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Dizionario enciclopedico del calcestruzzo – Sezione 16

Penetrazione del cloruro. La penetrazione del cloruro all’interno del calcestruzzo è un fenomeno molto pericoloso che può provocare la corrosione dei ferri di armatura (←) se il fronte di avanzamento del cloruro supera il copriferro (←) ed arriva in contatto con i ferri. La penetrazione del cloruro attraverso il copriferro può avvenire attraverso due distinti meccanismi:

a) assorbimento per suzione capillare dell’acqua che funge da veicolo per i sali (incluso il cloruro) in essa eventualmente dissolti; l’assorbimento avviene per contatto dell’acqua con il calcestruzzo asciutto, o comunque insaturo di umidità, e si esaurisce in un tempo relativamente breve. La forza motrice che spinge l’acqua nei pori capillari vuoti di raggio r è dovuta alla pressione capillare Pc:

Pc = 2γ/r (cos θ)

dove γ è la tensione superfi ciale dell’acqua e θ è l’angolo di bagnatura. La suzione capillare può essere impedita o almeno ridotta grazie all’impiego di additivi idrofobizzanti (←) grazie ai quali si modifica l’angolo di bagnatura da < 90° a > 90°;

b) diffusione del cloruro attraverso il calcestruzzo nei pori capillari saturi di acqua: in questo caso l’acqua ristagna nei pori e il cloruro si muove lungo la direzione x (ortogonale alla superficie del calcestruzzo) sotto la spinta di un gradiente di concentrazione (∂C/∂x) in accordo all’equazione nota come seconda legge di Fick (←):

∂C/∂t = D •∂2C/∂x2

dove D è il coeffi ciente di diffusione il cui valore dipende dal rapporto acqua/cemento (←), a/c, dal tempo di stagionatura e dal tipo di cemento (M. Collepardi, A. Marcialis, R. Turriziani, “La cinetica di penetrazione degli ioni cloruro nel calcestruzzo”, Il Cemento, 67, pp. 157-164, 1970). L’equazione della seconda legge di Fick può essere risolta se:

– la concentrazione a contatto della superfi cie di calcestruzzo (Cs) è costante (per esempio strutture permanentemente sommerse in acqua di mare);
– il calcestruzzo è esposto all’acqua salina dopo un tempo relativamente lungo di stagionatura (qualche mese) in modo tale che la porosità capillare (←) della pasta cementizia (←) non cambi ulteriormente durante l’esposizione al cloruro;
– la dimensione del calcestruzzo che può essere penetrato dal cloruro è relativamente elevata (semi infinita) in modo tale che sia sempre nulla la concentrazione di cloruro sul lato opposto alla sorgente di cloruro.
In queste condizioni, dopo un determinato tempo (t) di diffusione, la concentrazione del cloruro (C) diminuisce dal valore superficiale (Cs) in funzione dello spessore di calcestruzzo (x). L’andamento di (C) in funzione di x dopo vari tempi di diffusione è calcolabile con l’equazione che rappresenta la soluzione della seconda legge di Fick:

C/Cs = 1- erf (x/2 • (Dt)1/2)

ed è schematicamente rappresentata nella Figura che segue:

Nella precedente Figura sono indicati i valori (x1, x2 ed x3) di spessore di calcestruzzo penetrato per diffusione dal cloruro dopo i tempi t1, t2 e t3 rispettivamente. Per esempio, dopo un tempo t2 la concentrazione di cloruro – che è Cs sulla superficie a contatto con la soluzione di cloruro – si annulla per spessori di calcestruzzi superiori ad x2: in pratica dopo un tempo t2 il fronte di avanzamento del cloruro è arrivato a penetrare lo spessore x2.
Riportando nel diagramma della Figura che segue i valori di x1, x2, x3, ecc. in funzione della radice quadrata del tempo (√t1, √t2, √t3, ecc.) si ottengono le curve il cui andamento è lineare e molto simile a quello mostrato per la carbonatazione (←) cioè per la penetrazione della CO2.

In pratica la determinazione del calcestruzzo penetrato dal cloruro può essere eseguito con un test colorimetrico, simile a quello adottato per la carbonatazione sostituendo l’indicatore fenolftaleina (←), il cui colore cambia con il pH con un indicatore a base di fluoresceina (←) e nitrato di argento (←) che sviluppa un colore nero nella zona non penetrata dal cloruro ed un colore chiaro di tonalità rosa nel calcestruzzo penetrato dal cloruro. Misurando gli spessori di calcestruzzo colorato in rosa (x) in funzione dei tempi (t) di diffusione si possono tracciare le curve di penetrazione del cloruro come quelle presentate nella Figura precedente.
E’ stato dimostrato (M. Collepardi, A. Marcialis, R. Turriziani, “Penetration of chloride ions in cement pastes and in concretes”, Journal of American Ceramic Society, 55, pp. 534-535, 1972), che il valore di K, che appare nella Figura precedente, è correlabile con il coefficiente di diffusione (D) del cloruro che appare nella soluzione della seconda legge di Fick:

x = K • t1/2 = 4(Dt)1/2

In altre parole, il coefficiente angolare (K) della retta della precedente Figura – calcolato con qualche determinazione di penetrazione (x) del cloruro a tempi vari (t) mediante il saggio colorimetrico di con nitrato d’argento e fluoresceina – consente di calcolare molto semplicemente il coefficiente di diffusione (D) mediante la l’equazione:

