CARBONATAZIONE DEL CALCESTRUZZO: CAUSE, DIAGNOSI,CORROSIONE DELLE ARMATURE E TECNICHE DI RIPRISTINO
La carbonatazione è uno dei principali fenomeni di degrado che possono interessare le strutture in calcestruzzo armato. Si tratta di un processo chimico-fisico naturale, determinato dalla penetrazione dell’anidride carbonica atmosferica all’interno della matrice cementizia. Sebbene la carbonatazione del calcestruzzo non costituisca di per sé un danneggiamento dell’acciaio, la progressiva riduzione dell’alcalinità può compromettere la passivazione delle armature e creare le condizioni favorevoli all’innesco della corrosione.
Il fenomeno assume quindi particolare rilevanza quando il fronte di carbonatazione raggiunge la profondità delle barre di armatura. La corrosione conseguente può provocare fessurazione, distacco del copriferro, perdita di sezione delle barre e, nei casi più avanzati, riduzione della capacità resistente dell’elemento strutturale.
1. Meccanismo della carbonatazione
Il calcestruzzo indurito presenta normalmente un ambiente fortemente alcalino, condizione che consente all’acciaio immerso nella matrice cementizia di mantenersi in stato di passivazione.
L’anidride carbonica presente nell’atmosfera penetra progressivamente attraverso la rete dei pori e reagisce con i prodotti di idratazione del cemento. Il processo determina una riduzione del pH del calcestruzzo, generando un fronte di carbonatazione che avanza dalla superficie verso l’interno.
Il problema si manifesta quando questo fronte raggiunge le armature. La diminuzione dell’alcalinità può infatti determinare la perdita dello strato passivante dell’acciaio. In presenza delle necessarie condizioni di umidità e ossigeno, può quindi iniziare il processo corrosivo.
I prodotti della corrosione hanno un volume superiore rispetto all’acciaio originario. La loro formazione genera tensioni all’interno del copriferro, con conseguente comparsa di fessure longitudinali, rigonfiamenti e successivi distacchi del calcestruzzo.
2. Fattori che influenzano la velocità di carbonatazione
La profondità raggiunta dal fronte carbonatato non dipende esclusivamente dall’età della struttura. Il fenomeno è influenzato da numerosi parametri:
- qualità e composizione del calcestruzzo;
- rapporto acqua/cemento;
- grado di compattazione;
- porosità e permeabilità;
- condizioni e durata della stagionatura;
- spessore del copriferro;
- concentrazione di CO₂ nell’ambiente;
- condizioni termoigrometriche;
- alternanza tra periodi asciutti e bagnati;
- presenza di fessure e discontinuità;
- esposizione dell’elemento e qualità della manutenzione.
Le zone maggiormente esposte comprendono frontalini e intradossi dei balconi, pensiline, pilastri esterni, elementi sottili, autorimesse e strutture caratterizzate da infiltrazioni o ristagni d’acqua.
3. Carbonatazione e attacco da cloruri: due fenomeni differenti
Carbonatazione e contaminazione da cloruri possono entrambi determinare la corrosione delle armature, ma hanno meccanismi differenti.
Nel caso della carbonatazione, il principale meccanismo consiste nella perdita di alcalinità del calcestruzzo. I cloruri, invece, possono penetrare dall’esterno e provocare fenomeni di corrosione localizzata dell’acciaio.
La distinzione è fondamentale in fase diagnostica, perché un intervento efficace deve essere progettato sulla base della causa effettiva del degrado. In ambiente marino o in presenza di sali disgelanti, ad esempio, i due fenomeni possono anche coesistere.
4. Segnali indicativi del degrado
La carbonatazione non è sempre immediatamente riconoscibile dall’ispezione visiva. Alcuni fenomeni, tuttavia, devono essere considerati segnali di possibile corrosione delle armature:
- fessure longitudinali parallele alle barre;
- rigonfiamenti del copriferro;
- distacchi e sfogliamento del calcestruzzo;
- ferri di armatura scoperti;
- presenza di ruggine o colature brunastre;
- efflorescenze e fenomeni di umidità ricorrente;
- degrado localizzato in corrispondenza di frontalini e intradossi;
- distacco di frammenti di calcestruzzo.
