DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione...

53
L. Coppola Concretum Durabilità: aggressione chimica DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE CHIMICA Prof. Ing. Luigi Coppola UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BERGAMO FACOLTA DI INGEGNERIA

Transcript of DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione...

Page 1: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

“DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO –AGGRESSIONE CHIMICA ”

Prof. Ing. Luigi Coppola

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BERGAMO

FACOLTA ’ DI INGEGNERIA

Page 2: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

AGGRESSIVI CHIMICI

Alcune sostanze presenti naturalmente o pereffetto delle attività antropiche nei terreni enelle acque possono determinare il degradodel calcestruzzo nelle strutture idrauliche ed inquelle parzialmente o completamente interratea causa di reazioni chimiche che essestabiliscono con i costituenti della matricecementizia.

Page 3: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

AMBIENTI ACIDI

La pasta di cemento è costituita principalmente daidrati di calcio relativamente solubili la cui stabilità ègarantita dall ’ambiente fortemente basico determinatodalla presenza degli ioni OH - e dagli alcali disciolti nellafase acquosa dei pori capillari. Pertanto, SE ILCALCESTRUZZO VIENE IN CONTATTO CONAMBIENTI ACIDI (TERRENI E ACQUE) QUESTOEQUILIBRIO PUÒ ESSERE COMPROMESSOCON CONSEGUENTE DEGRADO DEGLIELEMENTI STRUTTURALI.

Page 4: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

PROCESSI DI DEGRADO DI TIPO CHIMICO

RIMOZIONE O SOSTITUZIONE

IONI Ca2+

IDROLISI E

DILAVAMENTO

REAZIONICHIMICHE

CON ESPANSIONI

- ASPORTAZIONE PARZIALEDELLA MATRICE LEGANTE

- AUMENTO DELLA PENETRABILITA ’

- ESPANSIONI, DISALLINEAMENTI E

DEFORMAZIONI- FESSURAZIONI

- ESPULSIONI DI PORZIONIDI CALCESTRUZZO

PERDITA DI MASSA, PERDITA DI PORTANZA E RIGIDEZZAACCELERAZIONE DEI PROCESSI DI DEGRADO

Page 5: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

NATURALI E ARTIFICIALI

Sono innumerevoli le sostanze chimiche chepossono promuovere i processi di degradodelle strutture in calcestruzzo ed elencarletutte rappresenterebbe impresa improba,soprattutto se si volesse tener conto anche ditutte quelle di provenienza “artificiale ”.

Page 6: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

Sostanza chimica Effetto sul calcestruzzoBASI DEBOLI Nessun degrado

BASI FORTI Nessun degrado

ACIDI DEBOLI Dilavamento ed asportazione della pasta di cemento

ACIDI FORTI Forte dilavamento e disgregazione della matrice leg ante

ACQUE DOLCI Dilavamento con asportazione superficiale della pas ta di cemento

OLI E GRASSI Disgregazione della matrice cementizia

SOLFATIEspansioni, disallineamenti, fessurazioni, espulsio ni di porzioni del copriferro e disgregazione della matri ce cementizia

Tipo di sostanza aggressiva e manifestazione del degrado delle strutture

in calcestruzzo

Page 7: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

NORMA EN 206-1

Proprio a causa della impossibilità di elencarein un ’unica lista tutte le possibili sostanzeaggressive, la normativa europea EN 206 silimita a fornire le prescrizioni di capitolato peril confezionamento del calcestruzzo soltantoper quelle sostanze chimiche che conmaggiore frequenza si incontrano nei terreni enelle acque naturali.

