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ⓘ Ettringite (calcestruzzo)




                                     

ⓘ Ettringite (calcestruzzo)

L ettringite o sale di Candlot, da un punto di vista chimico è un trisolfo-alluminato di calcio idrato: 3 CaO ⋅ Al 2 O 3 ⋅ 3 CaSO 4 ⋅ 32 H 2 O {\displaystyle {\ce {3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O}}}. In un calcestruzzo si può formare ettringite per reazione tra lalluminato tricalcico, che è uno dei componenti principali del clinker di Portland e i solfati di calcio. La sua formazione può avere effetti positivi o negativi sul grado di durabilità del calcestruzzo. Nel primo caso si parla di ettringite primaria o non distruttiva, ed è provocata volontariamente, la seconda invece è chiamata ettringite secondaria o distruttiva e la sua formazione è accidentale e non desiderata.

                                     

1. Ettringite Primaria

Il cemento Portland è costituito essenzialmente da due componenti:

  • il clinker
  • il solfato di calcio: può essere: gesso solfato di calcio idrato - CaSO 4 ⋅ H 2 O {\displaystyle {\ce {CaSO4.H2O}}}, semiidratato 2 CaSO 4 ⋅ H 2 O {\displaystyle {\ce {2CaSO4.H2O}}} o anidrite solfato di calcio anidro - CaSO 4 {\displaystyle {\ce {CaSO4}}}. Oltre che in natura il solfato di calcio è reperibile anche come sottoprodotto industriale.

Il solfato di calcio viene utilizzato come regolatore di presa, e aggiunto in misura di circa il 4-6% nel mulino di macinazione del cemento. In assenza di questo componente, il clinker, subito dopo la miscelazione con lacqua farebbe una presa pressoché immediata, tale da non lasciare il tempo di gettare il calcestruzzo. La presa rapida è associata alle veloci reazioni di idratazione dellalluminato tricalcico che si trasforma in alluminati idrati di calcio CAH {\displaystyle {\ce {CAH}}}. In questo caso la funzione del gesso è quella di reagire con lalluminato tricalcico, in presenza di acqua, provocando la formazione di ettringite che precipita sulle particelle di C 3 A {\displaystyle {\ce {C3A}}}, sotto forma di minutissimi cristalli aghiformi, formando una pellicola che avvolge la superficie dei granuli di celite che rallenta, ma non arresta, lulteriore idratazione e di conseguenza la formazione di CAH {\displaystyle {\ce {CAH}}}. Pertanto la funzione del gesso in questa fase è quella di far avvenire la presa in tempi idonei a consentire la miscelazione degli ingredienti, il trasporto, il getto e la costipazione del calcestruzzo. Laumento di volume a seguito della formazione dellettringite primaria in questo caso non è pericolosa per il calcestruzzo poiché si manifesta quando il conglomerato è ancora in fase plastica, pertanto non si generano tensioni interne al materiale.

                                     

2. Ettringite Secondaria

Il solfato può avere origine dallambiente esterno o essere già presente allinterno del calcestruzzo ad esempio come impurità del cemento o, a causa di presenza di inerti inquinati da gesso.

In questo caso in letteratura si parla di:

  • attacco solfatico esterno o ESA, acronimo di External Sulphate Attack ;
  • attacco solfatico interno o ISA, acronimo di Internal Sulphate Attack.

Esaminiamo il caso dellattacco solfatico esterno che è tra laltro il più comune.

I solfati in natura possono trovarsi:

  • nelle acque naturali, industriali e nelle acque reflue;
  • nei terreni.

I più comuni sono i solfati di sodio, potassio, calcio, magnesio e ammonio.

Quando il calcestruzzo è indurito, leventuale ingresso di solfati provenienti dallambiente esterno determina la formazione di ettringite.

Infatti lo ione solfato, diverso da quello di calcio, reagisce prima con la calce che si produce a seguito dellidratazione del clinker di Portland, generando gesso e successivamente questultimo reagisce con gli alluminati idrati di calcio CAH {\displaystyle {\ce {CAH}}} con formazione dellettringite secondaria:

SO 4 − 2 + Ca OH 2 ⟶ CaSO 4 ⋅ 2 H 2 O + 2 OH − {\displaystyle {\ce

laumento di volume che si genera a seguito della formazione dellentringite secondaria determina linsorgere in seno alla matrice cementizia di tensioni di trazione, superiori alla resistenza a trazione del conglomerato, che provocano danni severi al calcestruzzo indurito sotto forma di fessurazioni, delaminazioni e distacchi. Come già accennato in precedenza, questo tipo di degrado del conglomerato cementizio è noto come attacco solfatico. Nei terreni lattacco solafatico diventa importante quando questi vengono solubilizzati dalle acque meteoriche, sotterranee, sorgive, ecc. che successivamente vengono in contatto con le opere in calcestruzzo armato, di norma fondazioni.

