DURABILITA' DEL CALCESTRUZZO SECONDO LE LINEE GUIDA DEL MINISTERO LL. PP.

Parte IIa: la corrosione delle armature promossa dal cloruro non di origine marina

Mario Collepardi e Luigi Coppola

     

Nel precedente numero di Enco Journal (N°9, 1998) è stata esaminata la bozza della nuova norma europea (EN 206) cui si ispirano le Linee Guida del Ministero dei LL.PP. sul calcestruzzo strutturale. Nello stesso numero è stata anche discussa la corrosione dei ferri di armatura nelle strutture in calcestruzzo esposte all’aria (classe di esposizione XC), e le misure da adottare (in termini di massimo rapporto a/c, di minima Rck e di minimo dosaggio di cemento) per prevenire lo specifico processo corrosivo promosso dalla carbonatazione.
In questo articolo viene esaminata la corrosione delle armature metalliche quando il calcestruzzo è esposto ad un ambiente contenente cloruri non di origine marina. In particolare, le nuove norme europee prevedono due distinte classi di esposizione (XD ed XS) entrambe concernenti la corrosione dei ferri promossa dal cloruro. La classe XD riguarda le opere in c.a. a contatto di cloruri che non provengono da acqua marina. La classe XS concerne le opere esposte all’azione dell’acqua di mare.
In realtà esiste una terza fonte di cloruri: quella associata ai fenomeni di gelo-disgelo. Essa riguarda i sali disgelanti (a base di NaCl e/o CaCl2) applicati in inverno sulle strade, autostrade, piste aeroportuali, e pavimentazioni esterne in genere. La classe di esposizione specifica per questa tipologia ambientale (XF), ed anche quella relativa ai cloruri di origine marina (XS), verranno esaminate a parte nei prossimi numeri di Enco Journal.


Tabella 1 - Classe di esposizione XD secondo EN 206: corrosione delle armature promossa dai cloruri (esclusi quelli presenti in acqua di mare).

Sotto-classe

Ambiente

Esempi di strutture che si trovano nella classe di esposizione

Max a/c

Rck min.

Dosaggio minimo di cemento (kg/m3)

XD1

Modetatamente
umido

Strutture raramente a diretto contatto superficiale di spruzzi di acqua (pavimenti esposti a spruzzi occasionali di salamoia)

0.55

37

300

XD2

Bagnato, raramente asciutto

  • Piscine natatorie

  • Vasche di trattamento di acque industriali contenenti cloruro

0.55

37

300

XD3

Ciclicamente asciutto e bagnato

  • Parti di ponte

  • Pavimenti esterni esposti occasionalmente ad acque salate

  • Pavimenti e solai di parcheggi coperti

0.45

45

320

Tornando alla classe di esposizione XD, la bozza della nuova normativa europea EN 206 prevede diverse sotto-classi di esposizione. La Tabella 1 mostra le sotto-classi di esposizione XD1, XD2, e XD3 riguardanti i vari ambienti nei quali questa fonte di cloruri può promuovere la corrosione delle armature metalliche.
Tra le strutture potenzialmente esposte ad alto rischio di corrosione promossa da cloruri di provenienza non marina val la pena di segnalare le pavimentazioni ed i solai dei parcheggi coperti in classe di esposizione XD3.
Queste strutture sono innanzitutto esposte a cicli giornalieri e stagionali di umido-asciutto: infatti, queste strutture sono umide nei periodi piovosi o nevosi, per il trascinamento di acqua o di neve da parte degli autoveicoli provenienti dall’esterno, e si asciugano nei periodi caldi e non piovosi; inoltre, queste strutture sono esposte all’azione dei cloruri provenienti dai sali disgelanti trascinati anch’essi dagli autoveicoli provenienti dalle strade sottoposte a salatura nei periodi invernali. L’azione combinata di umidità, aria e sale (sia pure non simultanea e per tempi limitati) costituisce, infatti, una condizione particolarmente favorevole alla corrosione dei ferri di armatura soprattutto nei parcheggi coperti situati in zone di alta montagna, dove più frequente è la salatura delle strade nei periodi invernali (classe di esposizione XD3). Paradossalmente questa situazione è più rischiosa (per la corrosione delle armature metalliche) che non quella riguardante strutture in c.a. permanentemente (o quasi) in contatto diretto con acqua salata, come si può verificare per esempio nelle vasche in c.a. destinate al trattamento di acque industriali contenenti cloruro (classe di esposizione XD2).
La spiegazione di questo paradosso è molto utile per comprendere il meccanismo di corrosione dei ferri di armatura promosso dalla presenza dei cloruri. In realtà, il ruolo del cloruro è quello di cambiare il grado di vulnerabilità dell’acciaio nei confronti della corrosione il cui processo è però alimentato dalla presenza di umidità (H2O) ed ossigeno (O2) dall’aria. In sostanza, la corrosione è alimentata dall’apporto di umidità ed ossigeno, mentre il ruolo del cloruro è solo quello di abbassare le “difese immunitarie” dell’acciaio. In altre parole, pur in presenza di cloruro il processo di corrosione (ossidazione del ferro metallico)