La presenza di questi segnali non consente tuttavia di diagnosticare autonomamente la carbonatazione. Occorre distinguere il fenomeno da altre possibili cause di degrado, quali infiltrazioni, gelo-disgelo, reazioni alcali-aggregato, attacco da cloruri o carenze originarie di esecuzione.
5. Diagnosi: perché occorre misurare il fronte di carbonatazione
Una corretta valutazione deve partire dal rilievo dello stato di conservazione dell’elemento e dalla mappatura delle zone ammalorate.
Uno degli aspetti fondamentali consiste nel confrontare la profondità del fronte carbonatato con il copriferro effettivamente presente.
5.1 Localizzazione delle armature
Il pacometro consente di individuare la posizione delle barre e di stimarne la profondità. L’informazione è utile sia per determinare il copriferro sia per pianificare eventuali saggi.
Il valore del copriferro deve essere confrontato con la profondità di carbonatazione misurata, evitando di basarsi esclusivamente sui valori teorici previsti dal progetto originario.
5.2 Prova con fenolftaleina
La prova con indicatore di pH rappresenta una delle metodologie più utilizzate per individuare il fronte di carbonatazione.
L’indicatore viene applicato su una superficie di calcestruzzo fresco di frattura o opportunamente preparata. Le zone sufficientemente alcaline assumono una colorazione caratteristica, mentre le zone carbonatate non presentano la medesima reazione cromatica.
La prova deve essere eseguita in punti rappresentativi e interpretata da personale competente. Un singolo saggio non è infatti sufficiente per caratterizzare un elemento strutturale complesso.
5.3 Indagini complementari
A seconda dell’estensione e della gravità del degrado possono essere necessarie ulteriori verifiche:
- rilievo delle fessure;
- battitura del calcestruzzo;
- carotaggi;
- misura dell’umidità;
- analisi dei cloruri;
- prove di adesione;
- misure elettrochimiche per la valutazione della corrosione;
- determinazione della sezione residua delle armature;
- verifica della qualità del calcestruzzo.
La diagnosi deve quindi essere considerata un’attività propedeutica alla progettazione del ripristino e non un semplice controllo formale.
6. Modello semplificato della profondità di carbonatazione
In condizioni semplificate, l’avanzamento del fronte di carbonatazione può essere rappresentato mediante una relazione del tipo:
x = k · √t
dove:
- x è la profondità del fronte di carbonatazione;
- k è un coefficiente dipendente dalle caratteristiche del calcestruzzo e dalle condizioni ambientali;
- t rappresenta il tempo di esposizione.
Il modello ha principalmente valore interpretativo. Il coefficiente k non è una costante universale e non può essere utilizzato indistintamente per strutture differenti.
Per la valutazione di una struttura esistente è quindi necessario dare priorità alle misure effettuate in sito rispetto a una semplice estrapolazione teorica.
7. Quando la carbonatazione diventa un problema strutturale
Il raggiungimento delle armature da parte del fronte carbonatato non significa automaticamente che si sia già verificata una significativa perdita di capacità resistente. Tuttavia, rappresenta una condizione che può favorire l’innesco della corrosione.
La gravità deve essere valutata considerando:
- stato delle armature;
- eventuale perdita di diametro;
- estensione della corrosione;
- posizione delle barre;
- geometria dell’elemento;
- stato del copriferro;
- presenza di fessure;
- condizioni di esposizione;
- funzione strutturale dell’elemento;
- eventuali ulteriori meccanismi di degrado.
Se sono presenti armature fortemente corrose, distacchi importanti o danni a elementi portanti, la valutazione non può essere limitata a un intervento di natura superficiale.
