Concrete2014 - Progetto e Tecnologia per il Costruito CONCRETE 2014 PROGETTO E TECNOLOGIA PER IL COSTRUITO Termoli 25 e 26 settembre 2014 Il degrado delle strutture in cemento armato: tra teoria e sperimentazione. La corrosione delle armature per carbonatazione del calcestruzzo. Renato Iovino *, Emanuele La Mantia **, Salvatore Simonetti * Straordinario di Architettura Tecnica, Università Telematica Pegaso, renato.iovino@unipegaso.it ** Phd student Ingegneria delle ostru ioni, Università degli Studi di apoli Federico II *** Phd student Ingegneria delle ostru ioni, Università degli Studi di apoli Federico II Parole chiave: strutture, cemento armato, degrado Abstract Examined the phenomenon of corrosion of steel reinforcement induced by carbonation of concrete and the requirements of UNI-EN 206 and "Guidelines of the Ministry of Public Works on structural concrete," the authors analyze the results of an experiment conducted on cubic packaged with three mix-design: mix 976 with R ck 28/35 and portland cement 42.5 title; mix 977 with R ck 25/30 and pozzolanic cement 32.5 title; mix 978 with R ck 28/35 and pozzolanic cement 32.5 title. The experiment was carried out using accelerated aging tests. 81
Renato Iovino, Emanuele La Mantia, Salvatore Simonetti 1. Premessa Le strutture in conglomerato cementizio armato, realizzate dal secondo dopoguerra ad oggi, presentano in gran parte manifesti segni di degrado indotti dagli attacchi chimico-fisici e derivante dalla corrosione delle armature e dai cicli di gelo e disgelo (Figg. 1-3). Ci si potrebbe chiedere perché le strutture in cemento armato realizzate nel secondo dopoguerra presentano, in gran parte, tanto degrado. Perché il matrimonio calcestruzzo/acciaio è stato un errore ed è ora di celebrarne il divorzio? Perché l acciaio impiegato è scadente? Perché l impresa ha lavorato male? Perché la centrale di betonaggio ha fornito un calcestruzzo di qualità scadente? Forse anche per tutto questo, ma principalmente perché il progettista non si è preoccupato di studiare opportunamente il mix design del calcestruzzo; perché il progettista non si è preoccupato di verificare il numero di tondini di acciaio presenti nelle sezioni delle travi, dei pilastri e nei nodi; perché il progettista non ha fissato un adeguato copriferro; perché il calcestruzzo del nodo pilastro-travepilastro non è opportunamente confinato; perché il direttore dei lavori ed il collaudatore in corso d opera non hanno controllato la fase dei getti. 2. Il degrado delle strutture in cemento armato Il Comitato Intereuropeo del Calcestruzzo (CEB) e la Federazione Internazionale del Precompresso (FIP) definiscono la durabilità come l ttitudine di un opera a sopportare agenti aggressivi di diversa natura mantenendo inalterate le caratteristiche meccaniche e funzionali. In generale, per le strutture in cemento armato la durabilità è legata alla capacità del calcestruzzo di proteggere le armature metalliche dai processi di corrosione provocati dall attacco degli agenti aggressivi presenti nell aria, nell acqua e nei terreni. La durabilità, per tanto, è strettamente legata all esposizione ambientale della struttura. Figura 1: Trave reticolare in c.a. L immagine testimonia le condizioni di degrado della struttura. La corrosione delle armature metalliche ha provocato l espulsione del copriferro. Appare evidente lo spessore ridotto del copriferro e la presenza di un armatura molto fitta che ha impedito al calcestruzzo di penetrare tra gli interferri. 82
