Valutazione sperimentale del contributo di rivestimenti alla durabilità del calcestruzzo

M. Nicolella - Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale, Università degli studi di Napoli Federico II, Naples, C. Scognamillo - Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale, Università degli studi di Napoli Federico II, Naples, A. Ceparano - Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale, Università degli studi di Napoli Federico II, Naples, 05/04/2018 944

Italian Concrete Days.jpgQuesto articolo è stato presentato durante gli Italian Concrete Days che si sono svolti a Roma, il 27-28 Ottobre 2016. 

La seconda edizione degli Italian Concrete Days si terrà a Milano, presso il palazzo Pirelli il 13 Giugno ed a Lecco, presso il Polo Territoriale del Politecnico, il 14 e 15 Giugno 2018.

Maggiori informazioni sulla partecipazione e sul programma si trovano sul sito dell'evento.

Valutazione sperimentale del contributo di rivestimenti alla durabilità del calcestruzzo

Estratto

Nell’ambito degli studi sul ciclo di vita dei componenti edilizi e della durabilità del calcestruzzo, è stata condotta una sperimentazione per valutare il ruolo dei rivestimenti costituiti da intonaci tinteggiati, rispetto alla carbonatazione delle strutture in c.a., con riguardo al patrimonio edilizio del dopoguerra, in cui questa soluzione tecnica rappresenta in prevalenza l’unica protezione dagli agenti atmosferici.

La sperimentazione è stata comparativamente condotta su quattro tipi di provini prismatici (70x70x160mm) in calcestruzzo ordinario non rivestito e rivestito con tre differenti soluzioni (UNI EN- 13295). Sono state eseguite prove di carbonatazione accelerata, in cella termostatica, esponendo i campioni ad un’atmosfera con 1% di CO2 e misurando le profondità di carbonatazione a tre step significativi. I risultati mostrano le soluzioni di rivestimento con migliori prestazioni nei confronti della carbonatazione. Dunque possono costituire un’utile indicazione per gli interventi manutentivi da eseguire agli edifici che per caratteristiche originarie hanno strutture in c.a. maggiormente sottoposte all’aggressione dell’atmosfera.

1 INTRODUZIONE

Gli anni ’90 hanno mostrato con chiarezza che anche  il calcestruzzo, che era stato considerato nell’immediato dopoguerra un materiale capace di sfidare il tempo, ha un ciclo di vita alquanto chiaro e riconoscibile, una fenomenologia di degrado chiara e identificabile, ma anche – fortunatamente – possibilità di tornare ad assolvere alle prestazioni di progetto con i giusti interventi manutentivi.

Il vero problema, tuttavia, è costituito dalla varietà tipologica dei conglomerati di quel periodo, il cui mix design era spesso demandato alla estemporaneità, tanto che nello stesso edificio poteva presentare caratteristiche anche estremamente differenti. Conseguenza di questa ingovernabile situazione è che oggi ci si trova sempre più spesso ad assistere a fenomeni di crisi locale di elementi strutturali determinate da episodi sporadici dell’epoca della costruzione, come ad esempio un getto di fine giornata caratterizzato da scarsità di cemento, da copriferro quasi nulli a causa della fretta di realizzare, da inerti di provenienza decisamente sconsigliabile.

Se, poi, ci si sofferma su quelle che oggi sono le riconosciute possibilità di progettare strutture in grado di resistere adeguatamente alle azioni dell’ambiente (cosiddette “durabili”), non si può non rimarcare come gli elementi in c.a. del dopoguerra erano protetti in maniera indubbiamente insufficiente:

  • i copriferro erano quasi sempre inferiori ai 2 cm., che costituivano il benchmark empirico dell’epoca;
  • travi e pilastri esterni erano ricoperti a malapena da un intonaco di malta comune di 1,5 – 2 cm. e da una tinteggiatura sintetica, con la conseguenza di costituire sistematicamente ponti termici;
  • i balconi non erano affatto protetti da strato impermeabile;
  • i solai di copertura erano privi di strato coibente, e ricoperti da uno strato di asfalto minerale che ha mostrato una vita utile media di circa 20-25 anni.

In Italia infatti - diversamente da Stati Uniti, Canada e molti altri paesi in cui esistono già da tempo raccomandazioni e norme per la realizzazione di strutture in calcestruzzo armato capaci di resistere alle aggressioni degli agenti atmosferici– solo da pochi anni, grazie all’entrata in vigore del D.M. 14/02/92 prima e delle NTC-08 dopo, si fa riferimento a norme (UNI 9858, UNI EN 206-1) precise ed univoche su come progettare strutture in conglomerato cementizio armato ordinario e precompresso caratterizzate da una ben definita composizione della miscela al fine di garantire un’adeguata durabilità.

Prima ancora dell’entrata in vigore del D.M. del 14/02/92, le raccomandazioni tecniche contenute nei precedenti decreti fornivano alcuni suggerimenti per la durabilità del conglomerato (ad esempio quello del 16 Novembre 1939 art. 38): “in presenza di salsedine marina o di emanazioni gassose nocive alla costruzione, la distanza minima delle superfici metalliche dalle facce esterne del conglomerato dev’essere almeno di cm. 3,5 e lo strato esterno del conglomerato rivestente i ferri dev’essere impermeabile” oppure (D.M. del 27 luglio 1985 punto 2.1.8): “Al fine di garantire la durabilità del conglomerato particolarmente in ambiente aggressivo, così come

in presenza di cicli di gelo e disgelo, è necessario studiarne adeguatamente la composizione”. È allora evidente la notevole aleatorietà che caratterizza le suddette raccomandazioni: esse di fatto risultano poco utilizzabili in quanto non stabiliscono affatto i criteri per la definizione del grado di aggressività ambientale, né tantomeno forniscono specifiche raccomandazioni.

