Conseguenze della variabilità di copriferro sulla vita residua delle strutture in calcestruzzo armato carbonatate

The main cause of deterioration of reinforced concrete structures in environments without chlorides is the corrosion induced by carbonation. The service life of reinforced concrete structures can be divided in two distinct phases: the initiation of corrosion and its propagation. The initiation time depends on the thickness of concrete cover and the speed of the carbonation process, the propagation time depends instead on the corrosion rate of the reinforcements. The measurement of the corrosion rate is difficult to do in real structures. In scientific literature, indirected methods have been proposed for the estimation of the corrosion rate; one of these propose to estimate the corrosion rate by means electrical resistivity of concrete, that is easier to measure in real structures. To obtain a reliable value of the corrosion rate it is necessary to measure electrical resistivity at the same depth of reinforcment. The thickness of concrete cover in real structures is variable and therefore the electrical resistivity must be measured at different depths. This thesis was carried out as part of a research by the mCD Group of the Chemistry, Materials and Chemical Engineering Department of Politecnico di Milano aimed at monitoring the deterioration of reinforced concrete structures at the G. Meazza stadium. For this purpose, laboratory tests and on-field tests were carried out. During laboratory test, four carbonated and alkaline reinforced concrete samples, exposed to the atmosphere under sheltered and not sheltered conditions, were monitored. To measure the electrical resistivity at different cover depths, cylindrical geometry probes made from the mCD Group were used. In the structural elements of the stadium the electrical resistivity at different cover depths and the corrosion potential were measured; the corrosion rate was instead obtained indirectly with the electrical resistivity values.

La principale causa di degrado delle strutture in calcestruzzo armato esposti in ambienti privi di cloruri è la corrosione indotta dalla carbonatazione. La vita di servizio di una struttura è data dalla somma del tempo di innesco e del tempo di propagazione della corrosione. Il tempo di innesco dipende dallo spessore di copriferro e dalla velocità con cui la carbonatazione penetra al suo interno, il tempo di propagazione dipende invece della velocità di corrosione delle armature. La misura della velocità di corrosione è difficile da eseguire in campo, di conseguenza in letteratura sono stati proposti metodi indiretti per la stima di questo parametro: tra questi vi è la stima della velocità di corrosione tramite i valori della resistività elettrica del calcestruzzo, parametro più facilmente misurabile in campo. Per ottenere una stima valore affidabile della velocità di corrosione è però necessario eseguire la misura della resistività elettrica alla profondità dell’armatura; lo spessore di copriferro nelle strutture reali è però variabile e quindi la resistività elettrica deve essere misurata a diverse profondità. Questa tesi è stata svolta nell’ambito di una ricerca del gruppo mCD del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica del Politecnico di Milano finalizzata al monitoraggio del degrado delle strutture in calcestruzzo armato dello stadio G. Meazza. A tal fine sono state effettuate prove di laboratorio e prove in campo. Nel corso delle prime sono stati monitorati la resistività elettrica del calcestruzzo, il potenziale di corrosione e la velocità di corrosione delle armature in quattro provini in calcestruzzo armato carbonatati e alcalini esposti in atmosfera in condizioni riparate e non riparate dalle precipitazioni. Per misurare la resistività elettrica a diverse profondità di copriferro sono state utilizzate sonde di geometria cilindrica realizzate dal gruppo mCD. Negli elementi strutturali dello stadio sono stati misurati la resistività elettrica a diverse profondità di copriferro e il potenziale di corrosione; la velocità di corrosione è stata invece ricavata in maniera indiretta con le misure di resistività elettrica.