Durabilitatea betonului

Acest articol sau secțiune despre subiectul tehnologiei nu este încă formatat conform standardelor . Contribuiți la îmbunătățirea acestuia în conformitate cu convențiile Wikipedia . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Efectele deteriorării betonului armat.

Durabilitatea betonului (sau durabilitatea ) este influențată de numeroși factori, interni și externi, care sunt clasificați în mod obișnuit ca chimici, fizici și mecanici. Betonul poate fi deteriorat de incendiu, expansiune, apă de mare, coroziune fizică, din cauza daunelor fizice și chimice (datorită carbonatării , clorurilor, sulfaților și apei nedistilate). Acest proces afectează negativ betonul expus acestor stimuli.

Există cauze ale deteriorării structurii (erori de proiectare, instalare incorectă a betonului etc.) care nu pot fi atribuite lipsei de durabilitate a materialului.

În general, 42% din degradările detectate sunt atribuite unui beton ambalat inadecvat, 22% din cauza deficiențelor în implementarea materialului, 12% din cauza erorilor de proiectare, 8% din cauza supraîncărcărilor neadecvate pentru utilizare, 7% pentru fundații nepotrivite, 4% pentru incendii, iar restul de 5% din diverse motive. ^{[ fără sursă ]}

Avantajul economic al realizării unei lucrări cu un beton durabil este considerabil, de fapt utilizarea unui beton durabil crește costul materialului cu 10-20%, dar costul lucrării cu nu mai mult de 1%. Cu toate acestea, costurile de restaurare pentru o lucrare de beton nedurabil pot ajunge până la 125 de ori costul inițial atunci când degradarea este atât de avansată încât să o facă inutilă pentru funcțiile sale originale.

Principalele cauze ale deteriorării betonului

leziune clasică „Crucea Sfântului Andrei” cauzată de un cutremur

Chiar și un beton de calitate slabă nu se degradează dacă condițiile agresive ale mediului nu există și, pe de altă parte, un mediu agresiv nu provoacă degradarea unui beton suficient de durabil.

Durabilitatea este influențată de numeroși factori, interni și externi, care sunt clasificați în mod obișnuit ca chimici, fizici și mecanici.

Într-un proces de degradare, există cu greu un singur fenomen agresiv: adesea mai multe cauze contribuie la deteriorarea materialului, sporindu-se reciproc.

Cu toate acestea, există întotdeauna ceea ce poate fi numit cauza fundamentală.

Cele mai frecvente cauze ale degradării depind de porozitatea și permeabilitatea conglomeratului, deoarece permit agenților agresivi să pătrundă în interiorul conglomeratului.

Printre cele mai frecvente cauze ale deteriorării structurilor din beton se numără:

• chimic:
  • principalele substanțe chimice naturale:
    • Sulfati (SO ₄ ^2- ) si sulfuri (S ^2- ): sulfura poate fi prezenta in mod natural in soluri, ape subterane, mlaștini sau ape de canalizare. Aceasta poate să apară ca o sare ( de exemplu , sulfură de fier sau _FeS2 pirita ) sau ca un acid ( hidrogen sulfurat sau hidrogen sulfurat H ₂ S). Ionul sulfat, care apare în mod natural în soluri și ape, în special în cele marine, este cel mai important agent agresiv atât pentru frecvența cu care apare, cât și pentru consecințele extrem de negative ale atacului său (atacul sulfat);
  • Dioxid de carbon (CO ₂ )
    • Cloruri (Cl ^- )
    • Alcalii (Na ⁺ și K ⁺ )
    • Magneziu (Mg ⁺⁺ ) (agent de detartraj )
    • Amoniu (NH ₄ ⁺ ) (agent de detartrare )
    • ape cu duritate scăzută
  • substanțe chimice nenaturale:
    • acizi și baze organice și anorganice;
    • săruri și hidrocarburi prezente în medii industriale;
    • ape uzate naturale și industriale.
• Fizică:
  • Variații termice naturale (de exemplu, îngheț și dezgheț) și artificiale (de exemplu, incendii)
  • Contracție la uscare
  • Căldura de hidratare
  • săruri de degivrare
• Mecanică:
  • Impact, explozie, cavitație
  • Eroziune, abraziune
  • Cutremur
  • Vibrații
  • Așezări structurale
  • sarcini neprevăzute
  • sarcini ciclice (oboseală)

În cazul structurilor din beton armat scufundat în apă, factorii biologici se adaugă factorilor de degradare anteriori: acțiunea de murdărire .

După cum sa menționat deja, printre cauzele chimice putem distinge cele referitoare la agenții chimici naturali, cum ar fi, de exemplu, apa de mare și cauzele referitoare la agenții chimici artificiali, cum ar fi acizii anorganici, substanțele organice etc. provenind aproape întotdeauna din deversări industriale.

În general vorbind, este întotdeauna posibilă fabricarea unui beton durabil capabil să reziste acțiunii agresive a agenților definiți ca fiind naturali, mai dificil de garantat durabilitatea unui beton în contact cu agenți artificiali agresivi, cu excepția cazului în care se folosește o acoperire de protecție.

În ceea ce privește cauzele definite ca fizice, este posibil să se pregătească betoane de durată practic nelimitată în medii cu alternanțe termice în jur 0 ° C devine aproape imposibil să se elimine consecințele (contracția și / sau crăparea) care rezultă din evaporarea apei din beton în climatul uscat.

Utilizând, de exemplu, betoane speciale care conțin agenți expansivi, dezavantajul poate fi limitat.

De asemenea, din motive mecanice, nu este întotdeauna posibil să se pregătească un beton care, în sine, este capabil să reziste acțiunii degradante a impacturilor, abraziunilor, cavitației etc.

În aceste cazuri va fi necesar să îmbunătățim cât mai mult calitatea suprafeței betonului, recurgând și la acoperiri de protecție capabile să consolideze în continuare suprafața materialului.

Cauze chimice externe

Construcțiile din beton pot fi înconjurate de diferite medii:

• atmosfera
• apă
• sol

Toate aceste trei medii pot conține aceiași agenți agresivi, dar cu acțiune și eficacitate diferite.

Atmosfera

Aerul conține două elemente care pot ataca sau determina condițiile agresive ale betonului armat :

• oxigen
• dioxid de carbon .

La aceste două în medii poluate se adaugă și dioxid de sulf .

Pentru produsele de ciment care intră în contact cu canalizarea, cum ar fi conductele de canalizare din beton armat, se adaugă și acțiunea hidrogenului sulfurat , H ₂ S.

Desprinderea capacului de beton datorită coroziunii armăturii

Oxigen

Oxigenul este inofensiv față de beton, dar prin traversarea grosimii capacului de beton și intrarea în contact cu armătura , într-un mediu umed, participă la fenomene electrochimice care duc la coroziunea tijelor, cu formarea ruginii care este însoțită prin fenomene expansive nedorite care pot duce la desprinderea capacului de beton.

Dioxid de carbon

Acțiunea dioxidului de carbon asupra conglomeratului de ciment nu este foarte periculoasă, în timp ce este determinată împotriva coroziunii armăturilor metalice.

Fenomenul chimic care apare la suprafața betonului în contact cu aerul constă în combinația de hidroxid de calciu , provenit din pasta de ciment întărit, cu dioxid de carbon, formând carbonat de calciu ( decalcifiere ) conform reacției:

• Ca (OH) ₂ + CO ₂ → CaCO ₃ + H ₂ O.

