermare gli elevati valori di resistenza meccanica a compressione alle brevi stagionature (come evidenziato nel precedente lavoro di tesi mediante prove a compressione eseguite a 5 ore dal getto). 155

174 Resistività elettrica (Wm) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI È necessario anche evidenziare che la resistività elettrica dipende dagli ioni presenti nella soluzione dei pori del calcestruzzo, oltre che dalle condizioni termoigrometriche a cui sono stati esposti i provini. Relativamente al primo fattore, va considerato che il confronto viene fatto fra calcestruzzi confezionati con cementi di differente composizione; di conseguenza potrebbe cambiare la concentrazione ionica delle soluzioni nei pori. Riguardo alle condizioni termoigrometriche, le misure sono state acquisite mediante sonde a contatto con calcestruzzi conservati in contenitori a tenuta e portati in medesime condizioni di temperatura (circa 20 C); tuttavia, l idratazione dei cementi CSA provoca un rapido consumo dell acqua impiegata per la formazione dei prodotti ed un elevato sviluppo di calore; ne consegue l instaurarsi di un processo di autoessiccamento, più elevato di quanto si verifica nelle altre miscele. Anche le condizioni di autoessiccamento potrebbero contribuire al rapido aumento della resistività elettrica già alle brevi stagionature miscela A miscela B miscela C miscela D miscela E ,01 0, Tempo (giorni) Fig Confronto tra le resistività elettriche misurate mediante sonde poste a contatto con le miscele A, B, C, D ed E Il grafico di figura 4.5 riporta il confronto tra i valori di resistività elettrica rilevati, in base a misure di conduttanza, direttamente sui provini prismatici immersi in acqua, confezionati con le varie miscele. Diversamente dal confronto di figura 4.4, in questo caso l andamento nel tempo della resistività elettrica si riferisce, a parità di miscela studiata, a provini mantenuti in condizioni di saturazione per l intero periodo di prova. Anche per questa condizione di esposizione, il calcestruzzo contenente solo cemento CSA (miscela A) si distingue in modo netto da tutti gli altri, mostrando valori nettamente superiori per tutto il periodo in esame e 156

175 Resistività elettrica (Wm) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI raggiungendo un valore massimo di circa 380 Ωm a 310 giorni; tale valore risulta superiore anche a quello ottenuto per la medesima miscela, a parità di tempo, non mantenuta in condizioni così elevate di umidità (figura 4.4). Questo comportamento è probabilmente dovuto alle condizioni di saturazione, che hanno favorito il processo di idratazione e, di conseguenza, lo sviluppo di una matrice più compatta. Al contrario, i calcestruzzi ordinati e misti presentano un andamento progressivamente crescente nei primi tre mesi, sino a divenire quasi costante nel tempo, con valori di resistività decisamente più bassi; nei primi cento giorni i valori di tutte le miscele si aggirano intorno a 50 Ωm, mentre successivamente i valori misurati tendono a diversificarsi tra loro; in particolare, i calcestruzzi misti presentano valori più elevati rispetto ai loro corrispettivi ordinari. Le miscele C ed E, a base di cemento Portland al calcare, raggiungono al massimo valori pari a 67 Ωm, mentre le miscele B e D (a base di cemento Portland) si portano a valori simili, leggermente superiori (90 e 118 Ωm) Immersione miscela A miscela B miscela C miscela D miscela E Tempo (giorni) Fig Confronto tra le resistività elettriche misurate su provini prismatici appartenenti alle miscele A, B, C, D, E ASSORBIMENTO ALLA PRESSIONE ATMOSFERICA E ASSORBIMENTO CAPILLARE In figura 4.6 sono riportati i coefficienti di assorbimento a saturazione delle miscele B, C, D ed E. Come si può osservare dall istogramma, le miscele hanno coefficienti di assorbimento del 157

176 Coefficiente di assorbimento a saturazione (%) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI medesimo ordine di grandezza; in particolare, la miscela che assorbe più acqua è la E (calcestruzzo con cemento misto SL05), seguita dalla D (calcestruzzo con cemento misto SL06) e dalla C (calcestruzzo con cemento Portland al calcare); il loro coefficiente di assorbimento varia da quasi 7,5% per la miscela E a 6,40% per la miscela C. Il calcestruzzo Portland (miscela B) presenta il comportamento migliore per quanto riguarda l assorbimento d acqua (5,32%). Non è possibile fare il confronto con la miscela A in quanto fessurata all inizio della prova (figura 3.24). Mentre l assorbimento alla pressione atmosferica tiene conto di tutti i tipi di porosità presenti in un calcestruzzo (vuoti d aria dovuti alle operazioni di compattazione e quelli capillari della pasta cementizia), all assorbimento per risalita capillare contribuisce essenzialmente la porosità capillare. 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 B C D E Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori del coefficiente di assorbimento a saturazione. In figura 4.7 sono presenti i coefficienti di risalita delle varie miscele ottenuti tramite la prova di assorbimento capillare valutati in termini di massa d acqua assorbita rispetto alla superficie nell unità di tempo. Il coefficiente più alto risulta essere quello misurato con il calcestruzzo al calcare (1,38 kg/m 2 h 0.5 ), mentre il comportamento migliore è registrato dal calcestruzzo Portland (0,88 kg/m 2 h 0.5 ). Questa differenza influenza il comportamento dei calcestruzzi con cementi misti: infatti la miscela D, ottenuta con l aggiunta del cemento Portland, ha un 158

177 Coefficiente di risalita (kg/m 2 h) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI coefficiente di risalita minore (1,20 kg/m 2 h 0.5 ) rispetto alla miscela E (1,30 kg/m 2 h 0.5 ), ottenuta invece con l aggiunta del cemento Portland al calcare. 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 A B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori del coefficiente di risalita capillare. 4.2 AVANZAMENTO DELLA CARBONATAZIONE I calcestruzzi studiati sono stati caratterizzati anche in relazione all avanzamento della carbonatazione, che rappresenta una delle cause del degrado da corrosione nelle strutture di calcestruzzo armato. In tabella 4.1 si riportano, per ciascuna miscela, i valori del coefficiente di carbonatazione K calcolato, in base ai valori sperimentali rilevati, mediante l utilizzo della formula parabolica x = K t 0,5, che descrive l avanzamento della carbonatazione nel calcestruzzo. Tali coefficienti sono stati calcolati, sia per la carbonatazione naturale sia per la carbonatazione accelerata, attraverso due procedure che differiscono tra loro solo per il tempo di stagionatura a umido dei provini e per il numero di misure rilevate al fine di ricavare il valore di K: nella procedura con tempo di stagionatura a umido pari a 7 giorni, il coefficiente K è stato ottenuto tramite l interpolazione parabolica di più dati, mentre in quella che ha previsto un tempo di stagionatura di 28 giorni il valore è stato ricavato con il solo dato a 70 giorni di esposizione. I valori ottenuti con quest ultima procedura, sia in condizioni naturali sia in condizioni accelerate, risultano essere minori rispetto a quelli ottenuti con la prima, dal momento che sono 159

