Le prove per la
diagnosi del degrado dei materiali da costruzione possono
essere suddivise in due categorie: prove in
sito, solitamente di carattere
non-distruttivo, già esaminate in un precedente articolo
- Enco Journal N° 12, ""N" come
Non- distruttive (prove)" - oppure prove
di laboratorio. Le Prove Meccaniche Si tratta di prove solitamente adottate per la caratterizzazione prestazionale dei materiali e variano in funzione dello specifico materiale. Per esempio, per il calcestruzzo si ricorre alla misura della resistenza meccanica a compressione sulle "carote" estratte dalla struttura; per le barre di acciaio, anch’esse ricavate dalle strutture oggetto della diagnosi, è preferibile ovviamente la caratterizzazione del materiale attraverso la determinazione della curva sforzo-deformazione da cui si possono ricavare la resistenza a trazione, il modulo elastico, l’allungamento a rottura, ecc.: per una vernice o un intonaco o un rivestimento ceramico può essere interessante determinare l’adesione al substrato mediante prove di strappo. Le Prove Chimiche Le prove chimiche sono basate essenzialmente sulla determinazione qualitativa e quantitativa degli elementi chimici che compongono il materiale o i prodotti del suo degrado. Le metodologie possono variare entro un’ampia gamma: dall’analisi chimica tradizionale a quella di tipo strumentale (assorbimento atomico, plasma, ecc.). I risultati analitici sono solitamente espressi in termini di ossidi (per esempio: SiO2, CaO, CO2, Al2O3, ecc.), anziché di elementi (Si, Ca, C, Al, ecc.), per poter verificare se la somma delle percentuali dei componenti si avvicina o meno a 100%. Per esempio, l’analisi di una pietra calcarea espressa in termini di elementi, calcio (Ca) e carbonio (C), ha dato i seguenti risultati: Ca=39.0% e C=11.9%. Il totale delle percentuali dei due elementi Ca e C non arriva al 52% ed è quindi ben lontana dal 100%. Questa discrepanza deriva dal fatto che nell’analisi degli elementi non è incluso l’ossigeno di difficile determinazione diretta. Se i due elementi (Ca e C) vengono espressi in termini dei corrispondenti ossidi (CaO e CO2), attraverso un calcolo stechiometrico basato sui pesi atomici degli elementi e su quelli molecolari degli ossidi, la somma delle percentuali si approssima al 100: CaO = 55.9% Da ciò si deduce che, nel materiale analizzato, la presenza di eventuali altri componenti (denominati "non determinati" oppure "n.d.") è di trascurabile importanza: 0.5% circa. L’esempio sopra illustrato riguarda un minerale con solo due ossidi, la somma delle cui percentuali è prossima al 100% (che coincide nell’esempio specifico ad un minerale calcare con un titolo in CaCO3 del 99.5%). Ma, nella maggior parte dei casi, l’analisi chimica coinvolge un così elevato numero di componenti che difficilmente da questa si può risalire alla composizione dei minerali. Per esempio, l’analisi chimica di un’efflorescenza potrebbe indicare che nel materiale sono presenti SO3, CO2, CaO ed MgO; ma non è in grado di stabilire se l’efflorescenza è costituita dai minerali solfato di calcio e carbonato di magnesio o, invece, dai minerali solfato di magnesio e carbonato di calcio. Da questo punto di vista i metodi
chimico-fisici sono molto più significativi per
disvelare la natura mineralogica dei materiali. |
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Prove
Chimico-fisiche
Le prove chimico-fisiche maggiormente impiegate per conoscere la composizione mineralogica dei materiali inorganici sono:
