Il ripristino durevole e la protezione del calcestruzzo armato

Nel passato il “ripristino del calcestruzzo” era basato su un concetto imperfetto, che prevedeva la sostituzione delle parti ammalorate con un qualsiasi prodotto a base di cemento, senza tenere in considerazione un aspetto di fondamentale importanza, la durabilità, che si può e si deve garantire ad una struttura, nel momento in cui si interviene per risanarla. La durabilità, tra l’altro, si fonde perfettamente anche con lo scenario di sostenibilità ambientale, argomento che ormai è di primaria importanza in tutti i campi ed in particolar modo in quello dell’edilizia.

Il ripristino di una struttura è un’operazione che richiede conoscenze specifiche in tutte le sue fasi, dalle indagini preliminari, atte a valutare lo stato dell’opera, fino alla realizzazione dell’intervento, da eseguire da personale qualificato e competente attraverso tecniche e materiali idonei. Inoltre, per eseguire un lavoro di riparazione a regola d’arte è fondamentale affidarsi alle normative vigenti in materia.

Calcestruzzo 'infinito' e indistruttibile: una concezione antica ed errata

Il calcestruzzo, nel passato, è stato considerato un materiale indistruttibile e di durabilità praticamente illimitata ma, con l’avvento dei calcestruzzi moderni, queste considerazioni sono radicalmente cambiate, come sta a dimostrare la necessità, sempre più crescente in questi ultimi decenni, di ricorrere ad interventi di manutenzione ordinaria ma soprattutto straordinaria sulle strutture.

Una delle principali cause di degrado del calcestruzzo è sicuramente l’ammaloramento dovuto alla corrosione delle armature metalliche che, nel migliore dei casi, può creare l’espulsione del copriferro e l’esposizione diffusa delle barre superficiali mentre, nei casi peggiori, può portare alla perdita di sezione resistente, causa di problemi strutturali.

Le principali cause di degrado legato alla corrosione delle armature

Le cause legate a questo tipo di degrado sono due. La prima è l’ingresso dell’anidride carbonica, veicolata dall’umidità ambientale, all’interno dello spessore di copriferro. Questi due elementi, umidità ed anidride carbonica, creano nel calcestruzzo il fenomeno della carbonatazione, dannoso nel momento in cui avviene in corrispondenza delle armature. In un calcestruzzo sano il pH della matrice cementizia è maggiore di 13 ed in questa condizione sui ferri si crea un film di ossido passivo che li “impermeabilizza” al passaggio di ossigeno ed umidità. Con la carbonatazione il pH si abbassa fino a valori anche inferiori a 9, creando così un ambiente troppo poco alcalino per le armature, infatti, con pH inferiori a 11 il film passivante viene neutralizzato lasciando i ferri esposti all’aggressione dell’ossigeno e dell’umidità presenti nell’aria che portano all’innesco della corrosione.

Sicuramente, però, la corrosione più problematica, anche a livello strutturale, è quella causata dalla presenza dei cloruri, in quanto può creare danni di tipo puntuale (Pitting) con perdite di sezione importanti dei ferri d’armatura, che possono portare fino alla rottura degli stessi. Principalmente i cloruri possono entrare in contatto con una struttura a causa della vicinanza al mare oppure in presenza di sali disgelanti utilizzati per evitare la formazione del ghiaccio su tutte le tipologie di infrastruttura.

Risanare il degrado già in atto su strutture esistenti

Il concetto di ripristino di una struttura degradata deve essere sempre considerato come “sistema” composto da più operazioni e da più prodotti atti a ristabilire la condizione ottimale dell’elemento su cui si va ad intervenire. Detto questo, all’interno del ciclo di risanamento le metodologie disponibili per la protezione delle armature dalla corrosione sono diverse, alcune delle quali basate su una protezione passiva che blocca l’agente aggressivo.

Questa soluzione è valida solo se l’inquinante non ha ancora raggiunto i ferri d’armatura, al contrario, se l’agente è già penetrato in profondità rimangono solo due possibilità: eliminare tutto il calcestruzzo inquinato, ma non sempre è possibile, oppure utilizzare protezioni attive che bloccano il processo di degrado. Secondo il rapporto della Federal Highway Administration, la protezione catodica, a corrente impressa o galvanica, ha dimostrato di essere una delle tecni- che più efficaci di riabilitazione per arrestare la corrosione in strutture di calcestruzzo armato contaminate da cloruri, indipendentemente dal loro contenuto.

