La norma DIN EN 206 presuppone che i componenti strutturali in calcestruzzo abbiano una durata di vita di almeno 50 anni. La corrosione dell’armatura in acciaio nel cemento armato causata dalla sua esposizione alla CO2 (carbonatazione) può ridurne la durata. Holcim HüttenZement GmbH utilizza una camera climatica Memmert ICH C con controllo di CO2 per scoprire quali caratteristiche deve avere il calcestruzzo per ridurre al minimo la carbonatazione.
Carbonatazione – accenni generali
Il calcestruzzo armato è comunemente colpito dalla corrosione delle armature di acciaio causata dagli agenti atmosferici. Una delle principali cause di ciò è la penetrazione di cloruri nel calcestruzzo. La seconda causa principale dell’invecchiamento prematuro del calcestruzzo armato è l’anidride carbonica, che può penetrare gli strati esterni del calcestruzzo dall’aria o dall’acqua dove è contenuta. Questo processo chimico è chiamato carbonatazione nel gergo tecnico.
Gli ingredienti principali del calcestruzzo sono acqua, aggregati e cemento. Spesso vengono aggiunti additivi alla miscela di calcestruzzo per migliorarne lavorabilità o durabilità. Poiché il calcestruzzo ha una resistenza estremamente elevata alla compressione, ma una resistenza alla trazione bassa, di solito viene rinforzato con barre o aste di acciaio. Inizialmente, il rinforzo in acciaio è completamente avvolto dal calcestruzzo e quindi ben protetto dalla corrosione. L’idrossido di calcio altamente alcalino e solubile in acqua (Ca(OH)2), che si forma quando il calcestruzzo indurisce a causa della reazione dei silicati di calcio con l’acqua, è responsabile della corrosione. L’alto pH dell’acqua nei pori del cemento idratato forma uno strato di passivazione inerte di ossido di ferro sull’armatura in acciaio, prevenendo la formazione di ruggine. Se, nel tempo, la combinazione di umidità e CO2 influisce sulla struttura, l’idrossido di calcio reagisce formando carbonato di calcio (CaCO3), abbassando il pH. Di conseguenza, l’armatura non è più protetta dalla corrosione. La profondità del fronte di carbonatazione dipende da una serie di criteri quali il contenuto di umidità, la porosità e l’età del calcestruzzo.
Le classi di esposizione del calcestruzzo sono usate come guida
In Europa, la norma DIN EN 206-1 specifica come gli effetti di diversi agenti ambientali siano classificati in ciò che viene chiamato classi di esposizione del calcestruzzo. Queste classi non sono mutuamente esclusive, il che significa che diverse classi di esposizione possono applicarsi a una singola struttura. A seconda della classe, la norma specifica limiti di tolleranza per il rapporto acqua/cemento, la quantità minima di cemento e il contenuto di aria nel calcestruzzo, tra gli altri parametri, al fine di garantire la durabilità del calcestruzzo utilizzato per tutte le possibili applicazioni. La carbonatazione del calcestruzzo è definita come classe XC.
Il Comitato europeo di normazione (CEN) sta attualmente revisionando la norma EN 206 con un nuovo approccio per garantire la durabilità del calcestruzzo: la classificazione in classi di resistenza in base alla velocità di avanzamento della fronte di carbonatazione nel calcestruzzo. Attualmente sono in corso prove pratiche iniziali per la classificazione di diverse tipologie di calcestruzzo in varie località, tra cui presso Holcim HüttenZement GmbH a Dortmund, in Germania.
Determinazione della profondità di carbonatazione
Come nella maggior parte dei settori, è possibile utilizzare l’invecchiamento artificiale per prevedere la vita utile. Questo viene fatto immergendo i campioni di prova – cubi o travi di cemento – in acqua per 28 giorni. Quindi vengono essiccati in un’atmosfera standard (20 °C e 65% di umidità relativa) per 14 giorni in una camera climatica o in una stanza con un clima controllato prima che il team della direttrice di laboratorio Dr. Christine Eckhardt li metta in deposito per 70 giorni a 20°C, 55 % UR e 3 % CO2 in una camera climatica costante Memmert ICH750C. La profondità della carbonatazione viene determinata dopo 56, 63 e 70 giorni.
Questo viene fatto dividendo il campione di prova e spruzzando la superficie di prova con un indicatore. A valori di pH elevati, la superficie diventa rossa/viola, il che significa che è garantita un’adeguata protezione dalla corrosione, mentre la superficie rimane incolore dove è penetrata la CO2. La profondità di carbonatazione viene misurata con calibri Vernier.
La camera climatica Memmert ICH: una camera flessibile e mobile con climatizzazione
La camera climatica Memmert ICH C, in cui i cubi di cemento sono esposti a CO2 in un’atmosfera costante, è dotata di guide telescopiche e griglie rinforzate in acciaio inossidabile per aiutarti a sfruttare al meglio il volume disponibile della camera di 749 litri. Ogni griglia contiene ca. 50 chilogrammi, con ogni provino del peso di 12 chilogrammi. Il Dr. Eckhardt apprezza particolarmente la flessibilità della camera climatica. “Fondamentalmente, l’ICH è progettato per un utilizzo semi-mobile, in quanto può essere facilmente spostato da una stanza all’altra. Ha la sua unità di controllo del clima. La fornitura di CO2 può essere regolata separatamente, il che significa che non ho bisogno di un’enorme camera climatica e non devo controllare il clima dell’intera stanza per eseguire esperimenti di carbonatazione”.
AtmoSAFE desidera ringraziare Holcim HüttenZement GmbH di Dortmund, in particolare la dott.ssa Christine Eckhardt, per il suo gentile supporto durante la preparazione di questo articolo.