Această reacție, care determină carbonatarea hidroxidului de calciu prezent în matricea de ciment, determină o scădere a pH - ului pastei de ciment care, pentru un beton complet carbonatat, scade de la 13 la aproximativ 8,5.

În aceste condiții fierul de armare nu mai este pasivat și în prezența umidității și a oxigenului se oxidează și se corodează .

Dioxid de sulf

Dioxidul de sulf, SO ₂ , este produs prin arderea hidrocarburilor și a cărbunelui și tinde să se transforme în anhidridă sulfurică , SO ₃ , conform următoarei reacții:

• 2SO ₂ + O ₂ → 2SO ₃

și în prezența umidității în acidul sulfuric H ₂ S0 ₄ conform următoarei reacții:

• SO ₃ + H ₂ O → H ₂ SO ₄ .

Aceste reacții sunt foarte lente, dar în realitate sunt accelerate de prezența unor poluanți prezenți în atmosferă (oxizi metalici, particule carbonice etc.) capabili să acționeze ca catalizatori, accelerând drastic reacția.

În prezența acestui agent agresiv, pH-ul apei de ploaie este de aproximativ 3,5 - 4 în primele minute de ploaie ( ploi acide ).

La aceste valori ale pH-ului, protecția betonului, chiar și cu impermeabilitate ridicată, este foarte limitată.

Coroziunea datorată acidului sulfuric transformă betonul într-o masă păstoasă formată în principal din sulfat de calciu , nisip și pietriș.

Pe lângă acțiunea corozivă evidentă a acidului sulfuric, în prezența acestui agent agresiv are loc și sulfarea carbonatului de calciu (care este generată ca urmare a carbonatării hidroxidului de calciu) și care duce la transformarea carbonatului de calciu în gips conform următoarei reacții:

• H ₂ SO ₄ + CaCO ₃ → CO ₂ + CaSO ₄ 2H ₂ O.

Gipsul, care reacționează cu aluminatul tricalcic, C ₃ A, prezent în matricea de ciment, dă naștere ettringitului , ale cărui puteri devastatoare sunt cunoscute.

Mai mult, acidul sulfuric neprelucrat atacă în mod direct atât hidroxidul de calciu care nu a fost încă supus carbonatării ( decalcifierii ) conform următoarei reacții:

• H ₂ SO ₄ + Ca (OH) ₂ → CaSO ₄ 2H ₂ O;

că armura metalică cu formare internă de sulfură de fier .

Sulfat de hidrogen

Sulfura de hidrogen sau sulfura de hidrogen, H ₂ S, este generată în canalizare ca urmare a proceselor metabolice ale bacteriilor anaerobe care reduc sulfatul ( sulfobacteriile reducătoare precum

Desulfovibrio vulgaris

Desulfovibrio , Desulfobacter și Desulforomonas) prezente în canalizare, timp în care reducerea sulfului la ionul sulfură are loc cu formarea hidrogenului sulfurat.

Sulfura de hidrogen nu are în sine o acțiune agresivă față de beton.

Cu toate acestea, în contact cu aerul, se transformă, prin procese oxidative, în acid sulfuric, care este capabil să atace grav conglomeratul.

Mecanismul conform căruia se produce hidrogen sulfurat și ulterior acid sulfuric este următorul:

coloniile bacteriene se așează pe suprafața conductelor de canalizare, formând voaluri mucilaginoase.

Vălurile menționate constau din două stratificări suprapuse: cel superior, în contact direct cu canalizarea, inclusiv coloniile aerobe, în timp ce cel inferior, înrădăcinat la suprafața țevii, este format din familii anaerobe.

Acestea din urmă reduc sulfații și substanțele organice care conțin sulf, în special albumina , conținută în apa de canalizare (folosind oxigenul prezent în compușii menționați anterior), transformându-i în hidrogen sulfurat.

O parte din aceasta, trecerea prin stratul superior al filmului biologic este oxidată la tiosulfati .

O parte trece ca atare în fluxul de lichid.

O fracțiune este oxidată acolo în timp ce porțiunea rămasă ajunge în zonele aerate superioare (mediul dintre suprafața neumezită a țevii între suprafața liberă a apei și capacul țevii).

Deoarece acesta este de obicei umed, un microorganism aerob, Thiobacillus Concretivorous (sau și Beggiatoa ), găsește condiții ideale pentru așezarea sa, care în procesele sale metabolice, oxidând sulfura în sulfat, favorizează reacția:

• H ₂ S + _{2 O 2} → H ₂ SO ₄

care este cauza degradării betonului conform mecanismelor descrise la punctul anterior.

Atacul are loc numai în partea superioară a canalizării, care nu este în contact cu canalizarea; în partea de sub nivelul apei atacul nu se manifestă. Vizual debutul atacului se manifestă prin prezența unei patine albicioase, datorită formării sulfatului de calciu. Ulterior se constată o slăbire a matricei de ciment cu detașarea ulterioară a acesteia și a agregatelor. Acțiunea agresivă începe din nou asupra noului beton astfel descoperit. Această reacție este cu atât mai activă cu cât este mai mare grosimea filmului pe fundul țevilor și cu atât este mai mică cantitatea de oxigen dizolvată în canalizare, deoarece vitalitatea stratului aerobic superior al filmului în sine și capacitatea oxidativă a bacteriile prezente depind de aceasta.în masa lichidă.

Producția de sulfură de hidrogen este, în mod evident, încă legată de conținutul de sulfați și materii organice care conțin sulf în apele uzate . In unele conducte de canalizare, cum ar fi cele din fontă cu grafit nodular , un aluminos ciment pe bază de mortar strat este folosit ca o căptușeală interioară, care are un randament mai bun decât alte tipuri de ciment. O modalitate de a contracara acest fenomen agresiv ar fi tratarea apei reziduale cu hipoclorit de sodiu sau gaz clor. Efectul său, mai degrabă decât distructiv al microorganismelor anaerobe, datorită formării hidrogenului sulfurat, se exprimă prin oxidarea sulfurilor în sulfate sub formă de săruri care rămân astfel în apă fără a fi eliberate ca hidrogen sulfurat gazos.

Cascadă

Acțiunea apei asupra betonului este în general indirectă, indiferent dacă acționează ca vehicul pentru alte substanțe agresive sau, prin menținerea conglomeratului de ciment saturat, favorizează efectele ciclurilor de îngheț și dezgheț.

Apele de spălare

Apele de scurgere sunt acele ape foarte pure, adică cu un conținut redus de soluție salină și acele ape care conțin dioxid de carbon agresiv .

Ape pure

Apele pure, care pot fi de origine naturală sau industrială, primele sunt tipice de exemplu pentru bazinele montane, care colectează apele ghețarilor și care pot intra în contact cu lucrări de barieră în beton armat.

Aceste ape solubilizează și îndepărtează (spală) hidroxidul de calciu, care este ușor solubil în apă, prezent în beton și care provine din hidratarea silicaților de calciu; hidroxidul de calciu se datorează în principal prezenței silicatului tricalcic din hidratarea căruia produce cea mai mare cantitate de var liber.

