Il degrado del calcestruzzo
o
tern e è o z truz s e c l a Il c ura d è h c ... fin
Modulo 1 di 3 Il Degrado del Calcestruzzo Modulo 2 di 3 La Carbonatazione Modulo 3 di 3 Misurare la ProfonditĂ di Carbonatazione
Modulo 1 di 3
IL DEGRADO DEL CALCESTRUZZO
La fama di eternità legata alla durabilità del
Altri fattori che influenzano il comportamento
calcestruzzo è stata seriamente intaccata
del calcestruzzo e modificano la durabilità delle
dalla modifica delle condizioni ambientali,
strutture in cemento armato sono:
il progressivo aumento dell’inquinamento
- la composizione dei materiali costituenti il
e
calcestruzzo (cemento, sabbia, inerti, ecc.);
dell’aggressività
atmosferica.
Vista
l’elevata incidenza di questo fenomeno, il
- le tecniche di posa in opera.
degrado del cemento armato costituisce un rilevante aspetto dell’ampio problema della
Il degrado del calcestruzzo è difficilmente
conservazione delle strutture.
attribuibile ad una sola causa poiché spesso più processi possono avvenire contemporaneamente,
Cause
interagendo tra loro. Essi portano ad una
Gli elementi corrosivi dell’atmosfera che possono
calcestruzzo dal punto di vista fisico (aumento
generare il decadimento delle proprietà tecnologiche
della
dei materiali sono:
distacchi di materiale) favorendo così la
- l’ossigeno, quale ossidante e sostenitore delle
penetrazione di sostanze aggressive nel materiale
reazioni chimiche;
e promuovendo la corrosione dell’eventuale
- il vapore d’acqua, che per condensazione sulle
ferro di armatura.
diminuzione
superfici risulta il solvente ideale; - gas, quali l’anidride carbonica o l’anidride solforosa.
1
del
permeabilità,
carattere
protettivo
formazione
di
del
fessure,
Modulo 1 di 3: Il Degrado del Calcestruzzo
Prevenzione La prevenzione del degrado parte innanzitutto dall’analisi dei fenomeni superficiali che alterano le caratteristiche originarie del calcestruzzo. Le patologie maggiormente diffuse riguardano strutture e manufatti realizzati con finitura a cemento armato a vista, che maggiormente sono esposte agli agenti atmosferici. La distinzione dei diversi fenomeni di degrado consente di valutarne l’origine e di stimarne l’evoluzione oltre che indirizzare eventuali metodi di risanamento e conservazione. Colatura / Efflorescenze Per gli elementi di facciata particolarmente esposti è possibile osservare fenomeni di colatura, con la presenza di aree di colore diversificato, con zone alternate di dimensione variabile, ad andamento prevalentemente verticale e parallelo di colore più scuro e più chiaro, e talvolta fenomeni di
deposito
superficiale
con
corrispondente
accumulo di materiali estranei di varia natura, di spessore variabile aventi scarsa aderenza al materiale sottostante. La contemporanea presenza di efflorescenze con formazioni superficiali di colore biancastro ed aspetto cristallino associata a macchie ed alterazioni cromatiche localizzate sulla superficie, indica la possibile presenza di un degrado piuttosto avanzato. L’alterazione costituisce
dello
la
strato
di
pre-condizione
finitura per
la
propagazione di fenomeni di degrado anche all’interno della struttura.
Corrosione Il degrado delle caratteristiche del calcestruzzo influenza la durabilità del manufatto e può condizionare la funzionalità
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della struttura
soprattutto quando determina l’innesco della
carbonica
corrosione nelle armature.
del cemento. L’anidride carbonica presente
In condizioni normali il calcestruzzo sano
nell’atmosfera quando viene a contatto con il
presenta valori di pH compresi tra 12,6 e 13,8
calcestruzzo neutralizza, a partire dagli strati
e in tale ambiente alcalino il ferro di armatura
più esterni, i suoi componenti alcalini.