Page 8: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

CLASSE XA DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO

Per attacco chimico si intende la pericolosità che può venire da agenti aggressivi neiriguardi della pasta cementiziaPrima delle prescrizioni di capitolato deve essere sempre EFFETTUATA L ’ANALISICHIMICA DELL ’ ACQUA E DEL TERRENO A CONTATTO CON ILCALCESTRUZZO , per stabilire la concentrazione ionica degli agenti aggressivi, ilrelativo grado di attacco

Page 9: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

CLASSE

DESCRIZIONE DELL’AMBIENTE*

(a/c)ma

x

C(x/y)mi

n

cmin(Kg/m 3)

TERRENO ACQUA

Acidità Bauman Gully**

SO42-

(mg/Kg @)SO4

2-

(mg/l)pH CO2

(mg/l)NH4+(mg/l)

Mg++(mg/l)

XA1 > 200 ≥2000 ≤3000

≥200 ≤600

≤6.5≥5.5

≥15 ≤40 ≥15 ≤30

≥300 ≤1000

0.55 C28/35 320

XA2 - >3000 ≤12000

≥600 ≤3000

≤5.5≥4.5

>40 ≤100

>30 ≤60

>1000 ≤3000

0.50 C32/40 340

XA3 - >12000 ≤24000

>3000 ≤6000

≤4.5≥4.0

>100 >60 ≤100

>3000 0.45 C35/45 360

(*) Quando due o più agenti conducono a classi di esposizione diverse, l’ambiente deve essere classificato nella classe con il grado di aggressione maggiore.

(**) L’acidità del terreno viene valutata con il metodo DIN 4030-2.(@) Terreni rocciosi o argillosi con permeabilità inferiore a 10-5 m/s debbono essere classificati nella classe di esposizione immediatamente inferiore.

(#) Valore in N/mm2 misurato su provini cubici di cls confezionati con cementi di classe 32.5

CLASSE XA DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO

Page 10: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

MAGNESIO E AMMONIO

Entrambi danno luogo ad una reazioneche consiste in uno scambio cationicocon lo ione calcio dei prodotti diidratazione del cemento generando salisolubili di calcio che vengono facilmenterimossi dall ’azione delle acque .

Page 11: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

TERRENI AGRICOLI

A contatto con il calcestruzzo le acque contenentiammonio (NH 4

+) sono capaci di trasformare l ’idrossidodi calcio presente nella pasta di cemento in prodottifortemente solubili (CaCl 2 e 2NH4OH) che per effettodel dilavamento esercitato dall ’ acqua vengonoasportati generando un incremento della porosità dellamatrice cementizia

AMMONIOAcque che permeano terreni agricoli sottoposti a trattamenti di concimazione che utilizzano come

fertilizzanti il cloruro ed il solfato di ammonio

Page 12: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

CLASSE

DESCRIZIONE DELL’AMBIENTE*

(a/c)ma

x

C(x/y)mi

n

cmin(Kg/m 3)

TERRENO ACQUA

Acidità Bauman Gully**

SO42-

(mg/Kg @)SO4

2-

(mg/l)pH CO2

(mg/l)NH4+(mg/l)

Mg++(mg/l)

XA1 > 200 ≥2000 ≤3000

≥200 ≤600

≤6.5≥5.5

≥15 ≤40 ≥15 ≤30

≥300 ≤1000

0.55 C28/35 320

XA2 - >3000 ≤12000

≥600 ≤3000

≤5.5≥4.5

>40 ≤100

>30 ≤60

>1000 ≤3000

0.50 C32/40 340

XA3 - >12000 ≤24000

>3000 ≤6000

≤4.5≥4.0

>100 >60 ≤100

>3000 0.45 C35/45 360

(*) Quando due o più agenti conducono a classi di esposizione diverse, l’ambiente deve essere classificato nella classe con il grado di aggressione maggiore.

(**) L’acidità del terreno viene valutata con il metodo DIN 4030-2.(@) Terreni rocciosi o argillosi con permeabilità inferiore a 10-5 m/s debbono essere classificati nella classe di esposizione immediatamente inferiore.

