Effetti della corrosione sul comportamento meccanico di barre in acciaio Tempcore

La corrosione delle armature in strutture in c.a. potrebbe alterare in modo significativo il comportamento meccanico della struttura

La corrosione delle armature, specialmente in ambienti con presenza di cloruri, è uno dei principali fenomeni di degrado delle strutture in calcestruzzo armato (CA) (Bertolini et al., 2013). In questi ambienti, infatti, si sviluppa una tipologia di corrosione molto aggressiva e di tipo localizzato che, procedendo molto velocemente, potrebbe alterare in modo significativo il comportamento meccanico dell’intera struttura.

In fase di progetto si approssima pertanto la vita di servizio della struttura alla sola fase di innesco, ovvero al periodo di tempo necessario ai cloruri per penetrare dall’ambiente e raggiungere, alla profondità delle armature, una concentrazione sufficiente per innescare la corrosione. Il fenomeno però, già di natura aleatoria, può essere ulteriormente complicato dalla presenza di fessure nel calcestruzzo, che sono pressoché inevitabili in strutture reali ma il cui effetto ancora non viene stimato nei modelli di durabilità. Inoltre, nonostante in fase di progetto si consideri solo la fase di innesco, molte strutture esistenti si trovano già in una avanzata fase di propagazione della corrosione, ed è quindi di fonda- mentale importanza la definizione del comportamento meccanico di elementi soggetti a corrosione.

Molteplici studi sono presenti in letteratura, riguardanti l’effetto delle fessure sull’innesco e sulla propagazione della corrosione in strutture in CA (Chen et al., 2020; Gu et al., 2015; Jaffer & Hansson, 2008; Otieno et al., 2010; Wang et al., 2014). Tuttavia, tra i principali aspetti ancora da chiarire vi sono il ruolo dell’apertura (Kӓthler et al., 2020; Leporace-Guimil et al., 2021) e della profondità della fessura (Russo et al., 2022), il ruolo della durata e della tipologia di esposizione, la morfologia degli attacchi corrosivi e il loro effetto sulle proprietà meccaniche delle barre.

Gli ultimi due, in particolare, sono tanto più difficili da valutare quanto più si voglia replicare condizioni di esposizione reali e non accelerando la corrosione in laboratorio (ad esempio tramite l’applicazione di una corrente).

Inoltre, la morfologia dell’attacco corrosivo potrebbe essere di particolare rilevanza per quelle tipologie di barre composte da diversi strati aventi diversa microstruttura, come le barre TEM- PCORE, comunemente utilizzate.

In questo studio è presentata la caratterizzazione morfologica e meccanica della corrosione su barre di armatura TEMPCORE in campioni di CA e CA fibrorinforzato fessurati, soggetti a carichi di servizio ed esposti a cicli di esposizione ai cloruri per 280 giorni senza l’utilizzo di corrente elettrica.

Al termine dell’esposizione le barre sono state estratte e soggette a prova di trazione fino a rottura (risultati presentati in un precedente lavoro). Sono successivamente state implementate ulteriori analisi per caratterizzare la morfologia degli attacchi corrosivi in funzione della microstruttura delle barre, valutare il contenuto di cloruri in relazione alla presenza e apertura delle fessure e valutare l’effetto della corrosione sulle proprietà meccaniche su porzioni dell’armatura originaria in funzione della riduzione del diametro.

Materiali e metodi

Descrizione dei campioni

Campioni prismatici di dimensioni 90 X 90 X 830 mm sono stati realizzati in CA (RC) e in CA fibrorinforzato con 50 kg/m³ di fibre d’acciaio (SFRC), in entrambi i casi con rapporto a/c pari a 0.5. Ogni campione è stato rinforzato con una barra TEMPCORE, grado B500B, con diametro nominale (ϕ0) di 12 mm e posizionata assialmente con spessore di copriferro di 39 mm su ogni lato. In Tabella 1 sono riportate le principali proprietà meccaniche delle barre.

I campioni, 5 in RC e 5 in SFRC, sono stati prima pre-fessurati e successivamente tenuti costantemente in trazione per riprodurre condizioni di servizio in strutture reali, corrispondenti ad uno sforzo sulle barre di circa 300 MPa, e alla presenza di 4-5 fessure su ogni campione con apertura media (wcr) di 0.189 mm per RC e 0.119 per SFRC. Contemporaneamente, i campioni sono stati esposti a cicli settimanali di asciutto (20 ± 2 °C e UR 55 ± 5%) e bagnato (in una soluzione acquosa contenente il 5% di cloruro di so- dio) per un totale di 280 giorni (circa 9 mesi).

Maggiori dettagli sullo stato fessurativo dei provini (sia in termini di apertura che di spaziatura delle fessure) e sulla modalità di applicazione del carico sono sintetizzati in Leporace-Guimil et al., 2021. Al termine dell’esposizione le barre sono state estratte tagliando a secco i campioni lungo l’asse longitudinale in due metà, e i prodotti di corrosione sono stati rimossi meccanicamente. Analisi in termini di perdita di massa, dimensioni dei pit e delle fessure sono stati presentati in (Leporace-Guimil et al., 2021).

Per questo studio, sono stati considerati 3 provini su 5 per ogni tipologia. I pit sono stati ulteriormente caratterizzati in funzione della microstruttura delle barre, è stata eseguita un’analisi del contenuto di cloruri, e dell’effetto dei pit sulle proprietà meccaniche.

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Conference - Napoli, 12-15 ottobre 2022
Evento organizzato da aicap e CTE