Efectul de spălare devine mai accentuat în cazul apei în mișcare, deoarece acțiunea de dizolvare este reînnoită continuu și, în teorie, este posibil să se dizolve tot varul prezent în beton.

Hidroxidul de calciu constituie 20-25% din greutatea pastei de ciment Portland și îndepărtarea acestuia lasă în urmă goluri care determină o creștere a permeabilității betonului, slăbind astfel structura și expunându-l la atacuri ulterioare ale agenților agresivi.

Mai mult, îndepărtarea varului duce, de asemenea, la o reducere a rezistenței mecanice la compresiune a betonului; această reducere este de ordinul a 1-2% pentru fiecare 1% de hidroxid de calciu spălat.

Ape care conțin dioxid de carbon

Fenomenul spălării betonului se amplifică dacă apa are dioxid de carbon agresiv .

Dioxidul de carbon este solubil în apă și, prin urmare, este inevitabil prezent în toate apele naturale.

CO ₂ în apele naturale este prezent ca:

• dioxid de carbon combinat: sub formă de săruri de carbonat și în special de bicarbonat de calciu ;
• dioxid de carbon liber : sub formă de acid carbonic care disociază în ioni H ⁺ și HCO ₃ ^- și CO ₃ ^2- conferă apei un pH mai mic de 7.

Acesta din urmă este singurul dăunător, deoarece transformă hidroxidul de calciu în bicarbonat de calciu, care este remarcabil de solubil, conform reacției în două etape:

• CO ₂ + Ca (OH) ₂ → CaCO ₃ + H ₂ O
• CO ₂ + CaCO ₃ → Ca (HCO ₃ ) ₂

Fenomenul spălării betonului apare mai rapid pe măsură ce crește temperatura mediului, viteza apei, porozitatea inițială a conglomeratului sau extinderea suprafeței de contact lichid-solid. În toate cazurile în care există pericolul spălării cu var, trebuie utilizate cimenturi speciale de performanță numite cimenturi rezistente la spălare .

Cimenturile furnalului, cimenturile pozzolanice și unele cimenturi ferice Portland (cu conținut redus de halită ) care produc o cantitate mai mică de hidrat de calciu solubilizabil și, prin urmare, sunt mai puțin atacate decât Portland obișnuit se numără printre cimenturile rezistente la levigare.

De asemenea, este important să se garanteze betonului o matrice compactă și, prin urmare, impermeabilă la agenții agresivi externi.

Hidroizolarea betonului se realizează printr-un studiu adecvat al designului amestecului, precum și prin măsuri de precauție adecvate în timpul așezării, compactării și întăririi pieselor turnate.

Apele sulfatate

Acestea sunt în principal ape naturale (ape de ploaie, subterane, ape de izvor etc.) care traversează soluri argiloase, cu posibili poluanți locali (soluri cretoase) care conțin ioni de sulfat SO ₄ ^- .

Sulfatii se pot gasi si in apele industriale sau reziduale.

Cele mai frecvente sunt sulfații de sodiu, potasiu, calciu, magneziu și amoniu; cele mai periculoase, totuși, pentru durabilitatea betonului sunt ultimele două datorită acțiunii agresive concomitente a cationilor săi.

Ionul sulfat, dacă provine din alți sulfați decât calciul, reacționează cu hidroxidul de calciu prezent în beton după hidratarea cimentului.

• Ca (OH) ₂ + SO ₄ ^2- + 2H ₂ O → CaSO ₄ 2H ₂ O + 2OH ^- .

Gipsul reacționează ulterior cu aluminatul tricalcic cu formarea de ettringită care deteriorează grav betonul (atacul sulfatului).

În special condițiile de mediu, cum ar fi frigul (0- 10 ° C ), umed (RH> 95%) sau bogat în dioxid de carbon, gips, format prin reacția dintre ionul sulfat și hidroxidul de calciu, reacționează cu silicați de calciu hidrați, cu var în sine și cu dioxid de carbon cu formare taumazită .

Efectul taumazitului este foarte devastator și, în orice caz, mult mai dăunător decât cel cauzat de electrititit, deoarece afectează silicații de calciu hidratați de care depinde în principal puterea de legare a cimentului. De fapt, formarea taumazitului care determină reducerea (până la dispariția) silicaților de calciu hidrați determină o reducere (anulare) a puterii de legare a cimentului și, în consecință, a caracteristicilor mecanice ale betonului. Formarea taumazitei este semnalată vizual printr-un fel de pulpare a betonului, care devine un material incoerent, iar această degradare este cu atât mai marcată cu cât este mai mare reducerea silicaților de calciu hidrați. În caz de atac cu sulfat, este preferabil să se utilizezecimenturi rezistente la sulfat , care au un conținut scăzut de aluminat tricalcic.

Dacă există pericolul formării taumazitei, aceste cimenturi nu sunt totuși adecvate, deoarece în acest caz reacția distructivă are loc între gips și silicați de calciu hidrați. Este important în acest caz (dar și în cazul în care nu există riscul formării taumazitei) să se intervină asupra proiectării amestecului și asupra metodelor de așezare, compactare și întărire a turnării, pentru a crea un compacte și, prin urmare, impermeabil la intrarea de agenți externi sau utilizați protecție la suprafață impermeabilă.

Apele cu cloruri

Apele non-marine

Apele cu cloruri non-marine sunt apele care dizolvă și transportă sărurile degivrante utilizate pe drumuri, autostrăzi, aeroporturi etc., în timpul iernii pentru îndepărtarea gheții. ionul clorură Cl ^- , pătrunzând în masa betonului ajunge la armăturile metalice, reducând rapid pasivarea barelor de fier chiar și în situația betonului necarbonat , adică cu pH 13.

Difuzia ionului clorură în beton poate fi dedusă din a doua lege a lui Fick: x =

4 (Dt) ^1/2

unde este:

x = grosimea betonului în mm pătrunsă de clorură

t = timpul de expunere în secunde

D = coeficient de difuzie exprimat în mm² / s

În prezența oxigenului, fenomenul de oxidare a armăturii, definit în acest caz drept coroziune prin picurare , este activat, nu este însoțit de formarea de oxizi expansivi și, prin urmare, de detașarea capacului de beton (așa cum se întâmplă de obicei atunci când coroziunea este declanșată de fenomenul carbonatării ) și, prin urmare, extrem de periculos, deoarece daunele nu sunt ușor de detectat și determină o reducere gravă a secțiunii de armură.

Clorura de sodiu NaCl clorura de calciu CaCl ₂ este utilizată în mod normal ca săruri de dezghețare, care este utilizată pe scară largă mai mult decât cea anterioară, deoarece acțiunea sa de dezghețare este considerată mai eficientă, în special pentru viteza sa. Atât clorura de sodiu, cât și clorura de calciu provoacă coroziunea tijelor de armare în mod egal, dar acțiunea lor asupra betonului este diferită. Clorura de calciu are o acțiune agresivă vizibilă asupra betonului, astfel încât să o deterioreze grav.

Această acțiune agresivă se exprimă prin reacția dintre _CaCI2 care pătrunde din exterior și Ca (OH) ₂ var, deja prezentă în beton, cu formarea unui oxiclorura de calciu hidratat, conform reacției:

3CaCl ₂ + Ca (OH) ₂ + H ₂ O → 3CaO · CaCl ₂ · 15H ₂ O.

