Obiettivi e caratteristiche

Come mostrato nel paragrafo precedente, in letteratura sono proposte numerose metodologie di prova per determinare quali condizioni provocano l’innesco della corrosione da cloruri; tuttavia, molte di esse sono volte a determinare il valore del tenore critico di cloruri e non permettono di controllare in che modo il valore di questo parametro dipenda dal potenziale elettrochimico dell’acciaio, sebbene questo sia uno dei principali fattori da cui dipende l’innesco della corrosione. In questo paragrafo, innanzitutto sono definiti gli obiettivi che una metodologia di prova deve soddisfare per permettere di tracciare il diagramma di Pedeferri, ossia un diagramma che mostri come il potenziale delle armature influisce sull’innesco della corrosione da cloruri. In seguito sono

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definite le caratteristiche di una metodologia di prova che permetta di raggiungere gli obiettivi richiesti.

Paragrafo 3.2.1 - Obiettivi

La procedura proposta in questa tesi ha come obiettivo tracciare un diagramma di Pedeferri, analogo a quello descritto nel Capitolo 1, che mostri qual è la “combinazione critica” di potenziale e tenore di cloruri che provoca l’innesco della corrosione per pitting dell’acciaio nel calcestruzzo. Affinché il diagramma di Pedeferri ottenuto applicando la metodologia proposta sia uno strumento utile per la previsione della vita utile delle strutture in calcestruzzo armato soggette a corrosione da cloruri, è necessario che la metodologia proposta permetta di:

- prevedere il valore del tenore critico di cloruri nelle strutture in calcestruzzo armato esposte ad ambienti marini o in presenza di sali disgelanti a base di cloruri. Il diagramma di Pedeferri è uno strumento utile per determinare come varia il tenore critico in funzione dell’ambiente di esposizione delle strutture in calcestruzzo armato: infatti, come è stato discusso nel Paragrafo 2.1.1, il potenziale dell’acciaio passivo è un parametro che varia in funzione dell’ambiente di esposizione delle strutture. Dunque, studiare come varia il valore del tenore critico in funzione del potenziale dell’acciaio significa studiare come varia il valore del tenore critico in funzione dell’ambiente di esposizione delle strutture;

- studiare come cambia il diagramma di Pedeferri in funzione della composizione del calcestruzzo utilizzato per il confezionamento delle strutture. Come è stato analizzato nel Paragrafo 3.1, alcune delle metodologie sperimentali proposte in letteratura sono state applicate solo a elementi in calcestruzzo caratterizzati da una elevata porosità o da un piccolo spessore di copriferro [16,92]; di fatto, difficilmente queste metodologie potrebbero essere utilizzate per studiare il tenore critico in calcestruzzi confezionati con un basso rapporto acqua/cemento o una elevata dimensione massima dell’aggregato;

- studiare l’effetto del tipo e della finitura superficiale dell’acciaio utilizzato. Anche in questo caso, alcune delle metodologie sperimentali proposte in letteratura sono state applicate solo a elementi di calcestruzzo armato confezionati con armature caratterizzate da una bassa resistenza all’innesco della corrosione (ad esempio armature di acciaio al carbonio) e difficilmente potrebbero essere utilizzate per studiare armature più resistenti (ad esempio armature di acciaio inossidabile);

- valutare la variabilità del tenore critico di cloruri. Questo aspetto è importante per due motivi: il primo è che il tenore critico è un parametro caratterizzato da una elevata variabilità statistica; il secondo è che recentemente sono stati proposti dei modelli probabilistici per la previsione della vita

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di servizio delle strutture in calcestruzzo armato soggette a corrosione delle armature, come ad esempio quello proposto dalla Fédération Internationale du Béton (fib) [5]. I dati di input di questo modello sono variabili statistiche e, sebbene esso proponga delle prove accelerate per determinare il valore di alcune variabili (come ad esempio il coefficiente di diffusione dei cloruri), al momento manca una procedura per la valutazione del tenore critico che possa essere implementata nel modello.

