Biodegradazione del calcestruzzo

La biodegradazione del calcestruzzo è causata da organismi che crescono in determinati ambienti a loro favorevoli in cui vi è disponibilità di acqua e basso pH

Gli ambienti favorevoli possono avere un’umidità relativa elevata tra il 60% e il 98%, lunghi cicli di umidificazione ed essiccazione, congelamento e sbrinamento, elevate concentrazioni di anidride carbonica, di ioni cloruro, solfati e piccole quantità di acidi

La biodegradazione del calcestruzzo coinvolge le strutture sotterranee, i sistemi fognari, le strutture in mare e i sistemi di trattamento delle acque reflue con costi rilevanti per la manutenzione e la riparazione.

Il deterioramento del calcestruzzo si riscontra spesso in strutture esposte ad ambienti aggressivi, come ambienti che promuovono l’attacco dei solfati o la penetrazione degli ioni cloruro. Sebbene le proporzioni della miscela di calcestruzzo siano comunemente progettate per rispettare i requisiti di durata di vita di progetto accettabili, un controllo di qualità scadente, una caratterizzazione impropria, cambiamenti imprevisti nelle condizioni ambientali o l’esposizione ad ambienti aggressivi possono produrre un deterioramento prematuro e ridurre la capacità di carico.

I processi biologici possono accelerare questo processo di deterioramento modificando gravemente le proprietà fisico-chimiche del calcestruzzo armato. Sebbene sia stata data poca attenzione alla biodegradazione del calcestruzzo alcuni studi hanno dimostrato che gli organismi viventi possono svolgere un ruolo significativo nella biodegradazione del calcestruzzo. Ciò potrebbe essere particolarmente importante nelle strutture marine  come porti e piattaforme offshore ed è segnalato come più comune in strutture come sistemi fognari e impianti di trattamento delle acque reflue

Composizione del calcestruzzo

L’idratazione del cemento determina la formazione dell’idrossido di calcio Ca(OH)₂ che reagisce con l’anidride carbonica secondo la reazione
CO₂+ Ca(OH)₂ → CaCO₃+ H₂O.

Il carbonato di calcio CaCO3 risultante è scarsamente solubile e la sua formazione provoca l’indurimento della pasta cementizia e l’aumento della resistenza alla compressione del calcestruzzo.

Questo processo chiamato carbonatazione migliora le proprietà di questo materiale.

Tuttavia, la formazione di carbonati porta al ritiro del calcestruzzo durante l’essiccazione, favorendo così la fessurazione del materiale.

Inoltre, la carbonatazione del calcestruzzo porta a sua minore alcalinità e successivamente alla corrosione dell’armatura in acciaio. Sia l’idrossido di calcio che il carbonato reagiscono con diverse sostanze chimiche, come acidi organici e acidi minerali e con alcuni sali. Inoltre gli alluminati presenti nel calcestruzzo reagiscono facilmente con i solfati. I prodotti di queste reazioni sono sali idrati che si espandono all’interno del calcestruzzo che ne provocano la fessurazione.

Attività di microrganismi responsabili

L’attività metabolica dei microrganismi provoca la liberazione di molti acidi come  acido solfidrico e altri reagenti corrosivi nell’ambiente

Si riportano in tabella batteri che provocano la biodegradazione del calcestruzzo e i rispettivi processi

Vi sono poi processi di fermentazione che portano alla formazione di acidi organici dovuti a funghi o batteri.

Sostanze corrosive

La crescita intensiva di microrganismi è causa di accumulo di sostanze biogene corrosive su diversi materiali da costruzione compreso il calcestruzzo.

Le specie particolarmente corrosive la cui produzione è influenzata da microrganismi  sono l’acido lattico, acetico, butirrico. Vi sono poi i batteri nitrificanti e batteri che ossidano lo zolfo e portano alla formazione di acidi minerali come l’acido nitrico e l’acido solforico. Essi ossidano anche l’acido solfidrico prodotto dai batteri solforiduttori. Tutte queste sostanze di origine biologica reagiscono facilmente con i componenti del calcestruzzo provocandone il deterioramento