Produsul de reacție (oxiclorură de calciu hidratată) determină dezintegrarea pulpei care înconjoară agregatele cu formarea de fisuri și delaminări (desprinderea dintre agregate și matricea de ciment degradată).

Model tipic de fisură datorită reacției alcaline agregate

Clorura de sodiu NaCl, pe de altă parte, interacționează cu betonul într-un mod diferit de clorura de calciu, deoarece este capabilă să declanșeze așa-numita reacție alcalină agregată în prezența agregatelor constând din silice amorfă sau slab cristalină.

Apele marine

Apa de mare reprezintă mediul natural cel mai agresiv pentru betonul armat atât pentru vastitatea fenomenului, cât și pentru cantitatea de mecanisme degradante. De fapt, betonul din lucrările marine poate fi atacat prin diferite mecanisme care pot fi de natură mecanică, fizică și chimică și care tind să reducă gradul de durabilitate.

La aceste mecanisme se adaugă și atacul deloc de neglijat de natură biologică legat de metabolismul microorganismelor, moluștelor etc.

Printre aceste atacuri, principalele, care afectează procesul de degradare atât a betonului, cât și a fierului de armare, sunt cele deja descrise mai sus, și anume:

• spălarea cu apă a pastei de ciment;
• atac de sulfat pe beton;
• coroziune de armare accelerată de prezența ionilor de clorură.

În plus față de acestea puteți adăuga:

• atacuri de tip mecanic:
  • eroziunea suprafeței datorată mișcării undelor și acțiunii mareelor ;
• atacuri fizice;
  • umflarea legată de cristalizarea sărurilor în pori;
  • alternarea umectării și uscării betonului;
  • acțiunea abrazivă a vântului
  • creșterea presiunii osmotice ;
• atac chimic cauzat de substanțe dizolvate în apa de mare (pe lângă sărurile de sulfat, clorurile și dioxidul de carbon și sărurile de magneziu);
• atac biologic;
  • biofouling .

În ciuda conținutului ridicat de sare din apa de mare (aproximativ 36 g / l de săruri cu prevalență de clorură de sodiu, dar cu cantități considerabile de săruri de calciu și magneziu) și reactivitatea ridicată a cimentului față de acesta, atacul pe de altă parte, are o importanță redusă în zonele de beton scufundat, datorită acțiunii de impermeabilizare a unei anumite forme de carbonat de calciu ( aragonit ) care se formează prin reacția dintre dioxidul de carbon dizolvat în apă și hidroxidul de calciu (reacțiile sunt similare cu cele observate anterior care conduc la formarea calcitului ) și care închide porii betonului.

Pe de altă parte, atacul în zona malului apei este mai sever. De fapt, la majoritatea atacurilor chimice descrise deja (ionul sulfat atacă pasta de ciment; ionul clorură provoacă coroziunea tijelor de armare; clorurile (NACl, CaCl ₂ ) dau naștere degradării pastei de ciment). a ionului de magneziu, care va fi discutat mai târziu, și a atacului fizic.

Apa crește prin capilaritate în porii betonului așezat deasupra apei, se evaporă la suprafață cu cristalizarea consecventă a sărurilor dizolvate. Cristalizarea este urmată de o creștere a volumului. Aceste variații higrometrice, dacă sunt ciclice în timp, conduc la dezintegrarea betonului de suprafață. Fenomenul este în continuare agravat de acțiunea mecanică a valurilor cu abraziune și eroziune a părților expuse.

În cele din urmă, artefacte din beton armat cufundate în apă de mare sunt supuse , de asemenea , atac biologic: colmatarea acțiune.

Pentru executarea lucrărilor în medii marine sau în orice caz în medii în prezența clorurilor (clasele de expunere XS sau XD) este preferabil să se utilizeze cimenturi de tip III (ciment de furnal) și IV (ciment pozzolanic), dar și CEM V, care funcționează mult mai bine decât cimentul Portland la încetinirea difuziei clorurii prin beton. Utilizarea acestor cimenturi este, de asemenea, favorabilă pentru reducerea căldurii de hidratare și, prin urmare, a gradienților termici care pot determina agravarea riscului de fisurare a structurilor de beton.

În cele din urmă, este important să se asigure un grad ridicat de compactare a betonului în loc

Atac magnezian

Atacul chimic al sulfatului de magneziu (dar și al clorurii de magneziu) conținut în cantități moderate în apa de mare și în cele mai frecvente îngrășăminte utilizate în agricultură este remarcabil de dăunător, deoarece, spre deosebire de alți sulfați, reacționează cu toți constituenții ciment hidratat, inclusiv silicați, provocând decalcifierea betonului : cu hidroxid de calciu apar următoarele reacții:

Ca (OH) ₂ + MgSO ₄ + 2H ₂ O → CaSO ₄ 2H ₂ O + Mg (OH) ₂ ;

Ca (OH) ₂ + _MgCl2 → _CaCl2 + Mg (OH) _2.

În prima reacție se formează gips care reacționează cu aluminat de calciu hidratat dând ettringit ; în ambele procese, pe de altă parte, hidroxidul de calciu este transformat într-un compus cu conținut ridicat de solid, Mg (OH) ₂ sau brucită , mai puțin solubil decât Ca (OH) ₂ , dar cu puteri de legare mai mici decât varul.

Ioniul Mg ⁺⁺ poate înlocui și calciul din silicații de calciu hidrați cu formarea unui silicat de magneziu hidratat (MSH) ^[1] ) lipsit de proprietățile de legare ale silicaților de calciu hidrați și care pot fi de asemenea îndepărtați ușor prin mișcarea apelor.

Sol

Solul poate conține substanțe agresive de diferite tipuri, în esență sulfați și cloruri. Un agent agresiv din sol devine periculos pentru beton numai datorită prezenței apei în subsol, care solubilizează și transportă sarea agresivă în interiorul betonului îngropat atacându-l. În general, fenomenele și efectele descrise deja pentru apă sunt determinate în esență în soluri, dar degradarea privește în mod normal betonul și nu armătura, deoarece oxigenul pătrunde în subsol cu ​​multe dificultăți.

În solurile argiloase bogate în pirită, betonul subteran poate fi atacat și de sulfuri. Pirita nu are în sine o acțiune agresivă față de beton, dar în prezența aerului și a umidității poate fi oxidată și poate da naștere la sulfați, acid sulfuric și dioxid de carbon care, din motive deja văzute, pot ataca betonul:

2FeS ₂ + 2H ₂ O + 7O ₂ → 2FeSO ₄ + 2H ₂ O

4FeS ₂ + 2H ₂ O + 9O ₂ → 2H ₂ SO ₄ + 2Fe ₂ (SO ₄ ) ₃

CaCO ₃ + H ₂ SO ₄ → CaSO ₄ + CO ₂ + H ₂ O.

Cu toate acestea, aceste reacții chimice apar într-o măsură mai mare sau mai mică, în funcție de condițiile particulare ale solului care favorizează pătrunderea umezelii și a oxigenului.

Cauze fizice externe

Cauzele fizice ale deteriorării betonului sunt în esență atribuibile a două fenomene, variațiile de temperatură și umiditatea relativă.

