I DIFETTI NEI PAVIMENTI IN CALCESTRUZZO
Patologie di degrado chimico del calcestruzzo


S. Collepardi, Enco, Spresiano (TV)
E-mail:
silvia.collepardi@encosrl.it

DEGRADO E DURABILITA' DELL'OPERA

Una delle cause più frequenti di degrado delle pavimentazioni in calcestruzzo deve essere ricercata in una progettazione errata del conglomerato cementizio in base al grado di aggressione dell'ambiente in cui la struttura è situata. A tal proposito è opportuno ricordare che il conglomerato cementizio per la realizzazione delle strutture deve essere conforme, relativamente alla durabilità, a quanto contenuto nella norma UNI EN 206 [Enco Journal n. 9, pg 8, 1998]. Tale norma impone che un determinato grado di aggressione, definito attraverso 6 classi e 18 sottoclassi di esposizione, deve essere fronteggiato con specifici limiti composizionali per il calcestruzzo: a/c massimo, dosaggio di cemento minimo, aria inglobata, etc.
Il mancato rispetto dei limiti composizionali dettati da ragioni di durabilità e/o l'impiego di ingredienti contenenti sostanze indesiderabili possono determinare l'innesco di numerose patologie di degrado. Nei numeri 18 e 19 di Enco Journal, 2001 è stato già descritto il degrado legato alla reazione alcali aggregato. Nel presente articolo verranno presi in considerazione i degradi legati alla carbonatazione, all'azione dei cloruri, dell'acqua e del gelo.


Fig. 1 - Pavimentazione esterna in calcestruzzo degradata per azione dei cicli di gelo-disgelo in cassenza di sali disgelanti.
L'AZIONE DELL'ANIDRIDE CARBONICA

Negli ambienti interni (classe di esposizione XC1), l'unico agente aggressivo che può compromettere la durabilità delle pavimentazioni è l'anidride carbonica (CO2) dell'aria, a meno che non esistano lavorazioni particolari che prevedano il contatto della pavimentazione con sostanze aggressive di provenienza industriale, di cui si tratterà nel seguito. L'azione dell'anidride carbonica consiste in una neutralizzazione dell'idrossido di calcio presente nella pasta di cemento. La conseguente trasformazione in carbonato di calcio determina un abbassamento del pH della fase acquosa nella matrice di cemento predisponendo le barre di armatura alla corrosione. Per le pavimentazioni in calcestruzzo armato in ambienti interni, tuttavia, il fenomeno della carbonatazione e della conseguente corrosione dei ferri è irrilevante in quanto esse sono caratterizzate da percentuali estremamente ridotte di armatura, che risulta oltretutto protetta da elevati spessori di conglomerato. Tale armatura, infatti, viene di solito disposta a distanze dalla superficie della pavimentazione superiori ad 1/3 dello spessore della lastra in calcestruzzo, ben protetta, quindi, all'aggressione ambientale della CO2. Pertanto, si può concludere che, relativamente alla durabilità, nessuna precauzione deve essere presa per le pavimentazioni destinate ad ambienti interni.


L'AZIONE DELL'ACQUA

Nelle pavimentazioni esterne, interviene periodicamente l'azione dell'acqua piovana che può comportare il degrado del calcestruzzo per dilavamento. Tale problema, tuttavia, risulta di modesta entità e, pertanto, le pavimentazioni esterne in climi temperati generalmente non necessitano di alcun provvedimento particolare relativamente alla durabilità. D'altra parte, la stessa norma UNI EN 206 impone per le strutture in c.a. sottoposte a condizioni cicliche di asciutto e bagnato (classe di esposizione XC4) di non superare nel rapporto acqua-cemento (a/c) il valore di 0,50 cui corrisponde (impiegando un cemento di classe 32.5) all'incirca una resistenza caratteristica del calcestruzzo di circa 37 N/mm2. Relativamente alla durabilità, quindi, si può affermare che il calcestruzzo da destinare a pavimentazioni esterne in clima temperato deve possedere una Rck almeno pari a 37 N/mm2.