oncrete2 1 Progetto e ecnologia er il ostruito Figura : Trave emergente in c.a. evidente la mancanza, all intradosso della trave, di un copriferro adeguato alle condizioni di esposizione ambientale. Figura 3: Pilastro in c.a. L immagine testimonia le condizioni di degrado della struttura. Anche in questo caso è molto evidente la corrosione delle armature metalliche provocata, tra l altro, da un copriferro mancante del tutto o insufficiente.. a dura ilit delle strutture in cemento armato Le TC, al 11..11, stabiliscono che per garantire la durabilità delle strutture in calcestruzzo armato, ordinario o precompresso, esposte all azione dell ambiente, si devono adottare quei provvedimenti atti a limitare gli effetti di degrado indotti dall attacco chimico, fisico e derivante dalla corrosione delle armature e dai cicli di gelo e disgelo. In particolare, le TC stabiliscono: In fase di progetto la prescrizione, valutate opportunamente le condizioni ambientali del sito ove sorgerà la costruzione o quelle di impiego, deve fissare le caratteristiche del calcestruzzo da impiegare (composizione e resistenza meccanica), i valori del copriferro e le regole di maturazione. Per la valutazione della durabilità, nella formulazione delle prescrizioni sul calcestruzzo, si potranno prescrivere anche prove per la verifica della resistenza alla penetrazione agli agenti aggressivi, ad esempio si pu tener conto del grado di impermeabilità del calcestruzzo. A tal fine pu essere determinato il valore della profondità di penetrazione dell acqua in 83
Renato Iovino, Emanuele La Mantia, Salvatore Simonetti pressione in mm, in base a quanto indicato nella norma UNI EN 12390-8:2002. Al fine di ottenere la prestazione richiesta in funzione delle condizioni ambientali, nonché per la definizione della relativa classe, si potrà fare utile riferimento alle indicazioni contenute nelle Linee Guida sul calcestruzzo strutturale edite dal Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici ovvero alle norme UNI EN 206-1:2006 ed UNI 11104:2004. 4. La corrosione delle armature metalliche indotta dal fenomeno della carbonatazione del calcestruzzo Per carbonatazione del calcestruzzo s intende la formazione di carbonato di calcio nella massa di questo materiale allo stato indurito. Per effetto della carbonatazione diminuisce il ph del calcestruzzo e si stabiliscono le condizioni favorevoli alla ossidazione delle armature metalliche presenti nelle strutture. In particolare le sostanze che provocano il fenomeno sono l anidride carbonica, l ossigeno e l acqua, contenuta sotto forma di vapore nell aria. urante la presa e l indurimento del calcestruzzo i componenti del cemento, quali i composti C 2 S e C 3 S, sono interessati dalle reazioni di idratazione e formano la famiglia dei composti C-H-S (Calcium-Silicate-Hidraded), e l idrossido di calcio Ca(OH) 2 : C 3 S + H 2 O = C-H-S + Ca(OH) 2 e C 2 S + H 2 O = C-H-S + Ca(OH) 2 L idrossido di calcio abbassa l acidità del calcestruzzo, fino a valori del ph maggiori di 13, e la basicità del composto favorisce la passivazione delle armature metalliche, ovvero la formazione di una pellicola di ossido di ferro, F 2 O 3, che viene a ricoprire i tondini metallici. La pellicola, impermeabile e compatta, isola la massa dell armatura dal contatto con l ossigeno e con l acqua, impedendo la formazione della ruggine. Purtuttavia la presenza nella massa del calcestruzzo sia dell idrossido di calcio derivante dalla idratazione del cemento, sia dell anidride carbonica legata alla penetrazione dell aria, provoca la formazione di carbonato di calcio Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 che innalza l acidità fino a valori del ph minori di 11. La riduzione del ph provoca la depassivazione del ferro, ovvero quella che era la pellicola protettiva dell armatura diventa porosa ed incoerente, consentendo all ossigeno ed all acqua di attaccare l armatura metallica. L acqua e l ossigeno provocano l ossidazione del ferro secondo la nota reazione: 2Fe(ferro) + O 2 + 2H 2 O = 2Fe(OH) 2 (ruggine) All ossidazione dell armatura metallica corrisponde un aumento del volume del metallo, di circa 6-7 volte rispetto al volume iniziale, con conseguente 84
