Res Metallurgica

Appunti di viaggio di un giovane metallurgista

Buonasera miei cari lettori,
questa sera vi scrivo dalla canicola di camera mia...la mia stazione barometrica segna proprio ora 31.5°C dopo aver passato un paio d'ore a 32°C. Oggettivamente, studiare in queste condizioni diventa proibitivo e, ad essere sincero, la serata è stata tutt'altro che produttiva. Un pò perchè c'erano le prove della motogp, un pò perchè mi ha chiamato la mia amica Marta, ma soprattutto perchè comincio ad essere stanco, ad accusare il colpo, dopo un anno tirato a tutta. Si perchè, dovete sapere, che mi sono anticipato tutti i crediti del quinto anno al primo semestre e, manco a dirlo, sono quasi riuscito a darli tutti: rimane l'unico neo dell'esame di nanomateriali ma, d'altronde, che noia sarebbe la perfezione. Il secondo semestre, direte voi, l'avevi libero però! Magari, vi rispondo io, perchè la settimana dopo l'ultimo esame del primo semestre (esame di tecnologie dei materiali nucleari I+II, grande prestazione!) ho cominciato il mio lavoro di tesi. E quindi, benchè fosse vero che io frequentassi solamente 8 ore di lezione a settimana, era altrettanto vero che il resto del tempo lo passavo in laboratorio. Questo spiega il motivo di tanta stanchezza. Non bastasse, a luglio, tra un esame e l'altro (scienza dei polimeri e il già citato complementi di analisi), ho passato più tempo in laboratorio che in qualsiasi altro posto, ahimè! Si perchè, visto che non avevo corsi, potevo dedicarvi più tempo, e così non di rado tornavo a casuccia dopo le 20 e, qualche volta, anche oltre. Ricordo, in particolare, una giornata particolarmente proficua dal punto di vista professionale, che mi vide uscire dal laboratorio alle 19.35, per arrivare a casa alle 21.10 circa. Il mese di luglio è stato duro, devo ammetterlo: non avessi avuto la valvola di sfogo della bicicletta, sarei impazzito. Devo anche ammettere che l'idea di mettermi in sella alle 8.30 del mattino non è idilliaca, sebbene poi, quando ritorno a casa, il morale è quasi sempre molto alto. Sono un animale strano: è come se non avessi voglia di andare, o meglio, di cominciare, perchè una volta in sella, pedalo con passione. Non vi ho raccontato che ho cominciato un allenamento col babbo, il proprietario della bicicletta con la quale mi allenavo fino a due mesi fa: ebbene, dopo una estenuante pressione psicologica, sono riuscito a farlo salire in sella e, a parte la settimana ventura, sono sicuro che andremo spesso. Infine, a mò di incentivo, gli ho anche regalato un casco (visto che oggi, o meglio, fino a 40 minuti fa), era il suo compleanno. Speriamo che questo regime atletico regga e, anzi, incrementi la forma fisica. L'idea è, come sempre, quella di compiere una piccola grande impresa entro la metà di agosto: l'anno scorso fu il Sacro Monte - Campo dei Fiori di Varese, per la terza volta nella mia breve carriera di cicloamatore. Quest'anno i proclami sono prestigiosi, si parla di Mottarone, di Arona, di nuovo di Varese e qualcos'altro. L'importante è riuscire ad allenarsi.
Tornando a bomba, dicevo, è stato un luglio orrendo: ho faticato molto, ho studiato altrettanto, mi sono divertito poco, davvero poco, esclusa qualche partitella a Pro Evolution Soccer con l'ing Nasa (ve lo ricordate, vero?), naturalmente dopo una serata di studio. E anche adesso, verosimilmente, il morale è piuttosto basso: permangono quei motivi di cui non vorrei parlare qui, si aggiunge il fatto che ho perso il mio compagno di studio (e di pro evolution) perchè lui, beato lui, gli esami li ha finiti un paio di giorni fa. Io, in qualsiasi caso, il 25. Obiettivamente, temo forse di avere sottovalutato scienza dei materiali: è più grosso, affascinante e difficile di quanto avessi immaginato. Grosso perchè solo l'altro ieri ho comprato le fotocopie che mi mancavano e, per darvi un'idea, ho speso 15 euro: considerate che una fotocopia costa 3 centesimi, fate il conto di quante potessero essere le fotocopie che mi mancavano (si perchè un buon 40% l'avevo già!). Affascinante perchè, obiettivamente, è un corso fatto come si deve da parte dei due docenti: davvero complimenti, anche se mai leggeranno queste mie parole. Costoro, devo sottolineare, ci hanno messo impegno, e si vede, in classe a spiegare argomenti oggettivamente complessi e, cosa non meno importante, non ci hanno lasciato senza materiale di supporto (sovente i miei appunti non sono sufficienti). L'altro lato della medaglia è che, purtroppo, avendo preso capitoli sparsi di libri diversi, il materiale da studiare cresce con legge esponenziale. Tuttavia, ripeto, meglio qualcosa in più che qualcosa in meno.

Stasera, devo dire, non ho pensato a quello che scrivevo, scrivevo e basta (un minimo di freno razionale, ovviamente, c'era) ed è per questo che ci ho messo così poco a compilare questo post. Non lascerò passare molto, spero, da ora al prossimo. Per intanto, vi auguro buona notte