L'AZIONE DEL GELO

Se, invece, la pavimentazione è esposta ad ambienti esterni in zone soggette a continue alternanze termiche intorno a 0°C in assenza di uso di sali disgelanti (classe di esposizione ambientale XF3), essa può essere irrimediabilmente danneggiata dalle tensioni che si generano per la formazione del ghiaccio (Fig. 1). Per questo tipo di strutture la UNI EN 206 raccomanda di impiegare un rapporto a/c non superiore a 0,50 e di inglobare aria mediante additivi aeranti. Sulla base di queste limitazioni, si può affermare che il calcestruzzo da destinare a pavimentazioni esterne in climi rigidi deve - nell'ipotesi che venga confezionato con cemento di classe 32.5 - possedere una Rck di almeno 37 N/mm2 ed un contenuto di aria - funzione della massima pezzatura dell'aggregato - compreso tra 4 e 6%.



Fig. 2 - Cordolo in calcestruzzo lungo una strada di montagna. Si noti lo sgretolamento del calcestruzzo prodotto dalle alternanze termiche intorno a 0°C e dall'impiego di sali disgelanti.

 


Fig. 3 - Macrofessurazione di pavimento in calcestruzzo
provocata da ASR.

L'AZIONE DEL CLORURO

Particolare attenzione deve essere posta nella realizzazione di pavimentazioni soggette all'azione del cloruro. Il cloruro è naturalmente presente nell'acqua del mare e coinvolge, quindi, le pavimentazioni di opere marittime (classe di esposizione ambientale XS); esso, inoltre, è artificialmente presente nei sali disgelanti (cloruro di calcio o di sodio) per rimuovere il ghiaccio (Fig. 2) e coinvolge, quindi, le pavimentazioni civili, autostradali ed aeroportuali (classe di esposizione ambientale XD3 e XF4).
Nel caso di pavimentazioni caratterizzate da elevate percentuali di armatura (prevalentemente stradali ed aeroportuali) con funzione strutturale, per proteggere i ferri dall'aggressione dei cloruri è necessario, innanzitutto, creare una barriera adeguata con un copriferro di 4-5 cm in calcestruzzo impermeabile (realizzato con rapporto a/c non superiore a 0,45) contenente 4-6% di aria in forma di microbolle (100-300 mm), e caratterizzato da una elevata lavorabilità per evitare la formazione di macroporosità per difetto di compattazione. L'azione del cloruro sulle pavimentazioni industriali provviste di armatura per il solo controllo dei movimenti termo-igrometrici, (ad esempio pavimentazioni di parcheggi in cui i sali disgelanti trasportati dai veicoli provenienti dalle strade sulle quali è stato utilizzato cloruro di sodio o di calcio) invece, può ritenersi trascurabile, sia per le ridotte percentuali di acciaio presenti, sia perché le reti di armatura sono generalmente protette da un copriferro di elevato spessore.
In ogni caso, tuttavia, il cloruro può provocare un severo degrado della matrice cementizia. L'azione aggressiva dipenderà dal tipo di cloruro (di sodio o di calcio) che viene a contatto con la superficie della pavimentazione (Tabella 1).
In presenza di cloruro di sodio si potrebbe avere un'esaltazione della reazione alcali-aggregato nel caso in cui il calcestruzzo fosse stato confezionato con aggregati reattivi (Fig. 3). Per tale degrado si rimanda ai precedenti articoli nei numeri 18 e 19 di Enco Journal, 2001.
Mentre il cloruro di sodio agisce sugli aggregati (se reattivi) producendo silicato sodico idrato, il cloruro di calcio agisce sulla pasta di cemento, e più specificatamente sul Ca(OH)2, in essa contenuto producendo, in presenza di acqua, ossicloruro di calcio idrato (3CaO·CaCl2·15H2O) che si forma con azione fortemente dirompente (Fig. 4).
Per confezionare pavimentazioni in calcestruzzo durevoli nei confronti dell'azione deleteria del CaCl2, occorre adottare di un rapporto a/c sufficientemente basso (<0,45 secondo la UNI EN 206) da rendere il calcestruzzo del copriferro meno poroso possibile e rallentare, di conseguenza, il processo di diffusione del cloruro verso i ferri di armatura. Inoltre, è opportuno scegliere un cemento (Portland al fumo di silice, d'altoforno o pozzolanico) dalla cui idratazione il contenuto di calce libera risulti più basso possibile per impedire la formazione dell'ossicloruro di calcio.


Fig. 4 - Soletta in calcestruzzo di un ponte in alta montagna distrutta dall'azione del CaCl2.


Tabella 1 - Classificazione dei degradi provocati dai sali disgelanti sulle opere in c.a. e c.a.p.