oncrete 4 ro etto e ecnolo ia er il ostruito fessurazione del copriferro, prima, ed espulsione dello stesso, dopo. In conclusione, la carbonatazione non provoca direttamente il degrado del calcestruzzo, né tanto meno quello dell armatura metallica, ma determina le condizioni favorevoli per l azione aggressiva dell ossigeno e dell umidità ambientali penetrati nella massa del calcestruzzo insieme all anidride carbonica. L avanzamento del fenomeno della carbonatazione nella massa strutturale avviene secondo la relazione: x k n t nella quale: lo spessore di calcestruzzo interessato dalla carbonatazione, in mm t il tempo, in anni n un coefficiente che dipende dalla porosità del conglomerato: n=2 per calcestruzzi porosi, n 2 per quelli compatti un coefficiente complesso funzione del rapporto A C, del titolo del cemento e dell umidità relativa dell aria. Il coefficiente assume il valore massimo per una umidità relativa compresa tra il 60 e il 70. Nella Tabella 1 sono riportati i valori di, al variare del rapporto A C, per un cemento tipo II A-L 42. con umidità relativa =6. mm anno -1 2 0,40 3,80 0, 0 8,60 0,60 10,10 0,70 12,30 0,80 1,10 Tabella 1: alori di per il cemento II A-L 42. con =6. Le classi di es osizione ambientale La norma UNI 11104 e le Linee Guida del Consiglio Superiore dei LL.PP. definiscono sei Classi di Esposizione agli agenti aggressivi: 0 Assenza di rischio C Corrosione da Carbonatazione Corrosione da Cloruri ad esclusione di quelli di mare S Corrosione da Cloruri di mare F egrado per gelo e disgelo A egrado chimico In funzione della classe di esposizione si determinano i valori di c (min), del rapporto (ma ), del dosaggio di cemento (min), dello spessore del copriferro s (min). La classe C relativa alle condizioni di rischio di corrosione indotta dalla carbonatazione del calcestruzzo ed suddivisa nelle quattro sottoclassi C1, C2, C3 e C4, in funzione delle condizioni di umidità dell ambiente. La UNI 11104 precisa che le condizioni di umidità si devono riferire a quelle esistenti nel copriferro o nel ricoprimento di inserti metallici. Purtuttavia, in molti casi si pu ritenere che tali condizioni corrispondano a quelle dell ambiente circostante come nel caso di strutture a faccia vista. 85
Renato Iovino, Emanuele La Mantia, Salvatore Simonetti Le Linee Guida definiscono quattro classi climatiche caratterizzate da specifici valori dell umidità relativa media Tab. 2. Classi climatiche midit elati a media Classe U Umida > 80% Classe M Moderata tra 65% e 80% Classe S Secca tra 45% e 65% Classe SS Molto secca < 45% Tabella 2: Classi climatiche di cui alle Linee Guida Nella sottoclasse XC1, caratterizzata da ambiente asciutto o permanentemente bagnato, rientrano le parti di strutture in c.a., o c.a.p., interne ad edifici con umidità relativa bassa <45%, con eccezione delle parti esposte a condensa, o immerse in acqua. Nella sottoclasse XC2, caratterizzata da ambiente bagnato o raramente asciutto >80%, rientrano le parti di strutture di contenimento di liquidi non aggressivi e le fondazioni in terreni non aggressivi. Nella sottoclasse XC3, caratterizzata da ambiente con umidità moderata 65%< <80%, rientrano le parti di strutture esterne, ma riparate dalla pioggia, nonché le parti di strutture interne all edificio con contenuto di umidità da moderata ad alta anche oltre l 80%. Nella sottoclasse XC4, caratterizzata da variazione ciclica di asciutto o bagnato, rientrano le parti di strutture esposte ai cicli climatici dell ambiente urbano nonché le parti di strutture a contatto con acqua non compresa nella classe XC2. La sottoclasse XC4 è la più gravosa in quanto durante il periodo asciutto nel calcestruzzo penetra aria secca contenente O 2 e CO 2, mentre durante il periodo bagnato penetra H 2 O. 6. Le prescrizioni per le classi di esposizione ambientale Per garantire la durabilità del calcestruzzo per una vita utile di circa 50 anni per le opere ordinarie e di 100 anni per le opere sensibili, le norme che disciplinano la progettazione delle strutture in c.a. hanno individuato per i tre parametri Resistenza caratteristica R ck, Rapporto A/C e Contenuto di cemento C, i vincoli che devono essere rispettati per ottenere un calcestruzzo che consenta di realizzare strutture durevoli. L Eurocodice 2, inoltre, fissa la dimensione minima dello spessore del copriferro mentre le Linee Guida e la UNI fissano il tipo di cemento più opportuno per resistere agli attacchi chimici. Per la classe di esposizione XC, riguardante la corrosione delle armature per l effetto della carbonatazione del calcestruzzo, l Eurocodice fissa gli spessori minimi del copriferro, per strutture in c.a. e in c.a.p., riportati nella Tabella 3. Le Linee guida e la UNI, invece, fissano i limiti riportati in Tabella 4. Classe di esposizione XC1 XC2 XC3 XC4 c.a. ordinario 15 25 25 30 c.a.p. 25 35 35 40 Tabella 3: Spessori del copriferro in mm 86