178 CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI stati stagionati più a lungo; per questo motivo hanno sviluppato una maggiore resistenza all ingresso dell anidride carbonica. Per quanto riguarda la carbonatazione accelerata, a 28 giorni di stagionatura, si sono ottenuti valori di K più alti per la miscela contenente cemento CSA (29,6 mm/anno 0.5 ), seguita dalla miscela C che mostra un valore di 18,3 mm/anno 0.5. I calcestruzzi realizzati con cementi misti (miscele D ed E) hanno registrato valori rispettivamente di 17,6 e 17,8 mm/anno 0.5. Il valore più basso del coefficiente di carbonatazione è stato ottenuto dal calcestruzzo con cemento Portland (5,2 mm/anno 0.5 ). Il coefficiente di carbonatazione del calcestruzzo con cemento Portland è 6 volte inferiore rispetto a quello con cemento CSA, a conferma della scarsa resistenza all avanzamento di CO 2 di quest ultimo. Anche le miscele con cementi misti SL06 e SL05 risentono della carbonatazione, pur essendo migliori di quello con solo cemento SA02. Relativamente alla carbonatazione naturale, sempre a 28 giorni, si sono ottenuti, come nel caso precedente, valori di K più elevati per la miscela A (11,7 mm/anno 0.5 ), seguiti dalla miscela D (5,2 mm/anno 0.5 ) e C (2,5 mm/anno 0.5 ). Il valore più basso, in mancanza della prova eseguita sul calcestruzzo con cemento Portland, è mostrato dalla miscela E (1,9 mm/anno 0.5 ). Tab Coefficiente di carbonatazione K ricavato per le miscele confezionate sottoposte a carbonatazione accelerata e naturale. Coefficienti di carbonatazione K (mm/anno 0.5 ) Sigla miscela Carbonatazione accelerata 7 giorni di stagionatura 28 giorni di stagionatura (CEN-TS 12390) Carbonatazione naturale 7 giorni di stagionatura 28 giorni di stagionatura (CEN-TS 12390) A 34,0 29,6 11,8 11,7 B 10,9 5,2 0,2 - C 25,8 18,3 4,6 2,5 D 27,7 17,6 9,2 5,2 E 31,9 17,8 8,4 1,9 Considerando i coefficienti di carbonatazione a 7 giorni di stagionatura in condizioni naturali e uno spessore di copriferro pari a 30 mm, si ricavano tempi di innesco di circa 6 anni per il calcestruzzo della miscela A e di circa 11 e 13 anni per i calcestruzzi misti appartenenti rispettivamente alle miscela D ed E. Dai valori ottenuti risulta evidente che i calcestruzzi con cemento SA02 e misti (SL06 e SL05) possono essere critici in relazione alle richieste delle Norme tecniche per le costruzioni [29] 160

179 CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI anche se, al fine di valutare la vita utile di progetto di una struttura, è necessario tenere conto non solo del tempo di innesco ma anche del tempo di propagazione, il quale dipende essenzialmente dalle condizioni di esposizione del calcestruzzo. 4.3 PENETRAZIONE DEI CLORURI La resistenza alla penetrazione dei cloruri è stata studiata mediante prove elettrochimiche accelerate. Nell istogramma riportato in figura 4.8 vengono messi a confronto i valori medi del coefficiente di diffusione dei cloruri ottenuti per i calcestruzzi confezionati con le varie miscele e sottoposti alla prova NT BUILD 492. Si osserva che il calcestruzzo al calcare (miscela C) ha mostrato una maggiore facilità ad essere penetrato dai cloruri, registrando valori medi del coefficiente di diffusione che si aggirano intorno a m 2 /s. Il calcestruzzo CSA (miscela A), mostra, invece, il comportamento apparentemente migliore nei confronti della penetrazione dei cloruri, seguito dal calcestruzzo Portland (miscela B); i valori del coefficiente D nssm risultano rispettivamente pari a 9, m 2 /s e 14, m 2 /s. I calcestruzzi con cementi misti (aventi rispettivamente un coefficiente D nssm pari a 19, e 28, m 2 /s) risultano avere quindi un comportamento peggiore rispetto alle miscele A e B ma migliore rispetto alla miscela C; in particolare, la miscela D, grazie all influenza del cemento Portland, risulta essere più resistente alla penetrazione dei cloruri rispetto alla miscela E, che contiene cemento Portland al calcare. La difficoltà di valutazione del fronte di ingresso dei cloruri evidenziata nei risultati, soprattutto per i calcestruzzi con i cementi a base di CSA, ha reso criticabili i D nssm, relativi a tali calcestruzzi, dedotti sulla base della profondità di penetrazione dei cloruri. 161

180 Coefficiente D nssm (10-12 m 2 /s) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI A B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del coefficiente di diffusione dei cloruri nelle varie miscele. Gli stessi provini utilizzati per la cella inclinata sono stati, quindi, sottoposti a titolazione, al fine di rilevare l effettiva percentuale di cloruri presenti a diverse profondità rispetto alla superficie di ingresso. Come si può riscontrare in figura 4.9, con questa tipologia di prova è mostrato che, in effetti, ci sono meno cloruri in superficie per il provino confezionato con la miscela A. Tuttavia, il profilo sostanzialmente piatto fa sì che ad una profondità di 45 mm ci siano più cloruri rispetto agli altri, soprattutto alla miscela B, ma anche alle miscele D ed E; ne deriva un D ce molto più alto (60, m 2 /s) per la miscela A (tabella 4.2). I due calcestruzzi misti presentano un andamento simile ma con valori differenti nei primi centimetri di profondità, mentre a profondità superiori le percentuali di cloruri delle due miscele tendono ad assumere valori simili; i D ce delle miscele D ed E presentano valori pari rispettivamente a 16, e 15, m 2 /s. Mediamente, come confermato dalla prova NT BUILD 492, la miscela D manifesta un migliore comportamento in confronto alla E. Rispetto a queste ultime miscele, il calcestruzzo con cemento Portland presenta un comportamento simile nella maggior parte degli intervalli di profondità; diversamente, la miscela C ha un andamento peggiore rispetto alle miscele B, D ed E, con percentuali di cloruri che diminuiscono più gradualmente all aumentare della profondità; il D ce ha infatti un valore più elevato, pari a 32, m 2 /s. 162

181 Cloruri (% vs calcestruzzo) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI 0,70 0,60 Titolazione su provini sottoposti a NT BUILD 492 0,50 0,40 0, miscela A miscela B miscela C miscela D miscela E 0,20 0,10 0, Profondità (mm) Fig Percentuale di cloruri in massa rispetto al calcestruzzo in funzione della profondità per ciascuna delle diverse miscele sottoposte alla prova NT BUILD 492. Tab Valori del coefficiente di diffusione apparente ricavato dai profili di penetrazione dei cloruri di figura 4.9 per le varie miscele. Miscela D ce (m 2 /s) A 60, B 20, C 32, D 16, E 15, CORROSIONE DELL ACCIAIO NEI CALCESTRUZZI STUDIATI In questo paragrafo vengono discussi i risultati ottenuti dalle misure del potenziale e della velocità di corrosione dell armatura e del potenziale dell elettrodo di titanio attivato posto accanto all armatura nei provini armati confezionati con diverse miscele di calcestruzzo ed esposti a differenti ambienti di prova. In particolare, essi verranno illustrati in diversi sottoparagrafi, distinguendo tra calcestruzzi alcalini (con e senza cloruri), carbonatati (con e senza cloruri) e calcestruzzi senza cloruri mantenuti in soluzione salina. 163

182 Potenziale di corrosione Fe (mv vs Ti) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI CORROSIONE IN CALCESTRUZZI ALCALINI PRIVI DI CLORURI Di seguito si discutono i risultati delle prove elettrochimiche effettuate su provini armati di calcestruzzi privi di cloruri esposti in tre differenti condizioni termoigrometriche (ovvero, per un periodo a 80% U.R. e 20 C, poi a 95% U.R. e 20 C ed infine a 95% U.R. e 40 C) e sottoposti, al termine di essa, alla prova di bagnamento. Come si può notare in figura 4.10, confrontando i valori medi del potenziale dell armatura di provini esposti a 20 C e 80% U.R. di umidità relativa, questi risultano essere leggermente più negativi se confezionati con calcestruzzi CSA (intorno a -150 mv vs Ti); diversamente, a parità di condizioni, l armatura ha un potenziale non inferiore a - mv vs Ti a contatto con le altre miscele. Passando ad un ambiente con la stessa temperatura ma umidità relativa pari al 95%, si osserva che nei calcestruzzi CSA si registrano valori di potenziale dell armatura lievemente più negativi dei precedenti (-178 mv vs Ti); questa diminuzione è leggermente più evidente nei calcestruzzi ordinari e nei misti. Ad una temperatura di 40 C, variando fra -90 e -130 mv vs Ti, i potenziali aumentano. Sottoponendo i provini alla prova di bagnamento, si nota un netto abbassamento del potenziale solo dell armatura a contatto con la miscela A, che raggiunge un valore di -364 mv vs Ti, mentre per quanto riguarda le miscele Abis, C, D ed E non si ravvisano sostanziali variazioni di potenziale rispetto alle condizioni precedenti Miscele alcaline (0% Cl - ) 80% U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno in titanio attivato in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo privi di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento. 164

