Cause di tipo chimico

L’attacco solfatico consiste nell’iterazione tra lo ione SO4= con i prodotti presenti

nella matrice cementizia quali sono ad esempio la portlandite (Ca(OH)2), e il gelo

tobermoritico (C-S-H). Lo ione solfato può provenire dall’ambiente esterno o essere già presente all’interno del calcestruzzo. Si distinguono, allora, attacco solfatico esterno e attacco solfatico interno. Per quanto riguarda l’attacco solfatico esterno (ESA, External Sulphate Attack), si ha che l’aggressione si presenta nel calcestruzzo successivamente al contatto dello stesso con:

 acque selenitose (concentrazione di solfati superiore a 200 mg/l);  terreni aventi tenori di solfato maggiori di 2g/Kg;

 acqua di mare;

 atmosfere industriali ricche di vapore d’acqua e anidridi solforose o solforiche.

106

Praticamente lo ione solfatico è già presente nei terreni e nelle acque a contatto delle strutture. Fondamentale comunque è la presenza di acqua che permette il trasporto dello ione all’interno della struttura cementizia. Il degrado può avvenire anche in ambienti non aggressivi dal punto di vista di presenza di solfati. Il deterioramento, ad esempio, può essere dovuto anche alla presenza nell’inerte di partenza di solfato di calcio anidro, che a contatto con l’acqua, per idratazione, passa a gesso con conseguente espansione. Questo è il caso di attacco solfatico interno (ISA, Internal Sulphate Attack). Quando nel cemento si riscontrano percentuali di solfati superiori allo 0,4-0,6% il degrado del calcestruzzo può essere imputato ad attacco solfatico.

3.4.2.2 Attacco da acque pure ad azione dilavante

Le acque pure, con contenuti di sostanze disciolte trascurabili, sono tipiche dei bacini montani dove si raccolgono le acque dei ghiacciai. La loro azione provoca l’asporto della calce di idrolisi Ca(OH)2 che affiora poi in depositi esterni

biancastri di idrossido e carbonato di calcio. Oltre a questa azione, se il contenuto di anidride carbonica dell’acqua supera la soglia di equilibrio con i carbonati, essa scioglie il carbonato e forma bicarbonati assai solubili. Se il pH dell’acqua si abbassa (acqua a carattere acido, pH<6) per azione dell’anidride carbonica di sostanze acide presenti in acque di scarico industriale o di acido solforico di origine organica come le acque reflue delle fognature, si può verificare anche un attacco dei silicati e degli alluminati della pasta di cemento. La superficie di una struttura sottoposta ad un simile attacco presenta depositi di calcare con gli aggregati più o meno sporgenti.

3.4.2.3 Reazioni alcali-aggregati

Il cemento Portland è caratterizzato da un’elevata alcalinità dovuta alla presenza nella soluzione contenuta nei pori, oltre all’idrossido di calcio, di idrossidi di sodio e manganese. In questo ambiente l’aggregato, in genere costituito principalmente da silice amorfa e criptocristallina, forma un gel che rigonfiandosi può determinare sollecitazioni anche notevoli nel calcestruzzo. In realtà la reazione alcali-aggregati coinvolge sostanzialmente gli aggregati che contengono una particolare forma di silice (reazione alcali-silice, ASR, Alkali-Silica Reaction) capace di reagire con gli alcali, sodio e potassio. Il fenomeno di degrado è dovuto al fatto che i granuli degli aggregati costituiti da una silice mal cristallizzata o amorfa rigonfiano una volta a contatto con gli alcali e in presenza di acqua. L’effetto che si produce può essere molto violento, procurando nel calcestruzzo micro-fessurazioni disposte a ragnatela e macro fessurazioni diffuse a carattere irregolare sulla superficie del conglomerato cementizio. In uno strato che abbia appena subito una fessurazione per reazioni alcali-aggregati si può spesso osservare la presenza di tale gel che in breve tempo si carbonata, diventando così difficilmente riconoscibile. Le condizioni necessarie per una reazione alcali- aggregato si possono riassumere in:

 elevato contenuto di alcali nel calcestruzzo (in genere si considera come soglia critica 3 Kg di NaO equivalente (NaO + 0,658KO) per metro cubo di calcestruzzo;

 la presenza di un aggregato reattivo;  la presenza di umidità superiore all’80%.