La serie EN 1504 inquadra i principi per la protezione e il ripristino delle strutture in calcestruzzo, comprendendo anche i fenomeni di corrosione delle armature dovuti alla perdita di alcalinità conseguente alla carbonatazione. La EN 1504-9 sottolinea inoltre l’importanza dell’ispezione, della valutazione preliminare e della protezione dalle cause del degrado prima e durante l’intervento di riparazione.
8. Tecniche di ripristino del calcestruzzo carbonatato
Il ripristino non consiste semplicemente nella copertura delle macchie o nella rasatura della superficie.
Un ciclo di intervento deve essere definito sulla base della diagnosi e, in termini generali, può comprendere:
- messa in sicurezza dell’area;
- individuazione e delimitazione delle zone degradate;
- rimozione del calcestruzzo incoerente o contaminato;
- esposizione delle armature interessate;
- pulizia dell’acciaio;
- verifica dello stato e della sezione residua delle barre;
- eventuale integrazione delle armature quando richiesta dal progetto;
- applicazione del sistema di protezione previsto;
- ricostruzione del copriferro;
- maturazione e protezione della malta di ripristino;
- trattamento superficiale finale;
- eliminazione delle cause che hanno favorito il degrado.
La UNI EN 1504-9 costituisce un riferimento fondamentale per la scelta e la specificazione degli interventi di protezione e riparazione del calcestruzzo. La norma considera anche la necessità di intervenire sulle cause del difetto, compresa la corrosione delle armature derivante dalla carbonatazione.
9. Preparazione del supporto e rimozione del calcestruzzo degradato
La demolizione deve interessare tutto il materiale incoerente o non idoneo alla ricostruzione. Non è sufficiente rimuovere esclusivamente la parte già distaccata visibile in superficie.
Il supporto deve essere sufficientemente sano e preparato per garantire l’aderenza del sistema di ripristino. La geometria della demolizione deve inoltre consentire un corretto trattamento delle armature e una ricostruzione adeguata del copriferro.
La modalità di rimozione — manuale, meccanica, idrodemolizione o altra tecnica — deve essere scelta in funzione dell’elemento, dell’estensione del degrado e delle condizioni del cantiere.
10. Trattamento delle armature
Una volta esposte, le barre devono essere accuratamente pulite e valutate.
Non è sufficiente eliminare superficialmente la ruggine: occorre verificare lo stato dell’acciaio e l’eventuale perdita di sezione.
Quando la riduzione della sezione o le condizioni dell’elemento lo richiedono, l’eventuale integrazione o sostituzione delle armature deve essere definita nell’ambito della progettazione dell’intervento.
11. Ricostruzione del copriferro
La ricostruzione deve essere effettuata utilizzando un sistema compatibile con il supporto e con le caratteristiche dell’intervento.
La malta di ripristino deve garantire prestazioni adeguate in termini di adesione, compatibilità, resistenza, durabilità e comportamento nei confronti dell’ambiente di esposizione.
La scelta del prodotto non può quindi essere effettuata esclusivamente sulla base della resistenza meccanica indicata nella scheda tecnica: deve essere considerato l’intero sistema di riparazione previsto.
12. Eliminazione delle cause di degrado
Un ripristino efficace deve affrontare anche le condizioni che hanno favorito il danneggiamento.
In presenza di infiltrazioni possono essere necessari interventi su:
- impermeabilizzazioni;
- giunti;
- pluviali;
- pendenze;
- gocciolatoi;
- raccordi;
- copertine;
- sistemi di smaltimento delle acque.
La stessa EN 1504-9 considera la protezione dalle cause del difetto una componente essenziale della strategia di riparazione.
13. Perché la semplice rasatura non è sufficiente
Uno degli errori più frequenti consiste nel ricoprire il calcestruzzo ammalorato con una nuova rasatura o una pittura.