183 Velocità di corrosione (ma/m 2 ) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI Coerentemente con i valori di potenziale sopra descritti, si riscontrano nelle miscele Abis, B, C, D ed E velocità di corrosione delle armature trascurabili (figura 4.11). In tutti gli ambienti di esposizione si registrano, infatti, velocità di corrosione inferiori ad 1 ma/m 2, corrispondenti a velocità di assottigliamento minori di 1,17 µm/anno; questi valori sono indici di armature che si trovano ancora in condizioni di passività, in quanto immerse in calcestruzzi non carbonatati e senza cloruri. In condizioni di passività, le variazioni di umidità non esercitano alcuna influenza. L unica eccezione è rappresentata dal ciclo di bagnamento, che nel caso dell armatura a contatto con la miscela A, contribuisce a portare la velocità di corrosione ad un valore superiore a1 ma/m 2. I potenziali leggermente più negativi delle armature nella miscela A rispetto a quelli rilevati nell analoga miscela Abis sono coerenti con le velocità leggermente superiori per le prime che potrebbero far pensare ad una diversa efficacia della protezione garantita dalla miscela A nei confronti delle armature; fenomeni di segregazione e bleeding verificatisi sui provini confezionati con la miscela A potrebbero aver prodotto la macroporosità che ha influenzato negativamente la capacità di passivare completamente le armature. Tutte le altre miscele, in particolare quelle a base di solfoalluminato di calcio, sembrano in grado di passivare le armature a contatto con esse. 00 Miscele alcaline (0% Cl - ) % U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h 1 0,1 0,01 A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi della velocità di corrosione delle armature in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo privi di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento. L interpretazione dei valori di potenziale dell elettrodo interno in titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE risulta essere più complicata, essendo il potenziale dell elettrodo in 165

184 Potenziale titanio (mv vs SCE) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI titanio influenzato dal ph della soluzione nei pori del calcestruzzo e dalla disponibilità di ossigeno, che cambia al variare delle condizioni di umidità dell ambiente di esposizione. In figura 4.12 si osserva che nell ambiente con 80% di umidità relativa, nel calcestruzzo CSA (miscela Abis) si misurano valori di potenziale solo leggermente più alti (-5 mv vs SCE) rispetto ai calcestruzzi ordinari (-47 mv vs SCE) e misti (-32 mv vs SCE); queste trascurabili differenze non possono giustificare eventuali differenze in termini di ph della soluzione dei pori dei diversi calcestruzzi. All aumentare dell umidità (passando da 95% U.R. alla condizione di saturazione identificata con la condizione di bagnamento), non si verificano variazioni di potenziale sostanziali; a contatto con le differenti miscele, il potenziale varia tra -50 e +50 mv vs SCE A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Miscele alcaline (0% Cl - ) 80% U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo privi di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento CORROSIONE IN CALCESTRUZZI ALCALINI CON 0,4% DI CLORURI In figura 4.13 si osserva, in termini di potenziale dell armatura, che la presenza di una piccola quantità di cloruri nell impasto produce un abbassamento dei valori in tutti i tipi di calcestruzzi confezionati. In particolare, anche in questo caso, entrambi i calcestruzzi con solo cemento CSA (ovvero le miscele A e Abis) mostrano potenziali decisamente più negativi, che nella miscela 166

185 Potenziale d icorrosione Fe (mv vs Ti) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI Abis raggiungono valori di circa -350 mv vs Ti a 95% U.R. e 20 C e di circa -551 mv vs Ti dopo il bagnamento. Al contrario, per i calcestruzzi ordinari e misti si registrano valori di potenziale ancora trascurabili, superiori a -200 mv vs Ti in tutti gli ambienti di esposizione Miscele alcaline (0.4% Cl - ) 80% U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno in titanio attivato in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 0,4% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento. Confrontando le velocità di corrosione dei provini alcalini con 0,4% di cloruri (figura 4.14) con quelle dei provini sempre alcalini ma con 0% di cloruri si può notare un marcato aumento della velocità da parte delle armature a contatto con le miscele A e Abis, con valori medi sino a circa 6 ma/m 2 per quanto riguarda i cicli termoigrometrici e di 23 ma/m 2 in seguito al bagnamento. In tutte le altre miscele il valore di velocità è rimasto sempre al di sotto di 1 ma/m 2 indipendentemente dalle condizioni di esposizione. Una percentuale di cloruri pari allo 0.4% (in massa rispetto al cemento), aggiunti nel calcestruzzo, non innesca la corrosione delle armature a contatto con i calcestruzzi ordinari e con quelli con i cementi misti (SL06 e SL05); è invece sufficiente ad innescare la corrosione se aggiunta ad un calcestruzzo con solo cemento SA

186 Velocità di corrosione (ma/m 2 ) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI 00 Miscele alcaline (0.4% Cl - ) % U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h 1 0,1 0,01 A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi della velocità di corrosione delle armature in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 0,4% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento. In figura 4.15 viene riportato il grafico relativo ai valori medi del potenziale dell elettrodo di titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE nelle diverse miscele di calcestruzzo esposte ai vari cicli termoigrometrici. Per una condizione di esposizione che prevede 80% U.R. e 20 C, gli elettrodi a contatto con le diverse miscele presentano valori negativi che oscillano intorno a -35 mv vs SCE. Nella successiva condizione, al contrario, si registrano solo valori positivi, con valori massimi di circa 72 mv vs SCE per le miscele C ed E. Nella terza condizione (95% U.R., 40 C), i potenziali assumono valori prossimi allo zero ad eccezione della miscela A, che mostra un potenziale di 126 mv vs SCE. In generale, si tratta di valori di potenziale confrontabili tra loro e con quelli misurati in calcestruzzi alcalini analoghi privi di cloruri. 168

187 Potenziale titanio (mv vs SCE) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI Miscele alcaline (0.4% Cl - ) 80% U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 0,4% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento CORROSIONE IN CALCESTRUZZI ALCALINI CON 1% DI CLORURI Confrontando le condizioni di corrosione di armature in miscele alcaline contenenti nell impasto una percentuale di cloruri pari a 1% (figura 4.16) con quelle con in analoghe miscele ma con percentuali minori e considerando la condizione di umidità più significativa (95% di U.R. e 20 C), si nota un abbassamento dei valori del potenziale di corrosione per quanto riguarda i calcestruzzi con cemento CSA e con cemento Portland al calcare, mentre per l altro calcestruzzo ordinario e per i calcestruzzi misti i valori sono pressoché simili. In particolare, per quanto riguarda i calcestruzzi con cementi misti (identificati con le sigle D ed E), si osserva che, nonostante l aumento della percentuale di cloruri all interno della pasta cementizia, i valori dei potenziali rimangono sempre al di sopra di -200 mv vs Ti anche dopo la prova di bagnamento. Al contrario, il calcestruzzo al calcare ha risentito dell aumento della percentuale di cloruri al suo interno, mostrando valori inferiori a -250 mv vs Ti in tutti i cicli termoigrometrici. Al termine delle prove di bagnamento, i potenziali di corrosione delle armature a contatto con i calcestruzzi A, Abis e C raggiungono valori variabili fra -450 e -550 mv vs Ti. 169