107

3.4.2.4 Carbonatazione

L’anidride carbonica presente nell’atmosfera (concentrazioni dell'ordine di 600- 1000 mg/l) quando viene a contatto con il calcestruzzo neutralizza, a partire dagli strati più esterni, i suoi componenti alcalini. Il pH della soluzione contenuta nei pori si riduce dai valori usuali (attorno a 13-14) a valori inferiori a 9, cioè ben al di sotto del pH 11,5 che è il valore necessario per assicurare, in assenza di cloruri, le condizioni di passività dell’armatura. Il fenomeno della carbonatazione è dunque legato in maniera evidente al trasporto dell'anidride carbonica dell’atmosfera attraverso i pori del cemento. Una volta che l’armatura risulta depassivata e sono presenti sulla sua superficie acqua e ossigeno, si produce una corrosione di tipo generalizzato. La carbonatazione del calcestruzzo e la conseguente depassivazione delle armature non provocano, invece, corrosione se l’acqua e l’ossigeno non sono presenti sulla superficie delle armature o lo sono in tenori molto bassi. La carbonatazione inizia alla superficie esterna e penetra verso le regioni più interne con velocità decrescente. La legge che definisce la profondità di penetrazione nel tempo è una legge di potenza del tipo:

n

t

K

s





dove s è lo spessore dello strato carbonato e t il tempo. In calcestruzzi non particolarmente impervi e in quelli porosi l’andamento è spesso parabolico per cui il valore di n è 2. In calcestruzzi compatti la velocità di penetrazione tende, però, a ridursi più velocemente (n>2); in quelli molto impervi tende praticamente ad annullarsi. In ogni caso K, e quindi la velocità con cui il processo di carbonatazione avanza all’interno del calcestruzzo, dipende da fattori relativi al calcestruzzo stesso e da fattori ambientali:

 tra i fattori relativi al calcestruzzo: la sua permeabilità (e quindi i fattori che la determinano quali il rapporto acqua/cemento, la compattazione e maturazione del getto), la sua riserva di alcalinità (e quindi il tipo e la quantità di cemento impiegato);

 tra i fattori ambientali: l’umidità atmosferica (K è massimo nell’intervallo compreso tra il 50 e il 70%) e la presenza di bagnamenti intermittenti, come quelli provocati dalla pioggia, che riducono K.

In pratica una previsione sufficientemente esatta di K e, quindi, dello spessore carbonatato è complessa. Comunque indicativamente si può ritenere che K di un calcestruzzo impervio sia pari a 1, mentre K di calcestruzzi porosi possono avere valori anche di 10.

3.4.2.5 Penetrazione da cloruri

Il mantenimento della passività richiede una continua presenza di alti livelli di alcalinità nella soluzione a contatto con l'acciaio e l'assenza di ioni aggressivi. Una riduzione dell'alcalinità o la presenza di ioni aggressivi come i cloruri possono portare alla distruzione del film di passività, che ricopre il metallo nelle condizioni originarie, e alla propagazione della corrosione. Per effetto delle reazioni chimiche tra lo strato di ossido e i cloruri si forma, nello strato di idrossido di calcio della fascia più esterna, CaCl2 a vari gradi di idratazione. Lo

strato inferiore degli ossidi di ferro, più protettivo, subisce un fenomeno di distacco all'interfaccia con il metallo. L'attacco dei cloruri si manifesta con estrema frequenza soprattutto nelle zone costiere marine o sui viadotti montani a causa del massiccio uso di sali da disgelo. L’attacco dell’acqua marina è molto

108

aggressiva non solo perché è ricca di cloruri (attacco chimico), ma anche perché può esercitare un’azione meccanica di corrosione (attacco fisico) tramite le onde che frangono sulla struttura di calcestruzzo e un’azione di tipo chimico-fisico dovuta ai cicli gelo-disgelo che possono comunque verificarsi in presenza di acqua. La minima quantità di cloruri richiesta per ridurre l’intervallo di passività è funzione del rapporto tra ioni cloruro e ioni ossidrile; ciò si può spiegare intuitivamente ricordando che la passivazione del ferro è collegata all'alcalinità, mentre l’attività alla presenza di cloruri. E' difficile individuare un valore comune per i vari cementi e per le differenti condizioni di messa in opera, tuttavia precedenti ricerche hanno individuato un probabile valore della soglia critica per la distruzione della passività nel sistema ferro-pasta di cemento pari ad un rapporto delle attività molari degli ioni Cl- e OH- in soluzioni di 0,6; secondo altri autori tale valore dipende dalle condizioni di adesione. La presenza di cloruri può anche essere dovuta alla loro esistenza nell'impasto, ad esempio nell'aggregato o nell'acqua, oppure all'uso di acceleranti per la presa contenenti questi ioni. Il cemento, prima dell’idratazione, è in grado di reagire con una certa quantità di cloruri formando composti incongruenti con gli alluminati e con la fase ferrica del cemento. Dal punto di vista morfologico l’attacco dei cloruri si presenta talvolta come generalizzato oppure più frequentemente come localizzato (pitting corrosion).