Biodegradazione del calcestruzzo: microrganismi, sostanze corrosive

La biodegradazione delle strutture in 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.

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

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

Batteri Reazioni
Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus, Nitrosomonas NH4+NO2
Nitrobacter, Nitrococcus NO2NO3
Escherichia, Pseudomonas NO3→ NO2
Clostridium NO3→ NH4+
Solfobatteri riducenti: Desulfovibrio,Desulfotomaculum, Desulfomona SO42- → H2S
Crenothrix, Gallionella, Leptothrix, Sphaerotilus,Sulfobacillus, Acidithiobacillus ferrooxidans Fe2+ → Fe3+
Bacillus, Gallionella, Pseudomonas, Sphaerotilus Mn2+ → Mn4+

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

 

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