Esperienze di cantiere per il ripristino durevole di ponti e viadotti con i sistemi Mapei

Ripristino e protezione delle strutture in calcestruzzo armato

Il ripristino e la protezione di una struttura in calcestruzzo armato è un’operazione che richiede conoscenze specifiche, dalle indagini preliminari per valutare lo stato dell’opera, fino alla realizzazione dell’intervento, con tecniche e materiali idonei.

Definire le cause del degrado è fondamentale perché, solo attraverso questo processo, può essere fatta una diagnosi corretta al fine di consentire agli strutturisti di preparare un progetto ben definito in tutti i particolari.

Perciò, la sola ispezione visiva che è sicuramente indispensabile, non è sufficiente.

La corrosione, come sappiamo, può essere generata dalla carbonatazione e dalla presenza di cloruri e questi ultimi possono causare danni strutturali (Fig. 1). 

Occorre di conseguenza verificare il potenziale di corrosione delle armature e stabilire analiticamente la quantità di cloruri presenti ed il loro profilo di penetrazione.

Con la stessa cura e scrupolosità devono essere indagati anche gli altri difetti eventualmente presenti perché, se non risolti o sottovalutati, possono compromettere la qualità dell’intervento e quindi la durabilità, che si traduce alla fine in maggiori costi.

Diversi sono i sistemi che possono essere impiegati per il risanamento e la protezione ed i prodotti da utilizzare devono essere in accordo alla norma europea UNI EN 1504 “Prodotti e sistemi per la protezione e la riparazione delle strutture in calcestruzzo”.

Le procedure d’intervento sono ben descritte nella stessa norma e prevedono le seguenti fasi:

• Protezione dei ferri di armatura.
• Risanamento mediante l’impiego di malte cementizie.
• Protezione contro l’ingresso degli agenti aggressivi.

Sistemi Mapei per la protezione dei ferri di armatura in accordo alla UNI EN 1504- 7 

I sistemi più conosciuti ed utilizzati per la protezione anticorrosiva delle barre di armatura come Mapefer, malta cementizia bicomponente o Mapefer 1K, malta cementizia monocomponente, hanno la capacità di proteggere e ripassivare i ferri in quanto ricreano un ambiente alcalino, con pH superiore a 13.

L’applicazione, attorno ai ferri di armatura, deve essere fatta con cura in due mani, in uno spessore totale di 2 mm (Fig. 2).

Se la corrosione è stata generata dalla penetrazione dei cloruri e questi non vengono rimossi completamente, qualora la parte posteriore dei ferri di armatura non venga trattata, in presenza di ossigeno ed umidità, il processo di corrosione riprende anche se l’ambiente è alcalino.

È fondamentale perciò, dopo avere definito il loro profilo di penetrazione, rimuovere tutto il calcestruzzo interessato. 

Purtroppo, non sempre queste regole vengono seguite e d’altra parte, in alcuni casi una demolizione molto profonda non può essere assolutamente attuata per ragioni di sicurezza. 

A seguito di queste reali problematiche, la ricerca Mapei ha sviluppato tecniche innovative per migliorare il ciclo di risanamento.

Protezione catodica galvanica delle armature: come funziona?

Da oltre 12 anni Mapei ha introdotto una tecnologia innovativa che è la “protezione catodica galvanica”, assolutamente efficiente e semplice da impiegare.

Questa tecnologia si basa sull’impiego di anodi di sacrificio che vengono collegati alle armature per bloccare, nel caso di strutture esistenti o prevenire, nel caso di strutture nuove, la corrosione. 

Sono state a tal fine sviluppate due famiglie di prodotti: Mapeshield I, anodi interni da collegare ai ferri di armatura prima del ripristino o del getto di una nuova struttura (Fig. 3) e Mapeshield E, anodi esterni da collegare solo dopo avere effettuato il risanamento (Fig. 4).

Mapeshield I è un anodo composto da diversi strati di zinco puro al 99.9%, intervallati da una pasta elettrolitica e coperto da un rivestimento protettivo, mentre Mapeshield E è costituito da una lamina di zinco, dello stesso titolo, accoppiata ad un gel adesivo che è anche un ottimo conduttore ionico. 

Dopo il collegamento lo zinco, che come è noto, ha un potenziale elettrico più negativo del ferro, si ossida, mentre le barre di armatura in acciaio si passivano.

La corrente che si autogenera a seguito di questo processo, senza necessità di fonti esterne di energia, allontana lo ione cloro dalle barre di armatura e provoca un aumento del pH che lentamente rialcalinizza il calcestruzzo.

Il numero e la distanza tra gli anodi sono in funzione della densità dell’armatura, mentre il loro consumo dipende dalla corrente che viene sviluppata per la ripassivazione, secondo la legge di Faraday.

La protezione della struttura viene assicurata fino al consumo totale degli anodi e conseguentemente, la loro massa è molto importante ai fini della durata.