oncrete ro etto e ecnolo ia per il ostr ito Ca atte istiche dell am iente Ca atte istiche della miscela Classe di esposizione XC Linee Guida UNI 11104 Corrosione indotta dalla carbonatazione A/C Rck min C min A/C Rck min C min ma N/mm 2 kg/m 3 ma N/mm 2 kg/m 3 Asciutto o permanentemente bagnato XC1 0,60 30 280 0,60 30 300 agnato, raramente asciutto XC2 0,60 30 280 0,60 30 300 Umidità moderata XC3 0,55 3 300 0,55 35 320 Ciclicamente asciutto o bagnato XC4 0,50 3 40 320 0,50 40 340 Tabella 4: Prescrizioni per la classe di esposizione ambientale XC. La sperimentazione I mi design dei calcestruzzi oggetti della sperimentazione 1 presentano le seguenti caratteristiche: MIX 6: R ck 28/35 MPa Portland 42.5 dosaggio 3 0 kg/m 3 MIX : R ck 25/30 MPa Pozzolanico 32.5 dosaggio 340 kg/m 3 MIX 8: R ck 28/35 MPa Pozzolanico 32.5 dosaggio 380 kg/m 3 Tutte le altre caratteristiche dei tre mi, assortimento granulometrico, d ma, dosaggio dell acqua, dosaggio fluidificante, ecc., sono riportati nella Tabella 5.. icli di in ecc iamento Presso lo stabilimento Capuano Calcestruzzi, di Giugliano in Campania, sono stati confezionati cubetti, di dimensioni 15 15 15 cm, per ciascuno dei tre mi design oggetti di studio, per un totale di 2 cubetti. opo 28 giorni di stagionatura in vasca di maturazione a temperatura ed umidità controllata, come prescritto dalla UNI 123 0/1 e dalla UNI EN 123 0/2, i 2 cubetti sono stati rettificati, presso il Laboratorio di prove su materiali da costruzione Tecnolab di Napoli, ottenendo in totale di 216 provini di dimensione, ovvero n. 2 provini per ogni mi design. Le cubiere in poliuretano utilizzate, di dimensioni 15 15 15 cm, sono state riempite in tre strati uguali attraverso una sessola in alluminio che per la sua particolare forma non conduce a segregazione. Successivamente è stato vibrato il conglomerato fresco facendo attenzione ad inserire l ago vibrante verticalmente in cinque punti vicino agli spigoli ed al centro ed estraendolo lentamente al termine dell affioramento dell aria. Tabella 5: Caratteristiche dei mi design Tipo MIX 6 MIX MIX 8 Resistenza caratteristica Rck 28/35 Rck 25/30 Rck 28/35 Cemento marca tipo classe Italcementi S.p.A. Cementir S.p.A. Cementir S.p.A. CEM II/A LL 42,5 CEM I /A 32,5R CEM I /A 32,5R portland pozzolanico pozzolanico Rapporto A/C 0,44 0,4 0,44 Slump 20 cm 1 cm 1 cm 1 speri ent ione st t con ott ing. iro ri e con i tutor ggio e pro. Ing. en to Io ino per e or ione e esi per i ottor to i icerc in Ingegneria delle costruzioni conseguito presso ni ersit eg i tu i i po i e erico II. 87
Renato Iovino, Emanuele La Mantia, Salvatore Simonetti Consistenza S4 S4 S4 Additivo MAPEI Dynamon MAPEI Dynamon MAPEI Dynamon SR2/SX SR1/SR2/SX SR1/SR2/SX Dosaggio additivo 4,4 kg/ m 3 4,1 kg/ m 3 4,6 kg/ m 3 Diametro max inerti 22 mm 22 mm 22 mm Classe di esposizione ambientale XC2 XC2 XC2 Sabbia basaltica 0-4 53% 943 kg/m 3 52% 958 kg/m 3 50% 900 kg/m 3 Ghiaino/pietrisco 4-12,5 16% 297 kg/m 3 12% 220 kg/m 3 14% 251 kg/m 3 Ghiaia/pietrisco 12,5-20 31% 581 kg/m 3 36% 663 kg/m 3 36% 648 kg/m 3 Dosaggio cemento 370 kg/m 3 340 kg/m 3 380 kg/m 3 Dosaggio acqua 163 l/m 3 168 l/m 3 169 l/m 3 Terminato il confezionamento dei provini, per le successive 24 ore i provini sono stati conservati in ambiente a temperatura di circa 20 C e protetti con un panno umido, fino alla scasseratura ed alla identificazione. Successivamente i provini sono stati immersi in acqua a 20 C in vasca di maturazione per 28 gg. (Fig. 4). Per simulare il degrado del