                                                                                                         il vostro metallurgista preferito

Postato da: Res_metallurgica alle 00:49 | link | commenti (11) |

Buonasera miei cari ed affezionati lettori,

quest' oggi vi scrivo con il morale un pò più basso del solito. Non vorrei esplicitare qui i motivi di questo abbassamento  del morale, preferirei tenerli per me.
Tuttavia posso dirvi che ancora l'argento in laboratorio non è arrivato e ho scoperto perchè: non è stato ordinato. Mi è stata data, per fortuna, una valida motivazione che legittima questo mancato ordine...rimane il fatto che io sono senza argento e senza argento non posso evaporare nulla. A proposito di evaporazione, domani ho un incontro con il mio relatore (uomo e professore che stimo moltissimo, mio docente di fisica della materia) per fare il punto della situazione: credo proprio che gli mostrerò l'abbozzo di presentazione utilizzata dal sottoscritto per riassumere i risultati sinora ottenuti.
Sono lieto di annunciarvi che l'Argon, ionizzato, è viola (d'altra parte è uno degli elementi che emette nell'ultravioletto più estremo) e per giungere a questo fantastico risultato abbiamo litigato per un'ora abbondante con un generatore a radiofrequenza: d'improvviso, poi, come capita sempre del resto, il plasma si è innescato e siamo riusciti a tenerlo stabile a 150 W! Non male, è un piccolo successo. Spero di avere qualcosa di più interessante da postare la prossima volta, prometto che mi impegnerò. E, magari, con un pò di fortuna, ci sarà anche una lectio speciale di fisica dello stato solido...ma non prometto niente ...

                                                                                                          Saluti metallici

Postato da: Res_metallurgica alle 23:35 | link | commenti (5) |

Saluto i miei cari lettori,

torno a scrivere dopo qualche giorno di assenza. Comincio subito col dirvi che, non so bene per quale congiunzione astrale favorevole, quell'esame l'ho passato. E' evidente che fossimo in clima di amnistia, nel senso che ha cambiato totalmente modalità di svolgimento dell'esame. Ma andiamo con ordine.
La mia preparazione era volta a mettermi nelle migliori condizioni per copiare qualcosa allo scritto, giocandomi poi la carta della pietà e della compassione all'orale. Come prima sorpresa della giornata di lunedì, ho scoperto che lo scritto era stato abolito. Immantinente i miei attributi sono rotolati sino alla cattedra, loco assai poco ameno dal quale il caron dimonio interrogava e sentenziava. Sono stato il terzo ad essere interrogato e, come sempre mi accade quando non ho nulla da perdere, mi sono avvicinato al patibolo con fare sprezzante del pericolo. Qualche minuto prima, chiacchierando con compagni di sventura, avevo detto loro che il mio obiettivo di giornata era resistere almeno 5 minuti nelle sue grinfie. Per farla breve, mi ha fatto 2 domande: la prima era la risoluzione di un problema di Cauchy (assai banale per la verità) con il metodo del ritardo, mentre la seconda era una discussione molto superficiale sulla serie di Fourier. Devo ammettere di aver risposto anche maluccio, nonostante la facilità delle domande. Mi consola tuttavia il fatto che se avessi studiato il doppio di quanto ho fatto (20 minuti circa) avrei saputo rispondere in modo degno, alzando anche il voto. Voto che mi sono dimenticato di riferire: 22. Di tutto rispetto, in relazione a quelli dati l'anno scorso, con le modalità dell'anno scorso. In conclusione, non ho proprio di che lamentarmi, sebbene la cosa mi abbia lasciato sotto shock per qualche ora, quasi non realizzassi che il mio incubo peggiore era solamente un brutto ricordo!

Capitolo allenamento: mi sono allenato martedì 4 per festeggiare la vittoria su analisi e ho percorso 80 km, con qualche salitella interessante. La media oraria è stata abbastanza alta e pertanto sono soddisfatto. Sono uscito anche oggi, ma per una sgambata veloce, da circa 50 minuti. Il lavoro svolto è stato di natura differente: ho percorso solo strade in pianura con un rapporto decisamente troppo lungo per me, al fine di aumentare la forza espressa nella pedalata. Speriamo possa dare i suoi frutti. Per ora è rimandato a sabato prossimo il debutto con i miei nuovi compagni (probabilmente) di allenamento. Speriamo anche di non fare brutte figure.

Passiamo alle brutte notizie: mi fanno male le ginocchia, di tanto in tanto, quando pedalo e questo sia legato a una meccanica non corretta della pedalata.
Il pc fisso ha un problema piuttosto grave: si accende e si blocca all'ingresso in windows: apparentemente niente di strano, a parte che mouse e tastiera sembrano isolati dal computer vero e proprio. Mistero!
In laboratorio manca ancora l'argento necessario per effettuare altre evaporazioni e, pertanto, me ne sto a casa fino a lunedì (compreso) per alternare allenamenti in bicicletta e studio del prossimo esame: scienza dei materiali. Non temete, avrò modo di scrivere diffusamente di questa materia, fondante per un ingegnere dei materiali che si rispetti e si distingua da un ingegnere meccanico con qualche conoscenza di materiali!

Con questi miei pensieri vi saluto, augurandovi buon proseguimento

                                                                                                il vostro metallurgista preferito

Postato da: Res_metallurgica alle 15:45 | link | commenti (3) |

Buonasera a tutti,

è un pò che non ci si sente, è vero. In fondo credo di non aver mai perso la voglia di raccontare qualcosa di quello che mi accade intorno ed è per questo motivo che questo blog ancora vive. E' passato un anno dall'ultimo post e ho pensato che questo fosse il momento migliore per riprendere a scrivere. E' stato un anno indubbiamente intenso. Per riprendere il racconto da dove l'avevo lasciato, mi sono laureato. Inutile descrivere l'enorme soddisfazione che mi ha dato riuscire ad arrivare, quel 28/09/2005 a discutere di fronte a professori, amici e famigliari, il frutto del lavoro di qualche mese. La discussione andò piuttosto bene e mi attribuirono 7 degli 8 punti disponibili. La giornata, tuttavia, fu funestata dal furto con scasso del mio portatile.
Non è accaduto solo questo quest'anno, ma è una delle cose che, indubbiamente ricordo con maggiore gioia. Per il momento lo sguardo nel mio recente passato voglio terminarlo qui, ci saranno altre occasioni per raccontare.
Professionalmente posso dirvi che sono a 3 esami dalla laurea magistrale (o specialistica, come si chiamava sino a qualche mese fa) e mi sono impegnato in una nuova tesi, dal carattere maggiormente sperimentale. Ho abbandonato lo studio della metallurgia come ve l'avevo presentata, oggi mi occupo di cose molto più piccole: le nanotecnologie. Ho cominciato a metà marzo una tesi nel dipartimento di Ingegneria Nucleare del Politecnico di Milano, nel nanolab. Il nome la dice tutta o, come dicevano i latini, in nomine omina. Si perchè il mio intento è quello di produrre un film nanostrutturato di argento e ossido di argento con due differenti metodologie fisiche. Per ora mi sto concentrando sullo studio di una apparecchiatura, un vecchio evaporatore di cui parlerò sicuramente più avanti. Per ora il lavoro procede abbastanza bene e soprattutto sto imparando davvero molto e, sono convinto, lavoro con ottime persone, nonostante molto giovani.
Ho anche acquistato la mia prima bicicletta da corsa (quella della quale vi ho parlato, era di mio padre). E' stata una grande soddisfazione andare a prenderla, circa un mese fa, direttamente in fabbrica. Vi do il link per poterla ammirare:

http://www.ciclimoser.com/mka300.html

Questa è la mia carbon e spero di usarla più spesso di quanto già non faccia: per ora ho percorso in sella solamente 327 km, che spero di portare almeno a 1000 prima della fine di luglio. D'accordo, non è un'impresa facile considerando che ci vado solo nel week end per il momento, ma conto, dopo l'esame di analisi di domani, di poterci andare anche in settimana. Purtroppo, come ho detto, domani ho un esame di analisi. Questa è un'altra cosa che, metaforicamente, chiude il cerchio, proprio da dove ho lasciato l'anno scorso. E questo, purtroppo, sarà anche peggio perchè non sarà sufficiente copiare da qualche collega, ma ci sarà anche un orale: francamente non mi faccio illusioni, domani ci sarà una Caporetto, ma è nulla in confronto all'esame orale. Domani affronterò a cuor leggero questa ennesima prova, prima di recarmi in laboratorio, dove spero mi abbiano procurato l'argento che mi serve e, soprattutto, siano stati fatti gli spettri Raman sui campioni che sinora ho realizzato.

Concludo continuando a firmarmi come facevo prima perchè, in fondo, metallurgista ero e metallurgista sarò. A presto miei cari 25 lettori

                                                                                                                                  il vostro metallurgista preferito

Postato da: Res_metallurgica alle 23:26 | link | commenti (3) |

Postato da: Res_metallurgica alle 20:51 | link | commenti (22) |

Ieri ho toccato il fondo...o l'apice, a seconda. Facciamo un pasto indietro: esame di analisi B. Era l'ennesima volta e cominciava a darmi fastidio prendere 10 tutte le volte e così ho scatenato tutta la potenza di calcolo di cui potevo disporre: l'ing Nasa, l'ing Soso, l'Osvaldo e il caro trattamentista. I primi tre erano anche interconnessi da msn nel caso fosse necessario consultarsi in tempo reale; erano anche dotati di software di matematica, tipo mathematica e matlab, e di calcolatrici scientifiche. Il caro trattamentista invece aveva l'ausilio del cervello e del fatto che preparava l'esame di oggi. Per questo motivo, non appena ricevuto il testo d'esame, ho dato il via alla mia operazione di intelligence: ho copiato, via sms, i testi degli esercizi mandandoli in multiplo invio ai succitati. C'è voluto poco per ricevere le prime risposte. A parte qualche difficoltà col software mathematica, l'operazione si è conclusa con esito positivo: compito terminato interamente in 90 minuti sui 150 disponibili. C'è anche da aggiungere che mi sono fatto aiutare un pochino anche da un gruppo di tre ragazzini del primo anno dotati, anche loro, di strumenti di calcolo non trascurabili! A mente fredda ho due riflessioni da fare:
- ridursi a passare un esame affidandosi solo all'aiutino da casa non va proprio bene: il primo a vergognarsi del metodo sono io, ma credete a me, non c'è altro modo, purtroppo; il metodo usato è quello della disperazione, oltre quello devo sparare nelle gambe al mio professore o minacciargli la famiglia;
- se non l'abbiamo passato in 8 con tutti gli strumenti possibili ed immaginabili, o noi siamo degli coglioni, oppure la matematica è magia nera.

Cambiando argomento: piaciuto il post sui materiali cementizi? Quell'esame vide una votazione pari a 26/30, non male, ma per un esame tutto sommato facile, è piuttosto bassa. La seconda parte, relativa ai materiali ceramici e al loro degrado, ha visto una valutazione di 28/30 che, mediata con la precedente, mi da un bel 27/30 di voto finale: naturalmente lo aggiusterò con un orale concordato or ora con il professore.

Ultima cosa, ma non meno importante: sono in vantaggio nel computo delle sfide a tennis con l’ing nasa: la prima partita si è conclusa 5 game a 4 ma ero all’ultimo punto per il set;  la seconda si è conclusa con il primo set a me (7-5) e il secondo ero sotto di un game (2-1 per lui). Credo che venerdì andremo di nuovo e vi terrò aggiornati.

Postato da: Res_metallurgica alle 16:10 | link | commenti (7) |

In onore del mio esame di domani "ingegneria dei materiali cementizi (e ceramici)", posto qualche appunto preso distrattamente durante uno studio intenso. So per certo che a nessuno interesserà, ma era solo per farmi sentire e rendervi partecipe del fatto che ancora calpesto questa terra. Naturalmente, trattandosi di appunti, vi prego di non puntare il dito su sintassi, ortografia e grammatica e di avere pazienza durante la lettura (per i coraggiosi che dovessero ivi inoltrarsi).

