Resistività e durabilità del calcestruzzo di prestazione equivalente: ritorno al futuro

Durabilità del calcestruzzo: essa aumenta al diminuire del grado di permeabilità

Ogni volta che si analizza la prestazione di un composito legato a cemento si parla di resistenza meccanica a compressione. Per fortuna quella dipende ancora (per qualche tempo…) dal rapporto a/c.

Posta l’apparente invariabilità della prestazione di ciò che sta al numeratore oggi, con l’avvento dei Cementi Tipo VI, sono disponibili oltre 200 tipi di cemento in commercio.

Quindi, il rapporto a/c è ancora, oggi, un parametro prioritario?
E la durabilità? È ancora così importante il contenuto minimo di cemento?
Se sì, di quale cemento?

E come si può fare per conoscere meglio le prestazioni in termini di durabilità dei nuovi compositi cementizi realizzati con componenti di nuova generazione?

Semplice: utilizzando vecchi parametri prestazionali come la resistenza alla penetrazione dell’acqua sotto pressione e la resistività incrociati con la resistenza meccanica a compressione.

La resistività del calcestruzzo è una misura che indica quanto facilmente il calcestruzzo può condurre l'elettricità. Questa proprietà è importante perché riflette la capacità del calcestruzzo di resistere al passaggio di correnti elettriche, il che può avere implicazioni significative per la durabilità e la vita utile delle strutture in calcestruzzo. La resistività è generalmente espressa in ohm-metro (Ω·m) e dipende da vari fattori, tra cui il contenuto di umidità, la temperatura, la porosità del calcestruzzo, e la composizione del materiale, inclusi i tipi di aggregati e il rapporto acqua/cemento.
Una resistività elevata indica che il calcestruzzo è meno permeabile agli ioni cloruro e ad altri agenti che possono causare la corrosione delle armature in acciaio all'interno delle strutture in calcestruzzo. Questo è particolarmente importante per le strutture esposte ad ambienti aggressivi, come quelle vicine al mare o in aree che utilizzano sali disgelanti in inverno. Un calcestruzzo con alta resistività è quindi spesso associato a una maggiore durabilità e a una ridotta velocità di corrosione delle armature, contribuendo così a prolungare la vita utile della struttura.

Le forme aggressive interessano la durabilità degli elementi in relazione alla loro capacità di penetrazione nella matrice cementizia indurita, alla loro interazione chimica con gli aggregati, alla loro interazione elettrochimica con i ferri d’armatura ed alla loro capacità di ridurre la massa del composito.
Di conseguenza al diminuire del grado di permeabilità aumenta la durabilità.

La misura della penetrazione dell’acqua sotto pressione è, quindi, fortemente indicativa della prestazione di durabilità in quanto fornisce una precisa informazione sulla predisposizione del composito alla saturazione capillare.

Una buona resistenza meccanica a compressione ed una ridotta permeabilità all’acqua sotto pressione assicurano una elevatissima durabilità.

L’acqua rappresenta, sostanzialmente, l’agente aggressivo più importante per il calcestruzzo . Infatti, in assenza di acqua, le sostanze in essa disciolte in forma ionica non potrebbero penetrare all’interno della matrice cementizia, ma anche i processi elettrochimici di degrado dell’armatura conseguenti alla penetrazione di anidride carbonica gassosa risulterebbero di fatto impediti per via dell’elevata resistività elettrica del conglomerato asciutto.
Ecco perché maggiore è la resistività elettrica e maggiore è la durabilità.

L’azione della CO₂

La penetrazione dell'anidride carbonica avviene secondo un fronte di avanzamento abbastanza distinto e nella reazione sono coinvolte tutte le fasi idrate della pasta di cemento. L'anidride carbonica reagisce come acido carbonico e perciò la reazione avviene se nei pori del calcestruzzo è presente un minimo di acqua.

Considerando che in pratica, per raggiungere il fronte di carbonatazione, l'anidride carbonica deve diffondersi attraverso lo spessore di impasto già carbonatato, qualora i pori siano pieni di acqua, la velocità di carbonatazione decade per la lentezza con la quale la anidride carbonica si diffonde attraverso il liquido che si oppone al suo passaggio.

L’azione dei cloruri

Gli ioni cloruro penetrano nella matrice cementizia dell'impasto per diffusione ed avanzano più rapidamente del fronte di carbonatazione. Questa penetrazione avviene sia nel calcestruzzo saturo di acqua che in quello parzialmente essiccato. I cloruri reagiscono soltanto con l'alluminato di calcio per formare cloroalluminato di calcio idrato.
In conclusione, i fattori ambientali che promuovono il processo di corrosione sono la anidride carbonica e/o i cloruri; una volta che il metallo è stato depassivato, l'umidità relativa dell'aria e il continuo apporto di ossigeno sono essenziali per sostenere la reazione catodica e mantenere in atto il processo di corrosione.

In condizioni di clima secco, quando la resistività del calcestruzzo può superare 100.000 Ωcm, il processo di corrosione è inibito anche in presenza di una alta concentrazione di cloruro nonostante la porosità capillare asciutta favorisca anche l'ingresso dell'ossigeno.

La velocità di corrosione aumenta con l'umidità relativa interna del calcestruzzo, diventa significativa quando questa supera il 75%, raggiunge un massimo intorno al 95%, quindi decade rapidamente e diventa trascurabile a saturazione per la bassa velocità con la quale l'ossigeno si diffonde nei pori pieni di acqua o quasi.

Il comportamento descritto suggerisce che il fattore controllante della velocità di corrosione è, soprattutto, la resistività del calcestruzzo: sono considerati critici i valori di resistività minori di 5000-10000 Ωcm. La velocità di corrosione aumenta con la temperatura.

In una nota a margine dei metodi relativi al calcestruzzo di prestazione equivalente, la norma UNI EN 206: 2021 dice che sono in corso di sviluppo un insieme di metodi di prova europei legati alla prestazione ed è stata pubblicata la struttura per il procedimento di durabilità equivalente come CEN/TR 16563:2013 “Principles of the equivalent durability procedure”.

Cosa dice il documento tradotto in italiano:

“Per valutare la permeabilità del calcestruzzo agli agenti aggressivi si utilizzano due prove. Questi test riguardano la profondità di penetrazione dell'acqua sotto pressione secondo la norma EN 12390-8 e la resistività Per soddisfare i requisiti di durabilità si raccomanda che il calcestruzzo abbia un coefficiente di permeabilità K uguale o inferiore a 1⋅10^-11 m/s o resistenza alla penetrazione dell'acqua con un valore massimo non superiore a 50 mm e valore medio non superiore a 20 mm secondo EN12390-8. Per la resistività, il valore consigliato è ≥ 100.000 Ωcm ed è fortemente consigliato che non sia inferiore a 10.000 Ωcm".