Corrosione delle armature nel calcestruzzo
Anche il ferro non è eterno

Ranieri Cigna - Univ. La Sapienza, Roma

     
Il ferro (o meglio l'acciaio al carbonio) normalmente si corrode in tutti gli ambienti più comuni (atmosfera, acqua, terreno). Nel calcestruzzo, invece, si autoprotegge, grazie all'elevata alcalinità fornita dalle reazioni di idratazione dei costituenti del cemento, con una pellicola protettiva solitamente molto resistente.
Come mai allora non è insolito vedere vecchie struttire in cemento armato, e talora anche opere di recente fabbrizazione, con i ferri arrugginiti in bella vista?
E' evidente che in questi casi la protezione dei ferri di armatura è venuta meno, contraddicendo la convinzione che, come erano (e talvolta sono ancora) soliti affermare gli esperti di scienza delle costruzioni, il ferro nel cemento debba durare in eterno!


Espulsione del copriferro in alcuni pilastri in calcestruzzo a seguito della ossidazione dei ferri di armatura

La causa dell'attacco che il ferro subisce è da attribuire alla perdita di alcalinità che gradatamente nel tempo può verificarsi a seguito dell'ingresso nel copriferro di sostanze acidificanti, come l'anidride carbonica, oppure di cloruri, forniti da atmosfere marine o da sali antigelo che li contengono, anch'essi indirettamente colpevoli di abbassare il pH del calcestruzzo a contatto con le armature.
E' evidente che il copriferro, in virtù del suo spessore e della sua compattezza, dovrebbe teoricamente costituire la migliore barriera all'ingresso delle sostanze potenzialmente aggressive nei riguardi del ferro; pertanto, un proporzionamento ottimale del calcestruzzo ed una scelta oculata dello spessore del copriferro dovrebbero garantire una vita in servizio dell'opera più che soddisfacente.
Una scelta ottimale del rapporto acqua/cemento incide profondamente sulleproprietà di protezione del calcestruzzo. Tuttavia, a causa di una cattiva posa in opera (mancato controllo dello spessore del copriferro, compattazione insufficiente, maturazione inadeguata, ecc.), nonostante la premessa di un buon mix-design, potrebbe ottenersi un'opera suscettibile di ingresso di ossigeno o di agenti corrosivi con grave pregiudizio della sua funzionalità. L'uso di cementi di miscela, contenenti ceneri volanti o scorie d'altoforno o pozzolana naturale, limita fortemente l'ingresso di cloruri all'interno dei manufatti.
Qualora la pericolosità dell'ambiente sia tale da poter compromettere nel tempo lo stato di corrosione dei ferri di armatura, è necessario, o comunque auspicabile, ricorrere all'adozione di misure di prevenzione aggiuntive.
La misura più drastica potrebbe essere quella di sostituire l'armatura metallica tradizionale, ad esempio, con acciaio inossidabile; il livello di concentrazione di cloruri sopportabile da parte delle armature in acciaio inossidabile è considerevolemente più alto (da 10 a 20 volte) di quello in corrispondenza del quale l'armatura tradizionale inicia a corrodersi. Tuttavia, il suo uso per barre di rinforzo è stato molto limitato negli ultimi 30 anni, a causa del costo elevato ed anche a causa della mancanza di specifiche adeguate. Tra gli altri materiali di rinforzo prevedibili, il titanio è stato usato per interventi su opere d'arte (Partenone di Atene) e le fibre composite sono ancora allo stadio di sviluppo.
Il rivestimento dei ferri con materiali resistenti alla corrosione coinvolge oggi l'uso di resine epossidiche e della zincatura. Le prime, però, presentano problemi per quanto riguarda lo stoccaggio delle barre rivestite prima dell'uso, la movimentazione delle stesse durante la messa in opera, e l'adesione al calcestruzzo. La zincatura, notevolmente più economica degli altri sistemi di prevenzione, presenta problemi di corrosione, particolarmente nel primo periodo di vita, dovuti al fatto che lo zinco è attaccato in ambienti molto alcalini; solamente se protetta in tale periodo, la zincatura fornisce buoni risultati a tempi lunghi sia in presenza di carbonatazione che di cloruri.
L'aggiunta di inibitori di corrosione, può dare un contributo notevole alla resistenza alla corrosioen a tempi lunghi: in particolare il nitrito di calcio, di gran lunga il più sperimentato tra gli inibitori, ha fornito buoni risultati in fase sperimentale ed anche in opere in scala reale; tuttavia, deve essere ancora chiarito il presunto ruolo negativo che esso avrebbe in presenza di fessure di ampiezza considerevole. Inibitori di natura organica a base di aminoalcoli sono attualmente in fase di sperimentazione.
Un sistema ancora abbastanca costoso ma particolarmente cisuro, è la cosidetta protezione catodic, che consiste nell'applicare un campo elettrico tra l'armatura, che viene fatta funzionare da catodo, e un altro sistema elettrodico (ad esempio una rete di titanio attivato o una pittura conduttrice) che svolge la funzione anodica. Le correnti in gioco sono molto deboli, dell'ordine di 0.5 - 3 mA/m2, molto più basse di quelle comunemente impiegate per la protezione catodica di strutture già in stato di corrosione avanzata. Poiché anche i voltaggi usati sono molto bassi, il costo di esercizio di questo sistema è senza dubbio molto modesto, al contrario dei costi di allestimento.
Oltre ai metodi citati, restano da ricordare i rivestimenti del calcestruzzo, che vanno a costituire una barriera aggiuntiva a quella fornita dal copriferro nei riguardi della diffusione delle sostanze aggressive all'interno delle struttura.
In conclusione si può affermare che se un calcestruzzo confezionato a regola d'arte da certamente notevoli garanzie di durata (vita in servizio) delle strutture in cemento armato, in molti casi è opportuno prevedere sistemi aggiuntivi di protezione, valutando agguratament eil bilancio costi-benefici in riferimento al prolungamento della durata in servizio delle strutture considerate.



Per un approfondimento su questi argomenti si consiglia la lettura del capitolo & del libro "Manuale dei Materiali per l'Ingegneria", AIMAT, Autori Vari, Ed. McGraw Hill Libri Italia, Milano, 1996.