Questo numero di Structural magazine è dedicato alla Durabilità delle opere in calcestruzzo armato, tema sviluppato nella seconda edizione della Giornata di Studio Pietro Pedeferri che si è svolta il 27 novembre 2020. Le sessioni della giornata sono state dedicate sia a interventi provenienti dal mondo universitario e della ricerca con presentazioni di studiosi di Università di tutto il territorio nazionale, sia a interventi focalizzati sulle applicazioni nelle costruzioni che hanno visto protagonista il comparto industriale.

Per un corretto progetto della durabilità di un’opera in calcestruzzo armato, in primo luogo sono fondamentali le prescrizioni sul calcestruzzo (rapporto acqua/cemento, tipo di cemento, stagionatura …), sullo spessore del copriferro e la progettazione dei dettagli costruttivi in funzione delle azioni che agiscono sulla struttura (azioni meccaniche e ambientali). In condizioni ambientali molto aggressive e/o quando sono richieste lunghe vite nominali di progetto (ad es. 100 anni o superiori), può essere opportuno l’impiego di tecniche di prevenzione/protezione aggiuntiva. Questa nota riporta una sintesi dei risultati di alcune delle ricerche su alcuni sistemi di prevenzione aggiuntiva svolte dai gruppi di ricerca del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano, presentati alla Giornata di studio “Pietro Pedeferri” - seconda edizione svoltasi il 27 novembre 2020. Sarà analizzato l’impiego della prevenzione catodica, di armature in acciaio inossidabile, di inibitori di corrosione e di rivestimenti superficiali del calcestruzzo.

L’articolo affronta il tema del comportamento a corrosione delle barre d’armatura in acciaio al carbonio in matrici cementizie a base di leganti tradizionali e innovativi. Il lavoro mette in luce le peculiarità di questi nuovi leganti rispetto a quelli tradizionali, in termini di sviluppo delle condizioni di passività e di mantenimento della stessa nel tempo.  Analizza il ruolo dell'alcalinità e del suo mantenimento sul comportamento alla corrosione dell'acciaio al carbonio. L'azione protettiva del cemento Portland e le cinetiche di passivazione sono strettamente dipendenti dal pH della soluzione dei pori e dal contenuto di ossigeno fin dai primi periodi di esposizione, immediatamente dopo il getto. Anche la riserva di alcalinità, presente nei leganti tradizionali a base di cemento portland, gioca un ruolo fondamentale per la qualificazione dei nuovi leganti per l'edilizia, in quanto incide sulla velocità di carbonatazione e concorre a mitigare in modo determinante l'effetto depassivante ad opera dei cloruri che, diffondendo all’interno della matrice cementizia possono promuovere l’innesco della corrosione localizzata. Sono proposte nuove metodologie per la valutazione del pH della matrice cementizia, basate su indicatori colorimetrici diversi rispetto alla fenolftaleina, capaci di individuare in modo più immediato l’effettiva azione protettiva della matrice cementizia verso le armature in acciaio al carbonio. Lo studio evidenzia che le cinetiche di passivazione sono diverse passando dai leganti tradizionali a quelli innovativi e meritevoli di essere approfondite nella formulazione di prodotti innovativi speciali formulati con questi leganti alternativi.