La mancanza di norme ben definite sulla durabilità ha fatto sì che la scelta del conglomerato avvenisse solo sulla base delle esigenze statiche richieste per il calcestruzzo. Da una nota statistica degli anni ‘70 sul degrado delle strutture in c.a. eseguita su un campione di 139 edifici, risultò che l’errata progettazione del calcestruzzo è responsabile nel 42% dei casi del degrado delle strutture. Esistono ad oggi, quindi, numerose opere in c.a. risalenti ai primi decenni del ‘900, realizzate con conglomerati confezionati in maniera “standard” senza tener conto delle specifiche azioni ambientali aggressive, protette semplicemente da uno strato di intonaco tinteggiato e sulle quali intervenire mediante interventi manutentivi finalizzati ad impedire che l’aggressione ambientale possa provocare danni irreparabili.

Al di là dei casi in cui l’adeguamento energetico con cappotto termico consegue – involontariamente – anche un grado di protezione elevatissimo per gli elementi strutturali esterni, è allora interessante comprendere se, all’atto di interventi di manutenzione ordinaria delle facciate e del rifacimento degli intonaci, sia possibile conferire agli elementi di rivestimento un ruolo di protettivo del calcestruzzo e, in caso affermativo, quali siano i materiali più idonei.

Il presente lavoro sperimentale ha per l’appunto lo scopo di valutare il contributo di rivestimenti costituiti da intonaci esterni (malta cementizia, malta bastarda e malta di calce) alla durabilità del calcestruzzo con particolare riguardo alla resistenza nei confronti della penetrazione di CO2, mediante valutazione comparativa di provini di c.a. rivestiti con diversi tipi di malta, sottoposti in laboratorio a carbonatazione accelerata.

2 STATO DELL’ARTE

Il tema dell’influenza dei rivestimenti sulla durabilità del calcestruzzo è stata affrontata da diversi ricercatori.

Sperimentazioni antecedenti al 2004, anno di pubblicazione della norma UNI EN 13295 utilizzata nella valutazione sperimentale del presente lavoro, si possono ritrovare tra i numerosi studi realizzati negli  anni ‘90 da Coppola, Collepardi, Pistolesi, Zaffaroni e Borsoi, con utilizzo della stessa metodologia nella realizzazione dei campioni e nell’esecuzione della prova di carbonatazione accelerata. Sono stati realizzati provini di calcestruzzo di qualità scadente (rapporto a/c =0,80; Rck =15 Mpa) rivestiti, nelle diverse sperimentazioni, con vari prodotti di finitura (tra le più indagate si annoverano le pitture acriliche e i rivestimenti elastici in polimero-cemento) e le prestazioni in termini di durabilità di tali calcestruzzi rivestiti sono state confrontate con quelle dello stesso calcestruzzo non rivestito e con quelle di un calcestruzzo definito “top-quality” (a/c= 0,45; Rck= 50 Mpa).

Effettuata l’applicazione dei rivestimenti scelti sulla superficie del calcestruzzo da esaminare, i provini, rivestiti e non, sono stati esposti all’ambiente aggressivo di laboratorio (atmosfera arricchita al 30% di CO2). La penetrazione all’anidride carbonica è stata successivamente misurata a intervalli regolari utilizzando le metodologie descritte nella norma UNI 9944.

Più recentemente, è stata analizzata la riduzione del tasso di carbonatazione del calcestruzzo rivestito da protezioni contenenti additivi a base di polimeri acrilici. Per il controllo dell’umidità sono stati utilizzati recipienti contenenti soluzioni saline sature, mentre, per il controllo della temperatura sono state utilizzate lampade da 250 W.

Nella camera di prova accelerata, i campioni sono stati investiti con un flusso d’aria costante caratterizzato da un contenuto di anidride carbonica del 4% (per abbreviare il periodo di prova, rispetto a quanto suggerito dalla norma EN 13295, per esigenze di progetto), umidità relativa tra il 58-62% e temperatura di 25°C.

A partire dai risultati ottenuti da McGrath sulla penetrazione all’anidride carbonica per i calcestruzzi protetti dai rivestimenti indagati, si sono sviluppati ulteriori studi, questa volta su provini di calcestruzzo protetti non solo con finiture acriliche ma anche con rivestimenti cementizi.

In tale sperimentazione, i provini in calcestruzzo sono stati confezionati utilizzando un rapporto a/c pari a 0,48. A maturazione avvenuta, dei tre provini in calcestruzzo realizzati, 2 sono stati trattati superficialmente, mentre il terzo provino non è stato sottoposto ad alcun trattamento protettivo. L’intera prova d’invecchiamento accelerato è stata eseguita utilizzando le procedure descritte nella norma UNI EN 13295 esponendo i tre provini per 90 giorni ad una atmosfera contenente l’1% di CO2, temperatura di 25°C ed umidità relativa del 65%.

In tutte le sperimentazioni sopra ricordate, si è indagato sul contributo anti-carbonatazione di rivestimenti di piccolo spessore, quali pitture acriliche, silani e rivestimenti in polimero-cemento.

Tali tecnologie sono, dal punto di vista delle reali possibilità di impiego nel settore delle costruzioni civili, utilizzabili per la protezione di manufatti “faccia-vista” o che in genere sono a contatto con agenti aggressivi o potenzialmente tali, se non protetti.

Nella presente sperimentazione si indaga, invece, su rivestimenti di spessore di circa 2 cm., che usualmente proteggono edifici con struttura in c.a., ovvero intonaci, prescindendo – per il momento – dal contributo delle pitture.

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