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L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
DURABILITÀ DEL CALCESTRUZZO
- AGGRESSIONE CHIMICA -
Prof. Ing. Luigi Coppola
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI BERGAMO
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA E SCIENZE APPLICATE
AGGRESSIVI CHIMICI
Alcune sostanze presenti naturalmente o per
effetto delle attività antropiche nei terreni e
nelle acque possono determinare il degrado
del calcestruzzo nelle strutture idrauliche ed
in quelle parzialmente o completamente
interrate a causa di reazioni chimiche che
esse stabiliscono con i costituenti della
matrice cementizia.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
AMBIENTI ACIDI
La pasta di cemento è costituita principalmente da
idrati di calcio relativamente solubili la cui stabilità è
garantita dall’ambiente fortemente basico
determinato dalla presenza degli ioni OH-
e dagli
alcali disciolti nella fase acquosa dei pori capillari.
Pertanto, SE IL CALCESTRUZZO VIENE IN
CONTATTO CON AMBIENTI ACIDI
(TERRENI E ACQUE) QUESTO EQUILIBRIO
PUÒ ESSERE COMPROMESSO CON
CONSEGUENTE DEGRADO DEGLI
ELEMENTI STRUTTURALI.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
L. Coppola – Concretum – Durabilità: aggressione chimica
PROCESSI DI DEGRADO DI TIPO CHIMICO
RIMOZIONE O SOSTITUZIONE
IONI Ca2+
- ASPORTAZIONE PARZIALE DELLA MATRICE LEGANTE
- AUMENTO DELLA PENETRABILITÀ
PERDITA DI MASSA, PERDITA DI PORTANZA E RIGIDEZZA ACCELERAZIONE DEI PROCESSI DI
DEGRADO
IDROLISI E DILAVAMENTO
REAZIONI CHIMICHE CON
ESPANSIONI
- ESPANSIONI, DISALLINEAMENTI E DEFORMAZIONI
- FESSURAZIONI
- ESPULSIONI DI PORZIONI DI CALCESTRUZZO
NATURALI E ARTIFICIALI
Sono innumerevoli le sostanze
chimiche che possono promuovere i
processi di degrado delle strutture in
calcestruzzo ed elencarle tutte
rappresenterebbe impresa improba,
soprattutto se si volesse tener conto
anche di tutte quelle di provenienza
«artificiale».
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
Sostanza chimica Effetto sul calcestruzzo
BASI DEBOLI Nessun degrado
BASI FORTI Nessun degrado
ACIDI DEBOLI Dilavamento ed asportazione della pasta di cemento
ACIDI FORTI Forte dilavamento e disgregazione della matrice legante
ACQUE DOLCIDilavamento con asportazione superficiale della pasta di
cemento
OLI E GRASSI Disgregazione della matrice cementizia
SOLFATIEspansioni, disallineamenti, fessurazioni, espulsioni di
porzioni del copriferro e disgregazione della matrice
cementizia
Tipo di sostanza aggressiva e manifestazione
del degrado delle strutture in calcestruzzo
NORMA UNI EN 206-1
Proprio a causa della impossibilità di
elencare in un’unica lista tutte le possibili
sostanze aggressive, la normativa europea
EN 206 si limita a fornire le prescrizioni di
capitolato per il confezionamento del
calcestruzzo soltanto per quelle sostanze
chimiche che con maggiore frequenza si
incontrano nei terreni e nelle acque
naturali.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
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 nei riguardi della pasta cementizia
Prima delle prescrizioni di capitolato deve essere sempre
EFFETTUATA L’ANALISI CHIMICA DELL’ACQUA E DEL
TERRENO A CONTATTO CON IL CALCESTRUZZO, per stabilire la
concentrazione ionica degli agenti aggressivi, il relativo grado di
attacco
CLASSE XA
DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
CLASSE
DESCRIZIONE DELL’AMBIENTE*
(a/c)
max
C(X/Y)
min
cmin
(Kg/m3)
TERRENO ACQUA
Acidità
Bauman
Gully**
SO42-
(mg/Kg@)
SO42-
(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
≤10000.55 C30/37 320
XA2 ->3000
≤12000
≥600
≤3000
≤5.5
≥4.5
>40
≤100
>30
≤60
>1000
≤30000.50 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
MAGNESIO E AMMONIO
Entrambi danno luogo ad una
reazione che consiste in uno
scambio cationico con lo ione calcio
dei prodotti di idratazione del
cemento generando sali solubili di
calcio che vengono facilmente
