01 – AMBIENTE MARINO

L’ambiente marino è particolarmente aggressivo nei confronti delle opere in conglomerato cementizio armato. I meccanismi aggressivi e le conseguenti patologie degenerative sono la conseguenza di interazioni  di azioni aggressive di tipo chimico o elettrochimico  derivanti  dalla presenza  dei  solfati, dei composti di magnesio e dei cloruri, con azioni fisiche, connesse con la dissoluzione dei leganti, con le pressioni osmotiche dei processi di cristallizzazione/ricristallizzazione dei sali igroscopici , con le azioni meccaniche: abrasione,cavitazione, erosione, ecc., indotte dal moto ondoso, e così via. (P.K. Mehta : A.C.I.  SP. 65)

Naturalmente, esistono significative differenze fra le diverse condizioni di servizio ed esposizione, a seconda che le strutture in conglomerato cementizio armato risultino :

A  = parzialmente e/o alternativamente immerse; B = nell’immediata prossimità della riva; C = completamente e permanentemente immerse; D = a relativa distanza dalla riva

La severità delle condizioni di esposizione è praticamente decrescente con l’ordine di elencazione. Come è possibile evincere dall’analisi dei fenomeni elettrochimici all’origine della corrosione, nelle strutture completamente immerse la ridotta disponibilità di ossigeno libero comporta velocità estremamente ridotte dei processi.

Del tutto diversa è la situazione delle strutture parzialmente o alternativamente immerse così come differente è la condizione delle opere prossime alla riva. Per le strutture parzialmente immerse è facilmente intuibile la particolare rilevanza delle azioni meccaniche connesse con il moto ondoso, con l’alternarsi della condizione di saturazione / essiccamento, con i complessi meccanismi di dilavamento  con le pressioni osmotiche determinate dalla cristallizzazione dei sali e così via.

Per le strutture più o meno prossime alla riva, al contrario, i meccanismi degenerativi sono meno immediatamente percepibili: l’azione aggressiva del vento, esercitata, fra l’altro, anche a distanza considerevole dalla riva, è spesso sottovalutata. In realtà, i venti spiranti dal mare, trasportano particelle solide, fortemente abrasive ed i sali spruzzati nell’aria dalle onde, trasformati in aerosoli. 

Questi sali che si depositano sulle superfici di calcestruzzo, stabilizzandosi nelle porosità, originano cristalli che si accrescono progressivamente, determinando stati sollecitativi in grado di indurre fessurazioni. Gli aerosoli, inoltre, contengono in larga misura gli aggressivi presenti nell’acqua di mare, con tutte le complicazioni interattive che ne conseguono.

In linea di massima, i fenomeni che causano il degrado delle strutture in conglomerato cementizio armato sono numerosi, di differente natura, spesso coagenti:

• processi chimici: attacco acido; attacco solfatico; azione dei cloruri; eventuale  reazione alcali aggregati;
• processi fisico - meccanici: fessurazione; erosione; cicli gelo disgelo;
• processi biologici: azione di licheni, alghe, funghi, fouling.

02 - CORROSIONE

I processi aggressivi citati comportano o sono comunque accompagnati, nella grande maggioranza dei casi, dalla corrosione delle armature : “patologia” estremamente significativa,  soprattutto, per i riflessi che comporta sulla “sicurezza” delle strutture.

L’ambiente marino, inoltre, è caratterizzato dalla presenza, tanto delle sostanze e delle situazioni aggressive quanto delle oggettive condizioni di innesco e propagazione dei fenomeni degenerativi. La qualità dei conglomerati con ovvio riferimento alle particolari condizioni di servizio ed esposizione, risulta spesso inadeguata.

Le acquisizioni scientifiche, così come le  esperienze pratiche confermano che la resistenza del calcestruzzo all’acqua di mare aumenta in misura diretta con il diminuire del tenore di idrossido di calcio presente nella massa e, seppure in misura meno significativa, con il diminuire del contenuto di alluminato tricalcico nel cemento. Inoltre, l’idrossido di calcio ed il solfato di calcio mostrano una solubilità più elevata in acqua di mare.

03 – L'AQUA di MARE

La tabella che segue fornisce il variare dei livelli di aggressività dell’acqua di mare con il variare dei parametri chimico fisici più significativi.