(#) Valore in N/mm2 misurato su provini cubici di cls confezionati con cementi di classe 32.5

CLASSE XA DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO

Page 13: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

MAGNESIO

Il magnesio presenta la peculiarità di poterreagire chimicamente sia con l ’ idrossido dicalcio che con il C-S-H che per effetto diquesta interazione perde gradualmente ionicalcio i quali vengono sostituiti proprio dalmagnesio generando un silicato idrato dimagnesio responsabile della perdita parzialedelle prestazioni meccaniche del conglomerato .

Page 14: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

CLASSE

DESCRIZIONE DELL’AMBIENTE*

(a/c)ma

x

C(x/y)mi

n

cmin(Kg/m 3)

TERRENO ACQUA

Acidità Bauman Gully**

SO42-

(mg/Kg @)SO4

2-

(mg/l)pH CO2

(mg/l)NH4+(mg/l)

Mg++(mg/l)

XA1 > 200 ≥2000 ≤3000

≥200 ≤600

≤6.5≥5.5

≥15 ≤40 ≥15 ≤30

≥300 ≤1000

0.55 C28/35 320

XA2 - >3000 ≤12000

≥600 ≤3000

≤5.5≥4.5

>40 ≤100

>30 ≤60

>1000 ≤3000

0.50 C32/40 340

XA3 - >12000 ≤24000

>3000 ≤6000

≤4.5≥4.0

>100 >60 ≤100

>3000 0.45 C35/45 360

(*) Quando due o più agenti conducono a classi di esposizione diverse, l’ambiente deve essere classificato nella classe con il grado di aggressione maggiore.

(**) L’acidità del terreno viene valutata con il metodo DIN 4030-2.(@) Terreni rocciosi o argillosi con permeabilità inferiore a 10-5 m/s debbono essere classificati nella classe di esposizione immediatamente inferiore.

(#) Valore in N/mm2 misurato su provini cubici di cls confezionati con cementi di classe 32.5

CLASSE XA DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO

Page 15: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

ACQUE ACIDE

Quando una struttura in calcestruzzo è in contatto con acque il cuipH < 12.5 esistono le condizioni per una parziale dissoluzio ne deicomposti idrati del cemento. Questo significherebbe che qu alsiasistruttura in calcestruzzo a contatto con acque naturali (il cui pH èall’incirca pari a 7) dovrebbe subire un degrado con asportazion edi parte della pasta cementizia. Tuttavia, da un punto divista pratico l ’ azione degradante assumesignificatività soltanto se il calcestruzzopresenta una elevata permeabilità e il valoredel pH dell ’acqua in contatto < 6.5.

Page 16: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

ACQUE ACIDE

1. basso rapporto a/c;2. rivestimenti protettivi a base di trattamenti

superficiali delle strutture con sistemiepossidici, poliuretanici o con rivestimenticeramici in clinker o gres porcellanato

pH < 4

Page 17: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

CLASSE

DESCRIZIONE DELL’AMBIENTE*

(a/c)ma

x

C(x/y)mi

n

cmin(Kg/m 3)

TERRENO ACQUA

Acidità Bauman Gully**

SO42-

(mg/Kg @)SO4

2-

(mg/l)pH CO2

(mg/l)NH4+(mg/l)

Mg++(mg/l)

XA1 > 200 ≥2000 ≤3000

≥200 ≤600

≤6.5≥5.5

≥15 ≤40 ≥15 ≤30

≥300 ≤1000

0.55 C28/35 320

XA2 - >3000 ≤12000

≥600 ≤3000

≤5.5≥4.5

>40 ≤100

>30 ≤60

>1000 ≤3000

0.50 C32/40 340

XA3 - >12000 ≤24000

>3000 ≤6000

≤4.5≥4.0

>100 >60 ≤100

>3000 0.45 C35/45 360

(*) Quando due o più agenti conducono a classi di esposizione diverse, l’ambiente deve essere classificato nella classe con il grado di aggressione maggiore.

(**) L’acidità del terreno viene valutata con il metodo DIN 4030-2.(@) Terreni rocciosi o argillosi con permeabilità inferiore a 10-5 m/s debbono essere classificati nella classe di esposizione immediatamente inferiore.