rimossi dall’azione delle acque.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
TERRENI AGRICOLI
A contatto con il calcestruzzo le acque contenentiammonio (NH4
+) sono capaci di trasformarel’idrossido di calcio presente nella pasta dicemento in prodotti fortemente solubili (CaCl2 e2NH4OH) che per effetto del dilavamento esercitatodall’acqua vengono asportati generando unincremento della porosità della matricecementizia
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
AMMONIO
Acque che permeano terreni agricoli sottoposti
a trattamenti di concimazione che
utilizzano come fertilizzanti il cloruro ed il
solfato di ammonio
CLASSE XA
DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
CLASSE
DESCRIZIONE DELL’AMBIENTE*
(a/c)
max
C(X/Y)
min
cmin
(Kg/m3)
TERRENO ACQUA
Acidità
Bauman
Gully**
SO42-
(mg/Kg@)
SO42-
(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
≤10000.55 C30/37 320
XA2 ->3000
≤12000
≥600
≤3000
≤5.5
≥4.5
>40
≤100
>30
≤60
>1000
≤30000.50 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
MAGNESIO
Il magnesio presenta la peculiarità di poter
reagire chimicamente sia con l’idrossido di
calcio che con il C-S-H che per effetto di
questa interazione perde gradualmente ioni
calcio i quali vengono sostituiti proprio dal
magnesio generando un silicato idrato di
magnesio responsabile della perdita
parziale delle prestazioni meccaniche del
conglomerato.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
CLASSE XA
DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
CLASSE
DESCRIZIONE DELL’AMBIENTE*
(a/c)
max
C(X/Y)
min
cmin
(Kg/m3)
TERRENO ACQUA
Acidità
Bauman
Gully**
SO42-
(mg/Kg@)
SO42-
(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
≤10000.55 C30/37 320
XA2 ->3000
≤12000
≥600
≤3000
≤5.5
≥4.5
>40
≤100
>30
≤60
>1000
≤30000.50 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
ACQUE ACIDE
Quando una struttura in calcestruzzo è incontatto con acque il cui pH < 12.5 esistonole condizioni per una parziale dissoluzionedei composti idrati del cemento. Questosignificherebbe che qualsiasi struttura incalcestruzzo a contatto con acque naturali (ilcui pH è all’incirca pari a 7) dovrebbe subireun degrado con asportazione di parte dellapasta cementizia. Tuttavia, da un punto divista pratico l’azione degradante assumesignificatività soltanto se il calcestruzzopresenta una elevata permeabilità e ilvalore del pH dell’acqua in contatto < 6.5.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
ACQUE ACIDE
1. basso rapporto a/c;
2. rivestimenti protettivi a base di
trattamenti superficiali delle
strutture con sistemi epossidici,
poliuretanici o con rivestimenti
ceramici in clinker o gres
porcellanato
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
pH < 4
CLASSE XA
DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
CLASSE
DESCRIZIONE DELL’AMBIENTE*
(a/c)
max
C(X/Y)
min
cmin
(Kg/m3)
TERRENO ACQUA
Acidità
Bauman
Gully**
SO42-
(mg/Kg@)
SO42-
(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
≤10000.55 C30/37 320
XA2 ->3000
≤12000
≥600
≤3000
≤5.5
≥4.5
>40
≤100
>30
≤60
>1000
≤30000.50 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
ANIDRIDE CARBONICA LIBERA
L’azione aggressiva nei confronti del calcestruzzo vieneesaltata dalla presenza di anidride carbonica libera presentenelle acque in forma di acido carbonico (H2CO3). Infatti, laCO2 libera (cioè non combinata in forma di carbonati obicarbonato) reagisce inizialmente con l’idrossido di calciodella pasta di cemento formando carbonato di calcio esuccessivamente quest’ultimo può ulteriormente reagire conl’acido carbonico dando luogo alla formazione di bicarbonatodi calcio che per la sua elevata solubilità viene asportatodalla pasta di cemento con conseguente degrado dellestrutture:
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
3222 COHOHCO
OHCaCOOHCaCOH 23232
23332 HCOCaCaCOCOH
ANIDRIDE CARBONICA AGGRESSIVA