La composizione in ioni, dell’acqua di mare è rappresentata, orientativamente a lato. In termini elettrochimici, l’acqua di mare, è una soluzione caratterizzata da una conducibilità elettrica di 40.000/50.000 microsimens/cm^-1, pari a circa 200 volte rispetto all’acqua di fiume. E' importante osservare che la corrosione è un processo elettrochimico influenzato proprio dalla conducibilità, in termini di velocità e severità.

04 – ATTACCO CHIMICO

L’aggressione chimica dell’acqua di mare, nel suo diretto o indiretto contatto con il calcestruzzo, è prevalentemente ascrivibile al solfato di magnesio : MgSO4 che reagisce con l’ idrossido di calcio libero del cemento idrato : Ca(OH)2, per formare calcio solfato e precipitando l’idrossido di magnesio, reagisce con l’alluminato tricalcico idrato, per formare calcio solfoalluminato, espansivo, con effetto disgregatore.

L’attacco chimico/elettrochimico, si esplica, anche, attraverso la reazione dell’ anidride carbonica: (CO2)  con l’ idrossido di calcio (carbonatazione) = CO2 + H2O = H2CO3;  ...H2CO3 + Ca (OH)2 = Ca CO3 + H2O.

La reazione citata è caratterizzata dalla perdita dell’alcalinità protettiva (il pH dell’anidride carbonica, nell’atmosfera è pari a circa 8,2, quello dell’anidride carbonica dell’acqua di mare può essere sensibilmente inferiore, sino a circa 7,5) e formazione di composti progressivamente più solubili e dilavabili (calcio carbonato ... calcio bicarbonato).

05 – ATTACCO FISICO / MECCANICO

Nelle zone immediatamente al di sopra del livello del mare gli attacchi fisico meccanici sono spesso accompagnati dalla perdita di volume dovuta alla lisciviazione dei prodotti di reazione solubili e, nelle zone toccate dall’acqua, dall’azione meccanica di erosione e cavitazione determinata dal movimento dell’acqua stessa. I cicli di umidificazione ed essiccamento dell’acqua, assorbita per capillarità dai pori del calcestruzzo, causano alternanze di ritiro e rigonfiamento. L’evaporazione dell’acqua deposita nei pori del conglomerato, i sali disciolti che cristallizzano. Il progressivo accrescimento dei cristalli sviluppa forze disgregatrici che, superando la resistenza a trazione del calcestruzzo, ne provocano il progressivo degrado per fessurazione e sgretolamento.

06 – ATTACCO BIOLOGICO (FOULING)

E’ un tipo di attacco che interessa, soprattutto, le zone direttamente bagnate dal mare, determinato dal ricoprimento delle strutture da parte di depositi formati da organismi animali e vegetali, denominati, nel loro insieme “fouling” : Il fenomeno ha valori quantitativi elevati : nell’ Adriatico, per esempio, i depositi possono variare fra gli 80 ed i 90 kg/anno/metro quadro. L’azione aggressiva, estremamente complessa, è connessa con la produzione di acidi organici, attraverso il metabolismo di alcuni macro e microrganismi componenti il “fouling”, che neutralizzano l’alcalinità del conglomerato, depassivano le armature e provocano la precipitazione dei sali nelle porosità capillare.

07 – ATTACCHI & CONSIDERAZIONI

Dalla descrizione dei fenomeni degenerativi esaminati è possibile evincere che la resistenza all’aggressione dell’atmosfera marina, da parte di una struttura in conglomerato cementizio armato, a parità delle altre condizioni, aumenta con il diminuire della quantità di idrossido di calcio liberato per idrolisi dal processo di idratazione del cemento, nonché con il diminuire della permeabilità, sia intrinseca che strutturale del conglomerato. I fenomeni di degrado più significativi inoltre, sono connessi o correlabili con la perdita di alcalinità  del conglomerato e con i processi di corrosione  a carico delle armature.

Il complesso fenomeno definito con il termine “FOULING” presenta  implicazioni sia di tipo aggressivo, nei confronti del conglomerato 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 ricostruttivo deve assolutamente avvenire in rapida successione rispetto alle operazioni di pulizia e preparazione dei supporti (sabbiatura, bocciardatura, ecc.) nell’ambito di un intervallo utile di circa 8 – 10 ore.