(#) Valore in N/mm2 misurato su provini cubici di cls confezionati con cementi di classe 32.5

CLASSE XA DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO

Page 18: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

ANIDRIDE CARBONICA LIBERA

L’azione aggressiva nei confronti del calcestruzzo viene esa ltatadalla presenza di anidride carbonica libera presente nelle acque informa di acido carbonico (H 2CO3). Infatti, la CO 2 libera (cioè noncombinata in forma di carbonati o bicarbonato) reagisceinizialmente con l ’ idrossido di calcio della pasta di cementoformando carbonato di calcio e successivamente quest ’ultimopuò ulteriormente reagire con l ’acido carbonico dando luogo allaformazione di bicarbonato di calcio che per la sua elevatasolubilità viene asportato dalla pasta di cemento con conse guentedegrado delle strutture:

Page 19: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

ANIDRIDE CARBONICA AGGRESSIVA

Esiste nelle acque una concentrazione di CO 2 liberache è in grado di garantire l ’equilibrio della reazione.L ’ anidride carbonica aggressiva rappresental’eccesso di anidride carbonica libera nelle acque oltreil valore che connota l ’equilibrio della reazione. Inquesta evenienza l ’equilibrio della reazione si spostaverso destra cui consegue una asportazione delcarbonato di calcio dalla matrice cementizia conformazione del bicarbonato che a causa della suaelevata solubilità viene facilmente dilavato dall ’acqua acontatto con la struttura. In presenza di CO 2aggressiva, quindi, la matrice cementiziasubisce una perdita di massa con conseguenteaumento della porosità e riduzione delleprestazioni meccaniche

Page 20: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

ACQUE INCROSTANTI

Se al contrario l ’acqua è contraddistinta da un tenoredi CO 2 libera inferiore rispetto al valore di equilibrio, lareazione si sposta verso sinistra con formazione delcalcare. Questo significa che parte del bicarbonatodisciolto in acqua si deposita in forma di incrostazionicalcaree sulla superficie della struttura in calcestruzzoche, conseguentemente, non subisce alcun effettodegradante. Quando si verificano queste condizioni sidice che L’ACQUA È INCROSTANTE.

Page 21: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

Page 22: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

Page 23: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

Page 24: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

TITOLO ALCALIMETRICO TOTALE

Dal meccanismo di azione sopraesposto si evincecome la concentrazione di CO 2 libera che determinal’aggressività di un ’acqua non è costante, ma dipendedalla concentrazione totale degli anioni (CO 3

2-, HCO3-,

OH-) in essa disciolti (definita anche come TitoloAlcalimetrico Totale: TAC)

= contenuto CO 2 libera

AGGRESSIVITÀ DELL’ACQUA

TAC

Page 25: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

Curva di equilibrio del calcare T=15 °C

Page 26: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

ACQUE DOLCI

L’asportazione di CH può risultare anche pari al60% circa di quello contenuto nella matricecementizia ed aumenta al diminuire dellatemperatura dell ’ acqua a contatto con lastruttura in calcestruzzo . Per questo motivol ’ aggressione può risultare molto severasoprattutto nelle strutture idrauliche in altamontagna (sponde di torrenti, briglie, canali,etc.) sia perché esse sono caratterizzategeneralmente da un basso TAC sia perchéaumenta la solubilità della portlandite alle bassetemperature.

Page 27: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

Percentuale di idrossido di calcio residuo nel calc estruzzo a distanze crescenti dalla superficie a contatto con acqua con tenente CO 2

aggressiva (pH 5.5-6) dopo un anno di esposizione.

