La propagazione della corrosione nelle strutture in calcestruzzo armato carbonatate

Italian Concrete Days.jpgAbstract: Nelle strutture in calcestruzzo armato carbonatate, la fessurazione e il distacco del copriferro causati dalla corrosione delle armature sono generalmente considerati come stati limite per il termine della vita di servizio. La propagazione della corrosione nelle armature in calcestruzzo carbonatato in campo è difficile da misurare. Inoltre, le strutture esistenti spesso presentano differenti spessori di copriferro, quindi la corrosione delle armature deve essere valutata a diverse profondità. In questa nota sono riportati i risultati di uno studio in cui si è valutata la possibilità di stimare la velocità di corrosione delle armature attraverso il monitoraggio della resistività elettrica del calcestruzzo. Sono state effettuate prove di laboratorio e in campo e sono state impiegate nuove sonde per la misura della resistività a diverse profondità nel copriferro. I risultati hanno mostrato che la vita residua di strutture in calcestruzzo armato carbonatate può essere stimata attraverso il monito-raggio della resistività elettrica del calcestruzzo.

Articolo presentato in occasione degli Italian Concrete Days 2018 di aicap e CTE


Propagazione della corrosione in strutture in c.a. carbonatate

INTRODUZIONE: i meccanismi di carbonatazione e corrosione

Nelle strutture in calcestruzzo armato esposte in ambienti privi di cloruri, la corrosione delle armature indotta dalla carbonatazione del calcestruzzo è la principale causa di degrado.

Questa provoca la fessurazione e il distacco del copriferro (prodotti dall’espansione provocata dalla ruggine) e, a causa di questo, spesso la necessità di effettuare interventi di manutenzione straordinaria.

La corrosione da carbonatazione è caratterizzata da un periodo d’innesco (ti) e da un periodo di propagazione della corrosione (tp). Il periodo d’innesco è il tempo necessario perché la carbonatazione (che provoca la neutralizzazione dell’alcalinità che protegge le armature dalla corrosione) penetri nel calcestruzzo fino a raggiun-gere la profondità a cui si trovano le armature. Il periodo di propagazione della corrosione è il tempo necessario perché si produca una condizione di de-grado tale da raggiungere una condizione limite (stato limite) per cui la struttura non soddisfa più le esigenze per cui è stata progettata e realizzata e quindi è necessario intervenire.

Quando si raggiunge la condizione limite, si ha il termine della vita di servizio (o vita nominale) della struttura. Il tempo d’innesco può essere stimato misurando la profondità di carbonatazione, mediante la prova alla fenolfta-leina, e confrontandola con lo spessore del coprifer-ro. Per quanto riguarda il tempo di propagazione, una sua stima può essere effettuata solo se si conosce la velocità con cui si corrodono le armature (Bertoli-ni et al. 2013). Questo parametro non è facile da determinare sulle strutture (Nygaard et al. 2009), a me-no che non si siano già inserite apposite sonde in fase di costruzione, e ad oggi non è disponibile una metodologia per stimare la propagazione della corro-sione in strutture esistenti. 

La velocità di corrosione può variare molto, in particolare al variare dell’umidità del calcestruzzo (Fig. 1); più un calcestruzzo è umido, più elevata sarà la velocità di corrosione e quindi minore sarà il tempo di propagazione, viceversa, se il calcestruzzo è asciutto, la velocità di corrosione diventa trascurabile e la vita della struttura aumenta notevolmente. 

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Nel caso di strutture esistenti in cui la carbonatazione ha già interessato il copriferro, la conoscenza del periodo di propagazione può quindi essere cruciale per decidere la strategia d’intervento; nelle zone in cui la velocità si mantiene trascurabile può non essere necessario intervenire anche se la carbonatazione ha già raggiunto le armature, mentre nelle zone in cui il processo avanza velocemente si potrà programmare l’intervento, e scegliere quello più idoneo, prima della fessurazione del copriferro. 

