L’uomo iniziò ad utilizzare il cemento 5000 anni fa, per costruire monumenti che potessero resistere alla prova del tempo.
Gli antichi egizi utilizzarono una primordiale forma di cemento per costruire le loro piramidi
I romani la utilizzarono per costruire i loro imponenti acquedotti, che consentirono la rapida crescita dell’impero.
Nel 1824, Joseph Aspdin inventò il cemento Portland, che verrà utilizzato per le meraviglie moderne di cui godiamo tuttora.
Tuttavia, molte delle costruzioni antiche sono cadute o si trovano a rischio per via della carbonatazione del calcestruzzo.
Ma cos’è la carbonatazione e cosa rende il calcestruzzo così speciale? Continua a leggere per saperne di più e per scoprire in che modo i produttori eseguono test accelerati di carbonatazione.
Cos’è il calcestruzzo?
Il calcestruzzo è un materiale composto costituito da una matrice e da un legante. La matrice è l’aggregato di materiale roccioso, generalmente calcare, granito o ghiaia.
Il legante è tendenzialmente cemento Portland e tiene insieme la matrice.
In base alle equazioni di Bogue, il cemento Portland contiene tra il 60-67% di CaO, 17-25% di SiO2, 3-8% di Al2O3, 0,5-6% di Fe2O3, 0,1-4% di MgO, 1,3-3% di SO3 e .4 -1,3% di alcali.
La composizione chimica lo rende resistente, forte e gli conferisce la capacità di perdere plasticità e guadagnare in compattezza con la successiva aggiunta di acqua.
L’acqua viene aggiunta a una polvere secca e all’aggregato, dando origine ad una sostanza molle che il lavoratore può manipolare in qualsiasi forma.
Le strutture realizzate con cemento Portland tendono ad utilizzare un rinforzo di barra d’acciaio, creando una struttura resistente, in grado di supportare un grande peso senza piegarsi o rompersi.
Tuttavia, la più grande minaccia alle strutture in calcestruzzo è il processo di carbonatazione.
Cos’è la carbonatazione del calcestruzzo?
La carbonazione è la reazione chimica tra l’anidride carbonica CO2 e i composti di idratazione del cemento nelle strutture in calcestruzzo.
Il tasso di carbonatazione dipende da tante caratteristiche fisiche, come:
- La preparazione sul posto
- Produzione e protezione
- La progettazione della struttura
Oltre ai sopra citati, anche altri fattori giocano un ruolo importante, come la posizione della struttura e la sua esposizione ai contaminanti.
Infine, anche fattori ambientali, come calore, pioggia, neve e umidità, hanno un ruolo nella carbonatazione.
Quali Sono gli Effetti della Carbonatazione? Perché è dannosa?
La carbonatazione agisce nel calcestruzzo sempre più profondamente nel tempo, generalmente ad un ritmo proporzionale alla radice quadrata del tempo.
Ci vogliono solo poche ore affinché la superficie del calcestruzzo reagisca con la CO2 nell’aria. La reazione può raggiungere una profondità di 1 mm per il cemento spesso e una profondità di 5 mm per il calcestruzzo poroso e permeabile.
Questo processo provoca un effetto domino: in primo luogo la riduzione del ph, si abbassa cioè l’alcalinità naturale del calcestruzzo da pH13 a pH8.
Il pH più basso causa a sua volta la rottura dello strato di passivazione intorno all’acciaio, esponendo l’acciaio di rinforzo all’acqua e all’aria, causandogli quindi ruggine.
L’acciaio, arrugginito, quindi si espande, facendo forza sul cemento circostante.
Il calcestruzzo, alla fine, si spezza, indebolendo la struttura e mettendola a serio rischio.
La carbonatazione è una causa sospetta, tra le tante, dei crolli degli edifici di Lagos, in Nigeria: un esempio dei danni che un calcestruzzo non testato può causare.
Ci sono però alcune buone notizie.
La maggior parte delle persone associa il processo di carbonatazione all’indebolimento dei rinforzi e al restringimento dell’acciaio, ma non tutti gli effetti sono negativi.
La carbonatazione aumenta anche la resistenza alla compressione e alla trazione del calcestruzzo. La chiave è trovare il giusto equilibrio. Per fare ciò, hai bisogno di test accelerati di carbonatazione.
Che Cos’è il Test di Carbonatazione Accelerata?
In termini semplici, questo test non è altro che un’indagine approfondita per accelerare la carbonatazione in un ambiente controllato.