Esiste nelle acque una concentrazione di CO2libera che è in grado di garantire l’equilibriodella reazione. L’anidride carbonica aggressivarappresenta l’eccesso di anidride carbonica liberanelle acque oltre il valore che connota l’equilibriodella reazione. In questa evenienza l’equilibrio dellareazione si sposta verso destra cui consegue unaasportazione del carbonato di calcio dalla matricecementizia con formazione del bicarbonato che acausa della sua elevata solubilità viene facilmentedilavato dall’acqua a contatto con la struttura. Inpresenza di CO2 aggressiva, quindi, la matricecementizia subisce una perdita di massa conconseguente aumento della porosità e riduzionedelle prestazioni meccaniche
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
ACQUE INCROSTANTI
Se al contrario l’acqua è contraddistinta daun tenore di CO2 libera inferiore rispetto alvalore di equilibrio, la reazione si spostaverso sinistra con formazione del calcare.Questo significa che parte del bicarbonatodisciolto in acqua si deposita in forma diincrostazioni calcaree sulla superficie dellastruttura in calcestruzzo che,conseguentemente, non subisce alcun effettodegradante. Quando si verificano questecondizioni si dice che L’ACQUA ÈINCROSTANTE.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
TITOLO ALCALIMETRICO TOTALE
Dal meccanismo di azione sopraesposto si evince
come la concentrazione di CO2 libera che
determina l’aggressività di un’acqua non è
costante, ma dipende dalla concentrazione totale
degli anioni (CO32-, HCO3
-, OH-) in essa disciolti
(definita anche come Titolo Alcalimetrico Totale: TAC)
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
= contenuto CO2 libera
AGGRESSIVITÀ DELL’ACQUA
TAC
ACQUE DOLCI
L’asportazione di CH può risultare anchepari al 60% circa di quello contenuto nellamatrice cementizia ed aumenta al diminuiredella temperatura dell’acqua a contatto conla struttura in calcestruzzo. Per questomotivo l’aggressione può risultare moltosevera soprattutto nelle struttureidrauliche in alta montagna (sponde ditorrenti, briglie, canali, etc.) sia perché essesono caratterizzate generalmente da unbasso TAC sia perché aumenta lasolubilità della portlandite alle bassetemperature.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
0
5
10
15
20
T=18°C T=40°C
Ca(O
H) 2
- (
%vs
ma
ssa
ce
me
nto
)Distanza dalla
superficie
della
struttura:
< 3mm
> 3mm
Percentuale di idrossido di calcio residuo nel calcestruzzo
a distanze crescenti dalla superficie a contatto con acqua
contenente CO2 aggressiva (pH 5.5-6) dopo un anno di
esposizione.
ACQUE DOLCI
Le acque dolci caratterizzate da unTAC < 5 gradi francesi, hannocaratteristiche aggressive già pervalori:
CO2 libera > 15 mg/l
pH = 5.5 6
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
CLASSE XA
DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
CLASSE
DESCRIZIONE DELL’AMBIENTE*
(a/c)
max
C(X/Y)
min
cmin
(Kg/m3)
TERRENO ACQUA
Acidità
Bauman
Gully**
SO42-
(mg/Kg@)
SO42-
(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
≤10000.55 C30/37 320
XA2 ->3000
≤12000
≥600
≤3000
≤5.5
≥4.5
>40
≤100
>30
≤60
>1000
≤30000.50 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
CEMENTI POZZOLANICI
Una ulteriore protezione nei confronti
dell’azione aggressiva è rappresentata
dall’impiego di cementi pozzolanici e
d’altoforno o dall’impiego di fumo di silice
in combinazione con cementi Portland o
Portland compositi. Queste aggiunte
minerali, infatti, grazie alla reazione
pozzolanica, riducono, a pari volume di
pasta cementizia, la percentuale di CH che
può essere asportata dall’azione dilavante
dell’acqua aggressiva.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
0
5
10
0 5 10 15 20
Tempo (anni)
Pe
rdit
a d
i ma
ssa
(%
)
a/c=0.50CEM I
CEM IV/A
CEM III/A
CEM II/A-L
+7% silica fume
Perdita di massa a seguito dell’immersione in acqua
contenente 15 mg/l di CO2 aggressiva (pH = 5÷5.5) di
malte confezionate con diversi cementi (a:c:s = 0.5:1:3).