188 Potenziale di corrosione Fe (mv vs Ti) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI Miscele alcaline (1% Cl - ) 80% U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno in titanio attivato in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 1% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento. Nelle miscele con 1% di cloruri (figura 4.17), rispetto alle loro analoghe con un contenuto di cloruri pari a 0,4%, si sono registrati valori di velocità di corrosione più elevati. Si può notare che nelle miscele A, Abis e C, con 1% di cloruri, si raggiungono valori dell ordine di 10 ma/m 2 già in condizioni di umidità relativa pari a 95% (a 20 C e 40 C); tali velocità aumentano sino a 40 ma/m 2 in condizioni di saturazione (al termine delle 48 ore di bagnamento). Si sottolinea il fatto che anche in questo caso le velocità di corrosione dei provini in calcestruzzo con cemento Portland rimangono al di sotto di 1 ma/m 2. Confrontando le miscele tra loro, un comportamento simile si ha tra le miscele A, Abis e C. Un buon comportamento si è verificato non solo per il calcestruzzo Portland ma anche per i due calcestruzzi misti, in particolare per la miscela D, dove anche con 1% di cloruri e in condizioni di bagnamento le velocità rimangono al di sotto di 1 ma/m 2. Nell istogramma di figura 4.18 è rappresentato il potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE di provini alcalini con 1% di cloruri. Tali valori di potenziale sono simili a quelli misurati nel caso di analoghe miscele senza cloruri o con una percentuale di 0.4%. 170

189 Potenziale titanio (mv vs SCE) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI 00 Miscele alcaline (1% Cl - ) % U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h 1 0,1 0,01 A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi della velocità di corrosione delle armature in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 1% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Miscele alcaline (1% Cl - ) % U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE in provini alcalini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 1% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento. 171

190 Potenziale di corrosione Fe (mv vs Ti) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI CORROSIONE IN CALCESTRUZZI CARBONATATI PRIVI DI CLORURI Nel grafico di figura 4.19 si osserva che, in seguito ad una esposizione dei provini armati in calcestruzzo, privi di cloruri, in camera di carbonatazione accelerata per 6 mesi, si è verificato un notevole abbassamento dei valori in termini di potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno nel caso delle miscele A, Abis e C. L abbassamento dei potenziali delle armature in tali miscele ha raggiunto valori fino ai -500 mv vs Ti nella condizione a 95% di umidità relativa. In seguito alla prova di bagnamento, si è verificato un ulteriore abbassamento di tali potenziali, con un valore minimo di -680 mv vs Ti registrato nella miscela Abis. Per quanto riguarda l innesco della corrosione, le armature nelle miscele D ed E sono in una condizione limite, visto che con il bagnamento il potenziale passa da valori non inferiori a -200 mv vs Ti a valori al di sotto di -400 mv vs Ti. Diversamente, nei provini armati realizzati con la miscela B, il fronte di carbonatazione non ha raggiunto l armatura; ne consegue che la corrosione non si è innescata, come confermato dai valori di potenziale Miscele carbonatate (0% Cl - ) 80% U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno in titanio attivato in provini carbonatati confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo privi di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento. In figura 4.20 è rappresentato l istogramma relativo alla velocità di corrosione dei provini carbonatati con 0% di cloruri. 172

191 CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI Nella prima condizione termoigrometrica si registrano velocità al di sotto di 1 ma/m 2 anche per le armature a contatto con le miscele A e Abis; passando ad una condizione di maggiore umidità (95% U.R. e 20 C) si ha un aumento della velocità, che però supera il valore di 1 ma/m 2 solo nel caso della miscela C (5 ma/m 2 ), in cui anche nella condizione a 80% U.R. si è registrato un valore più elevato della velocità di corrosione rispetto a quanto si verifica per armature a contatto con le altre miscele. Infine, nell ultimo ciclo termoigrometrico (95% U.R. e 40 C), i valori si innalzano nuovamente raggiungendo i 3 ma/m 2 per le armature in calcestruzzi CSA, mentre in calcestruzzi misti si hanno valori simili, leggermente superiori a 1 ma/m 2. Le armature nei calcestruzzi ordinari hanno, invece, comportamenti differenti tra loro: nel calcestruzzo Portland, la loro velocità di corrosione continua a rimanere ampiamente al di sotto di 1 ma/m 2, mentre in calcestruzzo Portland al calcare si registrano i valori più elevati al termine dei cicli di esposizione (18 ma/m 2 ). Infine, con il ciclo di bagnamento, si verifica un ulteriore innalzamento della velocità di corrosione per le armature in tutte le miscele ad eccezione del Portland, che è protettivo nei confronti della armature, per le quali si misurano velocità minori di 1 ma/m 2. Nelle miscele, a contatto con le quali le armature subiscono incrementi di velocità di corrosione con l aumento delle condizioni di umidità, si può dedurre che il fronte di carbonatazione ha raggiunto le armature innescando la corrosione, la cui velocità aumenta all aumentare della temperatura e dell umidità relativa. Tuttavia, i risultati ottenuti con queste prove mostrano che, nonostante la velocità di avanzamento della carbonatazione sia molto rapida nei calcestruzzi con cemento solfoalluminoso, e quindi il tempo di innesco della corrosione sia breve, la velocità di corrosione rimane trascurabile anche in ambienti relativamente umidi e, pertanto, il tempo di propagazione, fino al momento in cui si fessura il copriferro, può essere lungo. In condizioni di esposizione in cui è possibile prevenire il bagnamento diretto del calcestruzzo, quindi, le armature in contatto con questi tipi di cemento possono garantire vite di servizio anche dell ordine di 50 anni. In figura 4.21 viene riportato il grafico relativo ai valori medi di potenziale dell elettrodo di titanio nelle varie miscele di calcestruzzo esposte nei diversi ambienti. Si nota che le miscele A, Abis e C hanno registrato valori positivi di Ti vs SCE superiori a mv, indipendentemente dalle condizioni di umidità relativa e quindi dalla disponibilità di ossigeno. Tale comportamento non è così evidente per le armature inglobate nelle miscele B, D ed E. L aumento di potenziale di questi elettrodi è conseguente alla variazione di ph 173

192 Potenziale titanio (mv vs SCE) Velocità di corrosione (ma/m 2 ) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI Miscele carbonatate (0% Cl - ) 80% U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h 1 0,1 0,01 A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi della velocità di corrosione delle armature in provini carbonatati confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo privi di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento Miscele carbonatate (0% Cl - ) 80% U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE in provini carbonatati confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo privi di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento. 174

193 Potenziale di corrosione Fe (mv vs Ti) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI CORROSIONE IN CALCESTRUZZI CARBONATATI CON 0,4% DI CLORURI In figura 4.22 sono riportati i provini carbonatati con 0,4% di cloruri; confrontandoli con i rispettivi provini privi di cloruri, si può notare che ogni miscela presenta un comportamento simile, ma con valori leggermente inferiori in tutte le condizioni. Rispetto ai provini alcalini con lo stesso contenuto di cloruri, i carbonatati assumono valori più negativi, soprattutto per quanto riguarda le miscele C, D ed E, dove i valori sono ben al di sotto di -200 mv vs Ti in tutte le condizioni di esposizione, arrivando a raggiungere al termine della prova di bagnamento valori rispettivamente di -685, -550 e -655 mv vs Ti. Un eccezione a tale comportamento è rappresentata dal calcestruzzo Portland, dove i valori rimangono sempre al di sopra dei -220 mv vs Ti. Si può osservare che per le armature nelle miscele D ed E (per le quali non si ha la certezza del fatto che il fronte di carbonatazione abbia raggiunto l armatura) basta una percentuale di cloruri aggiunti all impasto pari a 0,4% per indurre elevate velocità di corrosione negli ambienti umidi; diversamente, la miscela B è protettiva anche con 0,4% di cloruri Miscele carbonatate (0.4% Cl - ) 80% U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno in titanio attivato in provini carbonatati confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 0,4% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento. Confrontando i provini con i loro simili privi di cloruri, si può notare un aumento della velocità in tutte le miscele ad eccezione sempre del cemento Portland, la cui velocità rimane al di sotto 175