Page 28: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

ACQUE DOLCI

Le acque dolci caratterizzate da unTAC < 5 gradi francesi, hannocaratteristiche aggressive già pervalori:�CO2 libera > 15 mg/l�pH = 5.5 ÷ 6

Page 29: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

CLASSE

DESCRIZIONE DELL’AMBIENTE*

(a/c)max C(x/y)mincmin

(Kg/m 3)

TERRENO ACQUA

Acidità Bauman Gully**

SO42-

(mg/Kg @)SO4

2-

(mg/l)pH CO2

(mg/l)NH4+(mg/l)

Mg++(mg/l)

XA1 > 200 ≥2000 ≤3000

≥200 ≤600

≤6.5≥5.5

≥15 ≤40 ≥15 ≤30

≥300 ≤1000 0.55 C28/35 320

XA2 - >3000 ≤12000

≥600 ≤3000

≤5.5≥4.5

>40 ≤100

>30 ≤60

>1000 ≤3000 0.50 C32/40 340

XA3 - >12000 ≤24000

>3000 ≤6000

≤4.5≥4.0

>100 >60 ≤100

>30000.45 C35/45 360

(*) Quando due o più agenti conducono a classi di esposizione diverse, l’ambiente deve essere classificato nella classe con il grado di aggressione maggiore.

(**) L’acidità del terreno viene valutata con il metodo DIN 4030-2.(@) Terreni rocciosi o argillosi con permeabilità inferiore a 10-5 m/s debbono essere classificati nella classe di esposizione immediatamente inferiore.

(#) Valore in N/mm2 misurato su provini cubici di cls confezionati con cementi di classe 32.5

CLASSE XA DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO

Page 30: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

CEMENTI POZZOLANICI

Una ulteriore protezione nei confronti dell ’ azioneaggressiva è rappresentata dall ’ impiego dicementi pozzolanici e d ’altoforno o dall ’impiegodi fumo di silice in combinazione con cementiPortland o Portland compositi . Queste aggiunteminerali, infatti, grazie alla reazione pozzolanica,riducono, a pari volume di pasta cementizia, lapercentuale di CH che può essere asportatadall ’azione dilavante dell ’acqua aggressiva.

Page 31: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

Perdita di massa a seguito dell ’immersione in acqua contenente 15 mg/l di CO 2 aggressiva (pH = 5 ÷5.5) di

malte confezionate con diversi cementi (a:c:s = 0.5: 1:3).

Page 32: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

Classe diesposizione

ConcentrazioneCO2 nelle acque

(mg/l)

pH a/c max

C(x/y) min Tipo di cemento

(UNI 9606)

c(Kg/m 3)

XA1 15 ÷ 40 6.5÷5.5 0.55 C28/35[C30/37]

MRD320

[300]

XA2 40 ÷ 100 5.5÷4.5 0.50 C32/40[C30/37]

ARD340

[320]

XA3 > 100 4.5÷4.0 0.45 C38/45[C35/45]

AARD360

[360]

CLASSE XA DEGRADO DA DILAVAMENTO

Page 33: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

SOLFATI

Il degrado delle strutture in calcestruzzopuò manifestarsi se esse sono incontatto con acque e terreni checontengono solfati. Questi possonoessere di origine naturale, biologicaoppure derivanti dall ’ inquinamentoprodotto dalle attività antropiche sia ditipo domestico che industriale .

Page 34: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

PERICOLOSITÁ

Generalmente la concentrazione di solfato presente neiterreni è di circa 100-500 mg/Kg e, pertanto, INNOCUAnei confronti del calcestruzzo. Tuttavia, non è raro incerte regioni rilevare percentuali di solfato (in forma digesso biidrato o di anidrite) decisamente maggiori (finoa 50000 mg/Kg) come avviene, ad esempio, in Italianelle zone carniche, in Francia nella zona parigina,nell ’Africa del Nord, in Canada e negli Stati Uniti(California, Montana).

Page 35: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

PRSENZA DI SOLFATI

SOLFATI

TERRENI ALLUVIONALI E

COERENTIcontengono pirite(solfuro di ferro)che in presenza diossigeno, formanoacido solforicopuò dare originealla formazione digesso.

ACQUE SOTTERRANEE

dove un elevatocontenuto disolfati nelle acqueè, generalmente,indice che esseattraversanosolfati alcalini.