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Con la prima, grazie ad un diffrattometro, i raggi X emessi da un tubo catodico, dopo aver colpito la polvere di materiale in esame, vengono riflessi con un angolo che dipende dalla distanza reticolare tra gli atomi o gli ioni che formano i minerali cristallini del materiale in esame. Pertanto è possibile raccogliere i raggi X su un registratore la cui angolazione (q), rispetto all’incidenza dei raggi X riflessi, viene fatta variare in maniera continua. Il risultato di questa analisi si estrinseca in un cosiddetto diffrattogramma dove i raggi X riflessi corrispondono a picchi che vengono caratterizzati per la loro posizione sull’asse dell’ascisse (2q)e per la loro altezza in ordinata (intensità della radiazione difratta): la posizione dei picchi consente di individuare, grazie ad un programma computerizzato, la natura mineralogica dei componenti; l’altezza di picchi indica in modo semi-quantitativo la percentuale del componente a cui i picchi appartengono. Nei due diffrattogrammi della Fig. 1, per esempio, sono mostrati due campioni: il difrattogramma di color nero è formato prevalentemente da calcare con quantità minori di gesso, il difrattogramma di colo rosso contiene, invece, quantità di gesso maggioritarie rispetto al calcare. |
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L’analisi termica-differenziale (DTA) e quella termo-gravimetrica (TG) consistono nel riscaldare un campione di materiale in esame e di registrare, rispettivamente, l’emissione o l’assorbimento di calore per la DTA, e la variazione di massa per la TG. Da questi dati si può risalire per esempio alla determinazione quantitativa di calcare, di gesso o di calce presente in un campione. L’osservazione al microscopio
elettronico a scansione (SEM) consente di valutare
la morfologia (fibrosa, laminare, porosa, compatta, ecc.)
come anche l’analisi chimica puntuale degli elementi
atomici mediante la microsonda chimica nota come tecnica EDAX.
La combinazione dell’osservazione al microscopio
elettronico, congiuntamente all’analisi chimica
degli elementi, consente di riconoscere la distribuzione
dei vari componenti presenti in un campione che,
soprattutto nei materiali eterogenei, riveste
un’enorme importanza per lo studio della
microstruttura. |
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| Le Prove Fisiche Queste prove consistono nella valutazione di parametri fisici che possono caratterizzare un materiale ed includono:
La porosità (e) è definita come rapporto del volume dei vuoti (Vv) rispetto al volume totale (VT): Vv e = ——— [1] VT Essa può essere determinata attraverso la valutazione dei vuoti in sezioni di materiale mediante esame visivo al microscopio ottico e/o elettronico; oppure e può essere determinata misurando il volume di gas (azoto, elio, ecc.) adsorbito dal materiale poroso, ed in tal caso si può anche risalire alla distribuzione dimensionale dei pori; oppure può essere determinata misurando il volume di acqua assorbita; oppure, infine, può essere calcolata dalla misura della massa volumica apparente (mv’) e di quella assoluta (mv):
dove mv’ si misura determinando la massa per unità di volume del campione di materiale tal quale, ed mv si misura determinando la massa per unità di volume di campione privo di porosità interna (per esempio sul campione macinato in modo da rimuovere i vuoti interni). La permeabilità ad un fluido, ed all’acqua in particolare, è in qualche modo correlata con la porosità, nel senso che in generale più il materiale è poroso e più è permeabile. Tuttavia, la permeabilità (K) più esattamente si riferisce al flusso (dV/dt) di un fluido nell’unità di superficie (S) sotto un gradiente di pressione (DP/L) unitario
In realtà, la permeabilità viene talvolta valutata indirettamente attraverso la misura della penetrazione di acqua sotto pressione attraverso un provino preliminarmente saturato con acqua. La gelività è anch’essa correlata con la porosità in quanto i materiali porosi, dopo essere stati saturati con acqua, possono essere danneggiati se sottoposti ciclicamente a variazioni di temperatura intorno a 0°C capaci di provocare gelo e disgelo dell’acqua assorbita, con conseguenti tensioni provocate dalla formazione del ghiaccio. Per alcuni materiali, per esempio gli aggregati lapidei, il comportamento ai cicli di gelo-disgelo può essere indirettamente valutato simulando fenomeni non propriamente collegati alla formazione del ghiaccio, ma alla cristallizzazione di sali all’interno del materiale poroso sottoposto a cicli di bagnatura (con soluzione salina) e successiva asciugamento per favorire il deposito del sale. |
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