Se il calcestruzzo carbonatato rimane a contatto con un’armatura già corrosa, il problema può continuare a evolvere sotto il nuovo rivestimento. Analogamente, se permane una fonte di infiltrazione, l’acqua può continuare ad alimentare il processo di degrado.
La finitura superficiale deve quindi essere considerata parte conclusiva di un sistema di ripristino, non una soluzione sostitutiva della diagnosi e della riparazione.
14. Intervento locale, ripristino esteso o rinforzo
La scelta della tecnica dipende dall’estensione del fenomeno.
Un degrado limitato può essere trattato mediante un intervento localizzato, purché la diagnosi dimostri che le zone circostanti sono adeguatamente integre.
Quando il fenomeno interessa porzioni estese dell’elemento, può essere necessario un ripristino più ampio accompagnato da un sistema di protezione superficiale.
Se invece la corrosione ha prodotto una significativa perdita di sezione delle armature o ha compromesso le prestazioni dell’elemento, il problema può assumere rilevanza strutturale e richiedere un intervento progettato specificamente.
La EN 1504-9 contempla anche interventi destinati al ripristino della capacità strutturale attraverso sostituzione o aggiunta di armature e di calcestruzzo, quando necessario.
15. Controllo e documentazione dell’intervento
Un intervento di ripristino dovrebbe essere accompagnato da una documentazione tecnica che consenta di ricostruire le attività svolte.
È opportuno conservare:
- relazione diagnostica;
- rilievo fotografico;
- mappatura del degrado;
- risultati delle prove;
- progetto o specifiche tecniche dell’intervento;
- schede tecniche e dichiarazioni dei prodotti;
- documentazione relativa alla preparazione del supporto;
- controlli eseguiti durante le lavorazioni;
- documentazione fotografica delle armature prima del ricoprimento;
- eventuali prove di adesione o altri controlli previsti;
- documentazione relativa alla protezione finale.
La tracciabilità è particolarmente importante negli interventi su edifici esistenti, perché permette di documentare lo stato della struttura prima e dopo il ripristino.
16. Prevenzione e manutenzione
La prevenzione della carbonatazione passa innanzitutto attraverso la qualità del calcestruzzo, la corretta realizzazione del copriferro e la protezione della struttura dalle condizioni ambientali più aggressive.
Anche la manutenzione assume un ruolo importante. La tempestiva riparazione delle infiltrazioni, delle fessure e delle discontinuità può contribuire a limitare l’ingresso di acqua e l’evoluzione dei fenomeni corrosivi.
Particolare attenzione dovrebbe essere riservata a balconi, frontalini, coperture, autorimesse e agli altri elementi caratterizzati da esposizione atmosferica o da ricorrenti condizioni di bagnato-asciutto.
Conclusioni
La carbonatazione del calcestruzzo è un fenomeno progressivo che deve essere valutato in relazione alla profondità del fronte carbonatato, al copriferro e allo stato delle armature.
Il passaggio fondamentale è distinguere tra la semplice presenza di calcestruzzo carbonatato e la situazione in cui la carbonatazione ha raggiunto le armature creando condizioni favorevoli alla corrosione.
Una corretta strategia di intervento parte quindi dalla diagnosi, prosegue con la rimozione del materiale degradato e la verifica delle armature, prevede la ricostruzione del copriferro con un sistema appropriato e comprende, quando necessario, l’eliminazione delle cause ambientali che hanno favorito il degrado.
La semplice applicazione di una malta o di una pittura sulla superficie non può essere considerata, in presenza di corrosione attiva, una soluzione tecnicamente completa.
Per questo motivo il ripristino del calcestruzzo armato deve essere concepito come un intervento tecnico integrato: individuare il meccanismo di degrado, quantificarne l’estensione, stabilire la strategia di riparazione e verificare che il sistema adottato sia coerente con le prestazioni richieste alla struttura.
Riferimenti principali: UNI EN 1504, con particolare riferimento alla EN 1504-9 per i principi generali di protezione e riparazione delle strutture in calcestruzzo.