calcestruzzo, per l azione dell anidride carbonica, sono state effettuate in laboratorio prove di invecchiamento artificiale. In particolare, per ogni mix design, completati i 28 giorni di stagionatura in acqua, si è proceduto nel rispetto del seguente protocollo: la prima serie di 36 provini 7x7x7 cm è stata sottoposta a maturazione naturale per 20 giorni; la seconda serie di 36 provini 7x7x7 cm è stata sottoposta a maturazione in ambiente arricchito di CO 2 per 20 giorni; Completati i cicli di maturazione, in ambiente naturale e in ambiente aggressivo, sono state condotte le prove di seguito indicate: rottura a compressione di 18 provini, sottoposti a maturazione naturale; rottura a trazione indiretta di 18 provini, sottoposti a maturazione naturale; rottura a compressione di 18 provini, sottoposti a maturazione in ambiente arricchito di CO 2 ; rottura a trazione indiretta di 18 provini, sottoposti a maturazione in ambiente arricchito di CO 2. Per la carbonatazione accelerata i provini sono stati tenuti per 20 giorni in un essiccatore di capacità nota (Fig. 5) nel quale, attraverso una pompa per il vuoto, si è arricchito l ambiente con una concentrazione pari al 40% di anidride carbonica. Figura 4: Vasca di maturazione Figura 5: Essiccatori per carbonatazione 88
Concrete2014 - Progetto e Tecnologia per il Costruito Sui provini portati a rottura con la trazione indiretta, è stato misurato lo spessore in mm del fronte carbonatato. In particolare, è stato spruzzato sulla superficie di rottura una soluzione alcolica di fenolftaleina ( I 9944), che reagendo con le zone a P 9 ha assunto una colorazione rosa-viola permettendo di distinguerle da quelle carbonatate rimaste incolore. 9. Prove di resistenza meccanica Tutti i provini 7x7x7cm sono stati pesati, misurati e poi sottoposti a prove di rottura a compressione, per i primi 108 (n. 36 per ogni mix), e a prove a trazione indiretta per i restanti 108 (n. 36 per ogni mix). La resistenza a trazione indiretta, partendo dal carico di rottura della ro a bra iliana, è stata calcolata con la relazione dove f ct è la resistenza alla trazione indiretta in MPa F è il carico massimo in L è la lunghezza della linea di contatto del provino, in mm d è la dimensione nominale della sezione, in mm I dati sperimentali, per ogni serie da 18 cubetti, sono riportati nelle: Tabelle 6 9 e Figura 6, per il mix 976 Tabelle 10 13 e Figura 7, per il mix 977 Tabelle 14 17 e Figura 8, per il mix 978 Tabella 6: Mix 976 R C 28/35 Portland 42,5; stagionatura in acqua 28gg stagionatura naturale 20gg compressione a b c F f c f c mm mm mm mm 2 g g Mpa Mpa A1 75 73 74,5 5475 0,949 271,05 49,51 47,94 1 74 73 73,5 5476 0,923 278,02 50,77 C1 74 75 73 5402 0,907 218,72 40,49 D1 74 74 73 5476 0,864 249,74 45,61 E1 74 72 75 5256 0,913 242,91 46,22 F1 73 73 74 5329 0,893 213,14 40,00 G1 76 73,5 73,5 5700 0,938 283,69 49,77 1 73 74,5 74 5548 0,916 302,38 54,50 I1 72 73,5 74 5184 0,870 234,19 45,18 L1 75 75 73 5550 0,920 259,58 46,77 M1 76 73 72 5700 0,916 251,73 44,16 1 72 74 72 5256 0,864 286,58 54,52 O1 74 75 72 5476 0,951 285,27 52,09 P1 74 75 73 5328 0,934 297,25 55,79 1 73 75 77 5402 0,896 260,69 48,26 R1 73 75 72 5402 0,946 260,18 48,16 S1 75 73 75 5625 0,984 235,81 41,92 T1 74 76 75 5328 0,946 262,45 49,26 89
Renato Iovino, Emanuele La Mantia, Salvatore Simonetti Tabella 7:Mix 976 R CK 28/35 Portland 42,5 - stagionatura in acqua 28gg + stagionatura naturale 20gg + trazione indiretta a b c F f ct f ct mm mm mm mm 2 Kg Kg Mpa Mpa A2 71 72 74 5112 0,887 30,58 3,71 2,71 B2 74 78 73 5772 0,948 32,86 3,87 C2 74 74 74 5476 0,916 27,08 3,15 D2 70 74 72 5180 0,866 22,58 2,85 E2 72 73 74 5256 0,891 24,76 2,96 F2 73 74 75 5402 0,924 19,36 2,25 G2 73 73 74 5329 0,911 18,21 2,15 H2 73 71 72 5183 0,903 18,79 2,28 I2 75 76 73 5700 0,936 27,90 3,25 L2 72 74 72 5328 0,891 25,49 3,13 M2 72 74 72 5328 0,9 28,05 3,45 N2 78 74 73 5772 0,95 15,94 1,78 O2 74 74 74 5476 0,934 24,52 2,85 P2 73 74 73 5402 0,96 18,27 2,18 Q2 72 74 72 5328 0,912 19,37 2,38 R2 73 73 73 5329 