Influenza dell'ambiente sulla corrosione degli inserti di acciaio nelle murature antiche

As far as historic buildings are concerned, decay of masonries is often due to the corrosion of metallic inserts embedded in the materials of the masonry. If wet conditions (as an effect of condensation, water infiltrations or capillary rising dump) occur on the surface of steel reinforcements, corrosion process can starts, unless the inserts are protected by the alkalinity of the environment. In the case of historic buildings, the problem is made more complex by the need of using non-invasive and reversible techniques, which could make negligible corrosion rate by monitoring moisture and temperature conditions. Starting from this issue, the thesis is aimed to the study of the corrosion behavior of steel inserts in masonries, assessing the influence of different materials (hydraulic mortars, aerial mortars and burnt clay bricks) and environmental conditions (i.e. temperature and relative humidity) on the electrochemical process. In particular, the effect of temperature and moisture on corrosion rate and potential of steel and resistivity of specimens exposed in a climatic chamber to cycles of temperature (5-20-40°C) and relative humidity (65-80-95% and at saturation) are discussed. In order to extend the results obtained on small-scale specimens to case studies that should consider the effect of the real hygrothermal conditions on corrosion of steel inserts in ancient masonry, numerical simulations have been also performed. Firstly, both mechanical and hygrothermal characterization of the studied materials have been carried out. Once simulations have been performed, results have been compared with those obtained during the corrosion tests and correlations between corrosion rate of inserts and hygrothermal conditions of masonries at steel-embedding material interface have been found. Thanks to these correlations it could be possible to predict the corrosion behaviour of steel inserts inside ancient masonries, starting from temperature and relative humidity data collected during an environmental monitoring (thus, knowing the material properties and the geometry of the studied masonry).

Nell’ambito degli edifici storici, il degrado delle murature è spesso dovuto alla corrosione degli inserti metallici inglobati nei materiali della muratura stessa. Qualora si producano condizioni di bagnamento (effetto di condense, infiltrazioni di acqua o risalite capillari) sulla superficie dei rinforzi di acciaio, si può innescare il fenomeno corrosivo, a meno che gli inserti non siano protetti dall’alcalinità dell’ambiente. Nel caso di edifici storici, il problema è reso più complesso dalla necessità di usare tecniche non invasive e reversibili, che possano rendere trascurabile la velocità di corrosione mediante il controllo delle condizioni di umidità e temperatura. Partendo da questo presupposto, la tesi si propone di affrontare il problema della corrosione degli inserti di acciaio nelle murature antiche, valutando l’influenza di diversi materiali (malte idrauliche, malte aeree e laterizi) e delle condizioni di esposizione (temperatura e umidità relativa) sul processo elettrochimico. In particolare, viene discusso l’effetto della temperatura e dell’umidità su velocità e potenziale di corrosione dell’acciaio e sulla resistività di provini esposti in camera climatica a cicli di temperatura (5-20-40°C) e umidità relativa (65-80-95% e a saturazione). Allo scopo di estendere i risultati ottenuti su provini di dimensioni ridotte a casi di studio atti a valutare l’effetto delle reali condizioni igrotermiche sulla corrosione degli inserti di acciaio nelle murature antiche, sono state effettuate delle simulazioni numeriche. In una fase preliminare, è stata effettuata la caratterizzazione meccanica e igrotermica dei materiali considerati. I risultati delle simulazioni sono stati confrontati con quelli derivanti dalle prove di corrosione, e sono state derivate correlazioni tra velocità di corrosione degli inserti e condizioni igrotermiche della muratura all’interfaccia acciaio-materiale di ricoprimento. Grazie a queste correlazioni è possibile predire il comportamento a corrosione degli inserti di acciaio nelle murature antiche, a partire dai dati di temperatura e umidità relativa raccolti durante monitoraggi ambientali (note le proprietà dei materiali e la geometria della muratura oggetto di studio).