CLASSE XA
DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
CLASSE pH
CO2 nelle
acque
(mg/l)
(a/c)
maxC(X/Y) min
cmin
(Kg/m3)
Tipo di
cemento
(UNI
9606)
XA1≤6.5
≥5.5≥15 ≤40 0.55 C30/37 320 MRD
XA2≤5.5
≥4.5>40 ≤100 0.50 C32/40 340 ARD
XA3≤4.5
≥4.0>100 0.45 C35/45 360 AARD
UNI 9606:1997Tipo di cemento
(UNI EN 197-1)
CLASSI DI RESISTENZA AL DILAVAMENTO
MODERATA ALTA ALTISSIMA
I
II/A-S II/B-S
II/A-L II/B-L
II/A-M II/B-M
C3S ≤ 40% NON AMMESSO NON AMMESSO
II/A-D II/A-P
II/A-V II/A-W
II/A-T
C3S ≤ 40%Pozzolanicità (1) e
C3S ≤ 45%NON AMMESSO
II/B-P II/B-V
II/B-W II/B-TNessuna prescrizione
Pozzolanicità (1) e
C3S ≤ 45%
Pozzolanicità (1) e
C3S ≤ 37%
III/A Nessuna prescrizione C3S ≤ 30%C3S ≤ 25% e RBC≥
50%
III/B Nessuna prescrizione Nessuna prescrizione C3S ≤ 20%
III/C Nessuna prescrizione Nessuna prescrizione Nessuna prescrizione
IV/A IV/B Nessuna prescrizione Nessuna prescrizione C3S ≤ 45%
V/A Nessuna prescrizionePozzolanicità (1) e
C3S ≤ 30%
Pozzolanicità (1) e
C3S ≤ 30%
V/B Nessuna prescrizione Nessuna prescrizione Pozzolanicità (1)
(1) La pozzolanicità è positiva se il cemento soddisfa il saggio secondo quanto riportato nella UNIEN196-5.
SOLFATI
Il degrado delle strutture in
calcestruzzo può manifestarsi se esse
sono in contatto con acque e terreni
che contengono solfati. Questi possono
essere di origine naturale, biologica
oppure derivanti dall’inquinamento
prodotto dalle attività antropiche sia
di tipo domestico che industriale.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
PERICOLOSITÁ
Generalmente la concentrazione di solfato
presente nei terreni è di circa 100-500
mg/Kg e, pertanto, INNOCUA nei confronti
del calcestruzzo. Tuttavia, non è raro in certe
regioni rilevare percentuali di solfato (in forma
di gesso biidrato o di anidrite) decisamente
maggiori (fino a 50000 mg/Kg) come avviene,
ad esempio, in Italia nelle zone carniche, in
Francia nella zona parigina, nell’Africa del
Nord, in Canada e negli Stati Uniti (California,
Montana).
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
PRESENZA DI SOLFATI
SOLFATI
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
• contengono pirite (solfuro di ferro) che in presenza di ossigeno, formano acido solforico può dare origine alla formazione di gesso.
TERRENI ALLUVIONALI E COERENTI
• dove un elevato contenuto di solfati nelle acque è, generalmente, indice che esse attraversano solfati alcalini. ACQUE SOTTERRANEE
• l’inquinamento può determinare concentrazioni di solfato nelle acque particolarmente pericolose (≈ 1500 mg/l).
TERRENI ZONE INDUSTRIALI
• ove le acque reflue confluiscono per essere sottoposte a trattamenti biofisici che hanno come obiettivo l’eliminazione dei composti di natura organica
LIQUAMI DOMESTICI, IMPIANTI FOGNARI E DI
DEPURAZIONE
• L’acqua di mare contiene solfato in concentrazioni medie di circa 2600mg/lACQUA DI MARE
MANIFESTAZIONE DEL DEGRADO
Il degrado del calcestruzzo promosso
dall’attacco solfatico si manifesta in forma di
ESPANSIONE E DISALLINEAMENTI DELLE
STRUTTURE CUI CONSEGUE LA NASCITA
DI QUADRI FESSURATIVI E DI
ESPULSIONI di parti della struttura. In
particolari condizioni di temperatura, inoltre,
l’attacco può presentare i caratteri tipici
dell’aggressione acida con una vera e propria
distruzione della matrice legante che
all’aspetto si presenta come una terra
incoerente.L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
REAZIONI CHIMICHE ATTACCO SOLFATICO
Sebbene le reazioni chimiche prodotte
dall’aggressione del solfato siano strettamente
dipendenti dal tipo di catione ad esso associato, il
processo degradante può essere ricondotto:
1) trasformazione del CH della matrice
cementizia in gesso che avviene con un processo
di dissoluzione e cristallizzazione del gesso
all’interno delle porosità capillari della matrice
cementizia senza apprezzabili variazioni di volume:
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
2OHO2HCaSOO2HSOOHCa 242
2
42
2) Sono coinvolti tutti i residui di C3A ancoraanidro o più frequentemente i prodotti diidratazione dell’alluminato tricalcico (C-A-H)
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
3230432243 H3CaSOACO26H24O2H3CaSOAC
32304322463 H3CaSOACO26H24O2HCaSO3AHC
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 C4AH13 e il monosolfoalluminato (C3A·CaSO4· H12).