0,914 20,05 2,40 S2 74 73 74 5402 0,93 17,60 2,05 T2 73 73 73 5329 0,938 17,35 2,07 Tabella 8: Mix 976 R CK 28/35 Portland 42,5 - stagionatura in acqua 28gg + stagionatura in CO 2 al 40% a 20gg + compressione a b c F f c f c mm mm mm mm 2 Kg KN Mpa Mpa A3 72 74 74 5328 0,925 245,14 46,01 46,86 B3 76 74 75 5624 0,986 286,41 50,93 C3 74 76 73 5624 0,944 277,04 49,26 D3 72 73 73 5256 0,875 220,73 42,00 E3 72 76 75 5472 0,967 211,81 38,71 F3 73 73 72 5329 0,903 279,95 52,53 G3 72 74 75 5328 0,919 201,95 37,90 H3 76 72 73 5472 0,942 224,34 41,00 I3 79 73 72 5767 0,905 268,78 46,61 L3 76 74 71 5624 0,887 279,84 49,76 M3 75 73 72 5475 0,888 285,59 52,16 N3 73 72 70 5256 0,867 286,75 54,56 O3 73 73 73 5329 0,946 232,58 43,64 P3 73 73 74 5329 0,934 277,76 52,12 Q3 74 72 74 5328 0,950 239,96 45,04 R3 72 73 74 5256 0,906 248,41 47,26 S3 73 74 74 5402 0,948 267,75 49,56 T3 73 74 75 5402 0,969 239,71 44,37 Tabella 9: Mix 976 R CK 28/35 Portland 42,5 - stagionatura in acqua 28gg + stagionatura in CO 2 al 40% a 20gg + trazione indiretta Profondità Media a b c F f ct f ct penetrazione mm mm mm mm 2 Kg KN Mpa Mpa mm mm A6 73 74 73 5402 0,891 24,18 2,89 2,73 2,00 2,14 B6 74 72 74 5328 0,928 35,21 4,10 2,00 C6 73 75 74 5475 0,95 22,00 2,59 1,50 D6 73 73 71 5329 1,021 25,64 3,15 2,50 E6 74 76 77 5624 0,96 23,35 2,61 2,00 F6 75 74 76 5550 0,967 24,93 2,79 2,00 G6 73 72 72 5256 0,981 19,99 2,42 2,00 90
e e e e Te l ia e il i H6 73 68 74 4964 0,982 20,43 2,41 2,50 I6 73 72 74 5256 0,939 26,67 3,14 2,00 L6 74 77 75 5698 0,922 21,37 2,45 2,20 M6 74 73 73 5402 0,904 29,05 3,43 1,80 N6 74 76 74 5624 0,962 31,72 3,69 1,50 O6 73 74 74 5402 0,946 18,34 2,16 2,50 P6 73 73 73 5329 0,933 19,22 2,30 2,50 Q6 74 73 76 5402 0,932 17,71 2,03 2,50 R6 74 73 73 5402 0,972 17,50 2,06 2,50 S6 74 73 73 5402 0,909 22,97 2,71 2,00 T6 73 72 74 5256 0,89 18,5 2,18 2,50 fc [Mpa] 60 40 20 0 Figura 6 Istogramma delle resistenze per il mi 976 47,94 46,86 fc medio stagionatura amb fc medio stagionatura Co2 fct medio stagionatura amb 2,71 2,73 fct medio stagionatura CO2 Tabella : Mix 977 R CK 25/30 Pozzolanico 32,5 - stagionatura in acqua a 28gg + stagionatura in ambiente di lavoro a 20gg + compressione a b c F fc fc mm mm mm mm 2 Kg KN Mpa Mpa A1 75 73 74,5 5475 0,949 271,82 49,65 43,64 B1 74 73 73,5 5402 0,89 162,38 30,06 C1 75,5 75 73 5662 0,932 206,35 36,44 D1 74 74 73 5476 0,928 256,84 46,90 E1 74 72 75 5328 0,94 231,51 43,45 F1 73 73 74 5329 0,807 179,96 33,77 G1 73 73,5 73,5 5365 0,906 266,64 49,70 H1 75 74,5 74 5587 0,96 243,94 43,66 I1 73,5 73,5 74 5402 0,919 243,06 44,99 L1 72 75 73 5400 0,951 227,3 42,09 M1 73,5 73 72 5365 0,906 258,44 48,17 N1 75 74 72 5550 0,935 273,12 49,21 O1 74 75 72 5550 0,963 220,34 39,70 P1 74 75 73 5550 0,905 246,94 44,49 Q1 73 75 77 5475 0,945 247,66 45,23 R1 74 75 72 5550 0,912 244,16 43,99 S1 74 73 75 5402 0,943 248,18 45,94 T1 74 76 75 5624 0,95 270,42 48,08 Tabella : Mix 977 R CK 25/30 Pozzolanico 32,5 - stagionatura in acqua 28gg + stagionatura in ambiente di lavoro 20gg + trazione indiretta a b c F fct fct mm mm mm mm 2 Kg KN Mpa Mpa A2 72 72 75,5 5184 0,890 24,05 2,82 2,77 B2 74 74 73 5476 0,918 25,34 2,99 C2 74 74,5 74,5 5513 0,953 20,27 2,34 D2 71,5 74 73 5291 0,886 26,12 3,19 E2 74 73 73,5 5402 0,908 28,66 3,36 F2 72,5 72,5 74 5256 0,909 21,16 2,51 G2 74 73 73 5402 0,924 23,83 2,81 91
Renato Iovino, Emanuele La Mantia, Salvatore Simonetti H2 74 72,2 76 5342 0,913 24,69 2,80 I2 73,5 75 74 5512 0,911 26,20 3,07 L2 69 75 72,5 5175 0,839 20,71 2,64 M2 74,5 73,5 72 5475 0,945 21,68 2,57 N2 71 73,5 72 5218 0,884 26,93 3,36 O2 72 72 72 5184 0,857 18,65 2,29 P2 74 73 72 5402 0,920 19,25 2,30 Q2 74 73 76 5402 0,952 25,81 2,92 R2 74 73 73 5402 0,931 25,08 2,96 S2 71 73 73 5183 0,917 18,65 2,29 T2 73 76 76 5548 0,990 22,37 2,57 Tabella 12: Mix 977 R CK 25/30 Pozzolanico 32,5 - stagionatura in acqua 28gg + stagionatura in CO 2 al 40% 20gg + compressione a b c F fc fc mm mm mm mm 2 Kg KN Mpa Mpa A3 73 71 72 5183 0,873 220,39 42,52 42,89 B3 73 75 73 5475 0,915 226,76 41,42 C3 73 