IL CALCESTRUZZO

Il calcestruzzo è un materiale composito formato da acqua, cemento e aggregati. Gli aggregati sono, in prima approssimazione, scindibili in ghiaia e sabbia: quest’ultima è distinguibile dalla dimensione del diametro: minore di 4 mm circa. Gli aggregati compongono il calcestruzzo per circa il 70%. L’insieme di acqua e cemento danno la pasta cementizia. Il cemento ha la funzione di legante (insieme all’acqua) tra le particelle di aggregati. Esso è composto da silicati e alluminati, rispettivamente C₂S – C₃S e C₃A – C₄AF; con la lettera C si intende la calce, con la S la silice, con la F gli ossidi di ferro, con la A l’allumina e con H l’acqua. Inoltre, non infrequentemente, si aggiunge del gesso (solfato di calcio), in quantità proporzionale a quella del cemento, ma generalmente mai oltre il 5%. L’insieme di alluminati e silicati danno il cosiddetto clinker, mentre il gesso si utilizza per rallentare la reazione di idratazione e limitare il calore di reazione sviluppato (in maggior parte dagli alluminati). La reazione tra acqua e cemento dà prodotti di idratazione. Nella messa in opera di una struttura in calcestruzzo si possono individuare due periodi fondamentali: il tempo di presa (1-2 giorni) e un periodo successivo di stagionatura (maturazione). Come già accennato, il gesso e gli alluminati possono regolare il tempo di presa del calcestruzzo, mentre la quantità di silicati è in stretta correlazione con le proprietà meccaniche. Il tempo di presa è governato dalla reazione tra C₂A e H₂O che ha come prodotto il CAH: tale reazione, senza il solfato di calcio, sarebbe estremamente rapida: silicati e alluminati, combinati, danno ettringite che può rallentare la reazione di idratazione degli alluminati diminuendo la velocità di diffusione dell’acqua all’interno del calcestruzzo. Dopo la prima fase di presa, c’è il periodo che maggiormente interessa le proprietà meccaniche: stagionatura. La reazione che occorre principalmente è la seguente: C_2/3S + H₂O à C S H . Il C-S-H è un gel, eppertanto non ha struttura cristallina definita ma, al contrario, si formano lamelle molto sottili che si intersecano e garantiscono proprietà meccaniche. Tra le lamelle del gel si formano dei vuoti, catalogati in nanometrici, micrometrici e macroscopici a seconda della loro dimensione. La porosità è di certo un fenomeno da limitare quanto possibile per non inficiare la durabilità e le proprietà meccaniche della struttura in calcestruzzo: tuttavia i pori nanometrici sono i meno pericolosi perché l’acqua presente al loro interno crea un legame chimico (quindi non solo fisico di adsorbimento superficiale) con il gel. I pori microscopici sono definiti pori capillari e sono quei pori che interesseranno la durabilità della struttura proprio perché sono responsabili del trasporto di acqua e/o gas. I macropori per i loro effetti su grande scala sono estremamente pericolosi.

Nella fabbricazione di una gettata di calcestruzzo è necessario che per 28 giorni il manufatto mantenga una umidità relativa pari o prossima al 100%. La porosità è regolata dal rapporto a/c: deve essere mantenuto entro l’intervallo 0,4-0,6. In modo inversamente proporzionale, aumentando il valore di tale rapporto, aumenta la lavorabilità e diminuisce la resistenza a compressione. La lavorabilità viene stimata con il cono di Abrams (slump test): viene fabbricato un tronco di cono all’interno di una forma e, tolta quest’ultima, si misura di quanto si abbassa il tronco sottoposto solo all’azione del peso proprio. Vi sono 4 classi di lavorabilità del calcestruzzo: S1, S2, S3, S4. Nel caso di additivi fluidificanti si utilizzano anche le classi S5 e SCC, acronimo che sta per self compacting concrete.

Gli aggregati che costituiscono il calcestruzzo possono avere varie forme, tondeggianti o frantumati. Questi ultimi vengono ricavati dalle cave, mentre i primi dai letti dei fiumi. Come è ovvio supporre il diametro massimo non deve mai superare la massima distanza tra due armature contigue, deve essere necessariamente minore dello spessore del copriferro e deve essere inferiore del diametro del tubo del sistema di pompaggio. Le dimensioni degli aggregati seguono una distribuzione granulometrica che è una distribuzione statistica delle dimensioni degli aggregati.

La zona di contatto tra aggregato e gel CSH viene denominata “zona di transizione” e assume vitale importanza dal momento che è quella in cui si possono concentrare pori e che ha minore resistenza meccanica.

Come già accennato, la reazione di idratazione è fortemente esotermica e questo comporta un gradiente termico all’interno del getto di calcestruzzo: il cuore sarà più caldo e meno umido rispetto alla superficie esterna del manufatto e questo fatto può portare a fessurazioni. Per contrastare questo effetto e diminuire il rischio di fessurazioni, posso ridurre la quantità di cemento presente e aumentare conseguentemente la quantità di aggregati. Solitamente si possono seguire due diverse “scuole di pensiero”: ottenere il massimo riempimento o la massima lavorabilità: il primo è l’approcio di Fuller che si basa su una distribuzione granulometrica regolata dalla seguente equazione: . Per aumentare la lavorabilità del manufatto è possibile aumentare la quantità di aggregati molto fini, affinché questi fungano da lubrificanti rispetto a quelli più grossi (oppure utilizzo additivi fluidificanti, sostanze organiche la cui molecola si compone di una parte idrofoba e una idrofila). L’aggregato frantumato, solitamente, richiede più acqua poiché, a parità di volume occupato, ha una maggiore superficie.