REAZIONI CHIMICHE ATTACCO SOLFATICO
ETTRINGITE SECONDARIA
L’ETTRINGITE generata dalla reazione
solfatica viene definita SECONDARIA (o
ritardata) per distinguerla da quella
primaria formatasi durante l’idratazione
del cemento per reazione dell’alluminato
tricalcico con l’acqua in presenza del
gesso aggiunto per la regolazione della
presa.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
ETTRINGITE PRIMARIA
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
ET
TR
ING
ITE
PR
IMA
RIA
formazione benefica giacché consente attraverso un ALLUNGAMENTO DEL TEMPO DI PRESA per il trasporto e la messa in opera del conglomerato;
AUMENTO DI VOLUME connesso con la sua formazione avviene OMOGENEAMENTE in tutta la massa del conglomerato;
limite imposto dalle norme di legge al tenore di gesso nel cemento consente di CONTROLLARE LA QUANTITÀ DI ETTRINGITE PRIMARIA formatasi e,
conseguentemente, l’espansione a valori non pericolosi;
ESPANSIONE connessa con la formazione dell’ettringite avviene NELLE PRIME ORE/GIORNI successivi alla messa in opera dell’impasto, conseguentemente, le tensioni indotte dal contrasto all’espansione prodotta dall’ettringite primaria vengono mitigate dalla deformazione viscosa del calcestruzzo che, a causa della giovane età del conglomerato,
risulta relativamente alta.
ETTRINGITE SECONDARIA
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
ET
TR
ING
ITE
S
EC
ON
DA
RIA
formazione DELETERIA per il conglomerato;
ESPANSIONE connessa con la sua formazione INTERESSA SOLO GLI STRATI PIÙ ESTERNI della struttura in calcestruzzo a contatto
con l’ambiente solfatico;
AUMENTO DI VOLUME di questi strati IMPEDITO DAL CALCESTRUZZO PIÙ INTERNO, non interessato dall’aggressione;
NASCITA DI STATI TENSIONALI superiori alla resistenza del materiale generando fessurazioni e distacchi di porzioni di
conglomerato
ESO-ENDO ETTRINGITE
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
ETTRINGITE SECONDARIA generata dall’attacco del solfato
ESO-ETTRINGITE SECONDARIA Ambiente
esterno (degrado esogeno)
ENDO-ETTRINGITE SECONDARIA Aggregati
inquinati Cemento (degrado endogeno)
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.