È un modo per i professionisti del calcestruzzo di testare il loro prodotto e determinare la capacità dello stesso di durare in determinate condizioni. Questa prova viene realizzata testando la resistenza alla corrosione. Inutile sottolineare, dunque, come una corretta diagnosi di eventuali problematiche possa essere fondamentale dal punto di vista della sicurezza e della prevenzione.
Ogni test utilizza parametri diversi in base al tipo di condizioni in cui il calcestruzzo potrebbe trovarsi.
Alcuni di questi fattori includono:
-
- La concentrazione di gas CO2 – Questo è un fattore particolarmente importante per il calcestruzzo utilizzato nelle città più inquinate
- Umidità – È preferibile che l’umidità sia al 50% -70%. C’è meno acqua quando c’è umidità. L’acqua, quando è molta, inibisce la diffusione di CO2
- Temperatura – Negli ambienti più caldi, c’è un più alto tasso di carbonatazione
- Rapporto acqua / cemento: determina il sistema dei pori del calcestruzzo e il grado di idratazione
- Porosità e permeabilità
Il problema è che è difficile, se non impossibile, controllare tutte queste variabili senza l’attrezzatura adeguata.
Qualsiasi piccolo cambiamento in queste variabili può portare a risultati di test difettosi e alla realizzazione di costruzioni inadeguate o pericolose.
Infatti, anche quando i ricercatori tengono sotto controllo questi fattori, può esserci comunque una differenza tra ciò che viene osservato e ciò che invece accade in un reale ambiente naturale.
È impossibile infatti controllare ogni variabile, ma è possibile aumentare le probabilità di successo dell’indagine se si utilizza la giusta camera di test.
Standard e Procedure per Testare la Carbonatazione del Calcestruzzo
I profili consigliati per i test di carbonatazione sono:
- Livelli di CO2 al 4%
- Livelli di umidità relativa al 65%
- Impostazione della temperatura a 20°C
- Controllo attivo della CO2
- Un ventilatore di circolazione efficiente
- Un mix di riferimento
- Calibrazione e registrazione adeguata dei risultati
Si consiglia di condizionare i campioni in aria di laboratorio per un mese a 20-23°C.
Se si sta testando il calcestruzzo con un rivestimento protettivo, sarà necessario sabbiare i campioni prima di applicare il protettore, lasciarli “in cura” per tre giorni e infine portarli in laboratorio almeno tre mesi dopo averli selezionati.
Lo spessore ideale per il test è tra 40-50 mm per il test. Questo darà materiale a sufficienza per valutare i risultati.
fig.1: Test sperimentale di carbonatazione accelerata
Rimedi per la carbonatazione del calcestruzzo
Come è facile intuire non esistono rimedi o palliativi che possano risolvere in maniera agevole una problematica connessa al calcestruzzo che ha subito un processo di carbonatazione.
Molto spesso l’unica soluzione è operare con profonde ristrutturazioni laddove non si siano già verificati problemi più gravi di crolli o danni irreparabili.
L’unica strada percorribile è adoperarsi per cercare di prevenire il problema effettuando tutti i testi e le analisi necessarie prima che il calcestruzzo sia prodotto e utilizzato in maniera massiva per un lavoro edile.
Come Trovare la Giusta Camera di Test
Ecco alcuni suggerimenti per comprendere quali sono le principali valutazioni da fare in fase di indagine con una camera di test per calcestruzzo.
- Misurare diverse variabili per ogni tipo di calcestruzzo da testare.
- Applicare valori diversi a queste variabili in base a dove verrà utilizzato il calcestruzzo.
Ad esempio, dovrai aumentare la quantità di umidità per testare il calcestruzzo utilizzato in Florida rispetto a quella per i test in Kansas. Dovrai anche tenere conto del caldo durante tutto l’anno che la Florida ha rispetto al freddo degli inverni del Kansas.
- Utilizzare una camera di prova che permetta di le stesse variazioni rispetto agli esperimenti.
- Preferire una camera di prova che sia durevole nel tempo, soprattutto perché il test per la carbonatazione accelerata è un processo continuo.
Possiamo aiutarti a trovare la tua camera ideale
Offriamo una vasta gamma di camere di prova per soddisfare qualsiasi esigenza di test.
È possibile scegliere tra varie dimensioni e due controller diversi, a seconda che si stiano eseguendo test di stabilità o test dinamici.
Contattaci e troveremo la camera ideale per i tuoi test di carbonatazione del calcestruzzo