Si passa ora a discutere il fenomeno della fessurazione. Nella prima parte della vita della struttura in calcestruzzo si creano fessure da ritiro plastico e igrometrico. Le prime avvengono nei 2-3 giorni successivi alla gettata, durante il periodo di presa; il secondo fenomeno di ritiro, al contrario, può avvenire in qualsiasi momento della vita della struttura. Il ritiro plastico si può evitare non togliendo le casseformi troppo presto e lasciando ultimare del tutto le reazioni di idratazione. In generale, tutti i pori di dimensioni maggiori a 50 nm contengono acqua non legata e, se l’umidità relativa dell’ambiente scende sotto il 60%, si verifica un completo svuotamento dei pori stessi: se i pori sono sufficientemente piccoli questi vengono chiusi definitivamente per compressione. Il fenomeno descritto porta al ritiro igrometrico: evitare tale evento è assai complesso, si dovrebbe impedire che l’acqua presente nel calcestruzzo segua sentieri preferenziali per giungere all’esterno e disperdersi nell’atmosfera: diminuendo il rapporto a/c si giunge al fenomeno di segmentazione, per il quale si ha una quantità minore di acqua intrappolata all’interno del materiale. Contemporaneamente a questo fenomeno, è necessario garantire una completa idratazione del calcestruzzo per consentire alle lamelle di gel CSH di crescere e intrecciarsi a sufficienza da bloccare ogni short circuit utile per la fuoriuscita dell’acqua. Un’altra fonte importane di fessure sono le reazioni di corrosione delle armatura e, in genere, tutte quelle reazioni che danno prodotti espansivi. Le fessure possono anche nascere dal comportamento visco-elastico del calcestruzzo in quanto tale: nella zona di saldature di due conci adiacenti, ci può essere un disallineamento dovuto per esempio alla differenza di peso e quindi di allungamento: le tensioni instaurate (specie quelle di trazione) portano rapidamente alla formazione di fessure nella struttura.

FENOMENI DI TRASPORTO NEL CALCESTRUZZO

Il calcestruzzo è un materiale poroso e i meccanismi di degrado sono tutti legati al trasporto di ioni. I gas migrano sia in acqua che in sua assenza, sebbene in questo caso, il trasporto sia di quattro volte più rapido. L’acqua nel calcestruzzo è in equilibrio con l’atmosfera ed è fortemente alcalina con pH 13 e il suo valore non scende mai al di sotto di 12,6 poiché, a questo punto, tamponerebbe la portlandite (tutte le soluzioni nel calcestruzzo sono sature in portlandite). Con degrado acido si definisce quell’attacco portato da acqua acida che disgrega il calcestruzzo.

I meccanismi che comunemente comportano il trasporto all’interno del calcestruzzo sono quattro: diffusione, permeazione, trasporto elettroforetico e assorbimento capillare.

La diffusione è un trasporto di materia dovuto a un gradiente di concentrazione ed è governata dalle due equazioni di Fick:  in condizioni stazionarie e  per il caso tempo-variante. Si utilizza solitamente la seguente relazione per stimare il coefficiente di diffusione nel calcestruzzo: , supposto ovviamente costante C_s; il coefficiente D_ce corrisponde al coefficiente di diffusione dei cloruri effettivo e ingloba in sé molteplici variabili: tutti i fenomeni di trasporto, pori non totalmente pieni e non completa penetrazione dei cloruri. Questa relazione può essere utilizzata in modo diverso a seconda dei dati di partenza. Il coefficiente di diffusione in generale non è una costante del tempo, ma lo è dello spazio se il getto è omogeneo.

L’assorbimento capillare è un fenomeno fortemente legato alla bagnabilità tra due superfici, fenomeno regolato dalla legge di Washburn: , indicando con σ la tensione superficiale. Si ha assorbimento capillare solo in caso di bagnabilità dell’acqua sul calcestruzzo e, ovviamente, nel caso in cui la struttura non sia immersa in acqua (i pori sarebbero già pieni). L’assorbimento capillare si può evitare o ridurre inserendo un idrofobizzante all’atto della gettata del calcestruzzo (in quantità di 1% rispetto alla quantità di cemento usato, non oltre questa percentuale per evitare una mancata idratazione del calcestruzzo), continuando ad aggiungerne dopo il tempo di presa, quando ormai il getto è indurito. Per stimare l’assorbimento si utilizza solitamente una prova di immersione e si è verificato che, salvo approssimazioni, il fenomeno obbedisce alla seguente equazione: , indicando con S la costante di assorbimento  e con i il volume di liquido assorbito nel tempo t (non inferiore a quattro ore).

La permeazione è un fenomeno che occorre in presenza di forti gradienti di pressione, come nel caso di strutture immerse a grandi profondità o di recipienti in pressione; il fenomeno è regolato dalla legge di Darcy:  indicando un flusso netto di materia attraverso la superficie A a causa proprio del gradiente di pressione. Il coefficiente di permeazione dipende dalla pressione alla quale si effettua la prova: nel caso di gradienti di pressione di circa una decina di bar, il calcestruzzo ha un coefficiente di permeazione pari tra 5 x 10^-18 e 5 x 10^-16 m².

Il trasporto elettroforetico è un fenomeno che occorre in presenza di campi elettrici che investono la struttura: protezione catodica, reazioni di ossidazione delle armature, correnti disperse. Nel caso della protezione catodica, gli ioni più pericolosi (solfati e cloruri) vengono attirati verso l’anodo positivo a causa del campo elettrico indotto dalla protezione. È autoevidente che il fenomeno può avvenire solo in presenza di acqua, che diviene la soluzione elettrolitica attraverso la quale avviene la migrazione. In questo caso si stima la resistenza del calcestruzzo con questa relazione: .

È risaputo che questi fenomeno non sono mutuamente esclusivi, nel senso che possono (e anzi, avviene proprio così) avvenire contemporaneamente. È possibile correlare le diverse grandezze che sovrintendono le cinetiche dei vari fenomeni, stimando la durabilità di una struttura e la severità di un attacco in un certo ambiente.

Meccanismi di degrado: gelo-disgelo.