TERRENI ZONE INDUSTRIALI

l ’ inquinamentopuò determinareconcentrazioni disolfato nelle acqueparticolarmentepericolose ( ≈ 1500mg/l).

LIQUAMI DOMESTICI,

IMPIANTI FOGNARI E DI DEPURAZIONE

ove le acquereflueconfluiscono peressere sottopostea trattamentibiofisici chehanno comeobiettivol’eliminazione deicomposti dinatura organica.

Page 36: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

MANIFESTAZIONE DEL DEGRADO

Il degrado del calcestruzzo promossodall ’attacco solfatico si manifesta in forma diESPANSIONE E DISALLINEAMENTI DELLESTRUTTURE CUI CONSEGUE LA NASCITA DIQUADRI FESSURATIVI E DI ESPULSIONI diparti della struttura. In particolari condizioni ditemperatura, inoltre, l ’attacco può presentare icaratteri tipici dell ’aggressione acida con unavera e propria distruzione della matrice leganteche all ’aspetto si presenta come una terraincoerente.

Page 37: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

REAZIONI CHIMICHE ATTACCO SOLFATICO

Sebbene le reazioni chimiche prodottedall ’ aggressione del solfato siano strettamentedipendenti dal tipo di catione ad esso associato, ilprocesso degradante può essere ricondotto:1) trasformazione del CH della matrice cementizia ingesso che avviene con un processo di dissoluzione ecristallizzazione del gesso all ’ interno delle porositàcapillari della matrice cementizia senza apprezzabilivariazioni di volume:

Page 38: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

REAZIONI CHIMICHE ATTACCO SOLFATICO

2) Sono coinvolti tutti i residui di C 3A ancora anidro opiù frequentemente i prodotti di idratazionedell ’alluminato tricalcico (C -A-H)

Il prodotto di questa seconda reazione chimica ècostituito dall ’ ETTRINGITE. Il C3AH6 non è il soloalluminato che può reagire con il solfato. La reazionecon questo anione può interessare anche altre formequali il C 4AH13 e il monosolfoalluminato (C 3A· CaSO4·H12).

Page 39: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

ETTRINGITE SECONDARIA

L ’ ETTRINGITE generata dalla reazionesolfatica viene definita SECONDARIA (oritardata ) per distinguerla da quella primariaformatasi durante l ’ idratazione del cementoper reazione dell ’ alluminato tricalcico conl’acqua in presenza del gesso aggiunto per laregolazione della presa.

Page 40: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

ETTRINGITE PRIMARIAE

TT

RIN

GIT

E

PR

IMA

RIA

• formazione benefica giacché consente attraverso unALLUNGAMENTO DEL TEMPO DI PRESA per il trasporto e lamessa in opera del conglomerato;

• AUMENTO DI VOLUME connesso con la sua formazioneavviene OMOGENEAMENTE in tutta la massa delconglomerato;

• limite imposto dalle norme di legge al tenore di gesso nelcemento consente di CONTROLLARE LA QUANTITÀ DIETTRINGITE PRIMARIA formatasi e, conseguentemente,l’espansione a valori non pericolosi;

• ESPANSIONE connessa con la formazione dell ’ ettringiteavviene NELLE PRIME ORE/GIORNI successivi alla messa inopera dell ’impasto, conseguentemente, le tensioni indotte dalcontrasto all ’ espansione prodotta dall ’ ettringite primariavengono mitigate dalla deformazione viscosa del calcestruzzoche, a causa della giovane età del conglomerato, risultarelativamente alta.