                                     

3. Rimedi

Il modo più efficace per prevenire lattacco solfatico acque e terreni selenitosi consiste nellimpedire la penetrazione dei solfati allinterno del calcestruzzo. Affinché ciò avvenga, bisogna far sì che la matrice risulti impermeabile, cioè che le eventuali porosità che si dovessero formare non siano fra loro intercomunicanti. A tal fine bisogna adottare nel mix design, un rapporto acqua/cemento il più basso possibile normalmente inferiore a 0.55 e procedere dopo il getto ad unaccurata vibrazione e ricorrere ad una idonea stagionatura umida. Questi accorgimenti, che devono essere tanto più spinti quanto maggiore è la concentrazione del solfato proveniente dallesterno, permettono di ottenere un calcestruzzo poco poroso e fessurato e pertanto più impermeabile alla penetrazione dei solfati. Un secondo modo per rendere il calcestruzzo impermeabile è quello di intervenire dallesterno mediante lutilizzo di protezioni superficiali impermeabili quali guaine, resine o pitture. Queste diventano necessarie quando bisogna proteggere strutture già in esercizio dove lattacco solfatico è già iniziato; hanno linconveniente dei maggiori costi e del rischio di distacco a causa ad esempio di sbalzi termici. Altro modo per prevenire lattacco solfatico è ridurre il tenore di idrossido di calcio e alluminato tricalcico C3A da cui dipende la formazione dellettringite. Nel primo caso sono consigliabili i cementi tipo III cemento siderurgico e tipo IV cemento pozzolanico che avendo una percentuale di clinker inferiore a quella del cemento tipo I cemento Portland durante lidratazione producono una minore quantità di calce, anzi nel tipo IV nellattivazione della pozzolana ne viene consumata anche una parte. Tra i due tipi il più idoneo e il cemento siderurgico perché può essere prodotto anche ad alte percentuali di loppa e di conseguenza basse percentuali di clinker, mentre quello pozzolanico necessita sempre di un quantitativo minimo di clinker che deve garantire il tenore di calce necessario allattivazione della pozzolana. Nel secondo caso si può ricorrere ai cementi solfatoresistenti che presentano, rispetto al Portland normale, basse percentauli di celite che nei tipi III e IV, come abbiamo visto, garantiscono anche durante lidratazione un minor tenore di idrossido di calcio. Le norme UNI EN 206-1:2006 e UNI 11104 nelle strutture soggette allattacco solfatico, quali quelle con classe di esposizione XA1, XA2 o XA3, impongono lutilizzo di cementi resistenti ai solfati. Secondo la UNI 8981-2, a seconda della classe di esposizione devono essere utilizzati i seguenti cementi resistenti ai solfati:

  • XA3 a/c ≤ 0.45- cemento ad altissima resistenza chimica ai solfati AARS.
  • XA1 a/c ≤ 0.55 - cemento a moderata resistenza chimica ai solfati MRS
  • XA2 a/c ≤ 0.50 - cemento ad alta resistenza chimica ai solfati ARS

Per attacchi più severi di quelli previsti dalle suddette classi di esposizione si rende necessario utilizzare delle protezioni superficiali quali guaine, resine o pitture impermeabilizzanti. Nel caso di basse temperature 0-10 °C, lutilizzo cementi solfatoresistenti, cioè cementi a basso o nullo tenore di alluminato tricalcio, potrebbe non garantire da solo la protezione dallattacco solfatico, poiché in queste condizioni termiche, il gesso reagisce anche con i silicati idrati di calcio creando un composto ancora più dannoso dellettringite, la thaumasite. È pertanto sempre consigliato adottare tutti quegli accorgimenti necessari a rendere il calcestruzzo impermeabile ai solfati.



                                     
  • edifici, demolizioni di solo calcestruzzo semplice o armato, scarti del ciclo di produzione di elementi prefabbricati in calcestruzzo armato, ecc. Le stesse
  • tricalcico che è l elemento del cemento sensibile all azione dei solfati ettringite Nel confronto con il cemento pozzolanico vale lo stesso discorso fatto
  • indurita V. Alunno Rossetti, Il calcestruzzo materiali e tecnologia, McGraw - Hill, 2003 Calcestruzzo Stagionatura del calcestruzzo Cemento Chimica del cemento
  • tricalcico che è l elemento del cemento sensibile all azione dei solfati ettringite maggiore resistenza al dilavamento: infatti essendoci un minore quantitativo
  • gesso reagisce con gli alluminati tricalcici portando alla formazione di ettringite primaria che precipita sui granuli di C3A ostacolando la penetrazione

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