Variații termice

le variazioni di temperatura possono essere di natura diversa e possono essere naturali (gelo - disgelo), artificiali (incendio) o dovute all'effetto del calore di idratazione sviluppato dalla reazione del cemento con l'acqua (questa in realtà rientrerebbe tra le cause di degrado interne al calcestruzzo).

Attacco gelo - disgelo

A temperature inferiori a 0 °C l'acqua contenuta nei pori del calcestruzzo può congelare con conseguente aumento di volume circa il 9%. Se il grado di saturazione del calcestruzzo è superiore al 91,7% (grado di saturazione critica) l'aumento di volume dell'acqua provocato dal congelamento non è più in grado di essere contenuto all'interno nei pori non ancora saturi di acqua. In queste condizioni si generano all'interno del conglomerato delle pressioni capaci di distruggere progressivamente il calcestruzzo, soprattutto se il fenomeno si ripete ciclicamente, per effetto di una tipica rottura a fatica.

Il fenomeno degradante si manifesta sotto forma di fessurazioni, sfaldamenti e distacchi superficiali.

Incendio

Il calcestruzzo armato soggetto a temperature di esercizio presenta dilatazioni paragonabili sia della matrice cementizia sia dell'acciaio di rinforzo. Tale compatibilità termica alle temperature elevate che si riscontrano durante l'incendio, viene meno, infatti mentre l'acciaio continua a dilatarsi il calcestruzzo viceversa si contrae per effetto di una disidratazione irreversibile, pertanto tra loro matrice e tondini si innescano dei meccanismi tensionali che portano alla frantumazione del calcestruzzo.

Inoltre anche la pasta di cemento possiede un coefficiente di dilatazione termica (9,5.10 ⁻⁶ °C ⁻¹ ) leggermente diverso da quello dell' aggregato (variabile da 11.10 ⁻⁶ °C ⁻¹ se silicei a 5.10 ⁻⁶ °C ⁻¹ se calcarei). Quando poi la temperatura sale oltre i 100 - 150 °C la pasta di cemento, dopo la dilatazione iniziale subisce una significativa contrazione per effetto della decomposizione termica dei suoi composti idratati a seguito della suddetta disidratazione. Ciò si tramuta in uno stato tensionale tra la superficie della pasta di cemento che si contrae e quella dell'aggregato che seguita a dilatarsi. La conseguenza di questa situazione è l'insorgere di microfessure all'interfaccia pasta - aggregato.

Se poi, sotto l'azione prolungata del fuoco, la temperatura del calcestruzzo raggiunge 753 °C e l'aggregato è siliceo si verifica un ulteriore e brusco scollamento tra la matrice legante e gli inerti per effetto della trasformazione da una forma di quarzo (α) in un'altra (β). Questa transizione di fase, che avviene con un forte aumento di volume, e la disidratazione della pasta di cemento provocano il distacco non esplosivo di pezzi di calcestruzzo superficiale ( spalling superficiale ).

Durante l'incendio inoltre si può verificare lo spalling esplosivo ; questo è caratteristico dei copriferri talmente compatti (es calcestruzzi definiti High Strength Concrete ) da non consentire di sfogare l'enorme pressione legata all'evaporazione dell'acqua contenuta nella matrice cementizia situazione che determina il distacco repentino e spesso esplosivo di schegge di copriferro. Parallelamente si verifica una brusca caduta della resistenza meccanica sia del conglomerato a seguito del suddetto processo distruttivo della struttura cristallina del legante sia dell'acciaio che perde le sue caratteristiche di elasticità, convertendole in proprietà plastiche fino alla temperatura di fusione.

Gli aggregati calcarei invece non subiscono apprezzabili diminuzioni di resistenza meccanica se non oltre i 750 °C quando ha inizio la decomposizione termica del calcare in calce e anidride carbonica.

In caso di incendio riveste un ruolo fondamentale il copriferro quale protezione termica delle armature. Infatti nelle strutture in calcestruzzo armato, le alte temperature assumono un'importanza rilevante soprattutto nei confronti dell'acciaio, che oltre i 500 °C perde gran parte delle sue caratteristiche meccaniche, mentre il calcestruzzo può arrivare senza subire sostanziali degradazioni fino a circa 650 °C . È necessario pertanto assicurare un adeguato spessore del copriferro al fine di proteggere per un tempo sufficientemente lungo le armature dal raggiungimento di una temperatura oltre i 500 °C . Ad esempio con un calcestruzzo compatto e omogeneo e con un copriferro di 5 cm i ferri di armatura durante l'incendio raggiungono la temperatura di 500 °C in 180-240 minuti.

Negli elementi strutturali sovente l'acciaio è protetto da un copriferro di spessore variabile o costituito da calcestruzzo mal compattato e scarsamente omogeneo. Questi punti deboli diventano canali preferenziali per il flusso termico, capace di provocare un innalzamento localizzato della temperatura che può arrivare a superare i 500 °C in un tempo brevissimo. A causa dell'alta conducibilità termica dell'acciaio il flusso termico è rapidamente trasferito lungo l'armatura che, riscaldandosi, tende a dilatarsi, in questo impedita dal calcestruzzo più freddo per la minore conducibilità termica.

Quando l' aderenza acciaio - calcestruzzo ^[2] non è più sufficiente a contenere le tensioni generate dalla diversa dilatazione termica dei due materiali, si verifica lo sfilamento dei ferri e il distacco di altre parti di copriferro ^[3]

L'azione del fuoco provoca nei ferri di armatura anche un decadimento delle proprietà meccaniche. Infatti i tondini fino ad una temperatura di 350 °C mantengono all'incirca la loro resistenza a rottura; tale valore si dimezza superati i 500 °C e si annulla a 800 °C . La resistenza a snervamento invece rimane pressoché costante fino a 250 °C e si annulla a 750 °C .

Per gli acciai da precompressione si ritiene che la resistenza a rottura si riduca del 30% a 500 °C e si annulli a 750 °C .

A seconda della massima temperatura raggiunta, il calcestruzzo assume colorazioni differenti che permettono una valutazione sufficientemente approssimata delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo ^[4] :

• 250 °C - grigio;
• 600 °C - rosa;
• 900 °C - fulvo;
• 1 000 °C - giallo.

Va comunque tenuto in conto che le variazioni colorimetriche, essendo legate alla presenza di alcuni minerali nei costituenti del calcestruzzo, dipenderanno anche dalla natura dei costituenti stessi.

Calore di idratazione

Le reazioni di idratazione dei costituenti del clinker sono tutte reazioni esotermiche. Le quantità di calore emesse nel corso dell'idratazione dei principali costituenti del clinker sono:

• alite 125 kcal/kg
• belite 63 kcal/kg
• celite 215 kcal/kg
• fase ferrica 95 kcal/kg.

Per effetto del calore di idratazione il calcestruzzo subisce un riscaldamento rispetto alla temperatura iniziale del getto che coincide con quella dell'ambiente.

Questo fenomeno non ha alcuna importanza per getti di piccola mole, anzi può divenire addirittura un vantaggio quando la temperatura esterna è bassa, poiché contribuisce a mantenere più calda la gettata e favorisce in tal modo le reazioni di idratazione. Nei getti di grosse dimensioni (caso tipico è quello delle dighe ) questo fenomeno può essere causa di inconvenienti. Il calcestruzzo è infatti un pessimo conduttore termico, così la maggior parte del calore sviluppato nel nucleo centrale, non si riesce a disperdere velocemente e per tanto va ad aumentare la temperatura del getto. Quando questo accade il calcestruzzo è dotato ancora di una certa plasticità poiché l'idratazione è ancora in corso e non provoca in pratica alcun danno.

