Evoluzione e controllo della corrosione in strutture in c.a. cave a contatto con acqua di mare

Reinforced concrete structures in contact with seawater are affected by pitting corrosion induced by chlorides. Moreover when the structures have an aerated surface, for example underwater tunnels or car parks, differential aeration conditions can develop: part of the material is in saturated conditions while the other is in aerated conditions. In this case macrocells can develop and cause a polarization effect on the rebars. The purpose of this paper is to study these macrocells and how it is possible to control the corrosion rate by installing cathodic protection systems. Numerical models were created to simulate the corrosion rate of the macrocells that develop in concrete. Firstly the necessary condition for the development of macrocells were evaluated and the consequences on corrosion phenomena. Secondly it was studied the efficiency of chatodic prevention or protection systems with sacrificial anodes. Finally an analysis was conducted in order to understand the influence of the principal geometrical and electrochemical parameters of the models. It was demonstrated that macrocells can develop only if certain conditions are respected. The consequences of the macrocells are the lowering of critical chloride contents and the increase in the corrosion rate. It was shown that only the chatodic prevention is able to protect emerging structures for the entire useful life.

Le strutture in calcestruzzo armato a contatto con acqua di mare sono soggette alla corrosione per pitting indotta dai cloruri. Inoltre quando le strutture sono cave, ad esempio come tunnel o parcheggi immersi, si possono sviluppare delle condizioni di differente aerazione dovute alla presenza di zone di calcestruzzo saturo a contatto con l’acqua di mare e di zone di calcestruzzo aerato. In questo caso tra le armature nelle due zone possono svilupparsi delle macrocoppie che provocano una polarizzazione delle armature nel calcestruzzo. Le finalità di questa tesi sono lo studio delle macrocoppie che si sviluppano in presenza di condizioni di differente aerazione e il loro controllo mediante sistemi di protezione catodica con anodi sacrifiziali. Lo studio è stato effettuato mediante simulazioni numeriche effettuate con un programma a elementi finiti. Inizialmente si sono studiate le condizioni necessarie per l’instaurazione delle macrocoppie e in seguito le conseguenze sul fenomeno corrosivo dovute alla loro presenza. Successivamente si è studiata l’efficacia di un sistema di prevenzione o protezione catodica ad anodi sacrifiziali. Infine si è effettuata un’analisi di sensitività volta a determinare quale sia l’influenza dei parametri geometrici ed elettrochimici di maggior interesse che caratterizzano i modelli. È stato dimostrato che fenomeni di macrocoppie all’interno di tali strutture sono possibili per determinate condizioni di esposizione e geometria della struttura e che la loro presenza determina un abbassamento dei tenori critici di cloruri necessari all’innesco della corrosione sulle armature e un aumento della velocità di corrosione. Si rende quindi necessaria l’installazione di un sistema di prevenzione o protezione catodica per salvaguardare l’integrità delle armature. Si è dimostrato come nel caso di strutture in calcestruzzo armato emergenti e sottoposte a macrocoppia il sistema di prevenzione catodica sia l’unico in grado di garantire un livello di protezione adeguato per l’intera vita utile.