Il ricorso a materiali sostenibili per le costruzioni future non può prescindere dal prendere in esame non solo i parametri ambientali connessi con la produzione di malte e calcestruzzi, quali il consumo energetico e di risorse naturali non rinnovabili oltre alle emissioni di gas serra, ma anche le caratteristiche prestazionali e di durabilità di un conglomerato destinato alla realizzazione di strutture e di elementi accessori. La tematica è particolarmente complessa e richiede un approccio multidisciplinare che spazia dalla ricerca di nuove soluzioni nella produzione di leganti e aggregati, dall'ottimizzazione dei processi produttivi al miglioramento nella gestione di rifiuti che possono essere valorizzati ed elevati a risorsa sostenibile. L'articolo, quindi, si focalizza sull’impatto ambientale del settore del calcestruzzo e mette in luce le più promettenti strategie finalizzate al miglioramento della sostenibilità del conglomerato cementizio, prendendo in considerazione la riduzione dell’impatto ambientale, l’incremento delle prestazioni e l’allungamento della vita utile degli elementi in calcestruzzo armato. In particolare, sono state indagate le tecnologie in grado di migliorare l’efficienza delle cementerie (compresa la tecnologia di cattura, stoccaggio ed utilizzo dell’anidride carbonica), la sostituzione parziale del cemento Portland con materiali cementizi supplementari, l’utilizzo di clinker alternativi o materiali ad attivazione alcalina, l’uso di aggregati e acqua da riciclo, l’utilizzo di additivi in grado di accrescere la durabilità dei calcestruzzi e lo sviluppo di miscele ad altissime prestazioni.

La corrosione delle armature – indotta da carbonatazione o dalla penetrazione di cloruri dall’ambiente – è tra le principali cause di degrado delle strutture in calcestruzzo armato. Il progetto della durabilità viene quindi comunemente eseguito mirando alla prevenzione della corrosione delle armature. I modelli di durabilità esistenti permettono di valutare l'evoluzione del processo di corrosione e di stimare la vita di servizio di una struttura in funzione di diversi parametri, legati sia alle caratteristiche dei materiali che alle condizioni di esposizione ambientale. Tutti i modelli più accreditati attualmente disponibili, però, sono caratterizzati da una importante assunzione di base, ovvero considerano che il calcestruzzo sia non fessurato. Questa condizione viene raramente riscontrata nella pratica, ma non vi è ancora una conoscenza tale degli effetti delle fessure sulla durabilità da poter implementare i modelli esistenti. In questa nota vengono riportati i principali aspetti riguardanti lo studio delle fessure nel calcestruzzo e gli effetti sulla durabilità del calcestruzzo armato presenti in letteratura e, successivamente, vengono esposti alcuni risultati preliminari circa l’effetto di micro-fessure indotte da carico sulla resistenza alla penetrazione dei cloruri nel calcestruzzo. Nello studio si sono considerati sei diversi calcestruzzi ottenuti con tre tipi di cemento (Portland, Portland-calcare e pozzolanico) e due rapporti a/c (0.45 e 0.55), sia in condizioni integre che micro-fessurate. Attraverso una prova di esposizione accelerata si è valutato l’effetto delle micro-fessure sulla penetrazione dei cloruri e sul coefficiente di migrazione dei cloruri.

Nelle strutture in calcestruzzo armato (RC) la corrosione delle armature riveste un ruolo fondamentale tra i diversi fattori che ne determinano (o definiscono) la vita utile. Oggigiorno, è noto che l'utilizzo delle fibre nella miscela migliora il comportamento delle strutture in calcestruzzo armato sia allo stato limite di esercizio che agli stati limite ultimi. L'uso di fibre migliora il comportamento fessurativo, portando ad avere fessure più piccole e più ravvicinate. L’ampiezza della fessura è uno dei parametri chiave per controllare la durabilità delle strutture in calcestruzzo armato. Anche se ad oggi sono stati condotti molti studi di ricerca su questo argomento, il comportamento di elementi in calcestruzzo armato con o senza fibre in fase fessurata e a contatto con ambienti aggressivi non è ancora ben compreso. In questo contesto, l’articolo descrive una procedura di prova sviluppata specificamente per valutare la corrosione indotta da cloruri in elementi in calcestruzzo armato con e senza fibre in condizioni di esercizio (fase fessurata). Provini prismatici 90 x 90 x 830 mm con un'armatura Ø12 mm sono stati sottoposti per 280 giorni ad un carico costante e a cicli di asciutto-bagnato in soluzione acquosa contenente 50 g/L di NaCl. I risultati preliminari ottenuti hanno mostrato che questa innovativa procedura di prova è adatta ad accelerare e valutare la corrosione indotta da cloruri in elementi di calcestruzzo armato e calcestruzzo fibrorinforzato in fase fessurata.