La protezione catodica applicata nel ripristino del calcestruzzo armato

La protezione catodica può essere di due tipologie: a corrente impressa oppure galvanica con anodi sacrificali. Se correttamente progettati è dimostrato che entrambi i sistemi possono controllare o mitigare la corrosione fornendo la protezione necessaria. La differenza principale tra i due sistemi consiste nel fatto che la corrente impres- sa necessita, per il suo funzionamento, di un alimentatore e di una fonte esterna di energia elettrica.

Al contrario, il sistema galvanico si basa sull’uso di metalli differenti accoppiati in un ambiente comune che creano energia elettrica simile a quella di una batteria. Uno dei principali vantaggi del sistema galvanico è che richiede una minima manutenzione e non utilizzando fonti esterne di energia elettrica, il sistema è immune alle interruzioni di corrente o a guasti improvvisi dell’alimentatore. La protezione catodica galvanica utilizza tensioni naturali relativamente basse (differenza di poten- ziale naturale tra l’anodo sacrificale e l’acciaio da proteggere) che evitano possibili problemi legati all’infragilimento da idrogeno ed alla corrosione da stress dell’acciaio precompresso, che invece può verificarsi nei casi di iper-protezione nei sistemi a cor- rente impressa. Con gli anodi sacrificali la corrente si autoregola in base alla velocità di corrosione dell’armatura, senza rischi di sovraccarichi.

La prevenzione dalla corrosione delle strutture

Fondamentalmente il concetto di protezione contro la corrosione è il medesimo, sia per una struttura esistente già contaminata, sia per opere di nuova realizzazione che “vivranno” in un ambiente particolarmente aggressivo. L’obiettivo è sempre quello di trovare la miglior soluzione per evitare che i cloruri (e anche la carbonata- zione) possano ridurre la vita utile delle strutture in calcestruzzo armato. Nelle nuove strutture, la protezione catodica galvanica (definita prevenzione in quanto eseguita su armature nuove) può essere applicata in modo semplice utilizzando una piccola quantità di anodi sufficienti a garantire una protezione di lunga durata a costi contenuti.

La progettazione e l’applicazione degli anodi

Innanzitutto, è bene sottolineare come un sistema di protezione di questo tipo debba essere progettato sulla base di alcuni dati oggettivi come la superficie di calcestruzzo esposta agli agenti aggressivi, la quantità di armatura da proteggere e la geometria dell’elemento strutturale. La distanza tra gli anodi si calcola rapportando la superficie di acciaio da proteggere con la superficie di calcestruzzo a diretto con- tatto con l’inquinante, dopodiché una volta stabilita la spaziatura si passa al posizio- namento in cantiere.

Nel caso di applicazioni su strutture esistenti gli anodi vengono posizionati a contatto con le armature scoperte dalle precedenti operazioni di preparazione del supporto mentre se applicati su strutture nuove, direttamente sulle gab- bie d’armatura ancora libere dal calcestruzzo. L’applicazione è molto semplice e veloce in quanto gli anodi vengono fissati con delle semplici legature in filo di ferro alle barre in modo che non possano muoversi o distaccarsi durante le fasi di ripristino o di scarico del calcestruzzo (Figura 1 e Figura 2). Molto importante è che l’anodo, dopo il ripristino o il getto, sia completamente avvolto dalla malta o dal cls, in quanto se ci fossero dei vuoti ne inficerebbero il funzionamento.

IMMAGINE 1 sx: Particolare del collegamento degli anodi sacrificali con le armature realizzato con legatura in filo di ferro

IMMAGINE 1dx: Particolare di un getto di calcestruzzo sugli anodi fissati alle armature

[...] l'articolo continua con le diverse applicazioni.

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Il presente articolo fa parte degli ATTI DEL CONGRESSO NAZIONALE 2019 DELL’ASSOCIAZIONE MASTER