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Corrosione dei ferri nel calcestruzzo armato: le cause

La corrosione dei ferri nel calcestruzzo armato è causata principalmente dalla carbonatazione del calcestruzzo da CO2 e dalla presenza di cloruri

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La corrosione costituisce la forma di degrado dei ferri delle armature nel calcestruzzo armato notevolmente più diffusa e più pericolosa, anche perché coinvolge, più delle altre, la sicurezza delle costruzioni.

La conoscenza del processo di corrosione è necessaria al fine di poter progettare strutture in calcestruzzo armato in grado di soddisfare i requisiti di vita utile stabiliti in fase di progetto.

Comportamento elettrochimico delle armature nel calcestruzzo
Quando il calcestruzzo è armato con barre d’acciaio, destinate a sostenere gli sforzi di trazione, la causa più frequente di degrado è costituita dalla corrosione delle armature. In soluzioni alcaline con pH > 11,5÷12 e in assenza di cloruri, il ferro si ricopre di un sottilissimo film di ossido, il cui spessore è di pochi strati molecolari; in queste condizioni, che sono dette di passività, la sua velocità di corrosione è in pratica nulla. Un calcestruzzo, correttamente confezionato e messo in opera, si comporta come una soluzione alcalina e, quindi, passiva perfettamente le armature.

Nei pori della pasta cementizia è contenuta, infatti, una soluzione acquosa di idrossido di sodio e di potassio con un pH compreso tra 13 e 14 che favorisce il crearsi delle condizioni di passività, protettive per le barre.

Condizioni di corrosione
Dalle curve caratteristiche catodica e anodica, si ricavano le condizioni di corrosione delle armature nelle varie situazioni operative. Infatti, nel caso in cui si possa ritenere trascurabile la caduta ohmica relativa al passaggio della corrente nel calcestruzzo dall’area anodica a quella catodica, la densità della corrente di corrosione, icorr, e il potenziale di corrosione, Ecorr, sono individuati dal punto di incontro delle curve caratteristiche anodica e catodica.

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Andamento schematico della caratteristica anodica dell’acciaio in soluzione a pH elevato

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Andamento schematico della caratteristica catodica dell’acciaio in soluzione alcalina

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Schematizzazione delle condizioni di corrosione delle armature in calcestruzzo non contenente cloruri per diverse condizioni di apporto di ossigeno

In figura 3 sono indicati i punti di incontro delle curve caratteristiche per il calcestruzzo esposto all’atmosfera, le cui armature operano in genere a potenziali compresi tra +100 e -200 mV vs SCE.

Nel caso in cui il calcestruzzo operi completamente immerso in acqua o, comunque, in condizioni nelle quali esso è saturo d’acqua, il ridotto apporto di ossigeno alla superficie delle armature può portare il potenziale a valori minori di -400 mV vs SCE.

In tutte queste condizioni le armature sono soggette a velocità di corrosione che può essere definita nulla. Il potenziale di corrosione delle armature passive, Ecorr, e, quindi, determinato dal potere ossidante dell’ambiente. Si noti come, nelle diverse condizioni ambientali, i valori di massimo e di minimo del potenziale di corrosione che possono assumere le armature passive sono rispettivamente +100 mV nel calcestruzzo aerato e -1000 mV in totale assenza di ossigeno. Ciò significa che nel calcestruzzo le armature non possono operare nelle condizioni di immunità e neppure in quelle di transpassività, salvo che non siano polarizzate imponendo dall’esterno una circolazione di corrente.

Innesco e propagazione della corrosione
Nel tempo il calcestruzzo può perdere le sue caratteristiche protettive essenzialmente per tre motivi prevalenti:
• partendo dagli strati più esterni e passando a quelli più interni, l’alcalinità del calcestruzzo può essere neutralizzata dall’anidride carbonica proveniente dall’ambiente esterno, per cui l’estratto acquoso del calcestruzzo passa da un valore di pH maggiore di 13 a un valore inferiore a 9 (a questo processo si assegna il nome di carbonatazione);
• a contatto con ambienti contenenti cloruri, nel calcestruzzo possono penetrare ioni Cl fino a raggiungere le armature; se alla superficie delle armature giungono ioni cloruri fino a superare un tenore critico (indicativamente dell’ordine di 0,4÷1% del contenuto in peso di cemento) il film protettivo si rompe localmente, innescando, di fatto, un processo di corrosione localizzato;
• nel caso di strutture interessate da campi elettrici e, quindi, percorse da correnti disperse (o vaganti) che interferiscono con le armature, il film protettivo può essere distrutto nelle zone in cui la corrente esce dalle armature (si riscontra casualmente in prossimità di strade ferrate con isolamento elettrico insufficiente/mancante o non funzionante).

La distruzione del film protettivo è la precondizione necessaria perché la corrosione possa avvenire. Una volta distrutto il film, la corrosione si produce solo se, alla superficie delle armature, sono presenti acqua e ossigeno oppure, nel caso di correnti disperse, se l’interferenza continua nel tempo. La depassivazione avviene solo sulle armature raggiunte dal fronte di carbonatazione o dal tenore critico di cloruri, per cui, è possibile che interessi solo una parte delle strutture o dell’elemento strutturale. Tale circostanza può condurre alla formazione di una macrocoppia fra le armature che si corrodono e le restanti ancora in condizioni di passività ma collegate elettricamente alle precedenti dalle staffe. In condizioni particolari, la formazione di una macrocoppia può aumentare la velocità con cui si produce l’attacco sulle armature che già si stanno corrodendo.

La vita delle strutture in calcestruzzo armato può essere suddivisa in due fasi nettamente distinte: una prima fase di innesco della corrosione, in cui si producono i fenomeni che portano al venir meno delle condizioni di passività, cioè alla distruzione locale o generalizzata del film protettivo, e una seconda fase di propagazione dell’attacco, più o meno veloce, a partire dal momento in cui il film protettivo è distrutto.

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Periodo di innesco e periodo di propagazione della corrosione di una struttura in calcestruzzo armato sottoposta a degrado da carbonatazione (riproduzione del modello di Tuutti)

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