Questo tipo approccio, denominato proattivo, consente di ridurre gli ingenti costi (non solo diretti, ma anche indiretti) legati agli interventi di manutenzione (Polder et al. 2013). Ad esempio si può decidere d’intervenire applicando un rivestimento (una pittura) che tende a mantenere asciutto il calcestruzzo, in modo da rallentare la corrosione delle armature, evitando così di rimuovere il calcestruzzo carbonatato. 

Le condizioni di corrosione delle armature in calcestruzzo carbonatato, in genere, sono valutate utilizzando misure elettrochimiche, come la mappatura del potenziale di corrosione delle armature, la resistività elettrica del calcestruzzo e la velocità di corrosione (Bertolini et al. 2013).

Spesso sono realizzate utilizzando elettrodi posti sulla superficie del calcestruzzo. Questo rende impossibile il loro impiego nel caso in cui sul calcestruzzo sia stato utilizzato un rivestimento isolante e, oltre a questo, le misure sono influenzate dalle condizioni di umidità della superficie del calcestruzzo, per cui spesso non si ottengono indicazioni rappresentative delle effettive condizioni delle armature (Gastaldi et al. 2015).

Una corretta stima della velocità di corrosione delle armature può essere ottenuta solo mediante sonde in grado di misurare i parametri legati alla corrosione e poste nel calcestruzzo a livello delle armature. Di frequente le strutture esistenti presentano una considerevole variabilità del copriferro; pertanto sarà necessario utilizzare sonde in grado di misurare questi parametri a diverse profondità nel calcestruzzo (Messina et al. 2017). 

Inoltre, una stima affidabile della velocità di corrosione può essere ottenuta solo mediante un monitoraggio; infatti misure occasionali possono fornire indicazioni fuorvianti (ad es. se la misura è svolta in un periodo secco, si otterranno risultati che evidenziano che le armature non si stanno corrodendo; viceversa, in un periodo molto piovoso, si possono ottenere indicazioni di una rapida propagazione della corrosione). 

Questa nota riporta i risultati di prove sperimentali svolte in laboratorio e in campo per valutare l’efficacia dell’impiego della misura della resistività elettrica del calcestruzzo nel copriferro per la stima della propagazione della corrosione delle armature in calcestruzzo carbonatato.

Sono stati realizzati appositi provini in calcestruzzo armato, con armature con diversi copriferri, in cui sono stati inseriti differenti tipi di sonde, pri-ma del getto e nel calcestruzzo indurito, per la misu-ra a livello delle armature della resistività elettrica del calcestruzzo, del potenziale e della velocità di corrosione delle armature. I provini sono stati carbo-natati e, successivamente, esposti all’atmosfera di Milano, in posizione non riparata dalla pioggia. Si è analizzata la correlazione tra velocità di corrosione e resistività del calcestruzzo e la sua validità al variare del copriferro e delle condizioni atmosferiche. Le sonde per il monitoraggio della resistività del calcestruzzo e del potenziale di corrosione delle armature sono quindi state installate in alcuni elementi strutturali in calcestruzzo armato dello stadio “G. Meazza” di Milano.

I dati acquisiti sono stati utilizzati per ottenere una stima della propagazione della corrosione delle armature che sono in calcestruzzo carbonatato e fornire indicazioni utili per la pianificazione degli interventi di manutenzione.

L'ARTICOLO COMPLETO E' DISPONIBILE IN ALLEGATO


KEYWORDS: reinforced concrete; carbonation-induced corrosion; propagation period; concrete resistivity; monitoring; durability / calcestruzzo armato; corrosione da carbonatazione; periodo di propagazione; resistività del calcestruzzo; monitoraggio; durabilità


Nel 2020 si terrà a Napoli la terza edizione degli Italian Concrete Days organizzati da aicap e CTE. Per saperne di più collegarsi a questo LINK