08 – MECCANISMI di AGGRESSIONE

solfato di magnesio: (aggressione espansiva) Reagisce con l’idrossido di calcio liberato dal processo di idratazione formando calcio solfato e precipitando idrossido di magnesio. Reagisce altresì con l’alluminato tricalcico idrato formando calcio solfoalluminato che ha caratteristiche espansive e disgregatrici.

anidride carbonica: (dissoluzione e dilavamento) In corrispondenza di porti, estuari, baie, ecc., il valore del pH può scendere sino a valori sensibilmente inferiori a 7. In queste condizioni la combinazione dell’anidride carbonica con l’idrossido di calcio liberato dal processo di idratazione incrementa i processi di carbonatazione, dissoluzione e corrosione.   

risalita capillare: (zone di bagnasciuga) Comporta l’essiccazione, la cristallizzazione e la ricristallizzazione dei Sali innescando processi espansivi, tensionali e disgregativi.

processi di corrosione: (armature d’acciaio) Trasformazione del ferro (acciaio) in ossido di ferro idrato che, in presenza di ioni cloro, si trasforma in cloruro ferrico, espansivo, solubile, dilavabile.

09 – DEGRADO & CONSIDERAZIONI

Il degrado delle opere in conglomerato cementizio armato, in atmosfera marina, è soprattutto ascrivibile a meccanismi, connessi con la permeabilità del conglomerato che consentono agli agenti aggressivi di determinare profonde modificazioni nella struttura fisico chimica del conglomerato e, in particolare, nella delicata interfaccia ferro-calcestruzzo. La corrosione delle armature: assume, nel contesto esaminato, una particolare rilevanza per tutte le conseguenze in termini degenerativi e di perdita di sicurezza delle strutture.

Fra gli aggressivi noti, quelli più comuni e pericolosi sono rappresentati da :

cloruri: neutralizzano la “passivazione” dell’armatura consentendo ed accelerando i processi corrosivi;

solfati: reagiscono con l’idrossido di calcio formando composti espansivi;

anidride carbonica: neutralizza l’alcalinità del conglomerato innescando i processi corrosivi delle armature;

ossigeno: alimenta i processi di corrosione delle armature;

ACQUA di MARE: in termini elettrochimici, per la sua specificità “elettrolitica” (40.000-50.000 mS/cm^-1).

La “corrosione delle armature”, assume velocità e rilevanza trascurabile in assenza di umidità, di alimentazione di ossigeno, nonché in presenza di passivazione delle armature e/o di una elevata resistività elettrica del calcestruzzo, al contrario,  assume velocità e rilevanza significative in presenza di umidità, di elevata conducibilità elettrica da parte del calcestruzzo ed in assenza di passivazione delle armature.

10 – calcestruzzo marino e normativa vigente

Le principali norme di riferimento sono rappresentate da UNI EN 206-1(*1), UNI 11104 (*2), UNI 8981 (*3), Eurocodice 2 – 2005 (*4) che definiscono la classe di esposizione, i  valori limite per le proprietà del calcestruzzo (che per l’ambiente marino sono particolarmente restrittivi) ed i termini inerenti la vita utile.

(*1)        UNI EN 206 - Calcestruzzo: specifiche, prestazione, posa in opera e criteri di conformità.

(*2)        UNI 11104 - Istruzioni complementari per l’applicazione della EN 206-1.

(*3)        UNI 8981-6 - Istruzioni per ottenere la resistenza all’acqua di mare.

(*4)        Eurocodice 2/2005 - Progettazione delle strutture in calcestruzzo.

ulteriori norme di riferimento

D.M. 14/01/08           Norme Tecniche per le Costruzioni

UNI EN 206-2006       Calcestruzzo: specifiche, prestazione, posa in opera e criteri di conformità

UNI 11104                  Calcestruzzo: istruzioni complementari per l’applicazione della norma EN 206-1.

UNI EN 12350            Prove sul calcestruzzo fresco

UNI EN 12620            Aggregati per calcestruzzo

Edoardo Mocco