75 73 5475 0,906 209,01 38,18 D3 72 74 75 5328 0,930 236,71 44,43 E3 73 73 74 5239 0,906 230,44 43,24 F3 74 75 76 5550 0,999 231,11 41,64 G3 73 75 74 5475 0,981 166,63 30,43 H3 763 73 73 5329 0,881 225,97 42,4 I3 74 73 73 5402 0,948 279,99 51,83 L3 73 72 75 5256 0,927 246,04 46,81 M3 74 75 76 5550 0,947 232,65 41,92 N3 74 75 72 5550 0,938 251,51 45,32 O3 73 72 73 5256 0,888 226,76 43,14 P3 73 72 72 5256 0,908 243,00 46,23 Q3 73 73 72 5329 0,897 236,62 44,40 R3 74 74 75 5476 0,937 216,2 39,48 S3 75 73 74 5475 0,947 256,29 46,81 T3 72 71 73 5112 0,877 213,59 41,78 Tabella 13: Mix 977 R CK 25/30 Pozzolanico 32,5 - stagionatura in acqua a 28gg + stagionatura in CO 2 al 40% a 20gg + trazione indiretta Profondità Media a b c F fct fct penetr.ne mm mm mm mm 2 Kg KN Mpa Mpa mm mm A6 74 75 75 5550 0,97 28,72 3,30 2,91 2,0 2,03 B6 74 73 74 5402 0,947 28,89 3,36 1,5 C6 76 74 73 5624 0,968 34,71 3,98 1,5 D6 75 74 75 5550 0,958 25,36 2,87 2,0 E6 75 74 76 5550 0,985 27,13 3,03 2,0 F6 73 75 72 5475 0,899 27,71 3,36 2,0 G6 73,5 76 75 5586 0,971 25,66 2,96 2,5 H6 74 73 72 5402 0,924 31,18 3,73 1,5 I6 72,5 73 72 5292 0,926 28,38 3,46 1,5 L6 74 76 72 5624 0,931 32,45 3,88 1,5 M6 78 73 74 5624 0,95 29,28 3,23 2,0 N6 75 75 74 5625 0,952 30,98 3,56 1,5 O6 74 72 72 5328 0,886 17,04 2,04 2,5 P6 74 74 73 5476 0,916 16,98 2,00 2,5 Q6 74 72 74 5328 0,953 16,66 1,94 2,5 R6 73 75 73 5475 0,951 16,33 1,95 2,5 S6 74 72 75 5328 0,93 16,55 1,90 2,5 T6 73 73 72 5329 0,902 15,04 1,82 2,5 92
e e2 1 e e Te l ia e il i [Mpa] 60 40 20 0 Figura 7 Istogramma delle resistenze per il mi 977 43,64 42,89 fc medio stagionatura amb fc medio stagionatura Co2 fct medio stagionatura amb 2,77 2,91 fct medio stagionatura CO2 Tabella 1 : Mix 97 R CK 28/35 Pozzolanico 32,5 - stagionatura in acqua a 28gg + stagionatura in ambiente di lavoro a 20gg + compressione a b c F fc fc mm mm mm mm 2 Kg KN Mpa Mpa A1 73 75 75 5475 0,939 273,91 50,03 45,80 B1 75 76 76 5700 0,911 231,30 40,58 C1 76 75 73 5700 0,909 238,79 41,89 D1 72 71 74 5112 0,866 189,74 37,12 E1 74 72 73 5328 0,905 233,72 43,87 F1 76 74 74 5624 0,906 266,36 47,36 G1 72 73 73 5256 0,886 252,5 48,04 H1 73 75 73 5475 0,902 181,29 33,11 I1 73 74 73 5402 0,916 246,83 45,69 L1 72 73 74 5256 0,906 242,81 46,20 M1 77 73 74 5621 0,911 256,46 45,63 N1 72 75 74 5400 0,894 191,74 35,51 O1 75 72 73 5400 0,941 239,77 44,40 P1 75 74 73 5550 0,905 301,47 54,32 Q1 73 74 75 5402 0,966 293,23 54,28 R1 74 75 73 5550 0,914 271,07 48,84 S1 73 74 74 5402 0,951 290,81 53,83 T1 74 75 74 5550 0,940 297,66 53,63 Tabella 1 : Mix 97 R CK 28/35 Pozzolanico 32,5 - stagionatura in acqua a 28gg + stagionatura in ambiente di lavoro a 20gg + trazione indiretta a b c F fct fct mm mm mm mm 2 Kg KN Mpa Mpa A2 75 74 74 5550 0,905 20,53 2,36 2,5 B2 73 73 75 5329 0,921 17,43 2,03 C2 74 75 74 5550 0,94 19,24 2,24 D2 76 74 74 5624 0,935 24,59 2,78 E2 74 72 77 5328 0,913 21,8 2,44 F2 73 74 75 5402 0,939 18,66 2,17 G2 73 73 74 5329 0,904 17,41 2,05 H2 73 74 73 5402 0,901 22,88 2,73 I2 73 73 75 5329 0,932 24,8 2,89 L2 72 75 74 5400 0,936 20,82 2,49 M2 72 75 75 5400 0,918 20,86 2,46 N2 73 74 72 5402 0,882 21,74 2,63 O2 74 73 74 5402 0,897 27,69 3,22 P2 74 75 74 5550 0,971 16,05 1,87 Q2 75 73 73 5475 0,953 20,47 2,38 R2 73 74 74 5402 0,958 21,85 2,58 S2 72 73 74 5256 0,924 24,72 2,96 T2 72 75 74 5400 0,955 22,73 2,72 93
Renato Iovino, Emanuele La Mantia, Salvatore Simonetti Tabella 16: Mix 978 R CK 28/35 Pozzolanico 32,5 - stagionatura in acqua a 28gg + stagionatura in CO 2 al 40% a 20gg + compressione a b c F fc fc mm mm mm mm 2 Kg KN Mpa Mpa A3 72 74 75 5328 0,935 218,46 41 42,03 B3 76 74 72 5624 0,922 208,15 37,01 C3 72 75 74 5400 0,891 231,94 42,95 D3 73 74 75 5402 0,931 210,91 39,04 E3 76 74 74 5624 0,934 235,47 41,87 F3 72 74 75 5328 0,929 216,5 40,63 G3 73 74 73 5402 0,904 185,01 34,25 H3 77 75 75 5775 0,926 193,25 33,46 I3 74 73 75 5402 0,923 198,89 36,82 L3 77 74 76 5698 0,927 253,63 44,51 M3 73 74 75 5402 0,918 220,62 40,84 N3 74 72 74 5328 0,894 250,89 47,09 O3 73 74 72 5402 0,903 215,1 