Page 41: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

ETTRINGITE SECONDARIAE

TT

RIN

GIT

E

SE

CO

ND

AR

IA• formazione DELETERIA per il conglomerato;• ESPANSIONE connessa con la sua formazione

INTERESSA SOLO GLI STRATI PIÙ ESTERNIdella struttura in calcestruzzo a contatto conl’ambiente solfatico;

• AUMENTO DI VOLUME di questi stratiIMPEDITO DAL CALCESTRUZZO PIÙ INTERNO,non interessato dall ’aggressione;

• NASCITA DI STATI TENSIONALI superiori allaresistenza del materiale generandofessurazioni e distacchi di porzioni diconglomerato

Page 42: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

ESO-ENDO ETTRINGITE

il processo degradante per manifestarsi ha bisogno di acqua

che, permeando la matrice cementizia, possa scatenare la

reazione solfatica, la formazione di ettringite ( endo-ettringite secondaria)

ed il conseguente processo distruttivo delle strutture.

ETTRINGITE SECONDARIA generata dall ’attacco del solfato

ESO-ETTRINGITE SECONDARIA

Ambiente esterno (degrado esogeno)

ENDO-ETTRINGITE SECONDARIA

Aggregati inquinatiCemento

(degrado endogeno)

Page 43: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

ESO-ENDO ETTRINGITE

ENDO-ETTRINGITE SECONDARIA generata dall ’impiego di ingredienti inquinati

INGREDIENTICONTENUTO SO4

(UNI-EN 1744/1 punto 12)

AGGREGATIFINI 0.8% della massa secca

dell ’aggregato

GROSSI 0.2% della massa seccadell ’aggregato

CEMENTO4% + trattamenti accelerati dimaturazione a vapore che raggiungonotemperature di regime superiori a80°C

Page 44: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

AGGRESSIONE

Il meccanismo di aggressione può essere cosìriassunto:

1. PENETRAZIONE DELLO IONE SOLFATO nelle zonecorticali della struttura e dei cationi ad essoassociati;

2. FORMAZIONE DI GESSO disponibile in soluzionenella fase acquosa dei pori capillari (o suaeventuale precipitazione);

3. reazione degli ioni solfato con il C 3A anidro e con iprodotti dell ’idratazione dell ’alluminato tricalcico ocon il monosolfoalluminato con formazione diETTRINGITE SECONDARIA;

Page 45: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

AGGRESSIONE (2)

4. ESPANSIONE ED AUMENTO DELLA PRESSIONEDELL’ACQUA adsorbita dall ’ettringite secondaria acausa della sua natura colloidale;

5. formazione di FESSURE ED ESPULSIONE PARZIALEdel calcestruzzo nelle zone corticali della struttura;

6. ACCENTUAZIONE DEI PROCESSI DI DEGRADO perla facilità con cui attraverso le zone fessurate ilsolfato e le altre sostanze aggressive possonopenetrare nel calcestruzzo;

Page 46: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

AGGRESSIONE (3)

7. DEGRADO CONSISTENTE DELLE STRUTTURE INPRESENZA DI ACQUA in movimento perl ’ accentuazione dell ’ effetto dilavante diquest ’ultima;

8. ulteriore ESALTAZIONE DEI PROCESSI DIDEGRADO NELLE ZONE DELLA STRUTTURA CHEALTERNANO SITUAZIONI DIIMMERSIONE/EMERSIONE per la concomitanteazione della pressione determinata dai fenomeni dicristallizzazione salina.

Page 47: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

Classe diEsposizio

ne

ConcentrazioneSO4

2- nelle acque(mg/l)

ConcentrazioneSO4

2- nel terreno(mg/Kg)

a/c max

C(x/y) min Tipo di cemento UNI 9156

c(Kg/m 3)

XA1 200-600 2000-3000 0.55C28/35

[C30/37]MRS

320[300]

XA2 600-3000 3000-12000 0.50C32/40

[C30/37]ARS

340[320]

XA3 3000-6000 12000-24000 0.45C38/45

[C35/45]AARS

360[360]

Classi di esposizione ambientale, concentrazione di solfato nelle acque e nei terreni e prescrizioni di capitolato pe r calcestruzzi

durevoli all ’aggressione solfatica

Page 48: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

PREVENZIONE

Per prevenire il degrado delcalcestruzzo promosso dall ’attacco solfatico

occorre:1.VALUTARE IL GRADO DI AGGRESSIONE

dell ’ ambiente solfatico a contatto con lestrutture;

2.CONFEZIONARE UN CALCESTRUZZO,mediante una accurata scelta delle materieprime ed un opportuno proporzionamento,capace di resistere chimicamenteall’aggressione.