194 Velocità di corrosione (ma/m 2 ) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI di 1 ma/m 2 in tutte le condizioni di esposizione (figura 4.23). Confrontandoli invece con i provini alcalini aventi la stessa percentuale di cloruri, si nota un netto aumento della velocità di corrosione soprattutto nelle miscele C, D ed E, che assumono valori nettamente superiori a 1 ma/m 2. Nel ciclo di bagnamento, i calcestruzzi CSA mostrano valori medi di velocità di corrosione di 119 ma/m 2, mentre i calcestruzzi ordinari delle miscele B e C hanno velocità di corrosione medie rispettivamente di 0.29 e 155 ma/m 2. I calcestruzzi misti delle miscele D ed E hanno invece una velocità rispettivamente di 17 e 31 ma/m 2. Il valore più basso della miscela D è dovuto alla presenza del cemento Portland al suo interno Miscele carbonatate (0.4% Cl - ) 80% U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h ,1 0,01 A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi della velocità di corrosione delle armature in provini carbonatati confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 0,4% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento. Analizzando il potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE (figura 4.24) e prendendo in considerazione la condizione termoigrometrica a 95% U.R. e 20 C, si registrano valori di 149 mv vs SCE per i calcestruzzi CSA, simile al valore assunto dalla miscela C, pari a 146 mv vs SCE. Considerano i calcestruzzi misti, la miscela D presenta un valore (-10 mv vs SCE) molto più basso rispetto alla miscela E (+137 mv vs SCE). Per quanto riguarda i cicli di bagnamento, le miscele Abis, C ed E mostrano valori simili tra loro e più alti rispetto a quelli delle miscele B e D, che hanno potenziali compresi tra +20 e -20 mv vs SCE. 176

195 Potenziale titanio (mv vs SCE) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI Si nota che le miscele A, Abis, C ed E hanno registrato valori positivi di Ti vs SCE superiori a mv, indipendentemente dalle condizioni di umidità relativa e quindi dalla disponibilità di ossigeno. Tale comportamento non è così evidente per le armature inglobate nelle miscele B e D % U.R 20 C 95% U.R 20 C 95% U.R 40 C bagnamento 48h Miscele carbonatate (0.4% Cl - ) A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE in provini carbonatati confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo con 0,4% di cloruri ed esposti ai vari cicli termoigrometrici ed al bagnamento CORROSIONE IN CALCESTRUZZI IN PONDING Di seguito si discutono i valori ottenuti dalle prove elettrochimiche effettuate su provini armati, confezionati con diversi tipi di calcestruzzi, immersi in una soluzione 3,5% NaCl per circa 6 mesi, lasciati in laboratorio per 3 mesi e infine sottoposti alla prova di bagnamento. In figura 4.25 sono rappresentati i valori medi a regime al termine dell esposizione nella soluzione ed i valori medi rilevati a 48 ore dall inizio del bagnamento. Si nota come i valori di potenziale dell armatura misurati in condizione di immersione in soluzione salina, per la miscela con cemento CSA, siano più negativi rispetto alle altre miscele, raggiungendo valori di -500 mv vs Ti. I calcestruzzi ordinari raggiungono valori di -200 e -470 mv vs Ti rispettivamente per le miscele B e C, mentre i calcestruzzi misti riscontrano potenziali intermedi pari a -263 e -342 mv vs Ti rispettivamente per le miscele D ed E. 177

196 Potenziale di corrosione Fe (mv vs Ti) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI Si desume quindi che i potenziali meno negativi, oltre che nel calcestruzzo Portland, sono misurati per le armature a contatto con la miscela D. Tale comportamento viene confermato anche dai risultati della prova di bagnamento Miscele in ponding ponding 3,5% NaCl bagnamento 48h A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del potenziale dell armatura rispetto all elettrodo interno in titanio attivato in provini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo senza cloruri, immersi in soluzione salina 3,5% NaCl e sottoposti successivamente al bagnamento. Per valutare le condizioni di corrosione delle armature sopra descritte, è necessario discuterne le velocità di corrosione, i cui valori sono riportati in figura 4.26; si evidenziano valori medi di velocità di corrosione del calcestruzzo CSA (miscela Abis) che raggiungono 3 ma/m 2, in condizioni di immersione nella soluzione 3,5% NaCl, e di 61 ma/m 2 in seguito al ciclo di bagnamento. I calcestruzzi con cementi misti e cemento Portland al calcare, in ponding, mostrano velocità di corrosione paragonabili nell intorno di 2,5 ma/m 2 ; tuttavia, in seguito all esposizione in laboratorio ed alla successiva prova di bagnamento, si misura, in concomitanza di quest ultima, un aumento di velocità sia per la miscela C (71 ma/m 2 ) sia per la miscela E (129 ma/m 2 ); al contrario, la miscela D non mostra un significativo aumento di velocità in seguito alla prova di bagnamento. Infine, per il calcestruzzo Portland, si ottengono valori trascurabili inferiori a 1 ma/m 2, indicativi di un comportamento passivo delle armature. 178

197 Velocità di corrosione (ma/m 2 ) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI 00 0 Miscele in ponding ponding 3,5% NaCl bagnamento 48h ,1 0,01 A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi della velocità di corrosione delle armature in provini confezionati con le diverse miscele di calcestruzzo senza cloruri, immersi in soluzione salina salina 3,5% NaCl e sottoposti successivamente al bagnamento. Considerando la condizione di immersione si può notare che i valori di potenziale di titanio (figura 4.27) assumono valori negativi nell intorno di - mv vs SCE per i calcestruzzi CSA e misti; al contrario, il calcestruzzo Portland assume un valore positivo pari a +133 mv vs SCE, mentre il calcestruzzo Portland al calcare assume un valore prossimo allo 0. Si può notare inoltre che, sottoponendo i provini ai cicli di bagnamento, si ha un aumento di potenziale nelle miscele A, Abis, C ed E, mentre il valore di potenziale delle miscele B e D diminuisce. In generale, dai valori negativi del potenziale del titanio si può dedurre che nessun calcestruzzo si è carbonatato, essendo i pori saturi d acqua. 179

198 Potenziale titanio (mv vs SCE) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI ponding 3,5% NaCl bagnamento 48h Miscele in ponding A Abis B C D E Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Fig Valori medi del potenziale del titanio attivato rispetto all elettrodo esterno SCE nei calcestruzzi senza cloruri, immersi in soluzione salina salina 3,5% NaCl e sottoposti successivamente al bagnamento. 4.5 OSSERVAZIONE DEI PROVINI ARMATI DOPO LA ROTTURA L istogramma di figura 4.28 mostra lo spessore di carbonatazione nel calcestruzzo e la percentuale di superficie corrosa delle armature a contatto con calcestruzzi inizialmente alcalini, suddivisi in base alla percentuale di cloruri (0, 0.4 e 1%). Tale prova è stata eseguita rilevando le misure sulla superficie di frattura dei provini armati splittati al termine di tutte le esposizioni ai diversi ambienti. Per quanto riguarda l avanzamento della carbonatazione, in generale si sono misurati spessori inferiori a 5 mm, confermando l alcalinità di tutte le miscele. Confrontando tra loro le miscele, i fenomeni più evidenti di corrosione si sono rilevati per le armature a contatto con i calcestruzzi CSA, in particolare nei provini contenenti 0,4 e 1% di cloruri, dove la percentuale di armatura corrosa è elevata e compresa tra il 90 ed il %, a conferma che anche una percentuale di cloruri di 0,4% favorisce l innesco della corrosione; per lo stesso tipo di calcestruzzo, privo di cloruri, si sono registrate percentuali di corrosione relativamente basse. Un buon comportamento nei confronti della corrosione è manifestato dalle miscele con cemento misto (D ed E) in assenza di cloruri, mentre considerando i provini con 1% di cloruri, la percentuale raggiunge valori pari rispettivamente a 5 e 15%. 180