Fe (acciaio) + (H2O, O2)--------> FeOOH (ruggine) [1]


non avviene se non c’è anche presenza di umidità e ossigeno. D’altra parte il processo [1], pur in presenza di umidità e ossigeno, di solito non avviene nei ferri annegati nel calcestruzzo per una sorta di auto-protezione (passivazione). Questa consiste nella formazione di un sottile strato di ossido impermeabile che riveste le armature metalliche ed è capace di agire come una barriera impenetrabile nei confronti dell’acqua e dell’ossigeno verso le zone dei ferri al di sotto dello strato protettivo di ossido metallico. Questo benefico stato di passivazione si verifica nell’ambiente basico del calcestruzzo (pH > 11) e può essere rimosso (depassivazione) per una delle due seguenti cause:

- diminuzione del pH (<9) per effetto della carbonatazione, cioè della penetrazione della CO2 dell’aria con conseguente neutralizzazione della calce responsabile del benefico ambiente basico (questo aspetto del problema riguarda la classe di esposizione XC ed è già stato analizzato nel precedente numero di Enco Journal);
- penetrazione del cloruro dall’ambiente verso i ferri fino a portare il tenore di Cl- oltre una certa soglia (0.2-0.3% rispetto al peso del cemento che corrisponde più o meno allo 0.03-0.05% rispetto al peso del calcestruzzo) capace di rendere il film di ossido metallico incoerente, poroso, e permeabile all’acqua ed all’ossigeno.


Pila da ponte soggetta indirettamente all'azione dei sali disgelanti provenienti dal piano stradale

Nel caso di strutture permanentemente (o quasi) immerse in acqua salata, come avviene per le strutture esposte alla classe di esposizione XD2, il rischio di corrosione è inferiore in quanto viene a mancare l’apporto di ossigeno se non nei rari eventuali periodi asciutti durante i quali l’aria può penetrare nel calcestruzzo secco. Quando, invece, il calcestruzzo è bagnato l’apporto di ossigeno è fortemente limitato a causa della scarsa diffusione dell’aria attraverso i pori saturi di acqua.
Anche nelle strutture esposte alla classe di esposizione XD1 il processo di corrosione è lento e di minore entità per il limite nell’apporto di umidità: si tratta, infatti, di strutture interne protette dalla pioggia ed esposte saltuariamente a qualche spruzzo di acqua contenente cloruri (per esempio pavimenti
di edifici industriali nei quali si eseguono lavorazioni con acqua salata che occasionalmente può bagnare i pavimenti stessi). In queste condizioni è assicurata la diffusione pressochè continua dell’ossigeno attraverso i pori del copriferro nei lunghi periodi durante i quali le strutture sono asciutte, ma viene a mancare l’apporto di umidità (necessario anch’esso al processo corrosivo dei ferri di armatura) se non per periodi molto brevi e limitati.
Nel caso delle strutture esposte ai cicli alternati di umido-asciutto ed alla penetrazione discontinua del cloruro, come si verifica nelle strutture esposte alla classe di esposizione XD3, esistono sia pure discontinuamente, ed in alternativa tra loro, periodi più o meno egualmente favorevoli alla penetrazione di tutti e tre gli elementi indispensabili alla corrosione: umidità, ossigeno e cloruro. Rientrano in questa categoria ad alto rischio di corrosione, oltre ai già menzionati pavimenti di parcheggi coperti in zone di alta montagna, quelle parti di strutture (per esempio le pile di ponti) che ricevono in maniera discontinua, ma sistematica, tutti e tre gli elementi necessari alla corrosione: l’ossigeno nei periodi asciutti, l'acqua in quelli piovosi ed il cloruro (attraverso gli scarichi pluviali non canalizzati) nei periodi invernali durante i quali i sali disgelanti sono applicati sul manto stradale.
Come conseguenza delle diverse condizioni ambientali e microclimatiche occorre, quindi, predisporre una maggiore resistenza alla penetrazione dei tre agenti aggressivi (ed in particolare al cloruro) attraverso l’adozione di un calcestruzzo meno poroso, cioè confezionato con minor rapporto a/c e conseguentemente con maggiore Rck ancorchè questa non sia necessariamente richiesta dal calcolo strutturale. Ne deriva quindi, secondo le nuove norme EN 206, una Rck di almeno 45 N/mm2 (a/c £0.45) per le strutture a maggior rischio di corrosione in classe di esposizione XD3, e di almeno 37 N/mm2 (a/c £ 0.55) per quelle in classe di esposizione XD1 ed XD2 a minor rischio di degrado (Tabella 1). Val la pena di segnalare che nelle Linee Guida del Ministero dei LL.PP. per le classi di esposizione XD1 ed XD2 si è adottata una differenziazione nel massimo rapporto a/c del calcestruzzo che non è presente nelle norme europee EN 206: a/c £ 0.55 per le strutture in c.a. esposte alla classe di esposizione XD1; a/c £ 0.50 per quelle in classe di esposizione XD2.