La carbonatazione del calcestruzzo: cos’è e quali sono i rimedi

La carbonatazione è un processo chimico dove l’idrossido di calcio combinandosi con l’anidride carbonica da luogo alla formazione di carbonato di calcio secondo la seguente relazione:

Ci concentreremo sulla carbonatazione del cemento, che provoca effetti molto negativi e vedremo quali sono le cause e le possibili soluzioni per limitare il suo effetto. Questo fenomeno si innesca quando l’anidride carbonica riesce ad insinuarsi all’interno dei pori del cls e determina una modifica delle proprietà alcaline del conglomerato (infatti il cls appena gettato ha un ph che si aggira intorno al 12,5-13), riducendo il ph fino a circa 8,5. Questo è causato dalla riduzione dell’idrossido di calcio.

In un ambiente fortemente alcalino siamo in uno stato di passivazione dei ferri, quindi lo strato di ossidi protegge il nostro tondino di acciaio. Aumentando invece lo strato carbonatato con la diminuzione del ph si passa da uno stato passivo ad uno stato nel quale è il ferro in presenza di ossigeno si corrode. Dunque sintetizzando tutto il fenomeno, l’anidride carbonica raggiunge il nostro conglomerato attraverso i pori del cls e quando arriva in prossimità dei ferri (quindi superato il primo spessore che divide le barre dall’atmosfera chiamato copriferro) causa una diminuzione del ph portando all’arruginimento delle barre di acciaio investite da ossigeno e umidità.

La corrosione del ferro ha effetti che noi vogliamo assolutamente evitare, i più importanti dei quali sono la diminuzione della sezione resistente della barra con conseguente diminuzione di resistenza; altri fenomeni sono l’aumento di volume dovuto alla ruggine che può provocare fessure nel copriferro, o una sua locale  espulsione o la riduzione dell’aderenza delle barre di armature causando gravi conseguenze strutturali.

L’andamento della penetrazione della carbonatazione nel tempo segue una legge analitica che è la seguente:

 

Dove s è lo spessore carbonatato, t è il tempo, n è un coefficiente che dipende dalla porosità del cls e vale 2 per calcestruzzi porosi, mentre è maggiore di 2 per calcestruzzi compatti ( si ha una diminuzione nel tempo della velocità di carbonatazione).  Infine il coefficiente K esprime la velocità con cui avviene la carbonatazione in funzione di alcuni fattori ambientali tra cui umidità relativa, temperatura e fattori legati al calcestruzzo tra cui l’alcalinità e la porosità.

Umidità relativa: è un fattore molto importante, infatti i pori di cls riempiti di acqua rallentano l’ingresso della CO₂ di conseguenza la diffusione dell’anidride carbonica diminuisce con l’aumentare dell’umidità relativa.

Porosità: questo fattore è legato al rapporto acqua/cemento che ha una grande influenza sulla velocità di penetrazione della CO₂ . Diminuendo questo rapporto diminuiamo la velocità di carbonatazione poiché diminuiamo anche la porosità del materiale.

Tenere basso il rapporto a/c,  con una adeguata stagionatura, è un requisito fondamentale per contrastare la carbonatazione, perché diminuendo la porosità la CO₂ avrà più difficoltà nel penetrare all’interno del conglomerato. Altro accorgimento utile è quello di rispettare i limiti da normativa degli spessori del copriferro.

Un fenomeno da non trascurare sicuramente nella progettazione questo della carbonatazione soprattutto ai giorni d’oggi dove i contenuti di CO₂ sono molto più alti rispetto al passato. Seguire piccoli accorgimenti che possono allungare la vita media dei nostri edifici.