Paragrafo 3.2.2 - Caratteristiche

Per soddisfare gli obiettivi elencati nel paragrafo precedente, è necessario definire alcune caratteristiche della metodologia di prova. In particolare è necessario che:

- le prove siano effettuate su elementi in malta o in calcestruzzo armato. Infatti, come è stato analizzato nel Paragrafo 3.1, la resistenza all’innesco della corrosione delle armature è influenzata dalle caratteristiche dell’interfaccia acciaio-calcestruzzo e può essere studiata solo mediante prove in malta o in calcestruzzo. Le prove in soluzione, benché siano più semplici e veloci di quelle in calcestruzzo, non permettono di rappresentare il reale comportamento dell’acciaio inglobato nel calcestruzzo;

- le prove siano effettuate su elementi in malta o in calcestruzzo confezionati con cloruri aggiunti nel getto. Le prove con cloruri aggiunti non solo sono molto diffuse, ma, in base a dati di letteratura, permettono di ottenere risultati confrontabili con quelli delle prove con cloruri penetrati (vedi Paragrafo 3.1.2) [13,19,78]. Inoltre, le prove con cloruri aggiunti permettono di superare alcuni limiti legati all’utilizzo di prove con cloruri penetrati: innanzitutto, la durata delle prove con cloruri aggiunti in fase di getto è indipendente dal rapporto acqua/cemento e dallo spessore di copriferro con cui sono stati confezionati gli elementi in calcestruzzo armato (al contrario, la durata delle prove con cloruri penetrati aumenta all’aumentare dello spessore del copriferro e al diminuire del coefficiente di diffusione dei cloruri). Per questo motivo, sebbene le prove con cloruri penetrati siano state applicate con successo per ottenere dei diagrammi di Pedeferri, la loro durata è troppo elevata perché esse possano essere implementate nei modelli per il calcolo della vita di servizio delle strutture in calcestruzzo armato [4,16]); inoltre, le prove con cloruri aggiunti possono essere facilmente utilizzate anche per determinare il valore del tenore critico in presenza di protezioni aggiuntive, come ad esempio l’utilizzo di armature di acciaio inossidabile o la presenza di un sistema di prevenzione catodica (al contrario, la presenza di protezioni aggiuntive provoca un significativo aumento della durata delle prove con cloruri penetrati [4,6]); infine, se sono rispettate alcune prescrizioni che saranno formulate nel Paragrafo 3.3.6, nelle prove con cloruri aggiunti il

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tenore di cloruri totali sulla superficie delle armature è noto (al contrario, come è stato analizzato nel Paragrafo 3.1.3, nelle prove con cloruri penetrati il tenore di cloruri sulla superficie delle armature deve essere misurato e questa operazione può essere complessa);

- il potenziale delle armature sia controllato tramite prova potenziostatica. La procedura proposta permette di tracciare il diagramma di Pedeferri applicando l’approccio mostrato schematicamente in Fig.3.01: inizialmente, tramite un potenziostato, all’acciaio è imposto un potenziale in corrispondenza del quale esso si trova nel campo di passività (perfetta o imperfetta) del diagramma di Fig.3.01. Questa condizione è rappresentata dagli indicatori bianchi nella porzione inferiore del diagramma di Fig.3.01. In seguito all’acciaio è imposto un valore di potenziale superiore rispetto a quello precedente ed esso è mantenuto fisso per un certo periodo di tempo; tale operazione è ripetuta fino a provocare l’innesco della corrosione per pitting. L’innesco si verifica quando all’acciaio è imposto un potenziale superiore al potenziale di pitting (Epit), ossia quando l’acciaio si

trova nel campo di attività del diagramma di Fig.3.01. Questa condizione è rappresentata dagli indicatori neri in Fig.3.01. La sequenza di incrementi di potenziale che provoca l’innesco della corrosione è stata definita prova potenziostatica a gradini;

Fig.3.01 - Rappresentazione schematica della procedura sperimentale utilizzata per determinare le “condizioni critiche” per l’innesco della corrosione mediante prove con cloruri aggiunti.

- il numero di tenori di cloruri analizzati sia sufficiente a tracciare il diagramma di Pedeferri. Infatti, come è mostrato in Fig.3.01, per poter tracciare il diagramma è necessario effettuare prove su più serie di campioni in calcestruzzo armato, confezionate con diversi tenori di cloruri aggiunti in fase di getto;

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- ogni serie di provini (ossia ogni tenore di cloruri analizzato) sia costituita da un numero di elementi sufficiente a studiare la variabilità del risultato (ovviamente, la Fig.3.01 rappresenta una semplificazione del problema, perché essa non tiene conto della variabilità dei risultati);

- le armature inglobate nel calcestruzzo si passivino durante la stagionatura dei provini, nonostante l’aggiunta di cloruri nel getto. Infatti, per poter applicare l’approccio mostrato in Fig.3.01, è necessario che all’inizio della prova potenziostatica a gradini l’acciaio sia passivo. Come sarà spiegato nel Paragrafo 3.3.3, la strategia adottata per soddisfare questo requisito consiste nell’applicare alle armature una polarizzazione catodica dal momento del getto fino al termine della stagionatura dei provini. Questa operazione è stata definita pre-polarizzazione, perché è applicata alle armature prima dell’inizio della prova potenziostatica a gradini.