199 Spessore di carbonatazione [mm] superficie corrosa delle armature (%) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI Si sottolinea la totale assenza di attacchi corrosivi all armatura del calcestruzzo Portland, mentre nel calcestruzzo Portland al calcare, all aumentare dei cloruri, si raggiungono percentuali di armatura corrosa pari al 40%. Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Miscela A Miscela Abis Miscela B Miscela C Miscela D Miscela E avanzamento carbonatazione % corrosione (0% Cl) (0,4% Cl) (1% Cl) (0% Cl) (0,4% Cl) (1% Cl) (0% Cl) (0,4% Cl) (1% Cl) (0% Cl) (0,4% Cl) (1% Cl) (0% Cl) (0,4% Cl) (1% Cl) (0% Cl) (0,4% Cl) (1% Cl) 0 Fig Spessore di carbonatazione e percentuale di superficie corrosa delle armature a contatto con calcestruzzi inizialmente alcalini con 0, 0.4 e 1% di cloruri, misurati al termine delle prove di bagnamento. Per quanto riguarda i provini carbonatati (figura 4.29), i valori di avanzamento della carbonatazione sono molto più elevati rispetto ai provini alcalini, a causa dell esposizione in camera di carbonatazione accelerata. Significativo è il comportamento del calcestruzzo della miscela D, che presenta valori di avanzamento della carbonatazione più bassi rispetto alle altre miscele (ad esclusione del Portland). Per quanto riguarda le percentuali di superficie di armatura corrosa, i valori più alti si verificano per le miscele A, Abis e C, dove infatti lo spessore di carbonatazione uguaglia lo spessore di copriferro (si ricorda che la miscela A presenta uno spessore di copriferro pari a 22 mm, diversamente dalle altre in cui è pari a 27 mm); si deduce quindi una corrosione da carbonatazione. La presenza di cloruri, in generale, influisce negativamente sullo stato corrosivo dell armatura: infatti, i provini privi di cloruri delle miscele Abis, C, D ed E presentano percentuali di superficie corrosa pari rispettivamente a 95, 60, 10 e 20%, inferiori rispetto a quelle rilevate per 181

200 Spessore di carbonatazione [mm] Superficie corrosa delle armature (%) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI i corrispettivi provini con 0,4% di cloruri (con percentuali rispettivamente di, 90, 20 e 40%). Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Calcestruzzi misti Miscela A Miscela Abis Miscela B Miscela C Miscela D Miscela E avanzamento carbonatazione % corrosione (0% Cl) (0,4% Cl) (0% Cl) (0,4% Cl) (0% Cl) (0,4% Cl) (0% Cl) (0,4% Cl) (0% Cl) (0,4% Cl) (0% Cl) (0,4% Cl) 0 Fig Spessore di carbonatazione e percentuale di superficie corrosa delle armature a contatto con calcestruzzi carbonatati con 0 e 0.4% di cloruri, misurati al termine delle prove di bagnamento. Infine, i dati ricavati dalla rottura dei provini immersi in una soluzione 3,5% NaCl sono riportati in figura Dopo essere stati sottoposti all immersione in soluzione salina e prima della prova di bagnamento, i provini sono rimasti per circa una settimana esposti in laboratorio. Lo spessore di carbonatazione è trascurabile in tutte le miscele a causa dell impossibilità da parte della CO 2 di penetrare all interno dei pori del calcestruzzo, in quanto saturi d acqua. Si deduce quindi un fenomeno di corrosione da cloruri. Sono stati rilevati valori di percentuale di superficie corrosa molto elevati per le miscele A, Abis ed E (%), seguite dalla C (80%); un ottimo comportamento è invece mostrato, anche in questa condizione, dalla miscela D, con una percentuale di armatura corrosa del 5%. 182

201 Spessore di carbonatazione [mm] Superficie corrosa delle armature (%) CAPITOLO 4 DISCUSSIONE DEI RISULTATI Calcestruzzo CSA Calcestruzzi ordinari Miscela A Miscela Abis Miscela B Miscela C Miscela D Miscela E avanzamento carbonatazione % corrosione Calcestruzzi misti (0% Cl) (0% Cl) (0% Cl) (0% Cl) (0% Cl) (0% Cl) Fig Spessore di carbonatazione e percentuale di superficie corrosa delle armature a contatto con calcestruzzi con 0% di cloruri immersi in soluzione 3,5% Nacl. 183

202 CONCLUSIONI CONCLUSIONI Nell ambito di questo lavoro di tesi, sono state effettuate prove sperimentali che hanno consentito di valutare la durabilità di calcestruzzi con cementi solfoalluminosi (CSA), eventualmente miscelati anche con cementi Portland e Portland al calcare. Questa tesi ha evidenziato come sia possibile realizzare calcestruzzi con un cemento a base di solfoalluminato di calcio e un rapporto acqua/cemento pari a 0.55, caratterizzati da una buona lavorabilità; tale lavorabilità viene raggiunta grazie all utilizzo di un additivo fluidificante, proporzionale alla quantità di cemento CSA, che permette di contrastare la perdita di lavorabilità che, altrimenti, si avrebbe in seguito al fenomeno di rapido indurimento tipico dei calcestruzzi CSA. Proprio grazie al rapido processo di idratazione, si sono raggiunte resistenze elevate già alle brevi stagionature: ad esempio, per il calcestruzzo a base di solo cemento solfoalluminoso si sono raggiunte resistenze a compressione dopo un giorno pari a 59 MPa, nettamente superiori rispetto ai calcestruzzi ordinari, che, a parità di composizione, presentano resistenze pari a 36 e 21 MPa rispettivamente se confezionati con cemento Portland e Portland al calcare. I calcestruzzi con cementi misti (ovvero a base di clinker solfoalluminoso e clinker di Portland) presentano invece valori più simili alle analoghe miscele ordinarie. Gli elevati valori di resistenza meccanica a compressione del calcestruzzo CSA alle brevi stagionature sono confermati dal rapido aumento della resistività elettrica nelle prime ore dopo il getto: infatti, il rapido processo di idratazione sviluppa una matrice cementizia molto più impervia e meno porosa. Dopo 14 ore dal getto, il calcestruzzo CSA raggiunge valori molto elevati di resistività elettrica, pari a circa 110 Ωm, al contrario dei calcestruzzi ordinari (con cementi Portland e Portland al calcare) che, a parità di tempo, raggiungono valori di circa 4 Ωm. I calcestruzzi misti, grazie all influenza del cemento solfoalluminoso, presentano nelle prime ore valori di resistività elettrica più elevati rispetto ai calcestruzzi ordinari, ed un andamento simile a quello dei calcestruzzi CSA, con un incremento sino a 40 Ωm già dopo 5 ore e mezza. Per valutare la durabilità dei calcestruzzi studiati, si è innanzitutto proceduto ad una loro caratterizzazione in relazione all avanzamento della carbonatazione ed alla penetrazione dei cloruri. Le prove sperimentali, effettuate in condizioni di esposizione sia naturale che accelerata, hanno mostrato una elevata suscettibilità alla carbonatazione nel calcestruzzo CSA; si è ottenuto infatti 184