Una volta terminate le reazioni di idratazione la temperatura comincia però lentamente a diminuire, ne consegue l'insorgere di una contrazione differenziata tra le varie parti del conglomerato che avendo luogo su un materiale ormai irrigidito, porta all'insorgere di tensioni interne che se superano la resistenza meccanica a trazione del materiale determinano l'insorgere di fessure che possono compromettere la durabilità del manufatto.

Variazioni igrometriche

Le variazioni di umidità relativa nell'ambiente possono generare uno stato tensionale nel calcestruzzo attraverso l'insorgere di variazioni dimensionali. Quando l'umidità relativa dell'ambiente scende sotto il 95% il calcestruzzo tende ad essiccarsi ( ritiro ). L'essiccamento è più intenso nella parte più superficiale, che di conseguenza subisce un ritiro più marcato della parte più interna.

Questa situazione fa insorgere delle tensioni che sollecitano a trazione la parte corticale. Se tali tensioni superano la resistenza a trazione del calcestruzzo insorgono le fessure. Dalle fessure si può innescare un processo di degrado delle strutture poiché attraverso queste trovano facile accesso sia l'aria (ossigeno, anidride carbonica) che l'umidità. Come già visto in precedenza questi agenti sono capaci di innescare sia una rapida carbonatazione del copriferro che la successiva ossidazione dei ferri.

Cause interne

Il degrado del calcestruzzo può essere causato da fattori intrinseci.

Tra questi ci sono:

• una progettazione delle strutture e dei dettagli costruttivi inadeguata alle condizioni di esercizio e di esposizione;
• modalità esecutive non idonee quali errori di confezionamento, trasporto, posa in opera, compattazione, stagionatura del calcestruzzo; posizionamento non corretto delle armature metalliche e di eventuali inserti; mancato rispetto del copriferro minimo;
• materiali di cattiva qualità (es. Reazione alcali aggregati );
• composizione del calcestruzzo non conforme alle specifiche prescritte dal progettista.

Tutti i suddetti fattori sono causa di aumento della permeabilità del calcestruzzo sia per aumento della porosità della matrice cementizia che per formazione di fessure di ampiezza superiore ai limiti ammissibili

Tale situazioni agevolano la penetrazione di sostanze aggressive nell'interno del calcestruzzo e il conseguente degrado del materiale.

La porosità non è sinonimo di permeabilità poiché un sistema di pori chiusi non consente il passaggio di fluidi, ma certamente un calcestruzzo permeabile è sempre poroso.

I fattori che agiscono sulla permeabilità/porosità del calcestruzzo sono:

• il dosaggio di cemento
• il rapporto a/c
• il grado di idratazione raggiunto al momento dell'esposizione all'ambiente aggressivo
• la essiccazione del manufatto
• l'omogeneità del calcestruzzo.

Nello specifico la permeabilità:

• diminuisce all'aumentare del contenuto di cemento, anche se oltre certi valori le variazioni di permeabilità diventano trascurabili
• aumenta con l'aumentare del rapporto a/c, dapprima lentamente, ma poi, superati certi limiti, con velocità rapidamente crescente. In pratica per avere un calcestruzzo poco permeabile occorre che il rapporto a/c sia minore di 0,5. Se con bassi rapporti viene penalizzata la lavorabilità si possono impiegare additivi superfluidificanti.
• aumenta con il progredire del grado di idratazione poiché aumenta la quantità di gel che gradualmente riempie parte dello spazio occupato d'acqua. La permeabilità pertanto diminuisce col progredire della stagionatura
• aumenta con l'essiccamento della pasta cementizia poiché aumenta il ritiro con formazioni di fessure. È necessaria pertanto una prolungata maturazione umida
• diminuisce con la omogeneità del calcestruzzo. La presenza di vuoti, nidi di ghiaia , o da segregazioni dei materiali costituenti.

Cause chimiche non naturali

Tale tipologia di attacco si manifesta principalmente in campo industriale.

Attacco acido

Tutti gli acidi sia deboli che forti risultano più o meno dannosi per la pasta cementizia.

L'aggressione acida si manifesta con un progressivo disgregamento della matrice cementizia che consiste nella trasformazione prima della calce (acidi deboli) e poi della matrice legante - CSH - (acidi forti), ma anche degli alluminati idrati di alluminio, in sali solubili facilmente dilavabili dall'acqua

Gli acidi inorganici forti, come ad esempio l' acido cloridrico , l' acido solforico e l' acido nitrico eliminano la calce e abbassano il pH secondo le reazioni:

• Ca(OH) ₂ + 2HCl → CaCl ₂ + 2H ₂ O
• Ca(OH) ₂ + H ₂ SO ₄ → CaSO ₄ .2H ₂ O
• Ca(OH) ₂ + 2HNO ₃ → Ca(NO ₃ ) ₂ + 2H ₂ O

Nel primo caso si forma il cloruro di calcio notevolmente solubile, nel secondo caso la formazione di gesso è causa della formazione dell' ettringite , infine nel terzo caso si forma il nitrato di calcio che è un sale fortemente igroscopico capace di assorbire notevoli quantitativi d'acqua e di rendere, quindi, le strutture vulnerabili all'azione del gelo.

L'acido cloridrico e l'acido nitrico inoltre decompongono sia i silicati che gli alluminati presenti nella pasta cementizia. In realtà già con basse concentrazioni di acidi inorganici forti (dell'ordine dell'1%) si ha la distruzione della pasta cementizia nel giro di qualche mese. L'azione degli acidi è funzione anche della loro temperatura. L'abbassamento del pH del calcestruzzo e la presenza di composti di cloro può essere causa di innesco della corrosione delle armature .

Anche gli acidi organici hanno la capacità di sciogliere l'idrossido di calcio ma sono meno dannosi nei confronti del gel idrosilicatico. Il più pericoloso è sicuramente l' acido lattico presente delle industrie casearie.

Sono altrettanto pericolosi:

• l' acido butirrico , che si forma ad esempio dalla fermentazione dei foraggi;
• l' acido acetico , che si forma durante alcuni processi industriali alimentari;
• gli acidi malico , citrico e tartarico spesso presenti nelle industrie alimentari e farmaceutiche.

Meno aggressivo è l'acido ossalico, che anzi può avere anche un effetto benefico poiché reagendo con l'idrossido di calcio produce l'ossalato di calcio, insolubile, che va ad occludere le porosità del calcestruzzo rendendolo più impermeabile.

Sostanze organiche

Oltre agli acidi organici, descritti al punto precedente, sono pericolosi per il calcestruzzo anche sostanze quali gli zuccheri e la glicerina . Tali sostanze anche la capacità di sciogliere la calce ed i sali di calcio. L'attacco delle soluzioni zuccherine è classico nell'industria alimentare

La durabilità nella normativa italiana

La durabilità è un concetto relativamente recente infatti nei primi Decreti Ministeriali associati alla Legge n.1086/1971 (ad esempio il DM n. 9161 del 30 maggio 1971, il DM 30 maggio 1972 e il DM 16 giugno 1976) non se ne faceva alcuna menzione.

