Calcestruzzi in ambiente marino: 2 - note di risanamento

01 – Premessa

Per quanto attiene le cause dei più frequenti fenomeni degenerativi a carico delle strutture in calcestruzzo esposte in atmosfera marina nonché le esigenze e le condizioni essenziali per eventuali interventi di bonifica e ripristino, si fa rife-rimento al quadro informativo presentato nel documento “calcestruzzi in ambiente marino: 1 - note di esposizione”.

02 – Livelli di degrado contemplati

Le situazioni contemplate, estremamente ricorrenti, contemplano condizioni di degrado moderato, di strutture emerse (A), condizioni di degrado profondo di superfici emerse (B) o sottoposte al bagnasciuga (C)    

03 – preparazione dei supporti d’intervento

La corretta preparazione dei supporti di intervento costituisce una fase fondamentale per il positivo risultato degli in-terventi di risanamento e ripristino. Per le strutture “emerse” deve prevedere l’asportazione del conglomerato cemen-tizio, comunque degradato, sino alla “messa in luce” della struttura litica del calcestruzzo accertatamente integro e compatto. Può essere effettuata mediante picozzatura o asportazione meccanica e successiva sabbiatura o idrosabbia-tura  sino alla sicura asportazione del conglomerato degradato, degli imbrattamenti, delle parti friabili ed incoerenti, della polvere, ecc., ivi compresa, per le strutture non immerse, la saturazione con acqua, dei supporti risultanti che, all’atto delle successive operazioni dovranno risultare nella condizione “satura a superficie asciutta” (D).

Per quanto attiene le strutture immerse (E), ferme restando le finalità già definite, le operazioni di picozzatura o a-sportazione meccanica e/o idrosabbiatura dovranno essere effettuate con operatori ed attrezzature subacquee, con l’avvertenza che le successive fasi di ricostruzione dovranno intervenire tempestivamente in considerazione della criti-cità rappresentata dal “fouling” (*).

 (*) Il complesso fenomeno definito con il termine “FOULING” presenta  implicazioni sia di tipo AGGRESSIVO, nei confronti del con-glomerato cementizio armato come tale, che di tipo ANTIADESIVO, nei confronti della corretta aderenza dei materiali di apporto, negli interventi di ripristino e ricostruzione : in linea di massima è necessario osservare che l’applicazione dei materiali di apporto ri-costruttivo deve assolutamente avvenire in rapida successione rispetto alle operazioni di pulizia e preparazione dei supporti (sabbia-tura, bocciardatura, ecc.) nell’ambito di un intervallo utile di circa 8 – 10 ore.

04 – eventuale rialcalinizzazione

L’operazione descritta riguarda le strutture NON IMMERSE ed è basata sulle seguenti considerazioni inerenti la condi-zione fisico-chimica del conglomerato risultante dalle operazioni di preparazione primaria:

La sola e semplice asportazione del calcestruzzo  degradato e la messa a nudo della sua struttura litica, può infatti  ri-sultare insufficiente a garantire il migliore esito, in termini di durabilità, delle operazioni successive. E’ infatti presumibile che il conglomerato, pur apparentemente sano, sia comunque caratterizzato dalla perdita di alcalinità e quindi, di qualsivoglia capacità protettiva nei confronti delle armature, né può essere escluso che il conglomerato stesso possa risultare impregnato di sostanze reattive ed aggressive : cloruri, solfati ecc., in grado di combinarsi con i materiali ce-mentizi di apporto ricostruttivo, per dare rapidamente luogo a nuovi fenomeni degenerativi.

E’ quindi opportuno, ove possibile, prevedere la rialcalinizzazione dei supporti per ripristinarne, per quanto possibile, le capacità di protezione ed inibire, nel contempo, la reattività degli eventuali aggressivi residuali. Lo scopo può essere raggiunto con l’ impiego di specifici prodotti (*): soluzioni Inorganiche, fortemente alcaline  ed impregnanti, in grado, fra l’altro, di incrementare l’impermeabilità del conglomerato residuale, attraverso la formazione di gel silicici stabili, nelle porosità capillari.