Questo fenomeno avviene prevalentemente nelle zone montagnose in cui c’è un continuo alternarsi di cicli termici che portano la temperatura al di sopra e al di sotto del punto di solidificazione dell’acqua. Nei micropori la temperatura di congelamento si abbassa a causa degli ioni disciolti. Quando la temperatura scende si congelano prima i micropori di dimensioni maggiori che inducono sforzi di compressione e/o di trazione su quelli più piccoli. Inoltre, gli ioni vengono smiscelati dall’acqua all’atto della solidificazione, creando un gradiente di concentrazione nel calcestruzzo tra zone adiacenti. Questo fenomeno si accompagna anche a un effetto osmotico: si può verificare la concentrazione di ioni tra due macropori adiacenti che, entrambi e contemporaneamente, richiamano acqua per osmosi, inducendo sforzi nella zona. Questo tipo di attacco dipende ovviamente dalla presenza di acqua nei pori, dalla struttura del calcestruzzo, dai cicli e dalla loro ampiezza, dalla velocità di congelamento, dall’umidità relativa dell’ambiente (almeno superiore all’80% per rendere significativo il fenomeno) e dalla presenza di sali (che sono, ahimè, anche igroscopici). Gli interventi da effettuare sul calcestruzzo sono i seguenti: abbassare il più possibile il rapporto a/c, utilizzare cementi di miscela e additivi aeranti, non utilizzare aggregati gelivi, coibentare la struttura ed effettuare un trattamento superficiale idrorepellente.

Fenomeni di degrado del calcestruzzo

Carbonatazione

Il fenomeno della carbonatazione si verifica in presenza di anidride carbonica: la sostanza neutralizza la componente alcalina del calcestruzzo abbassando il pH. I costituenti alcalini sono presenti sottoforma di idrossidi di sodio e potassio nelle soluzioni che riempiono i pori e sottoforma di portlandite, di silicati di calcio e di solfo-alluminati di calcio o di calcio e ferro nella matrice cementizia. La reazione di carbonatazione di per sé non sarebbe nociva per il calcestruzzo perché ne porterebbe al riempimento dei pori, incrementando la resistenza a corrosione; tuttavia l’abbassamento del pH risulta terribilmente nocivo per le armature. Le armature sono a contatto con acqua sostanzialmente pura (la carbonatazione ha fatto precipitare in forma di sali gli ioni sodio, potassio, acido carbonico e così via) con un pH prossimo alla neutralità, ben al di sotto di 11,5 che è il valore per garantire la passività delle strutture in acciaio. Inoltre, come effetto collaterale, c’è anche la dissociazione dei cloro-alluminati liberando ioni cloruro nelle soluzioni acquose garantendo le condizioni ottimali per un attacco tipo pitting sulle armature. È pratica di laboratorio verificare la penetrazione dell’anidride carbonica nel calcestruzzo usando come indicatore di pH la fenolftaleina che fa assumere una colorazione rosastra in caso di marcata alcalinità (pH>9).L’avanzamento della reazione di carbonatazione segue una legge analitica di tal fatta: . Come si vede la velocità di penetrazione nel tempo tende a rallentare e in calcestruzzi porosi n=2, mentre in calcestruzzi compatti il valore di n è più elevato. Il valore di K dipende da innumerevoli fattori: umidità relativa dell’ambiente, concentrazione di anidride carbonica, temperatura, alcalinità del calcestruzzo, rapporto a/c e tempo di stagionatura. L’umidità relativa influisce sulla costante per due motivi: il trasporto dell’anidride carbonica è rallentato nei pori pieni di soluzione ed è facilitato nei pori pieni d’aria; tuttavia la reazione di carbonatazione avviene solo in presenza di acqua, pertanto la situazione peggiore si verifica in una forcella di umidità relativa compresa tra il 50 e l’80%. Da quanto detto, il valore di K risulta variabile da zona a zona del calcestruzzo, da zone diverse di esposizione e al variare del tempo. Risulta evidente che all’aumentare della concentrazione di anidride carbonica, aumenta parimenti la velocità di penetrazione del fronte carbonatato nel calcestruzzo; allo stesso modo, la temperatura gioca a favore della velocità di reazione. La capacità di fissare CO₂ dipende fortemente dall’alcalinità del calcestruzzo: un cemento portland fisserà una quantità maggiore di anidride carbonica rispetto a un cemento di miscela con un pH più basso. Il rapporto a/c influisce sulla carbonatazione perché modifica la porosità del calcestruzzo: una porosità ridotta frena la penetrazione dell’anidride carbonica rallentando così l’apporto di un componente fondamentale della reazione. Infatti un calcestruzzo di miscela ottenuto con aggiunte di inerti (loppa d’altoforno) o di natura pozzolanica compensa la minor capacità di fissare l’anidride carbonica con una ridotta porosità che rallenta la penetrazione della stessa.

Una volta che il fronte carbonatato ha raggiunto le armature della struttura depassivandole, la corrosione può avvenire se e solo se sono presenti contemporaneamente acqua e ossigeno. Quest’ultimo, tranne in condizioni di completa saturazione, non ha difficoltà a raggiungere le armature, dando luogo al processo corrosivo. Tuttavia, la velocità di corrosione dipende fortemente dalla resistività del calcestruzzo (controllo ohmico): in questa visione risulta fondamentale la quantità d’acqua per determinare la resistenza del calcestruzzo e solo in seconda battuta le caratteristiche del calcestruzzo stesso. Per questo motivo si introduce il tempo di bagnato ω che corrisponde alla frazione di tempo in cui l’umidità relativa risulta superiore all’80%: sotto questo valore la velocità di corrosione risulta trascurabile. Inoltre la velocità di corrosione tende a diminuire con il trascorrere del tempo poiché i prodotti di corrosione, benché non in grado di passivare le armature, interferiscono con lo svolgimento della reazione. Infine, la presenza di piccoli tenori di cloruri rende ancora più gravi le condizioni di attacco.

Corrosione da cloruri.

La corrosione da cloruri si manifesta con la distruzione del film passivo ad opera degli ioni cloruri in forma localizzata. Le zone ormai depassivate fungono da anodo e così localizzano l’attacco: la morfologia tipica di attacco è quella del pitting. Il passaggio di corrente tra le aree anodiche e catodiche contribuisce ad aumentare la velocità di corrosione, grazie anche al trasporto elettroforetico di ioni cloruro alle zone limitrofe al pit. In questa condizione il pH del pit scende a valore pari a 3 o 4, autocatalizzando la reazione di pitting.