può assumere condizioni di passività dovute
dell’atmosfera
attraverso
i
pori
Ca(OH)2 + CO2 > CaCO3 + H20
alla formazione di uno strato protettivo di
La verifica dell’evoluzione della propagazione
ossidi che riducono la velocità di corrosione.
della carbonatazione, diviene perciò determinante
Quando il pH del calcestruzzo si modifica
ed indispensabile per conoscere lo stato di
a causa delle reazioni chimiche dovute
conservazione del calcestruzzo e stimare il tempo
all’interazione con l’ambiente, nelle armature
di innesco della corrosione nella struttura.
si distrugge progressivamente il film protettivo
La profondità di carbonatazione si può
e in determinate situazioni avviene l’innesco
determinare mediante la prova alla fenolftaleina.
della corrosione. L’attivazione del ferro, nella
(Metodologia
maggior parte dei casi, è dovuta al processo di
definita
dalla
norma
UNI
9944:1992). Fino ad oggi la consuetudine
carbonatazione oppure alla penetrazione dei
dell’utilizzo
cloruri che, in genere, destabilizzano lo strato di
di
attrezzature
di
prelievo
ingombranti e costose unita alla necessità di
ossidi protettivi.
personale specializzato, ha reso l’esecuzione di queste prove limitata alle infrastrutture di
Carbonatazione
maggiore rilievo.
Il fenomeno della carbonatazione è legato in maniera evidente al trasporto dell’anidride
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Modulo 1 di 3: Il Degrado del Calcestruzzo
CARBONTEST®
metodo tradizionale
Per ovviare a questi limiti logistici ed economici è stato sviluppato il metodo d’indagine innovativo CARBONTEST®, in grado di effettuare l’analisi della profondità di carbonatazione con la stessa precisione ed accuratezza con tempi nettamente inferiori. Il metodo di campionatura, basato sul prelievo della polvere di calcestruzzo durante una perforazione eseguita con un comune trapano a percussione, consente di raccogliere la polvere in un apposito dispositivo predisposto per la successiva analisi di carbonatazione. L’analisi del campione raccolto attraverso l’uso della
CARBONTEST®
fenolftaleina permette l’immediata misurazione della profondità di carbonatazione. La possibilità di eseguire molteplici prelievi in un periodo di tempo piuttosto basso rende questo nuovo strumento appetibile e consigliato per qualsiasi utilizzo e tipologia strutturale. La possibilità di misurare la profondità di carbonatazione in diversi punti all’interno della stessa struttura, inoltre, permette di rielaborare i dati avendo maggiori informazioni per programmare il tipo di intervento da eseguire.
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Modulo 2 di 3
LA CARBONATAZIONE La carbonatazione del calcestruzzo costituisce
L’alcalinità
la principale causa dell’innesco della corrosione
progressivamente al contatto con l’anidride
nelle armature. Questo fenomeno non è dannoso
carbonica
per il calcestruzzo non armato tanto più che la
(Carbonatazione) per cui il pH si riduce a valori
resistenza del conglomerato presenta perfino un
inferiori a 9. In queste nuove condizioni il film di
leggero incremento. La carbonatazione toglie al
ossido viene distrutto e si annullano le condizioni
calcestruzzo la capacità di mantenere condizioni
di passività delle armature.
di passività alla superficie delle armature.
La distruzione del film è la precondizione
del
calcestruzzo presente
si
riduce
nell’atmosfera
per il prodursi della corrosione che avverrà in L’evoluzione del degrado nella vita utile di una
condizioni adeguate ed in presenza combinata di
struttura in calcestruzzo armato può essere
acqua ed ossigeno. La corrosione delle armature
distinta in due diversi periodi che a seconda delle
porta ad una progressiva riduzione dei margini
condizioni ambientali possono essere più o meno
di sicurezza previsti nella progettazione
lunghi.
strutturale.