Con i successivi DM, finalmente viene introdotto il concetto di durabilità del calcestruzzo, ma come si evincerà in seguito, la garanzia della durabilità del calcestruzzo è demandata alla discrezionalità del progettista:

• DM 26 marzo 1980 - p.to 2.1.8 al fine di garantire la durabilità del conglomerato in ambiente aggressivo è necessario prescrivere, in funzione della granulometria o del rapporto acqua - cemento, un dosaggio minimo di cemento ;
• DM 27 luglio 1985 - p.to 2.18 al fine di garantire la durabilità del conglomerato particolarmente in ambiente aggressivo, così come in presenza di cicli di gelo e disgelo, è necessario studiarne adeguatamente la composizione.
• DM del 14 febbraio 1992- p.to 2.1.8: si ribadiva quando già riportato dal DM del 1985 al fine di garantire la durabilità del conglomerato particolarmente in ambiente aggressivo, così come in presenza di cicli di gelo e disgelo, è necessario studiarne adeguatamente la composizione .

Solo con l'entrata in vigore del DM del 9 gennaio 1996, si dava al progettista un riferimento normativo, infatti al testo del precedente DM veniva aggiunto il seguente capoverso Si potrà anche far riferimento alla norma UNI 9858 (maggio 1991) .

Il riferimento a norme è stato ripreso dal vigente DM 14 gennaio 2008 che, all'ultimo capoverso del p.to 11.2.11. recita Al fine di ottenere la prestazione richiesta in funzione delle condizioni ambientali, nonché per la definizione della relativa classe, si potrà fare utili riferimento alle indicazioni contenute nelle Linee Guida sul calcestruzzo strutturale edite dal Servizio centrale del Consiglio Superiore dei LL.PP. ovvero alle norma UNI EN 206 – 2006 ed UNI 11104:2004 .

Queste ultime norme UNI hanno sostituito le UNI 9858.

La normativa di riferimento sulla durabilità

La progettazione moderna di un'opera non si può limitare alle caratteristiche meccaniche conseguite dai materiali nella struttura, ma deve anche possedere requisiti di durabilità in relazione all'ambiente cui è esposta nella sua vita in servizio.

A tal proposito le norme di riferimento sulla durabilità hanno esaminato le varie cause del degado chimico, fisico-meccanico delle opere in calcestruzzo armato.

In particolare, sono stati esaminati i fenomeni di degrado connessi con l'ossidazione dei ferri d'armatura, con l'attacco solfatico, con le reazioni alcali aggregato, oltre che con le fessurazioni indotte dal ritiro plastico, dai gradienti termici a dai cicli di gelo-disgelo.

Relativamente alle causa di degrado la norma UNI 9858, per la prima volta ha stabilito sia i criteri per valutare i rischi di questi degradi attraverso la definizione di classi di esposizione ambientale, sia le misure preventive per evitarli attraverso vincoli compositivi nel calcestruzzo (massimo rapporto acqua/cemento, minimo dosaggio di cemento, ecc.).

Come già accennato la UNI 9858 è stata recepita dal DM 9 gennaio 1996 ed è pertanto divenne cogente dal punto di vista legale.

Nella UNI 9858 gli ambienti erano classificabili in cinque classi di esposizione (sono riportati solo i valori per il calcestruzzo armato. Per il calcestruzzo normale e per quello precompresso si veda la norma):

• 1 - ambiente secco:
• 2 - ambiente umido
  • 2a - ambiente umido senza gelo: a/c _max = 0,60; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 280
  • 2b - ambiente umido con gelo: a/c _max = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 280
• 3 - ambiente con gelo ed uso di sali: a/c _max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 300
• 4 - ambiente marino
  • 4a - ambiente marino senza gelo: a/c _max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 300
  • 4b - ambiente marino con gelo: a/c _max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 300
• 5 - ambiente chimicamente aggressivo
  • 5a - attacco debole. a/c _max = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 280
  • 5b - attacco moderato: a/c _max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 300
  • 5c - attacco forte: a/c _max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 300

(la classe 5 si può presentare da sola o assieme alle precedenti - es.: classe 5b+2b - attacco moderato con gelo.

Le norme UNI EN 206 – 2006 e UNI 11104:2004, attualmente in vigore, introducono 6 classi di esposizione per il calcestruzzo strutturale (dove oltre al massimo rapporto a/ce al minimo contenuto di cemento viene indicata anche la minima classe di resistenza).

Tali classi sono state riportate anche nelle Linee Giuda sul Calcestruzzo strutturale edite dal Servizio Tecnico Centrale della Presidenza del Consiglio Superiore dei LL.PP.

La norma UNI EN 206 -2006 così come modificata ed integrata dalla UNI 11104:2004 (per l'applicazione in Italia della EN 206) prevede quanto segue:

• Assenza di rischio di corrosione dell'armatura - X0; minima classe di resistenza: C12/15
• Corrosione delle armature indotta da carbonatazione:
  • XC1 - asciutto o permanentemente bagnato: a/c _max = 0,60 (0,65); dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 300 (260); minima classe di resistenza: C25/30 (C20/25)
  • XC2 - bagnato, raramente asciutto: a/c _max = 0,60; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 300 (280); minima classe di resistenza: C25/30
  • XC3 - umidità moderata: a/c _max = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 320 (280); minima classe di resistenza: C28/35(C30/37)
  • XC4 - ciclicamente asciutto e bagnato: a/c _max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 340 (300); minima classe di resistenza: C32/40(C30/37)
• Corrosione delle armature indotta da cloruri esclusi quelli provenienti dall'acqua di mare:
  • XD1 - umidità moderata: a/c _max = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 320(300); minima classe di resistenza: C28/35(C30/37)
  • XD2 - bagnato, raramente asciutto: a/c _max = 0,50 (0,55); dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 340 (300); minima classe di resistenza: C32/40(C32/40)
  • XD3 - ciclicamente bagnato e asciutto: a/c _max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 360(320); minima classe di resistenza: C35/45
• Corrosione delle armature indotta da cloruri presenti nell'acqua di mare:
  • XS1 - esposto alla salsedine marina ma non direttamente in contatto con l'acqua di mare: a/c _max = 0,45(0,50); dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 340(300); minima classe di resistenza: C32/40(C30/37)
  • XS2 - permanentemente sommerso: a/c _max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 360(320); minima classe di resistenza: C35/45
  • XS3 - zone esposte agli spruzzi o alla marea: a/c _max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 360(340); minima classe di resistenza: C35/45
• Attacco dei cicli di gelo/disgelo con o senza disgelanti:
  • XF1 - moderata saturazione d'acqua, in assenza di agente disgelante: a/c _max = 0,50(0,55); dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 320(300); minima classe di resistenza: C32/40(C30/37)
  • XF2 - moderata saturazione d'acqua, in presenza di agente disgelante: a/c _max = 0,50(0,55); dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 340(300); minima classe di resistenza: C25/30
  • XF3 - elevata saturazione d'acqua, in assenza di agente disgelante: a/c _max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 340(320); minima classe di resistenza: C25/30(C30/37)
  • XF4 - elevata saturazione d'acqua, con presenza di agente antigelo oppure acqua di mare: a/c _max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 360(340); minima classe di resistenza: C28/35(C30/37)
• Attacco chimico da parte di acque del terreno e acque fluenti (p.to 4.1 prospetto 2 UNI EN 206-1):
  • XA1 - ambiente chimicamente debolmente aggressivo: a/c _max = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 320(300); minima classe di resistenza: C28/35(C30/37)
  • XA2 - ambiente chimicamente moderatamente aggressivo: a/c _max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 340(320); minima classe di resistenza: C32/40(C30/37)
  • XA3 - ambiente chimicamente fortemente aggressivo: a/c _max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 360; minima classe di resistenza: C35/45.