Page 49: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

CEMENTI RESISTENTI AI SOLFATI

All ’ aumentare del grado di aggressione lanormativa impone l ’ utilizzo di un cementointrinsecamente resistente al solfato inaccordo alla norma UNI 9156. La resistenza alsolfato del cemento Portland e dei cementiPortland di miscela contenenti aggiunte inerti(calcare) o una modesta percentuale (6 ÷20%) diaggiunte pozzolaniche è inversamenteproporzionale al contenuto di alluminatotricalcico del cemento .

Page 50: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

CEMENTI RESISTENTI AI SOLFATI

ETTRINGITE SECONDARIA

% ALLUMINATO TRICALCICO

ALLUMINATI IDRATI

REAZIONE CON SOLFATO

Page 51: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

Tipo di cemento secondo UNI ENV 197-1

Classi di resistenza ai solfati

Moderata (1) Alta AltissimaI

II/A-SI/B-SII/A-DII/A-PII/A-VII/A-LII/B-LII/A-MII/A-WII/A-T

C3A ≤ 8% e SO3 ≤ 3.5%C3A ≤ 10% e SO3 ≤ 3.0%

C3A ≤ 3% e SO3 ≤ 3.5%C3A ≤ 5% e SO3 ≤ 3.0%

C3A = 0%C4AF o (C4AF + C2F) ≤ 20%

II/B-PII/B-VII/B-WII/B-T

Pozzolanicità (2) Pozzolanicità (2) e C3A ≤ 8% Pozzolanicità (2) e C3A ≤ 3%

II/B-MPozzolanicità (2) o

C3A ≤ 8% e SO3 ≤ 3.5%C3A ≤ 10% e SO3 ≤ 3.0%

Pozzolanicità (2) e C3A ≤ 3% e SO3 ≤ 3.5%C3A ≤ 5% e SO3 ≤ 3.0%

Pozzolanicità (2) e C3A = 0%

III/A Nessuna prescrizioneC3A ≤ 3% e SO3 ≤ 3.5%C3A ≤ 5% e SO3 ≤ 3.0%

C3A = 0% e C4AF o (C4AF + C2F) ≤ 20%

III/BIII/C

Nessuna prescrizione Nessuna prescrizione C 3A ≤ 2%

IV/A Nessuna prescrizione C 3A ≤ 6% C3A ≤ 3.5%

IV/B Nessuna prescrizione Nessuna prescrizione C 3A ≤ 3.5%

V/A Nessuna prescrizioneC3A ≤ 3% e SO3 ≤ 3.5%C3A ≤ 5% e SO3 ≤ 3.0%

Pozzolanicità (2) e C3A ≤ 3%

V/B Nessuna prescrizione Nessuna prescrizione Pozzolanici tà (2) e C3A ≤ 3%

(1) La classe “moderata ” di resistenza ai solfati comprende, in particolare, la resis tenza all ’acqua di mare(2) La pozzolanicità è positiva se il cemento soddisfa il saggio se condo quanto riportato nella UNIEN196-5

Page 52: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

CEMENTI POZZOLANICI

CEM III - CEM IV e CEM Vcontengono aggiunte pozzolaniche MAGGIORE RESISTENZA intrinseca

all’aggressione del solfato per la minore percentuale di CH disponibile impegnato nella reazione pozzolanica e per questo

motivo sottratto alla possibile aggressione con il solfato proveniente

dall ’ambiente esterno

Page 53: DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO – AGGRESSIONE … › dati › corsi › 20057 › 33204-Lezione 24...L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica AGGRESSIVI CHIMICI

L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica

Espansione di provini di malta per immersione in soluzione solfatica in funzione del tipo di cemento