Nel periodo di Innesco si producono i fenomeni che portano alla perdita delle condizioni di passività. Nel periodo di Propagazione la diffusione della corrosione, a partire dalla distruzione del film protettivo, determina la corrosione delle armature. La reazione di carbonatazione interessa l’idrossido di calcio presente nel conglomerato cementizio che
interagendo
con
l’anidride
carbonica
dell’ambiente genera il carbonato di calcio, e tale reazione può essere descritta globalmente come: Ca(OH)2 + CO2 > CaCO3 + H20 Il calcestruzzo è solitamente caratterizzato da un pH compreso tra 12,6÷13,8, e conferisce caratteristiche protettive nei confronti del ferro che si ricopre di un film di ossido di pochi nanometri di spessore.
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Modulo 2 di 3: La Carbonatazione
La corrosione da carbonatazione interessa
fenolftaleina.
(Metodologia
definita
dalla
praticamente tutte le costruzioni in calcestruzzo
norma UNI 9944:1992). Il procedimento sfrutta
armato dopo alcune decine d’anni di servizio.
le proprietà del reagente che cambia colore,
Costituisce quindi un grave problema non
virando al rosso al contatto con il calcestruzzo
solo per l’edilizia abitativa ma anche per
avente pH>9,2 e rimanendo incolore per valori
infrastrutture ed edifici pubblici soprattutto nei
di pH inferiori.
casi di calcestruzzo faccia a vista.
CARBONTEST®
Manutenzione
Per ovviare alle note problematiche presenti nel
Per una corretta gestione della manutenzione
metodo tradizionale; soprattutto legate al prelievo
delle opere in calcestruzzo armato è necessario
del provino mediante carotatrice, l’innovativo
effettuare
di
metodo CARBONTEST® consente di prelevare
diagnosticare le eventuali forme di degrado in
la polvere di calcestruzzo utilizzando un
atto, l’estensione e la sua evoluzione futura.
trapano a percussione tradizionale.
Questi controlli sono indispensabili per progettare
La polvere raccolta e convogliata nell’apposita
qualsiasi efficace intervento di risanamento.
provetta trasparente è analizzata immediatamente
Per valutare il degrado su una struttura
dopo il prelievo.
è possibile effettuare analisi in loco che
La misurazione della profondità di carbonatazione
consentono di misurare la profondità del fronte
avviene
di carbonatazione, determinare l’evoluzione
semplicità dei prelievi e la velocità dell’analisi
futura della penetrazione e prevedere l’innesco
permettono di eseguire molti prelievi in poco
dei fenomeni corrosivi alle armature.
tempo migliorando il campione di provini a
La profondità di carbonatazione si può
disposizione e raffinando la precisione della
determinare
diagnosi del degrado.
controlli
che
mediante
consentano
la
prova
alla
con
precisione
millimetrica.
La
Modulo 3 di 3
MISURARE LA PROFONDITÀ DI CARBONATAZIONE
La scuola Media “Pier Lombardo” di Novara,
degrado generalizzato in cui si presentano le
edificata nella seconda metà del secolo scorso,
facciate dell’edificio ha deciso di effettuare delle
presenta una struttura portante a telaio costituita
verifiche approfondite sull’evoluzione dello
da travi e pilastri che per motivi architettonici
stato conservativo delle strutture per pianificare
sono con finitura in cemento armato faccia a
in modo opportuno gli interventi di ripristino
vista.
ed intervenire in modo differente a seconda del
La
posizione
dei
tamponamenti
esterni,
tipo di evoluzione del degrado.
leggermente rientrata rispetto al filo della facciata, determina la formazione di zone in
Considerando che la principale causa dell’innesco
cui si creano depositi di materiale organico ed
della corrosione delle armature è causata dalla
impurità derivanti dal dilavamento della facciata.
carbonatazione del calcestruzzo, che determina
Mentre le travi ed i pilastri della struttura sono
la riduzione della passivazione delle armature,
realizzati con cemento armato gettato in opera, i
è apparsa subito chiara la necessità di procedere
voltini superiori delle finestre ed i davanzali sono
all’esecuzione, su vasta scala, di prelievi per
realizzati con elementi prefabbricati in cemento
l’individuazione del fronte di carbonatazione
armato.
nei vari punti dell’edificio.