Per i prodotti descritti, tale durata varia da 20 anni per le strutture con problemi di corrosione, fino a 40 anni per le strutture nuove e questa è la ragione per cui vengono prodotti Mapeshield I e Mapeshield E con dimensione e quantità differenti di zinco.

L’efficienza e conseguentemente l’attività degli anodi possono essere controllate ogni qualvolta lo si ritenga opportuno, anche da remoto, grazie alla procedura descritta dalla norma EN 12696 che riguarda la protezione di acciai nel calcestruzzo.

Soluzioni Mapei per il risanamento mediante l’impiego di malte in accordo alla UNI EN 1504 – 3

Per la riparazione con malte cementizie la norma prevede quattro classi, da classe R1 a classe R4, con prestazioni e caratteristiche differenti.

Tra i vari prodotti disponibili è fondamentale scegliere quelli che hanno la proprietà di impedire il ripetersi del problema e che siano capaci, se richiesto, di ridare alla struttura degradata non solo le caratteristiche meccaniche perse, ma anche quelle fisiche e chimiche, in molti casi purtroppo mai possedute per la dubbia qualità del calcestruzzo impiegato e/o per la carenza di copriferro. 

La ricerca, anche per i prodotti cementizi, ha sicuramente fatto importanti passi per innovare i sistemi esistenti, investendo, in particolare, per la durabilità alla quale è direttamente collegata la sostenibilità.

Mapei, che è da sempre sensibile a questo tema, si è impegnata molto per raggiungere questo obbiettivo, un traguardo a cui tutti aspirano, ma per nulla facile da raggiungere.

Il ritiro per esempio è uno dei parametri principali, perché il rischio di avere fessure è sempre ricorrente, così come è importante valutare la compatibilità chimica, fisica e meccanica con il supporto sul quale vengono applicate le malte.

Una delle prove più selettive per valutarne la resistenza alla fessurazione è sicuramente quella denominata “O-RING Test”. Questa prova prevede che la malta che riveste un anello metallico, mantenuta per 180 giorni in laboratorio alla temperatura di 23°C e 50% U.R., non debba manifestare alcuna fessura (Fig. 5).

Questa caratteristica è propria del Mapegrout Easy Flow, malta fibrorinforzata a ritiro compensato, che viene usata ormai da molti anni in centinaia di cantieri per la riparazione di infrastrutture come ponti e viadotti.

Un importante contributo, per consentire il completo sviluppo dell’espansione dopo l’applicazione, viene dato dal Mapecure SRA, speciale additivo riduttore di ritiro, in grado di abbassare la tensione superficiale nei pori capillari e di rallentare l’evaporazione dell’acqua. 

Dal punto di vista fisico e chimico, il processo, è sicuramente complesso ed è paragonabile, per semplificare, all’azione che viene svolta da un curing interno. 

Alla stabilità dimensionale si aggiunge inoltre un valore di permeabilità ai cloruri, inferiore a 1x10^—12 m²/s., caratteristica essenziale per la durabilità.

Mapegrout Easy Flow ha una consistenza tissotropica ed è caratterizzato da una bassa viscosità, per potere essere pompato per lunghe distanze ed elevate prevalenze con intonacatrici a vite senza fine.

Le fibre sintetiche corte, comunemente utilizzate per il rinforzo delle malte da ripristino, consentono come è noto, di ridurre la formazione di fessure dovute al ritiro plastico, ma non contribuiscono a conferire alla malta alcun miglioramento delle proprietà fisiche – meccaniche come la duttilità, caratteristica che, in molti casi, diventa essenziale quando le strutture sono soggette ad un carico dinamico e a fatica.

A seguito dell’acquisizione della società Fili & Forme srl, la ricerca e le rinnovate tecnologie messe a punto nella produzione delle fibre sintetiche, ha dato a Mapei la spinta, per studiare il comportamento delle stesse all’interno della matrice cementizia, con lo scopo di modificarne le caratteristiche.

Questo è stato reso possibile dall’introduzione delle fibre strutturali che vengono impiegate sia per il confezionamento di calcestruzzi speciali, sia per la formulazione di malte e betoncini per il risanamento ed il rinforzo delle infrastrutture esistenti mediante colatura in cassero.

Le fibre strutturali aggiunte alla matrice cementizia hanno superato il test di creep a lungo termine, secondo la CSLLPP, 2019, “Linea guida per l’identificazione, la qualificazione, la certificazione di valutazione tecnica ed il controllo di accettazione dei calcestruzzi fibrorinforzati FRC (Fiber Reinforced Concrete)” e formano una ”armatura” tridimensionale in grado di contrastare la progressiva apertura delle fessure e di rallentarne la propagazione, grazie alla perfetta interazione e compatibilità con la matrice stessa.

Le fibre strutturali conferiscono ai prodotti cementizi una significativa resistenza residua a trazione dopo la fessurazione, incrementando la capacità portante complessiva della struttura [...]

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