Il nuovo calcestruzzo – Umidità relativa e calcestruzzo

15.1 UMIDITÀ RELATIVA

L’umidità relativa (UR) rappresenta la percentuale della pressione del vapore acqueo (p) in un certo ambiente rispetto al valore massimo (p₀) della pressione
del vapore quando è saturo (tensione di vapore)

Poiché la tensione del vapore (p₀) aumenta con la temperatura (T), un certo valore di p corrisponde ad UR decrescente se aumenta T.
Il valore di UR è 100% in un ambiente saturo di vapore. Se l’ambiente diviene insaturo (UR<100%) l’acqua libera che si trova nel calcestruzzo tende ad evaporare
per saturare l’ambiente. Il processo prosegue finché teoricamente la pressione dell’ambiente non raggiunge il valore di p₀ (UR = 100%)*. In ambiente aperto,
insaturo e ventilato, l’evaporazione provoca un significativo essiccamento del calcestruzzo.

* In teoria l’evaporazione dell’acqua è impedita solo in ambiente saturo di vapore (UR=100%). Tuttavia in pratica l’evaporazione dell’acqua del calcestruzzo è nulla o trascurabile
anche con UR=95%. Ciò è dovuto al fatto che la tensione di vapore dell’acqua all’interno dei pori capillari (p‘₀) è leggermente inferiore rispetto a quella dell’acqua nell’ambiente (p_o). Per la stessa ragione, il vapore nei pori capillari condensa in corrispondenza di una tensione di vapore minore rispetto a quella dell’ambiente (condensazione capillare)

Le conseguenze dell’essiccamento sono:

•  vulnerabilità delle armature metalliche alla corrosione (copriferro poroso);
• minore resistenza meccanica nella struttura rispetto a quella dei provini;
• ritiro plastico del calcestruzzo fresco;
• ritiro igrometrico del calcestruzzo indurito.

Per ovviare a questi inconvenienti che compromettono la integrità del copriferro, come verrà illustrato nei successivi paragrafi, le Norme Tecniche per le Costruzioni (DM del 14 Gennaio 2008) prevedono nel paragrafo 11.2.11 che “in fase di progetto la prescrizione, valutate opportunamente le condizioni ambientali del sito ove sorgerà la costruzione o quelle di impiego, deve fissare le caratteristiche del calcestruzzo da impiegare (composizione a resistenza meccanica), i valori del copriferro e le regole di maturazione”. Prosegue inoltre il testo delle Norme Tecniche per le Costruzioni che “Al fine di ottenere la prestazione richiesta in funzione delle condizioni ambientali, nonché per la definizione della relativa classe, si potrà fare utile riferimento alle indicazioni contenute nelle Linee Guida sul Calcestruzzo Strutturale edite dal Servizio
Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici ovvero alle norme UNI EN 206-1:2006 ed UNI 11104:2004”. In queste Linee Guida nelle Tabelle 7 ed 8 qui mostrate come Tabelle 15.1/A e 15.1/B sono riportati i giorni di maturazione del calcestruzzo “per conseguire una adeguata impermeabilità dello strato superficiale” e “garantire che il copriferro sia diventato pressoché impervio alla penetrazione delle sostanze contenute nell’ambiente di esposizione”.

Tabella 15.1A – Calcolo della maturazione (in giorni) del calcestruzzo e Tabella 15.1B – Calcolo della velocità di sviluppo della resistenza

15.2 INFLUENZA DELL’UR SULLA CORROSIONE DEI FERRI DI ARMATURA

Il copriferro (cf) giuoca un ruolo di enorme importanza nella protezione delle armature metalliche dalla corrosione (Fig. 15.1): un copriferro poroso si lascia penetrare più facilmente dagli agenti ambientali che promuovono (CO2, Cl) o alimentano (O2, H2O) la corrosione; d’altra parte, un copriferro di spessore (x) esiguo offre un cammino ridotto agli agenti aggressivi per arrivare ai ferri di armatura.

Fig. 15.1 – Influenza della porosità del calcestruzzo e dello spessore (x) di copriferro sul tempo (t) di penetrazione da parte degli agenti aggressivi

Per esempio con un copriferro di 15 mm (Fig. 15.1), gli agenti aggressivi che penetrano il calcestruzzo secondo [15.2] e [15.3]

impiegheranno un tempo t₁ oppure t’₁ a seconda della porosità del copriferro (Fig. 15.1); d’altra parte raddoppiando lo spessore di copriferro da 15 a 30 mm (Fig. 15.1), i tempi di penetrazione degli agenti aggressivi diventano più lunghi:

ma rimangono comunque più brevi se il copriferro è più poroso per la mancata stagionatura.

Pertanto, la protezione delle armature metalliche (in termini di tempo t impiegato dagli agenti aggressivi per raggiungere il ferro) è tanto maggiore, quanto maggiore è x, e quanto minore è K. Questa, d’altra parte, dipende dalla porosità capillare V_p che a sua volta è funzione del rapporto acqua-cemento (a/c) adottato
e del grado di idratazione (α) assicurato (§ 8.2: equazione [8.1]).

Riassumendo quanto sopra esposto:

Fig. 15.2 – Applicazione di un agente stagionante nebulizzato sulla superficie

Pertanto, se si vuole assicurare una lunga protezione dei ferri di armatura (⇑t) occorre:

• aumentare lo spessore di copriferro: ⇑x
• ridurre il rapporto acqua-cemento: ⇓a/c
• aumentare il grado di idratazione: ⇑α

È sufficiente mancare in una delle tre summenzionate raccomandazioni per fallire nella protezione dei ferri di armatura e quindi nella durabilità della struttura.

Le norme europee consentono di prescrivere, direttamente o indirettamente, valori di x, a/c, ed α tali da assicurare in pratica la durabilità delle strutture in c.a. e c.a.p..

L’Eurocodice 2 fissa il valore minimo x in relazione al grado di aggressione ambientale (Tabelle 11.2-11.9), mentre la norma EN 206 stabilisce il valore massimo di a/c sempre in rapporto alla classe di esposizione (Capitolo XI).

Il valore di α è indirettamente prescritto (nella norma EN 206) attraverso alcune misure pratiche, atte a garantire una sufficiente idratazione del cemento per ridurre la porosità capillare (V_p) secondo la [8.1] e quindi K secondo la [15.6]. Per raggiungere questo obiettivo occorre adottare in pratica una delle seguenti misure, tutte mirate a realizzare un alto grado di idratazione (α) nel copriferro:

• bagnare con acqua nebulizzata la superficie del calcestruzzo appena scasserata per almeno 3 giorni (preferibilmente 7 giorni);
• mantenere umida la struttura appena scasserata mediante teli impermeabili o sacchi continuamente bagnati per almeno 3 giorni (preferibilmente 7 giorni);
• rinviare la rimozione dei casseri al terzo giorno (preferibilmente al settimo) per mantenere umide le strutture;