Il Comune di Novara, vista la situazione di
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del viraggio al rosso magenta del calcestruzzo non carbonatato ha determinato in tutti i casi con precisione millimetrica la carbonatazione in atto. Il sondaggio ha compreso la chiusura del foro di perforazione con stucco per cemento. Complessivamente sono stati eseguiti n°80 prelievi e la possibilità di effettuare il singolo prelievo con la successiva analisi in un tempo di circa 5 minuti ha permesso di effettuare le prove su tutti i prospetti e in tutte quattro le tipologie Le complicazioni legate alle modalità di prelievo
di componenti presenti nelle facciate (travi,
mediante
pilastri, gronde e voltini).
carotaggio
avevano
scoraggiato
l’amministrazione comunale ad avviare una simile indagine che poteva risultare troppo
Al termine dei prelievi e delle misurazioni,
invasiva e costosa. La scoperta dell’innovativo
per effettuare in modo rapido e preciso la
metodo CARBONTEST® ha eliminato i limiti
rielaborazione dei dati, e per la successiva
presenti nel metodo tradizionale ed ha consentito
stesura della relazione tecnica con l’indicazione
la realizzazione della campagna d’indagine.
dei punti di prova è stato utilizzato il software CARBONTEST
Indagine mediante CARBONTEST® metodo CARBONTEST® per la valutazione profondità
di
carbonatazione
che
è
stato
appositamente creato per riorganizzare i prelievi
L’esecuzione dei sondaggi diagnostici con il della
Report®
sulle
strutture in cemento armato è stata effettuata raccogliendo con continuità le polveri prodotte durante la perforazione di parti del manufatto mediante l’impiego di un trapano a percussione con punte per muratura del diametro di 10 mm. L’attrezzatura utilizzata per la raccolta e l’analisi del campione è conforme con quanto previsto dalla norma UNI 9944:1992 di riferimento. L’analisi della profondità di carbonatazione è stata eseguita disponendo la soluzione alcolica di fenolftaleina lungo la fessura presente sulla provetta di raccolta e la misurazione contestuale
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Modulo 3 di 3: Misurare la Profondità di Carbonatazione
e per raggrupparli per tipologie omogenee di esposizione, tipologia o finitura. La possibilità di rielaborare le misurazioni compiute durante i prelievi ha consentito di ricostruire, caso per caso, il grafico di propagazione della carbonatazione e di stimare l’evoluzione futura del degrado nei vari elementi analizzati.
VALUTAZIONE DELLA PROFONDITA' DI CARBONATAZIONE Edificio di 30 anni - Coefficiente velocità di propagazione K = 12,68 Med=22,30 mm
Max =28,0 mm
S.Q.M.=3,73
mm
mm
50
50
40
40
30
30
2031
Copriferro = 28 mm
25
25
2011
20
20
15
15
10
10
5
Copriferro (c)
Carbonatazione (s)
Min =15,0 mm
5 1980
1990
2000
2010
2020
2030
2040
2050
anni
Tempo (t)
Risultati Dalle analisi eseguite è emerso che la profondità
ha pertanto consentito di avere un quadro
del fronte di carbonatazione nelle travi e nei
preciso dello stato di conservazione delle
pilastri gettati in opera, a parità di esposizione
strutture e ha permesso all’amministrazione di
e di condizioni ambientali, è maggiormente
valutare l’utilizzo di tale tecnica anche per altri
avanzata rispetto a quella dei voltini prefabbricati,
edifici analoghi, al fine di valutare il degrado
che presentando un getto più compatto e
del calcestruzzo nella fase di innesto della
meno poroso hanno resistito meglio agli agenti
corrosione senza attendere la formazione di
aggressivi atmosferici.
fessurazioni, distacchi e danni superficiali
L’esecuzione delle prove di carbonatazione
provocati dalla propagazione della stessa.
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Approfondimento Tecnico Degrado del calcestruzzo - Gennaio 2016
DIAGNOSTICA PER L’EDILIZIA
TECNOINDAGINI Srl Via Monte Sabotino, 14 20095 Cusano Milanino (MI) Tel. 02 36527601 - Fax 02 66304937