D=K2/16

I valori dei coefficienti di diffusione D hanno un qualche significato se determinati su calcestruzzi saturi di umidità e ben stagionati (almeno 1-2 mesi) prima dell’esposizione alla penetrazione del cloruro, in modo tale che si possa ragionevolmente assumere che, dopo questa stagionatura (specialmente se il rapporto a/c è elevato: > 0,50), la qualità del calcestruzzo, ed in particolare la
sua porosità capillare (←), non vari apprezzabilmente durante il tempo della diffusione del cloruro. Se, invece, il calcestruzzo è esposto alla penetrazione dei cloruri dopo pochi giorni di stagionatura, il coefficiente di diffusione varia (diminuendo) man mano che il cloruro avanza nel calcestruzzo a seguito della diminuzione di porosità capillare associata all’aumento del grado di idratazione del cemento (S. Monosi, G. Moriconi, I. Alverà and M. Collepardi, “Effect of water/cement ratio and curing time on chloride penetration into concrete”, International Conference on Engineering Material 88, Bologna, giugno,1988). L’aggiunta di pozzolana (←) in forma di cenere volante (←) o fumo di silice (←) (circa 60 kg/m3), al calcestruzzo con a/c eguale a 0,44 e dosaggio di cemento eguale a 400 kg/m3 provoca una ulteriore riduzione della penetrazione dei cloruri.

Penetrazione dell’anidride carbonica -> vedi Carbonatazione.

Pera, Jean. Per molti anni direttore all’Institut National des Sciences Appliquées di Lione, Francia, ha contribuito al miglioramento della durabilità del calcestruzzo e allo sviluppo di nuovi materiali cementizi. Ha pubblicato oltre 200 articoli su riviste internazionali e oltre 70 rapporti per Atti di Congressi sul calcestruzzo.

Perdita di lavorabilità. Diminuzione della lavorabilità (←) durante il trasporto del calcestruzzo fresco (←) soprattutto in climi caldi per la rapida reazione di idratazione del cemento (←). Può essere mitigata con additivi superfluidificanti policarbossilici PC (←) e soprattutto con miscele di additivi a base di PC (←) ed SLCA (←). -> vedi Meccanismo di fluidificazione.

Periclasio. Minerale a base di ossido di magnesio (MgO).

Periodo di accelerazione -> vedi Idratazione del cemento Portland: in particolare l’idratazione del C3S.

Periodo di decadimento -> vedi Idratazione del cemento Portland: in particolare l’idratazione del C3S.

Periodo di induzione -> vedi Idratazione del cemento Portland: in particolare l’idratazione del C3S.

Perlite. E’ una roccia vulcanica che, quando viene riscaldata fino a incipiente fusione (circa 1000°C), libera vapore acqueo e forma una struttura cellulare con una massa volumica in mucchio (←) tra 30 e 240 kg/m3. Il suo impiego è destinato a un calcestruzzo leggero (←)
con massa volumica tra 400 e 1000 kg/m3 per impieghi nell’isolamento termico.

Permeabilità all’acqua. La permeabilità all’acqua – o più in generale ad un fluido – rappresenta il volume di fluido che nell’unità di tempo attraversa l’unità di sezione del materiale, sotto l’applicazione di un gradiente unitario di pressione in accordo alla legge di Darcy (←).
Da un punto di vista pratico la misura della permeabilità all’acqua su una carota (←) estratta dalla struttura o su provini di calcestruzzo (←) gettati in cassaforma (←) richiede tempi lunghi o elevati gradienti di pressione a meno che non si tratti di materiali molto porosi (con porosità continua) e quindi molto permeabili come malte di calce, pietre in tufo, ecc.

Per materiali da costruzione più resistenti al flusso dell’acqua si rinuncia a questa misura che sarebbe troppo lunga e si preferisce una caratterizzazione del materiale secondo la prova standardizzata UNI EN 12390-8 (←). La prova consiste nel saturare preliminarmente con acqua il provino dopo averlo lateralmente impermeabilizzato con resina epossidica e quindi nel sottoporlo ad una pressione di 5 bar per 3 giorni. Al termine dei 3 giorni di prova, si spacca il provino e si misura lo spessore di provino bagnato dall’acqua che è penetrata sotto l’effetto della
pressione. Si conviene che – nel caso dei calcestruzzi – la struttura sia di fatto impermeabile all’acqua se lo spessore di materiale penetrato dall’acqua sia mediamente non superiore a 20 mm e comunque sempre al di sotto di 50 mm nei punti più permeati. La permeabilità all’acqua diminuisce al diminuire del rapporto acqua/cemento (←) e all’aumentare del tempo di stagionatura umida (←).

PIC. Acronimo inglese di Polymer-Impregnated Concrete. -> vedi Calcestruzzo polimero-impregnato.

Pietra cementizia. Una vera e propria pietra cementizia (cemet-stone) artificiale è stata ottenuta compattando meccanicamente miscele di cemento Portland (←) ed acqua (I. Soroka, P. Sereda, “The structures of cement-stone and the use of compacts as structural materials”, National Research Council of Canada, NRC Publications Archive, NPAArC Library Research, 23 September 1970).

Pietrischetto. Pietrisco (←) di piccole dimensioni (8-10 mm). -> vedi Pietrisco.

Pietrisco. Inerte grosso (←) ottenuto per frantumazione della roccia, di forma irregolare e finitura superficiale ruvida. -> vedi Forma dell’inerte; Angolarità dell’inerte; Tessitura dell’inerte.

Pigmenti cromatici -> vedi Coloranti.