39,82 P3 74 74 73 5476 0,921 235,28 42,97 Q3 73 75 73 5475 0,934 253,74 46,35 R3 73 72 74 5256 0,88 258,6 49,2 S3 73 73 72 5329 0,973 271,75 50,99 T3 74 74 73 5476 0,912 261,42 47,74 Tabella 17: Mix 978 RCK 35 Pozzolanico 32,5 - stagionatura in acqua a 28gg + stagionatura in CO 2 al 40% a 20gg + trazione indiretta Profondità Media a b c F fct fct penetr.ne mm mm mm mm 2 Kg KN Mpa Mpa mm mm A6 72 77 74 5544 0,894 25,23 3,02 2,77 2,50 3,53 B6 74 74 74 5476 0,904 25,84 3,01 3,00 C6 76 72 74 5472 0,891 18,08 2,05 4,00 D6 75 73 73 5475 0,886 29,33 3,41 3,00 E6 75 74 77 5550 0,922 19,5 2,15 4,50 F6 76 73 75 5548 0,906 28,33 3,17 2,00 G6 76 74 74 5624 0,894 25,51 2,89 3,00 H6 73 73 73 5329 0,892 25,45 3,04 3,50 I6 77 76 74 5852 0,976 18,55 2,07 4,50 L6 73 77 74 5621 0,921 25,19 2,97 3,50 M6 73 73 73 5329 0,926 18,4 2,2 5,00 N6 75 73 74 5475 0,885 22,43 2,57 4,00 O6 73 73 73 5329 0,928 20,17 2,41 4,00 P6 74 73 74 5402 0,935 17,45 2,03 5,00 Q6 72 73 76 5256 0,914 19,57 2,28 4,00 R6 73 74 75 5402 0,948 19,44 2,26 4,00 S6 73 74 74 5402 0,900 34,02 4,01 2,00 T6 74 73 72 5402 0,913 23,62 4,26 2,00 [Mpa] 60 40 20 0 Figura 8: Istogramma delle resistenze per il mix 978 45,8 42,03 fc medio stagionatura amb fc medio stagionatura in CO2 fct medio stagionatura amb 2,5 2,77 fct medio stagionaturain CO2 94
e e 1 e e Te l ia e il i 1 e e a i e i i a ei i l a i e i e ali Nella Tabella 18 sono riportati i valori delle medie delle resistenze a compressione dei mix oggetti di studio e la percentuale di variazione di f c per effetto del degrado accelerato. Nel calcolo delle medie sono stati scartati i valori max e min della serie. Nella Tabella 19, invece, sono riportati i corrispondenti valori per la resistenza a trazione f ct valutata con la prova brasiliana. MEDIA fc MEDIA fc MEDIA fc Cemento Portland 42,5 Rc 28/35 Cemento Pozzolanico 32,5 Rc 25/30 Cemento Pozzolanico 32,5 Rc 28/35 ix 976 MPa % ix 977 MPa % ix 978 MPa % amb. 48,03 amb. 44,11 amb. 46,06 CO2 46,94 8 CO2 42,62 7 CO2 41,82 9 Tabella 18: Resistenza a compressione f c MEDIA fct MEDIA fct MEDIA fct Cemento Portland 42,5 Rc 28/35 Cemento Pozzolanico 32,5 Rc 25/30 Cemento Pozzolanico 32,5 Rc 28/35 ix 976 MPa % ix 977 MPa % ix 978 MPa % amb. 2,69 amb. 2,76 amb. 2,49 CO2 2,69 6 CO2 2,49 9 79 CO2 2,72 9 Tabella 19: Resistenza a trazione f ct Per tutti i mix la carbonatazione accelerata a comportato una riduzione apprezzabile della resistenza a compressione. In particolare, emerso: A parità di resistenza caratteristica R c il mix 976, con cemento Portland, a subito un minore degrado rispetto al mix 978, con cemento Pozzolanico si passato, infatti, da una riduzione della resistenza del 2,28% ad una riduzione del 9,20%. A parità di cemento il mix 977, con resistenza caratteristica R c 25/30, a comportato un minore degrado rispetto al mix 978 con R c 28/35 si passato, infatti, da una riduzione della resistenza del 3,37% al 9,20%. Sembrerebbe, quindi, c e il degrado da carbonatazione aumenta all aumentare della resistenza. Purtuttavia occorre osservare c e il mix 977, sebbene progettato per una R c 25/30, a fornito valori sperimentali della resistenza per i provini non soggetti a carbonatazione accelerata dello stesso ordine di grandezza del mix 978. Si passato, infatti, da un valore della resistenza a compressione di 44,11 MPa del mix 977 al valore di 46,06 MPa del mix 978. Nel merito della resistenza a trazione f ct la sperimentazione a evidenziato: La resistenza a trazione diminuita passando dalla R c 28/35 alla R c 25/30 si passato, infatti, da una riduzione di resistenza di 0,26% ad una riduzione del 9,79%. Singolare appare, infine, l aumento di resistenza a trazione c e a interessato il mix 978. Confrontando il risultato del mix 977 con quello del mix 978, si osserva c e a parità di cemento impiegato Pozzolanico 32,5 all aumentare della R c, da 25/30 a 28/35, si passa da una riduzione di f ct del 9,79% ad un aumento di f ct del 9,02%. Questo risultato appare anomalo per cui si ritiene auspicabile una ulteriore sperimentazione. 95