203 CONCLUSIONI un valore del coefficiente di carbonatazione K, in condizioni accelerate (con 4% CO 2 ), pari a 11,8 mm/anno 0,5. Per i calcestruzzi ordinari, si sono ottenuti valori di K inferiori (fino a 0,2 mm/anno 0,5 nel caso si utilizzi cemento Portland e 4,6 mm/anno 0,5 nel caso di cemento al calcare). I calcestruzzi con cementi misti hanno un coefficiente di carbonatazione accelerata intermedio tra quello del calcestruzzo con CSA e quelli con cementi ordinari, seppur più prossimo a quello dei CSA; si sono ottenuti, infatti, valori di K che si aggirano intorno a circa 8,8 mm/anno 0,5. Si deduce, quindi, che il coefficiente di carbonatazione del calcestruzzo con cemento Portland è circa tre volte inferiore a quello del calcestruzzo con cemento CSA, a conferma della scarsa resistenza all avanzamento della carbonatazione di quest ultimo. Ne deriva che i tempi di innesco della corrosione da carbonatazione, calcolati mediante la legge parabolica e considerando uno spessore di copriferro di 30 mm, per il calcestruzzo CSA sono molto modesti. Il motivo di tale comportamento potrebbe risiedere nella composizione stessa della soluzione dei pori della matrice cementizia che, essendo meno alcalina (come evidenziato dalle misure di ph) e contenendo meno idrossidi in grado di reagire con l anidride carbonica, favorisce l avanzamento della carbonatazione. Dai profili di penetrazione dei cloruri, valutati per le diverse miscele studiate, è emerso come nei calcestruzzi con CSA i cloruri entrino in percentuali inferiori in superficie rispetto a quanto accade per i calcestruzzi ordinati; tuttavia, tali percentuali continuano a mantenersi anche in profondità, diversamente che nel caso di calcestruzzi ordinari, per i quali la percentuale di cloruri diminuisce progressivamente, sino a valori trascurabili già dopo i primi centimetri. Per quanto riguarda i calcestruzzi ordinari, il Portland assume un valore inferiore di circa tre volte rispetto ai CSA, mentre il calcestruzzo con cemento Portland al calcare ha un valore di circa la metà. Le misure elettrochimiche su provini cilindrici armati, confezionati con le diverse tipologie di calcestruzzi studiati (carbonatati e non e in presenza o meno di cloruri), sono state effettuate al fine di valutare il comportamento a corrosione di armature in acciaio al carbonio a contatto con essi in diverse condizioni termoigrometriche (a 20 C e 80% U.R., a 20 C e 95% U.R., a 40 C e 95% U.R., oltre che in condizioni di immersione). I calcestruzzi a base di cemento solfoalluminoso, in assenza di carbonatazione e privi di cloruri, sono potenzialmente protettivi e garantiscono la passività delle armature; si misurano infatti velocità di corrosione medie inferiori a 1 ma/m 2. Se invece si aggiunge nel calcestruzzo una percentuale di cloruri pari allo 0,4% (in massa rispetto al cemento), sulle armature a contatto con calcestruzzi con solo cemento CSA si innesca il processo corrosivo, probabilmente a causa della diminuzione del contenuto critico di cloruri; 185

204 CONCLUSIONI si misurano velocità di 4,45 ma/m 2 già a 80% U.R., che aumentano progressivamente con l umidità, come è confermato anche dall analisi visiva seguita alla rottura dei provini dopo la prova di bagnamento, che ha permesso di rilevare una percentuale di superficie di armatura corrosa pari a 95%. Diversamente, nei calcestruzzi ordinari e misti, le armature continuano a rimanere passive. Con percentuali di cloruri ancora maggiori, pari a 1%, la corrosione inizia ad avere luogo anche sulle armature a contatto con calcestruzzo Portland al calcare, in cui, al pari delle armature dei calcestruzzi CSA, si raggiungono velocità di corrosione dell ordine di 10 ma/m 2 già in condizioni di umidità relativa pari a 95% (a 20 C e 40 C). Tali velocità aumentano fino a 40 ma/m 2 in condizioni di saturazione (al termine delle 48 ore di bagnamento). Un buon comportamento alla corrosione è evidenziato, invece, non solo dal calcestruzzo Portland ma anche dai due calcestruzzi misti, in particolare dal calcestruzzo in cui il legante solfoalluminoso è miscelato con cemento Portland. Considerando i provini, privi di cloruri, sottoposti a carbonatazione accelerata con 4% di CO 2 per sei mesi, le armature in calcestruzzi con solo cemento solfoalluminoso, con solo Portland al calcare e in calcestruzzi misti iniziano a corrodersi una volta raggiunte dal fronte di carbonatazione, arrivando a valori di velocità di corrosione superiori a 1 ma/m 2 ; una volta depassivate, la corrosione si propaga con velocità che si incrementano all aumentare dell umidità relativa. Solo il calcestruzzo Portland rimane protettivo nei confronti delle armature. Come per i calcestruzzi alcalini, anche per i carbonatati l aumento della percentuale di cloruri favorisce la propagazione della corrosione delle armature: con 0,4% di cloruri, le velocità raggiungono, al termine della prova di bagnamento, valori di 120 ma/m 2 per il calcestruzzo con solo cemento CSA, di 155 ma/m 2 per il calcestruzzo al calcare e di rispettivamente 17 e 31 ma/m 2 per i calcestruzzi misti con cemento Portland e Portland al calcare. L armatura a contatto con il calcestruzzo con solo cemento Portland rimane ancora in condizioni passive, con una velocità di corrosione di 0,29 ma/m 2 anche con percentuali di cloruri aggiunti pari a 0,4%. Per quanti riguarda i provini sottoposti ad immersione per sei mesi in una soluzione di 3,5% NaCl, si registrano velocità di corrosione delle armature superiori a 1 ma/m 2 per tutti i calcestruzzi studiati, ad eccezione del calcestruzzo con solo cemento Portland. In seguito all esposizione in laboratorio ed alla successiva prova di bagnamento, si misura, in concomitanza di quest ultima, un aumento delle velocità per i calcestruzzi con solo cemento CSA e per quelli con cemento a base di Portland al calcare. L osservazione di questi ultimi provini ha permesso di rilevare spessori di carbonatazione trascurabili (minori di 4 mm) in tutti i calcestruzzi, a causa dell impossibilità da parte della CO 2 di penetrare all interno dei pori di 186

205 CONCLUSIONI calcestruzzo, in quanto saturi d acqua. Lo stato di corrosione delle armature, invece, ha mostrato valori diversi: le armature a contatto con calcestruzzo con solo cemento CSA e quelle a contatto con calcestruzzo misto con CSA e Portland al calcare hanno mostrato percentuali di superficie corrosa pari al %; tale valore scende a 80% nel caso di armature in calcestruzzi con solo cemento al calcare. Il comportamento migliore è presentato da entrambi i calcestruzzi a base di cemento Portland, le cui armature non mostrano significativi attacchi corrosivi. A valle dei risultati ottenuti, si può affermare che il calcestruzzo confezionato con cemento solfoalluminoso rappresenta un notevole potenziale di innovazione nel campo della tecnologia del calcestruzzo, sia per le grandi possibilità che offre in ambito ambientale sia per le notevoli prestazioni meccaniche. Per quanto riguarda l aspetto della durabilità, i calcestruzzi con solo cemento solfoalluminoso sono però in grado di garantire la passivazione delle armature, pur essendo caratterizzati da una minore alcalinità, solo in assenza di cloruri; è pertanto sconsigliato l uso di tali calcestruzzi in ambienti marini. Inoltre, la protezione delle armature può venir meno per effetto della maggiore suscettibilità di tali calcestruzzi alla carbonatazione. Un compromesso tra le caratteristiche meccaniche e di eco-sostenibilità dei calcestruzzi solfoalluminosi e le migliori prestazioni in termini di durabilità offerte dai calcestruzzi tradizionali è rappresentato dal calcestruzzo ottenuto miscelando cemento solfoalluminoso con cemento Portland. L aggiunta di cemento Portland contribuisce infatti a rendere elevata la resistenza di tali calcestruzzi alla penetrazione dei cloruri; tuttavia, il comportamento nei confronti della carbonatazione non è altrettanto ottimale, essendo molto influenzato dalla presenza del cemento solfoalluminoso. L eventuale uso di questi calcestruzzi nelle costruzioni armate richiede, quindi, metodi di progetto specifici per la durabilità e non si può basare sulle raccomandazioni della UNI EN

206 ALLEGATO ALLEGATO Documentazione fotografica relativa alle rotture di provini armati al termine delle diverse esposizioni: 20 C, 80% U.R. 20 C, 95% U.R. 40 C, 95% U.R. bagnamento 188

207 ALLEGATO a) b) c) d) e) f) Figura 1 Misura dell avanzamento della carbonatazione mediante fenoftaleina sulla superficie di frattura di provini armati, confezionati con differenti miscele [A a), Abis b), B c), C d), D e) ed E f)] alcaline e prive di cloruri, al termine dell esposizione in diverse condizioni di umidità e di temperatura. 189

208 ALLEGATO a) b) c) d) e) f) Figura 2 Misura dell avanzamento della carbonatazione mediante indicatore commerciale sulla superficie di frattura di provini armati, confezionati con differenti miscele [A a), Abis b), B c), C d), D e) ed E f)] alcaline e prive di cloruri, al termine dell esposizione in diverse condizioni di umidità e di temperatura. 190

