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CARBONATAZIONE DEL CALCESTRUZZO: PERCHE’ E’ DANNOSA?

22/04/2008

Quando si parla di inquinamento ambientale il primo pensiero va alla crescente produzione di rifiuti, all’immissione di gas serra in atmosfera, alle piogge acide e così via. Alzino la mano, però, quanti parlando di inquinamento hanno mai pensato all’effetto distruttivo che questo fenomeno del nostro secolo ha sulle strutture in cemento armato e quindi sul costo indiretto che pone su ogni cittadino attuale e futuro.

L’ambiente chimicamente aggressivo a cui sono esposti i manufatti in cemento armato ha una notevole influenza sulla durata nel tempo di tali strutture. Forse potrà sembrare strano ma l’agente aggressivo più comune e fra i più deleteri è l’anidride carbonica.
Questo gas presente nella nostra atmosfera in concentrazioni sempre più crescenti specialmente nei centri urbani è il responsabile del fenomeno noto col nome di Carbonatazione.
E’ evidente che si tratta di un fenomeno imprescindibile in quanto l’anidride carbonica è parte integrante dell’atmosfera che ci circonda, il problema piuttosto consiste nell’incremento della sua presenza motivato dal crescente inquinamento atmosferico prodotto da scarichi gassosi industriali, da riscaldamento autonomo e da autotrazione.
Ma come funziona la carbonatazione? Anzitutto va specificato che questo è un fenomeno chimico che interessa il calcestruzzo ma che influisce negativamente sui ferri di armatura consentendo la loro ossidazione.

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A sinistra il pilastro fortemente carbonato, è ben visibile il fenomeno di disgregazione del compriferro mentre a destra copriferro irrisorio, carbonizzazione veloce.

Come noto l’ossidazione del ferro, ossia la ruggine, si sviluppa in presenza di ossigeno e acqua, quindi viene spontaneo chiedersi come influisce l’anidride carbonica in tutto questo.
Il motivo è semplice: il calcestruzzo costituisce un elemento protettivo per i ferri di armatura in quanto la calce in esso presente è fortemente alcalina; questo ambiente consente lo sviluppo di ossido ferrico stabile e impermeabile che difende le barre di armatura dall’attacco dell’ossigeno e dell’acqua che penetrano attraverso la porosità capillare del calcestruzzo; avviene il fenomeno noto come passivazione dei ferri.
L’anidride carbonica, però, si combina chimicamente con la calce presente nel calcestruzzo trasformandola in carbonato di calcio (calcare) e vapor acqueo. Il calcare ha valori propri di ph ben più bassi della calce (intorno a 9 contro 13-14 della calce).
Quando il ph scende sotto 11 l’ambiente diventa ostile per i ferri di armatura che si depassivano, cioè diventano vulnerabili all’attacco dell’ossigeno e dell’acqua e quindi si arrugginiscono.

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Nella foto i ferri sono completamente esposti all'attacco ambientale.

Paradossalmente il calcestruzzo carbonatato (ossia laddove la calce si è trasformata in calcare) presenta valori di resistenza alla compressione superiori, quindi, per assurdo, se  il calcestruzzo non fosse armato avremmo un miglioramento delle prestazioni. Il problema quindi si presenta solo di riflesso e in tempi successivi sul calcestruzzo, in quanto il primo ad essere danneggiato dalla carbonatazione è il ferro di armatura. Quest’ultimo arrugginendosi riduce la sua sezione originale e nel contempo aumenta di volume. Ovviamente l’aumento di volume trova un ostacolo nel calcestruzzo che lo circonda e si generano delle vere e proprie tensioni dirompenti che interessano tutto il copriferro.
E’ quindi l’aumento di volume indotto dalla ruggine che fa prima fessurare per poi rompere e distaccare il copriferro.

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A sinistra si può notare l'inizio dell'esplosione del copriferro mentre a destra copriferro "esploso", è ben visibile la ruggine intorno al ferro di armatura.


Il danno non è solo estetico ma anche e soprattutto strutturale in quanto le sezioni metalliche di progetto non sono più rispettate e il ferro non è più protetto da alcunché essendo così completamente esposto all’attacco, ancora più pericoloso, dei cloruri che corrodono rapidamente anche i ferri non esposti.

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A sinistra l'interferro e copriferro troppo esiguo, ferro attaccato anche dai cloruri mentre a destra copriferro minimo calcestruzzo precocemente carbonato.

Come si può contrastare il fenomeno della carbonatazione? Fondamentalmente in due modi: utilizzare calcestruzzi in classe di esposizione XC (1,2,3 o 4 a seconda dell’esposizione ai cicli di umidità e asciutto) di adeguata consistenza posti in opera correttamente e stagionati adeguatamente e progettando ed attuando opportuni spessori di copriferro (mai inferiori a 3 cm.) ed interferro.
Non possiamo sottrarre le strutture in cemento armato al fenomeno della carbonatazione tanto più oggi che il tenore di anidride carbonica è molto più elevato del passato. Però sottovalutare il problema è un comportamento a dir poco imprevidente e per nulla volto allo sviluppo sostenibile di cui tanto si parla. Pochi semplici accorgimenti come quelli elencati sopra possono prolungare la vita utile di ogni struttura di molti anni differendo gli interventi di manutenzione o di ripristino.
Ancora una volta la scelta di calcestruzzi aventi opportuni requisiti senza trascurarne posa in opera e maturazione, nonché una progettazione coscienziosa possono contribuire a migliorare la vita di tutti.

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