(*) Per la rialcalinizzazione ed il consolidamento del conglomerato residuale = CONSILEX SAN 

05 – preparazione delle armature

La superficie dei ferri d’armatura deve essere trattata, mediante sabbiatura o spazzolatura meccanica, sino alla totale eliminazione della ruggine e sino a far assumere alle armature esposte, l’aspetto chiaro e pulito (lucentezza metallica), definito con le sigle Sa 2 1/2 o St3, dalle norme Svenk Standard che si avvalgono di riscontri fotografici al fine di con-sentire un agevole confronto fra la condizione effettiva dei ferri e le prescrizioni.

Dopo la preparazione preliminare descritta ed a seguito delle integrazioni eventualmente necessarie (aggiunta e/o so-stituzione di parti dell’armatura corrose oltre il 20% della sezione originaria) è consigliabile prevedere, per le strutture NON ESPOSTE, l’applicazione, sui ferri comunque esposti, di un adeguato protettivo di natura cementizia  con adeguate caratteristiche passivanti (*).  Per ragioni di indispensabile “affinità” con il conglomerato preesistente sono da esclude-re, per lo scopo descritto, sistemi di protezione diretta dei ferri, basati su formulati polimerici (epossidici, poliuretanici, ecc.) poiché questi sistemi possono determinare differenze di areazione fra le parti d’armatura trattate e quelle non trattate (per esempio l’armatura adiacente, immersa nel calcestruzzo) sino ad indurre una differenza di potenziale fra le differenti zone, attivando quindi pile di corrosione.

(*) Per il trattamento passivante delle armature = REPAR MONOSTEEL 

06 – orientamenti per i materiali di ricostruzione

La scelta del sistema cementizio più idoneo per la ricostruzione e/o il rivestimento è di importanza fondamentale. La morfologia del degrado, soprattutto in termini dimensionali,orienta le prime indicazioni di selezione.

Gli spessori  di ricostruzione,per esempio, determinano la scelta fra  un sistema colabile  (sezioni elevate), ed uno tixo-tropico (per spessori più ridotti), orientando altresì anche in ordine al  diametro  massimo dell’aggregato. Per le restanti caratteristiche, è necessario  fare riferimento alle  cause ed ai meccanismi all’origine del degrado (do-cumento “calcestruzzi in ambiente marino: 1 - note di esposizione”) ed alle prestazioni essenziali di tipo chimico, fisico e meccanico di seguito accennate:

Le proprietà e le prestazioni individuate trovano riscontri particolarmente favorevoli nei prodotti di seguito elencati, basati sulla tecnologia dei compositi cementizi fibrorinforzati, funzionalmente integrati con filler reattivi ultrafini (microsilicati), ad elevatissima pozzolanicità:

Malta cementizia composita, antidilavante, a ritiro controllato, di consistenza colabile, a base di cementi ad alta resistenza, filler superpozzolanici, microfibre minerali siliciche, aggregati selezionati, agenti antiritiro ed additivi specifici, per la costruzione, la riparazione ed il rivestimento protettivo di opere idrauliche, strutture marine e subacquee, manufatti in presenza di aggressivi chimico-fisici, acque dilavanti, atmosfere marine, industriali e montane. Nel paragrafo 11 alcuni cenni in ordine ai conglomerati compositi, fibrorinforzati, specificatamente formulati con l’addizione dei microsilicati.