209 ALLEGATO a) b) c) d) e) f) Figura 3 Stima della percentuale di superficie corrosa delle armature presenti in provini armati, confezionati con differenti miscele [A a), Abis b), B c), C d), D e) ed E f)] alcaline e prive di cloruri, al termine dell esposizione in diverse condizioni di umidità e di temperatura. 191

210 ALLEGATO a) b) c) d) e) f) Figura 4 Stima della percentuale di superficie corrosa delle armature presenti in provini armati, confezionati con differenti miscele [A a), Abis b), B c), C d), D e) ed E f)] alcaline e con 0,4% di cloruri, al termine dell esposizione in diverse condizioni di umidità e di temperatura. 192

211 ALLEGATO a) b) c) d) e) f) Figura 5 Stima della percentuale di superficie corrosa delle armature presenti in provini armati, confezionati con differenti miscele [A a), Abis b), B c), C d), D e) ed E f)] alcaline e con 1% di cloruri, al termine dell esposizione in diverse condizioni di umidità e di temperatura. 193

212 ALLEGATO a) b) c) d) e) f) Figura 6 Misura dell avanzamento della carbonatazione mediante fenoftaleina sulla superficie di frattura di provini armati, confezionati con differenti miscele [A a), Abis b), B c), C d), D e) ed E f)] carbonatate e prive di cloruri, al termine dell esposizione in diverse condizioni di umidità e di temperatura. 194

213 ALLEGATO a) b) c) d) e) f) Figura 7 Misura dell avanzamento della carbonatazione mediante indicatore commerciale sulla superficie di frattura di provini armati, confezionati con differenti miscele [A a), Abis b), B c), C d), D e) ed E f)] carbonatate e prive di cloruri, al termine dell esposizione in diverse condizioni di umidità e di temperatura 195

214 ALLEGATO a) b) c) d) e) f) Figura 8 Stima della percentuale di superficie corrosa delle armature presenti in provini armati, confezionati con differenti miscele [A a), Abis b), B c), C d), D e) ed E f)] carbonatate e prive di cloruri, al termine dell esposizione in diverse condizioni di umidità e di temperatura. 196

215 ALLEGATO a) b) c) d) e) f) Figura 9 Stima della percentuale di superficie corrosa delle armature presenti in provini armati, confezionati con differenti miscele [A a), Abis b), B c), C d), D e) ed E f)] carbonatate e con 0,4% di cloruri, al termine dell esposizione in diverse condizioni di umidità e di temperatura. 197

216 ALLEGATO a) b) c) d) e) f) Figura 10 Misura dell avanzamento della carbonatazione mediante fenoftaleina sulla superficie di frattura di provini armati, confezionati con differenti miscele [A a), Abis b), B c), C d), D e) ed E f)] prive di cloruri, dopo l immersione in una soluzione 3,5% NaCl e l esposizione in laboratorio. 198

217 ALLEGATO a) b) c) d) e) f) Figura 11 Misura dell avanzamento della carbonatazione mediante indicatore commerciale sulla superficie di frattura di provini armati, confezionati con differenti miscele [A a), Abis b), B c), C d), D e) ed E f)] prive di cloruri, dopo l immersione in una soluzione 3,5% NaCl e l esposizione in laboratorio. 199

218 ALLEGATO a) b) c) d) e) f) Figura 12 Stima della percentuale di superficie corrosa delle armature presenti in provini armati, confezionati con differenti miscele [A a), Abis b), B c), C d), D e) ed E f)] prive di cloruri, dopo l immersione in una soluzione 3,5% NaCl e l esposizione in laboratorio. 200

219 BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA [1] Bertolini, L. Materiali da costruzione Degrado, prevenzione, diagnosi, restauro. Volume II, prima edizione. Milano, Città studi, [2] Quillin, K. Calcium sulfoaluminate cements: reduced CO 2, concrete properties and applications. IHS BRE Press, Bracknell, [3] Gartner, E. Industrially interesting approaches to low-co2 cement. Cement & Concrete Research 34, pp , [4] Chatterjee, A.K. Special and new cements. In Mullick (ed.), Chemistry of Cement, (vol.1), Proc. of the 9th intern. congr., New Delhi, November [5] Quillin, K. Performance of belite-sulfoaluminate cements. Cement & Concrete Research 31, pp , [6] Sharp, H., Lawrence, C. D., Yang, R. Calcium sulfoaluminate cements: low-energy cements, special cements or what? Advances in Cements Research, pp. 3-13, [7] Valenti, G. Leganti idraulici per calcestruzzi eco-compatibili e cementi innovativi a base di solfoalluminato di calcio. (Online). [8] Liao, Y., Wei, X., Li, G. Early hydration of calcium sulfoaluminate cement through electrical resistivity measurement and microstructure investigations. Construction & Building Materials 25 (4), pp , [9] Bernardo, G., Telesca, A., Valenti, G.L. A porosimetric study of calcium sulfoaluminate cement pastes cured at early ages. Cement & Concrete Research 36 (6), pp , [10] Gastaldi, D., Canonico, F., Capelli, L., Boccaleri, E. In situ tomographic investigation on the early hydration behaviors of cementing systems. Construction & Building Materials 29, pp , [11] Marchi, M., Costa, U. Influence of the Calcium Sulphate and W/C Ratio on the Hydration of Calcium Sulfoaluminate Cement. 201

220 BIBLIOGRAFIA [12] Juenger, M.C.G., Winnefeld, F., Provis, J.L. Advances in alternative cementitious binders. Cement & Concrete Research 41, pp , [13] Garcìa-Matè, M., Santacruz, E., De la Torre A., Leòn-Reina, L., Aranda, M. Rheological and hydration characterization of calcium sulfoaluminate cement pastes. Cement & Concrete Composites, [14] Buzzi, L., Canonico, F., Telesca, A., Valenti, G.L. High performance and low-co2 cements based on calcium sulphoaluminate. Zement Kalk Gips. In press. [15] Liao, Y., Wei, X., Li, G. Early hydration of calcium sulfoaluminate cement through electrical resistivity measurement and microstructure investigations. Construction & Building Materials 25 (4), pp , [16] Winnefeld, F., Ben Haha, M., Lothenbach, B. Hydratation mechanisms of calcium sulfoaluminate cements ossesse by scanning electron microscopy and thermodynamic modelling. [17] Andac, M. & Glasser, F.P. Pore solution composition of calcium sulphoaluminate cement. Adv.Cem. Res, 11(1), [18] Zhang, L., Glasser, F.P. Investigation of the microstructure and carbonation of CSAbased concretes removed from service. Cement and Concrete Research, 35, [19] Janotka, I., Krajči, L. An experimental study on the upgrade of sulfoaluminate-belite cement system by blending with Portland cement. Advances in Cement Research, 11, 1999 [20] Zhang, L., Su, M., Wang, Y. Development of the use of sulfo- and ferroaluminate cements in China. Advices in Cement Research, pp 15-21, [21] UNI EN :2001. Prova sul calcestruzzo fresco - Prova di abbassamento al cono [22] UNI EN :2001. Prova sul calcestruzzo fresco - Massa volumica [23] UNI EN Prove sul calcestruzzo indurito. Forma, dimensioni e altri requisiti per provini e per cassaforme [24] UNI EN Prove sul calcestruzzo indurito. Confezione e stagionatura dei provini per prove di resistenza

221 BIBLIOGRAFIA [25] UNI CEN/TS :2010. Prove sul calcestruzzo indurito - Parte 11: Determinazione della resistenza ai cloruri del calcestruzzo, diffusione unidirezionale [26] Nordtest Method NT BUILD 492. Concrete, mortar, and cement based repair materials: chlorid migration coefficient frem non-steady-state migration exsperiments [27] UNI 7699:2005. Prova sul calcestruzzo indurito - Determinazione dell'assorbimento di acqua alla pressione atmosferica [28] UNI EN 13057:2003. Prodotti e sistemi per la protezione e la riparazione delle strutture in calcestruzzo - Metodi di prova - Determinazione dell assorbimento capillare [29] Norme tecniche per le costruzioni. Decreto ministeriale 14 gennaio