I valori riportati in parentesi sono riferiti alla EN 206 la cui versione italiana è la UNI EN 206.

Le classi di resistenza minime (N/mm²) sono espresse con due valori, riferiti il primo a provini cilindrici di diametro 150 mm ed altezza 300 mm (f _ck ) e il secondo a provini cubici di spigolo pari a 150 mm (R _ck ).

I valori della resistenza caratteristica minima prevista per le classi di esposizione XF, tengono conto della riduzione di resistenza meccanica, circa il 20%, causata dalla presenza delle microporosità necessarie a garantire un'idonea resistenza al Ciclo gelo - disgelo .

Nella classi di esposizione XA si deve utilizzare un cemento resistente ai solfati e precisamenta.

• per la classe di esposizione XA1 (attacco debole) - cemento a moderata resistenza chimica ai solfati (MRS);
• per la classe di esposizione XA2 (attacco moderato) - cemento ad alta resistenza chimica ai solfati (ARS);
• per la classe di esposizione XA3 (attacco forte) - cemento ad altissima resistenza chimica ai solfati (AA.RS).

La resistenza caratteristica imposta dal vincolo della durabilità, che AA. VV. indicano con il simbolo R _ckd per distinguerlo da quello usuale (R _ck ) riservato alla resistenza caratteristica prescelta dal progettista solo sulla base dei calcoli statici, deve soddisfare la seguente diseguaglianza:

• R _ck ≥ R _ckd

in questo modo l'R _ck calcolata dal progettista sulla base dei soli calcoli statici soddisfa anche le condizioni di durabilità.

In caso contrario, anche se esuberante dal punto di vista statico, è necessario prescrivere una resistenza caratteristica pari a R _ckd , al fine di soddisfare sia in requisiti statici che quelli di durabilità.

In letteratura, la classe di esposizione ambientale viene indicata con D _ck , in analogia alla classe di resistenza che viene comunemente indicata con R _ck .

Secondo il DM 14.01.2008 la durabilità o durevolezza è definita come conservazione delle caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali (quali il calcestruzzo ) e delle strutture , proprietà essenziale affinché i livelli di sicurezza vengano mantenuti durante tutta la vita dell'opera.

• La durabilità di un materiale è la capacità di durare nel tempo resistendo alle azioni aggressive dell'ambiente in cui si trova. In linea di massima, per un calcestruzzo di buona qualità, in assenza di aggressioni, le proprietà del materiale dovrebbero migliorare, sia pure lentamente, a causa del continuo processo di reazione tra l'acqua e il cemento .
• La durabilità di una struttura in calcestruzzo, o in calcestruzzo armato normale o precompresso è la capacità di durare per l'intero periodo di vita atteso, garantendo il servizio per il quale la struttura stessa è stata progettata. In una definizione data dal comitato misto delle due associazioni internazionali FIP (Federation Internationale de la Precontrainte) e CEB (Comité Européen du Béton) la durabilità di una struttura viene espressa come attitudine di un'opera a sopportare attacchi di agenti aggressivi di diversa natura mantenendo inalterate le caratteristiche meccaniche e funzionali .

La durabilità del materiale è condizione necessaria ma non sufficiente per garantire la durabilità della struttura.

Importanza del copriferro

Ai fini della durabilità è fondamentale anche la qualità e lo spessore del copriferro per garantire alle opere in ca e cap un'adeguata protezione in relazione alle condizioni aggressive dell'ambiente in cui è destinato ad essere costruita l'opera. La UNI EN 1992-1-1, che rappresenta la versione italiana dell' Eurocodice 2, stabilisce per ogni classe strutturale S, il relativo copriferro minimo dovuto alle condizioni ambientali, indicato con c _{min, dur} (mm)

L'Eurocodice prevede 6 classi strutturali, la S4 è quella di riferimento e corrisponde ad una vita utile di progetto della struttura di 50 anni. Nel caso di calcestruzzi con armatura lenta o ordinaria i valori di c _{min, dur} in funzione delle più comuni classi di esposizione e classi strutturali sono le seguenti:

Nel caso di calcestruzzi con armatura precompressa i valori di c _{min, dur} in funzione delle più comuni classi di esposizione e classi strutturale sono le seguenti:

Tenore dei cloruri

Lo stesso argomento in dettaglio: Acque aggressive .

I cloruri possono penetrare nella massa cementizia dall'esterno (ambienti marini, sali disgelanti) ma possono anche essere introdotti attraverso le materie componenti il calcestruzzo. Ad esempio possono essere contenuti in alcuni additivi acceleranti o nell'acqua di impasto prelevata da pozzi ubicati in prossimità della zona costiera.

Tali cloruri possono essere introdotti in quantità dannose per il calcestruzzo, pertanto la norma UNI EN 206-1 obbliga ogni produttore di calcestruzzo a controllare il contenuto di cloruri in ciascuna componente esprimendolo come percentuale (a%) di ioni cloruro (Cl ^- ) rispetto alla massa di cemento.

A seconda del valore ottenuto la norma UNI individua delle classi di contenuto di cloruri:

Prevenzione del degrado

La prevenzione della degrado delle strutture in ca si sviluppa nelle seguenti tre fasi:

• progettazione: analisi del contesto ambientale, scelta dei materiali, concezione e calcolo della struttura, disegno dei particolari costruttivi
• esecuzione: preparazione, messa in opera, controllo del copriferro , controlli di accettazione, compattazione e stagionatura del calcestruzzo
• manutenzione: interventi programmati nel corso della vita utile di servizio dell'opera

Note

Bibliografia

• Mario Collepardi, Durabilità del calcestruzzo: teoria, pratica e prescrizioni di capitolato - Parte I: cause di degrado di tipo chimico: Industria Italiana del cemento n. 671 del 1992
• Luigi Coppola - Durabilità del calcestruzzo: teoria, pratica e prescrizioni di capitolato - Parte I: cause di degrado di tipo fisico e meccanico: Industria Italiana del cemento n. 675 del 1993
• Vito Alunno Rossetti - Il Calcestruzzo, Materiali e Tecnologia - McGraw&Hill, 2007 pagg.235 - 277
• Mario Collepardi, L'azione dell'acqua del mare sul calcestruzzo armato: Giorante AICAP 1981
• D come durabilità, Enco Journal

Voci correlate

• Calcestruzzo
• Cemento armato
• Clinker
• Fouling
• copriferro
• Decalcificazione del calcestruzzo
• Carbonatazione
• Pitting
• ciclo dello zolfo
• membrana cementizia elastica
• acque aggressive
• progetto di miscela
• Reazione alcali aggregati
• Reazione alcali carbonato
• Durabilità dei componenti edilizi

Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su durabilità del calcestruzzo

Portale Ingegneria

Portale Materiali