07 – indicazioni di ripristino in atmosfera marina

08 – ripristino di manufatti immersi in c.c.a

08.1 - Preparazione dei supporti da effettuarsi mediante operazioni subacquee di picozzatura, sabbiatura o idrosab-biatura  volta all’asportazione del conglomerato degradato, degli imbrattamenti, delle parti friabili ed incoerenti, sino alla messa in evidenza della struttura litica del conglomerato accertatamente sano e compatto, ivi compresa l’asportazione del “fouling” e la depolverizzazione. Nota bene : le successive operazioni previste dovranno essere ef-fettuate nell’ambito dell’intervallo di possibile ricostituzione del “fouling” ( 8 – 12 ore).
08.2 - Predisposizione degli ancoraggi per l’armatura aggiuntiva, cerchiante, mediante spezzoni di acciaio ad ade-renza migliorata, fissati in opera in fori opportunamente predisposti, ivi compresa la successiva messa in opera e fis-saggio mediante legatura, agli spezzoni sopra citati, della prevista armatura addizionale, rappresentata da rete d’acciaio elettrosaldata, di diametro e maglia adeguati alla funzione statica individuata.
08.3 - Predisposizione di adeguate casserature ermetiche, di contenimento, a perdere, in lamierino d’acciaio, dotate di valvola per la messa in opera, mediante pompa,  della malta cementizia reoplastica, antidilavante GROUT CR di AZI-CHEM S.r.l., nonché di altezza adeguata a consentire la fuoriuscita dell’acqua, sotto la spinta della malta antidilavante.

08.4 - Ricostruzione delle geometrie asportate e/o mancanti, ivi compresa la costruzione delle sezioni di integrazio-ne previste, mediante getto colato in opera, trasportato in sito mediante pompa per calcestruzzo, della specifica mal-ta cementizia reoplastica, composta, colabile, antidilavante, a ritiro controllato GROUT CR di AZICHEM S.r.l., a base di cementi ad alta resistenza, filler superpozzolanici promotori di coesione, fibre minerali al silicato di calcio ed aggregati selezionati in curva granulometrica continua (mm 0 – 5), per un consumo prevedibile : 19 kg/cm/m2.

Legenda immagine: 1 = struttura esistente; 2 = armatura cerchiante; 3 = supporto; 4 = casseratura; 5 = ugello per pompa; 6 = riempimento

(1) Il “fouling, o marine fouling, è rappresentato dalle incrostazioni che ricoprono rapidamente la superficie degli oggetti rimasti sommersi in ambiente acqueo e marino, come le carene delle barche, i manufatti in pietra, metallo, legno nonché le strutture in calcestruzzo direttamente bagnate dal mare. Le incrostazioni accennate svolgono una severa azione antiadesiva nei confronti dei nuovi conglomerati oltre a sviluppare aggressioni connesse con la produzione di acidi organici, che vengono generati attraverso il metabolismo di alcuni macro e microrganismi componenti il fouling.