Le condizioni di insorgenza dell’attacco corrosivo dipendono dalle caratteristiche del calcestruzzo e dell’esposizione ambientale. Nelle strutture esposte all’atmosfera l’ingresso dell’ossigeno verso le armature non ha ostacoli eppertanto il potenziale delle armature risulta prossimo allo O V (vs SCE). In particolare l’innesco della corrosione ha luogo quando la quantità di cloruri porta al valore critico il rapporto [Cl^-]/[OH^-]. In pratica per cementi portland non carbonatati non si hanno problemi di corrosione per concentrazioni inferiori allo 0,4%; nel caso di calcestruzzi ottenuti con cementi di miscela il valore critico di concentrazione tende a salire. Tuttavia sono pericolosi solamente i cloruri disciolti nell’acqua dei pori e non quelli legati ai costituenti della pasta cementizia (tipo quelli legati all’alluminato tricalcico). Tra i cloruri disciolti e quelli assorbiti si crea un equilibrio che dipende dalla composizione del calcestruzzo.

Corrosione da macrocoppie

La corrosione da macrocoppie si verifica quando i processi anodici e quelli catodici si delocalizzano sulle armature in due zone distinte. La corrente circolante tra le armature passive e quelle attive depassiva le seconde snobilitandole progressivamente e instaurando una differenza di potenziale che accelera i processi di corrosione e aumenta la stabilità dello strato passivo sulle prime. Il caso più diffuso di macrocoppia è quello che si instaura tra armature esterne raggiunte da cloruri e/o da carbonatazione e quelle interne ancora passive. Si possono altresì instaurare macrocoppie anche in caso di locale decoesione delle armature dal calcestruzzo a causa di rivestimenti organici imperfetti o strati di malte non cementizie. Nel caso invece di strutture immerse in acque dolci o di mare, aree catodiche possono essere fornite da materiali nobili presenti nell’ambiente ma elettricamente connessi alle armature del calcestruzzo (leggasi reti di messa a terra in rame).

Nel caso di strutture esposte all’atmosfera, le zone depassivate sono quelle in corrispondenza di riduzioni di spessore del copriferro o di maggiore porosità del calcestruzzo o, ancora, ove il contenuto di cloruri è maggiore. Se le zone depassivate ormai attive sono investite da un flusso di acqua e ossigeno, il fenomeno corrosivo può svilupparsi e se le armature attaccate sono elettricamente connesse con armature passive, si forma una macrocoppia con una concentrazione delle zone anodiche sulle parti attive delle armature. L’elevata polarizzabilità e resistività del calcestruzzo limitano l’effetto della macrocoppia a un incremento della velocità di ossidazione pari a 10%.

Un caso, al contrario, di incremento sensibile della velocità di corrosione si ha sulle armature rivestite da resine epossidiche che presentino un numero congruo di difetti, in corrispondenza dei quali c’è attacco corrosivo (per esempio da cloruri). In queste zone si concentrano i processi anodici (zone molto limitate), avendo a disposizione una estensione decisamente più elevata per i processi catodici. Inoltre, nel caso di strutture ripristinate, la corrosione si concentra nelle zone adiacenti quella di ripristino, ove non sia stato rimosso del tutto lo spessore di calcestruzzo contaminato, per esempio, da cloruri. In questa situazione, zone inizialmente passive, si trovano in condizione di attività a causa della mancanza di protezione da parte della zona anodica inizialmente attaccata.

Nel caso di strutture immerse o interrate si combinano tre fattori, di cui uno solo positivo ai fini della durabilità: una resistività molto ridotta rispetto al caso di strutture aeree che contribuisce ad abbassare notevolmente la caduta ohmica nel calcestruzzo; inoltre, avendo a disposizione elettroliti di estensione infinita (il terreno o, peggio ancora, l’acqua di mare), la caduta ohmica diminuisce ulteriormente. Tuttavia, la difficoltà di portare ossigeno nelle zone interessate dai fenomeni corrosivi può comportare addirittura un disinnesco di questi fenomeni. Nelle strutture immerse in acqua di mare il controllo della cinetica di reazione dipende dalla quantità di ossigeno che si può ridurre sulle armature passive, tanto che il funzionamento della macrocoppia abbassa il potenziale delle armature e produce alcalinità che contribuisce al mantenimento delle condizioni di passività. Inoltre, si nota che il potenziale delle armature passive tende a diminuire nel tempo sino a portarsi a quello delle armature attive.

Nelle armature non perfettamente ricoperte da calcestruzzo si può instaurare una macrocoppia in presenza di difetti macroscopici del calcestruzzo: questa situazione si verifica in strutture off-shore o in terreni aggressivi. La parte a diretto contatto con acqua o terreno, subisce un attacco galvanico con le armature ricoperte dal calcestruzzo e un attacco diretto a causa dell’ambiente. Se il calcestruzzo si trova a contatto con strutture parzialmente rivestite e alcune superfici non risultano perfettamente passivate dal calcestruzzo né perfettamente schermate, piccole porzioni di queste superfici possono diventare attive e quindi instaurarsi macrocoppie tra queste zone e quelle passive della struttura. Se il rapporto tra le aree anodiche e catodiche è molto basso, l’attacco assume entità non trascurabile (specialmente in terreni umidi).

Finchè l’acciaio all’interno del calcestruzzo è passivo, l’azione galvanica tra armature e reti di terra non si esplica perché possono funzionare anodicamente le reti di terra (se in acciaio o in acciaio zincato), oppure se queste fossero di rame, si annullerebbe la differenza di potenziale tra armature e reti di rame perché quest’ultimo nel terreno aerato ha pressappoco lo stesso potenziale del ferro nel calcestruzzo. Inoltre, in situazioni anaerobiche, le armature assumerebbero il potenziale tipico della situazione di calcestruzzo aerato. Tuttavia, se le armature non fossero già passive, la presenza di reti di terra potrebbe divenire deleteria per la durabilità della struttura poiché queste ultime fornirebbero un’ampia e praticamente impolarizzata area catodica. Inoltre, essendo localizzate a distanza non trascurabile, è possibile che le due aree si trovino in condizioni ambientali molto diverse.