ESO-ENDO ETTRINGITE
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
ENDO-ETTRINGITE SECONDARIA
generata dall’impiego di ingredienti inquinati
INGREDIENTICONTENUTO SO4
(UNI-EN 1744/1 punto 12)
AGGREGATI
FINI0.8% della massa secca
dell’aggregato
GROSSI0.2% della massa secca
dell’aggregato
CEMENTO
4% + trattamenti accelerati di
maturazione a vapore che raggiungono
temperature di regime superiori a 80°C
AGGRESSIONE
Il meccanismo di aggressione può esserecosì riassunto:
1. PENETRAZIONE DELLO IONESOLFATO nelle zone corticali dellastruttura e dei cationi ad esso associati;
2. FORMAZIONE DI GESSO disponibile insoluzione nella fase acquosa dei poricapillari (o sua eventuale precipitazione);
3. reazione degli ioni solfato con il C3A anidroe con i prodotti dell’idratazionedell’alluminato tricalcico o con ilmonosolfoalluminato con formazione diETTRINGITE SECONDARIA;
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AGGRESSIONE (2)
4. ESPANSIONE ED AUMENTO DELLAPRESSIONE DELL’ACQUA adsorbitadall’ettringite secondaria a causa della suanatura colloidale;
5. formazione di FESSURE EDESPULSIONE PARZIALE del calcestruzzonelle zone corticali della struttura;
6. ACCENTUAZIONE DEI PROCESSI DIDEGRADO per la facilità con cui attraversole zone fessurate il solfato e le altresostanze aggressive possono penetrarenel calcestruzzo;
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
AGGRESSIONE (3)
7. DEGRADO CONSISTENTE DELLESTRUTTURE IN PRESENZA DI ACQUAin movimento per l’accentuazionedell’effetto dilavante di quest’ultima;
8. ulteriore ESALTAZIONE DEI PROCESSIDI DEGRADO NELLE ZONE DELLASTRUTTURA CHE ALTERNANOSITUAZIONI DIIMMERSIONE/EMERSIONE per laconcomitante azione della pressionedeterminata dai fenomeni dicristallizzazione salina.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
CLASSE XA
DEGRADO DA ATTACCO CHIMICO
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
CLASSE
Concentrazione
SO42- nelle
acque (mg/l)
Concentrazione
SO42- nel terreno
(mg/Kg)
(a/c) max C(X/Y) mincmin
(Kg/m3)
Tipo di
cemento
(UNI 9156)
XA1 200-600 2000-3000 0.55 C30/37 320 MRS
XA2 600-3000 3000-12000 0.50 C32/40 340 ARS
XA3 3000-6000 12000-24000 0.45 C35/45 360 AARS
PREVENZIONE
Per prevenire il degrado del
calcestruzzo promosso dall’attacco solfaticooccorre:
1.VALUTARE IL GRADO DI AGGRESSIONEdell’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.
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
CEMENTI RESISTENTI AI SOLFATI
All’aumentare del grado di aggressione la
normativa impone l’utilizzo di un cemento
intrinsecamente resistente al solfato in
accordo alla norma UNI 9156. La
resistenza al solfato del cemento Portland e
dei cementi Portland di miscela contenenti
aggiunte inerti (calcare) o una modesta
percentuale (620%) di aggiunte
pozzolaniche è inversamente proporzionale
al contenuto di alluminato tricalcico del
cemento.L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
CEMENTI RESISTENTI AI SOLFATI
ETTRINGITE
SECONDARIA
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
% ALLUMINATO
TRICALCICO
ALLUMINATI
IDRATI
REAZIONE CON
SOLFATO
UNI 9156:2015Tipo di cemento
(UNI EN 197-1)
CLASSI DI RESISTENZA AI SOLFATI
MODERATA (1) ALTA ALTISSIMAI
II/A-S II/B-S
II/A-D II/A-P
II/A-V II/A-L
II/B-L II/A-M
II/A-W II/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% e
C4AF o
(C4AF + C2F) ≤ 20%
II/B-P II/B-V
II/B-W II/B-TPozzolanicità (2)
Pozzolanicità (2) e
C3A ≤ 6%
Pozzolanicità (2) e
C3A ≤ 3%
II/B-M
Pozzolanicità (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/B III/C Nessuna prescrizione Nessuna prescrizione C3A ≤ 2%
IV/A Nessuna prescrizione C3A ≤ 6% C3A ≤ 3.5%
IV/B Nessuna prescrizione Nessuna prescrizione C3A ≤ 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 prescrizionePozzolanicità (2) e
C3A ≤ 3%(1) La classe “moderata” di resistenza ai solfati comprende, in particolare, la resistenza all’acqua di mare.(2) La pozzolanicità è positiva se il cemento soddisfa il saggio secondo quanto riportato nella UNIEN196-5.
CEMENTI POZZOLANICI
CEM III - CEM IV e CEM V
contengono 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
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
L. Coppola – Concretum –Durabilità: aggressione chimica
0
0,04
0,08
0,12
0,16
0,2
0,24
0 6 12 18 24 30
Tempo di immersione (mesi)
Esp
an
sio
ne
(%
)
CEM I (C3A=6.4%)
CEM IV/A
CEM II/A-DCEM III/B
CEM V/A
Espansione di provini di malta per immersione in
soluzione solfatica in funzione del tipo di cemento