09 – ripristino di manufatti con degrado moderato

09.1 -    Preparazione dei supporti ivi compresa l’asportazione degli imbrattamenti, delle parti friabili ed incoerenti, del calcestruzzo degradato, sino alla messa in evidenza della struttura litica del conglomerato accertatamente sano e compatto, nonché la depolverizzazione e la saturazione con acqua, dei supporti risultanti che, all’atto delle successive ricostruzioni dovranno risultare nella condizione “satura a superficie asciutta”.
09.2 -    Rialcalinizzazione dei supporti risultanti, e delle superfici adiacenti e contigue, mediante applicazione a spruzzo della specifica soluzione minerale, alcalina, reattiva, incolore, CONSILEX SAN, di AZICHEM srl, per un consumo prevedibile di circa 0,2 litri/m2. L’applicazione, che deve essere effettuata nella condizione “satura a superficie asciut-ta”, non comporta attese per gli interventi successivi.
09.3 -    Preparazione dei ferri d’armatura comunque esposti, mediante sabbiatura o spazzolatura: La preparazione deve essere protratta sino a quando le superfici dei ferri risultino chiare, pulite, con la corretta lucentezza metallica.
09.4 -    Protezione anticorrosiva dei ferri d’armatura comunque esposti, mediante applicazione (singola passata), a pennello, della specifica micromalta cementizia bicomponente, addizionata con inibitori di corrosione, REPAR STEEL, di AZICHEM srl,  per un consumo di circa 0,1 kg/ml o, in alternativa, della versione monocomponente REPAR MONOSTEEL, di AZICHEM srl. Non sussiste alcun problema per le eventuali sbordature dei prodotti.
09.5 -    Ricostruzione delle geometrie asportate e/o mancanti, mediante applicazione a frattazzo, (o mediante guni-tatura, nell’eventualità di estese superfici), della specifica malta strutturale reoplastica, tixotropica, fibrorinforzata, a ritiro controllato REPAR TIX HG, di AZICHEM srl, posta in opera in più passate, per un consumo prevedibile di circa 19 kg/cm/m2. Gli strati di applicazione non dovranno eccedere lo spessore di mm 30. Per spessori elevati è necessario prevedere un’adeguata rete d’armatura ancorata.
09.6 -    Regolarizzazione delle superfici (e/o eventuale rivestimento continuo, omogeneizzante) mediante applicazione a frattazzo dello specifico rasante cementizio bicomponente, strutturale, tixotropico, REPAR SM-P, di AZICHEM srl, per un consumo prevedibile di circa 3 - 4 kg/m2. Attendere l’avvenuto indurimento (attesa minima 8 gg. a 20° C) prima di ap-plicare le pitture protettive.
09.7 -    Finitura protettiva delle superfici esposte mediante applicazione, a pennello, rullo o spruzzo, della pittura protettiva, specifica per conglomerati cementizi, PROTECH WAC, di AZICHEM srl, waterproofing, anticarbonatativa, pigmentata, adeguatamente traspirante, a base di resine acriliche in emulsione acquosa, per un consumo prevedibile 0,25 kg/m2. Numero minimo di mani consigliate = 2.

10 – ripristino di manufatti con degrado profondo

10.1 -    Preparazione dei supporti mediante asportazione degli imbrattamenti, delle parti friabili ed incoerenti, del calcestruzzo degradato, sino alla messa in evidenza della struttura litica del conglomerato accertatamente sano e compatto, depolverizzazione, saturazione con acqua, dei supporti risultanti che, all’atto delle successive ricostruzioni dovranno risultare nella condizione “satura a superficie asciutta”.

10.2 -    Rialcalinizzazione dei supporti risultanti, e delle superfici adiacenti e contigue, mediante applicazione a spruzzo della specifica soluzione minerale, alcalina, reattiva, incolore, CONSILEX SAN, di AZICHEM srl, per un consumo prevedibile di circa 0,2 litri/m2. L’applicazione, che deve essere effettuata nella condizione “satura a superficie asciut-ta”, non comporta attese per gli interventi successivi.
10.3 -    Preparazione dei ferri d’armatura comunque esposti, mediante sabbiatura o spazzolatura: La preparazione deve essere protratta sino a quando le superfici dei ferri risultino chiare, pulite, con la corretta lucentezza metallica.
10.4 -    Sostituzione, ove prevista e necessaria, dei ferri d’armatura eccessivamente degradati, con spezzoni di acciaio dolce, atti a riprodurne l’originaria funzione statica, connessi alle armature integre mediante saldatura a punti.
10.5 -    Protezione anticorrosiva dei ferri d’armatura comunque esposti, mediante applicazione (singola passata), a pennello, della specifica micromalta cementizia bicomponente, addizionata con inibitori di corrosione, REPAR STEEL, di AZICHEM srl,  per un consumo di circa 0,1 kg/ml o, in alternativa, della versione monocomponente REPAR MONOSTEEL, di AZICHEM srl. Non sussiste alcun problema per le eventuali sbordature dei prodotti.
10.6 -    Predisposizione degli ancoraggi per l’armatura aggiuntiva, mediante spezzoni di acciaio ad aderenza migliora-ta, fissati in opera in fori opportunamente predisposti, con impiego della specifica micromalta d’ancoraggio GROUT MICROJ di AZICHEM srl. (in alternativa potrà essere utilizzato lo specifico ancorante in cartucce estrudibili, a base di resine poliestere PROFIX di AZICHEM srl ). Messa in opera e fissaggio mediante legatura, agli spezzoni sopra precisati, della prevista armatura addizionale, rappresentata da rete d’acciaio elettrosaldata, di diametro e maglia adeguati alla funzione statica individuata e successiva predisposizione di adeguate casserature di contenimento.
10.7 -    Ricostruzione delle geometrie asportate e/o mancanti, ivi compresa la costruzione delle sezioni di integrazio-ne previste, mediante getto colato in opera della specifica malta cementizia reoplastica, composta, colabile, antidila-vante, a ritiro controllato GROUT CR di AZICHEM S.r.l., a base di cementi ad alta resistenza, filler superpozzolanici promotori di coesione, fibre minerali al silicato di calcio ed aggregati selezionati in curva granulometrica continua mm 0 – 5, per un consumo prevedibile : 19 kg/cm/m2.
10.8 -    Finitura protettiva delle superfici esposte mediante applicazione, a pennello, rullo o spruzzo, della pittura protettiva, specifica per conglomerati cementizi, PROTECH WAC, di AZICHEM srl, waterproofing, anticarbonatativa, pigmentata, adeguatamente traspirante, a base di resine acriliche in emulsione acquosa, per un consumo prevedibile 0,25 kg/m2. Numero minimo di mani consigliate = 2.