Postato da: Res_metallurgica alle 15:47 | link | commenti (9) |

Dopo aver finalmente riavuto l'ennesima nuova password da splinder, mi ritrovo a scrivere qualche riga per aggiornarvi della mia vita. In breve, oggi sono contento di aver comprato un libro: "storia della matematica". Pare un libro interessante che percorre tutta la storia della matematica, appunto: dalle prime rudimentali nozioni di numero degli uomini dell'età della pietra, sino alle porcherie che usiamo tutti i giorni, non ultimi i programmi di simulazione numerica. E' un bel mattone di 700 e rotte pagine che mi servirà a viaggiare in modo costruttivo in treno.
Ieri ho dato l'ennesimo appello di analisi B e, temo, l'esito sia sempre quello. In tutti i modi, quello che mi infastidisce (e dico infastidisce perchè sono un signore e non vorrei usare altri termini che, tuttavia, renderebbero meglio il mio stato d'animo) è come i docenti (che, fosse per me, farei rinchiudere nell'edificio nave prima di farla brillare con l'esplosivo) si pongono nei nostri confronti. E' ormai usanza consolidata fare delle esercitazioni in preparazione agli esami che, rispetto alle prove scritte, sono della banalità: ora, che senso ha fare delle cose molto semplici in classe per poi dare degli esercizi (formalmente dello stesso tipo) con complicazioni che esulano dalla normale malvagità umana? E che senso ha, gli venisse una dissenteria folgorante, ironizzare sugli studenti durante il compito "saranno le nuove generazioni, una volta queste cose le capivano tutti al volo..."  Effettivamente le parole di costui (che non chiamo uomo/persona per non offendere gli uomini e le persone che mi leggono) sono vere almeno a metà: è colpa delle nuove generazioni, ma di professori che passano le ore a dimostrare cose del tutto astruse e totalmente inutili ai fini degli esami. Inutile raccontare del mio disappunto all'atto della consegna.
Infine, in queste settimane ho finalmente provato la mia racchetta nuova (composito "sandwich" di lega di titanio e grafite) con buoni risultati, ricevendo tra l'altro i complimenti dello zio della mia ragazza (che fanno sempre piacere).
Voglio chiudere questo mio post con una citazione liberamente tratta dalla lezione di ieri di "storia ed epistemologia delle scienze elettromagnetiche":
la conoscenza va sotto il segno di derivata. Per chi è solito trattare di questi formalismi, una frase di estrema potenza.

Il vostro metallurgista preferito

P.S.: per le strutturiste che talvolta capitano sul mio blog, vi riporto una chicca detta da un mio collega (laureato in ingegneria dei materiali al terzo anno)
Il futuro è fare le armature delle strutture in calcestruzzo, di materiale polimerico. Io sono inorridito e ho provato a spiegargli perchè si fanno di acciaio. Mi ha risposto, con fare disarmante, dicendo che se fossero di "plastica" non si avrebbe corrosione delle armature. Non c'è stato verso di convincerlo, anche perchè era convinto che, grazie alla maggiore duttilità dei polimeri (in media), non si avrebbero avute rotture di schianto: immaginate la vostra casa bella deformata (senza considerare che il calcestruzzo non è propriamente duttile).  E costui è laureato e, tecnicamente, pronto ad esercitare la professione. Mala tempora currunt

Postato da: Res_metallurgica alle 15:23 | link | commenti (5) |

Notizia bomba cari lettori,
oggi ho cominciato un corso di Storia ed epistemologia delle scienze elettromagnetiche  gentilmente offerto del politecnico di Milano. La prima lezione è stata splendida, una bella introduzione ai problemi. Sul corso sono molto fiducioso, così come sul professore che lo tiene. La definizione migliore per il corso sarebbe quella di "one man show", un vero show nel quale il professore ci ha quasi vietato di prendere appunti. Ottima notizia, ed è solo la prima. Ahimè, però, il problema sarà che se non viene spostato (come spero) al mercoledì mattina, io non riuscirò più a seguirlo e francamente me ne dispiaccio. Per ora mi godo la prima lezione e ve ne renderei partecipi con una citazione: 

Postato da: Res_metallurgica alle 21:16 | link | commenti (5) |

Miei cari lettori,
so che è un pò che non avete mie notizie ed eravate in trepidante attesa. Il motivo è estremamente semplice, un esame mi ha tenuto lontano da voi. L'esame succitato, che si scrive fisica della materia e si legge meccanica quantistica, l'ho dato ieri pomeriggio: 30. E' stata una giornata pesante ieri e fino alle 14.30 (ora dell'esame) ho avuto modo di erodermi di tensione dal di dentro, con il rischio di arrivare all'esame in totale debito di energie nervose. Eppure così non è stato, avevo una piccola riserva e l'ho sfangata abilmente anche questa volta. Tirando un pò le somme, posso dire di aver passato 5 esami su 6 questa sessione e, soprattutto, ho passato quelli del trienno: non posso che ritenermi soddisfatto. Ora per qualche giorno il mio pensiero maggiore sarà quello di fare una partita a tennis (a proposito, ho comprato una racchetta: titanio e grafite in sandwich, quando ho visto di cosa era fatta non ho resistito), sistemare la bicicletta e farmi una scampagnata e ricominciare ad allenarmi. Dopodichè si ricomincia a studiare: incombe analisi, la tesi e la fine dello stage. Ma per il momento mi godo un paio di giorni di relax e riposo.

Un saluto particolare a tutti gli interisti d'Italia: non prendetevela, dovreste esserci abituati ormai, no?

Il vostro metallurgista preferito 

Postato da: Res_metallurgica alle 20:53 | link | commenti (5) |

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