Il fronte di carbonatazione è la profondità fino alla quale la carbonatazione ha ridotto l’alcalinità del calcestruzzo. È una grandezza di durabilità: diventa critica quando raggiunge il copriferro e quindi la zona delle armature.
Nel calcestruzzo non carbonatato il pH della soluzione nei pori è molto alto e mantiene passivo l’acciaio. Quando la \mathrm{CO_2} penetra, reagisce con le fasi basiche della pasta cementizia e abbassa il pH; se il fronte raggiunge le barre, la protezione chimica dell’acciaio può diminuire.
Modello di avanzamento
In prima approssimazione l’avanzamento è spesso descritto da una legge parabolica:
Dove x_c è la profondità carbonatata, t il tempo di esposizione e k un coefficiente empirico che incorpora qualità del calcestruzzo e ambiente. Il modello esprime un comportamento controllato dalla diffusione: procedendo verso l’interno, la \mathrm{CO_2} deve attraversare uno strato già carbonatato sempre più spesso.
| Simbolo | Significato | Nota |
|---|---|---|
| \displaystyle x_c | profondità di carbonatazione | spesso misurata in \displaystyle \mathrm{mm} |
| \displaystyle k | coefficiente di carbonatazione | dipende da porosità, umidità, \displaystyle \mathrm{CO_2} e maturazione |
| \displaystyle t | tempo di esposizione | l’unità deve essere coerente con quella usata per \displaystyle k |
| \displaystyle c | copriferro | distanza tra superficie esterna e armatura |
La condizione di attenzione strutturale si può scrivere in forma semplice:
Se si assume costante il coefficiente k, una stima del tempo critico per raggiungere il copriferro è:
Fattori principali
| Fattore | Effetto sul fronte |
|---|---|
| rapporto acqua/cemento elevato | aumenta porosità e permeabilità |
| cattiva stagionatura | lascia una matrice più aperta e meno resistente alla diffusione |
| umidità intermedia | favorisce la carbonatazione: c’è acqua nei pori ma non saturazione completa |
| fessure | offrono percorsi rapidi alla \displaystyle \mathrm{CO_2} |
| copriferro ridotto | accorcia la distanza da percorrere prima di raggiungere le barre |
La carbonatazione non coincide automaticamente con corrosione delle armature: servono anche ossigeno, umidità e condizioni elettrochimiche adatte. Tuttavia rimuove una barriera essenziale, cioè l’ambiente fortemente alcalino che protegge l’acciaio.
Misura pratica
Una prova comune usa fenolftaleina su una superficie fresca di frattura o carotaggio. Le zone ancora fortemente alcaline assumono colorazione rosata o fucsia; le zone carbonatate restano incolori. La misura fornisce una profondità indicativa del fronte e va interpretata insieme a copriferro, fessurazione, esposizione ambientale e stato delle armature.
Errori comuni
- Usare x_c=k\sqrt{t} come legge universale: è un modello empirico, non una costante del materiale.
- Valutare solo la profondità media ignorando fessure, difetti locali e copriferro reale.
- Confondere carbonatazione con attacco da cloruri: entrambi possono favorire corrosione, ma agiscono con meccanismi diversi.
- Considerare il carbonato formato come l’unico effetto: il punto critico è la perdita di alcalinità.
Vedi anche: carbonatazione, copriferro, corrosione delle armature, pH, ossidoriduzione.