11 – tecnologia dei compositi con microsilicati

Vale la pena di proporre alcuni cenni in ordine ai fumi di silice, altrimenti detti “microsilicati”, nella versione seleziona-ta ed addensata. Si tratta di particelle, tendenzialmente sferiche, di dimensione ultrafine: da 0,1 a 0,15 micron, caratterizzati dalla capacità di trasformare l’idrossido di calcio, man mano che questo viene liberato per idrolisi, in composti leganti, stabili ed insolubili, sulla base della reazione esemplificata in figura. In altri termini, i microsilicati  o i filler reattivi equivalenti, trasformano il composto, che costituisce l’ elemento più debole del sistema cementizio  ( sotto il profilo della stabilità chimica e meccanica) : l’ idrossido di calcio,in un nuovo composto stabile  ed insolubile, capace di elevate prestazioni impermeabilizzanti e protettive. E’ significativo osservare che un’addizione relativamente limitata dei reattivi superpozzolanici, di cui trattasi, si traduce, per l’elevatissima finezza che li caratterizza,in una presenza quantitativamente rilevante:il 10% di addizione, rispetto al peso del cemento comporta , per ogni granulo di cemento, la presenza di circa 100.000 particelle.    

La reazione descritta, caratterizzata da incrementi di densità del calcestruzzo, avviene, stante la ridottissima dimensione delle particelle, all’interno del sistema capillare con conseguente saturazione delle porosità ed incrementi, estre-mamente rilevanti, dell’impermeabilità intrinseca del conglomerato e della sua resistività elettrica. I vantaggi connessi con l’addizione dei microsilicati possono essere desunti dal grafico sotto riportato che confronta le caratteristiche più importanti dei conglomerati con e senza microsilicati.

Per quanto attiene le prestazioni delle malte addizionate con microsilicati un ruolo importante è dato dalla significativa presenza di microfibre minerali  in grado di apportare un’armatura “ tridimensionalmente diffusa “ nella matrice legante e nel conglomerato. 

Gli apporti citati raggiungono il più alto livello di efficienza nella stessa misura in cui le azioni di ciascun componente ri-sultano fra loro sinergiche. Il concetto espresso è quello caratterizzante i materiali compositi. D’altra parte, le malte e gli intonaci considerati rientrano indubbiamente nella categoria dei compositi cementizi.