Name: why concrete can fail around rebar
Uploaded: 2024-11-07T14:48:46.000Z
Duration: 1 min 27 s
Channel: JoVE

All'interno di una massa di calcestruzzo, l'elevata alcalinità dell'idrossido di calcio con un pH di circa 13 protegge l'armatura in acciaio dalla corrosione creando uno strato protettivo di ossido di ferro, uno stato noto come passività.
A causa della variazione dei potenziali elettrochimici, sulla superficie dell'acciaio si formano regioni anodiche e catodiche.
Queste regioni sono colmate dalla soluzione salina nel cemento idrato, che funge da elettrolita.
Gli ioni ferrosi caricati positivamente dall'anodo si dissolvono nella soluzione salina.
Al contrario, gli elettroni caricati negativamente si spostano verso il catodo, vengono assorbiti dall'elettrolita e reagiscono con acqua e ossigeno per formare ioni ossidrilici.
L'idrossido ferrico si forma quando gli ioni ossidrile si legano agli ioni ferrosi. La successiva ossidazione dell'idrossido ferrico porta alla formazione di ruggine.
Inoltre, gli ioni cloruro nella pasta cementizia circostante formano acido cloridrico nei punti anodici, rompendo lo strato protettivo di acciaio e causando corrosione per vaiolatura.
Dopo che l'acciaio si arrugginisce, aumenta di volume ed esercita una pressione che può portare a fessurazioni e scheggiature del calcestruzzo.
L'uso di acciaio con rivestimento epossidico o zincato o la riduzione della permeabilità del calcestruzzo può ridurre la corrosione dell'acciaio.

corrosione del rinforzo

Corrosion of Reinforcement

La corrosione dell'armatura in acciaio nel calcestruzzo è un processo influenzato dalle proprietà intrinseche del materiale e da fattori esterni. L'elevato livello di pH di circa 13, fornito dall'idrossido di calcio presente nel calcestruzzo, inizialmente protegge l'armatura in acciaio favorendo la formazione di uno strato passivo di ossido di ferro sulla sua superficie.


 Tuttavia, nel tempo e in determinate condizioni come carbonatazione, ingresso di cloruro e screpolature, questo stato protettivo può essere compromesso. L'acciaio ha aree con diversi potenziali elettrochimici, note come regioni anodiche e catodiche. La pasta di cemento idratata, contenente sali, agisce come un elettrolita che collega queste regioni. Nelle regioni anodiche, il ferro dall'acciaio si dissolve in ioni caricati positivamente nell'elettrolita, mentre nelle regioni catodiche, gli elettroni vengono consumati in reazioni che coinvolgono acqua e ossigeno dal calcestruzzo circostante per produrre ioni idrossilici.


 Questi ioni idrossilici si combinano con il ferro disciolto per creare idrossido ferrico, che si ossida ulteriormente diventando ruggine. La presenza di ioni cloruro aggrava questo processo, portando a corrosione localizzata per vaiolatura, attraverso la formazione di acido cloridrico che attacca lo strato protettivo di ossido di ferro. Questa corrosione può espandere l'acciaio, causando la fessurazione e lo sgretolamento del calcestruzzo.


 Le misure preventive contro la corrosione dell'armatura in acciaio includono l'uso di rivestimenti protettivi come resina epossidica o zinco sull'acciaio stesso o il miglioramento della qualità del calcestruzzo per ridurne la permeabilità, impedendo così l'ingresso di agenti corrosivi.

Corrosione del rinforzo

All'interno di una massa di cemento, l'elevata alcalinità dell'idrossido di calcio con un pH di circa 13 protegge l'armatura in acciaio dalla corrosione ...

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Unità 1

Permeability of Concrete

Permeabilità del calcestruzzo

KEY TERMS AND CONCEPTS

TERMINI E CONCETTI CHIAVE

why concrete can fail around rebar

Steel reinforcement in concrete can corrode when its protective environment changes. Fresh concrete is highly alkaline because of calcium hydroxide, with a pH of about 13. That high pH helps form a passive iron oxide layer on the steel surface, which slows corrosion.

Over time, carbonation, chloride ingress, and cracking can weaken this protection. Concrete contains hydrated cement paste with salts, and it acts as an electrolyte. Different areas of the steel then behave as anodic and cathodic regions, which creates a small electrochemical cell.

At the anodic regions, iron dissolves into the electrolyte as positively charged ions. At the cathodic regions, electrons are used in reactions with water and oxygen in the surrounding concrete to form hydroxyl ions. These hydroxyl ions combine with the dissolved iron to make ferric hydroxide, which then oxidizes into rust.

Chloride ions make the problem worse. They can cause localized pitting corrosion by forming hydrochloric acid that attacks the protective iron oxide layer. As rust builds up, the steel expands and can crack the concrete, leading to spalling.

Corrosion can be reduced in a few ways. Protective coatings such as epoxy or zinc can be applied to the steel. Another option is to improve concrete quality so it is less permeable and slows the entry of corrosive agents.

Why Concrete Can Fail Around Rebar

permeability of concrete

Concrete Durability and Water Penetration

Concrete durability depends partly on how easily water and gases can move through it. This property, called permeability, is important for judging water-tightness and resistance to chemical attack in concrete structures. Permeability is measured with comparative lab tests. In a typical test, the sides of a concrete specimen are sealed, water pressure is applied to the top surface, and the amount of water that passes through is measured. The test is often run for about ten days until a steady...

sulfate attack on concrete

Concrete Damage from Sulfate Exposure

Concrete damage from sulfate exposure starts with a whitish discoloration, often first seen at the edges and corners. As the attack continues, the concrete can crack and spall. This deterioration happens when sulfates react with hardened concrete and create new compounds that take up more space than the materials they replace. Sulfates may enter concrete from soil, groundwater, or industrial effluents. Inside the concrete, they can form calcium sulfate and calcium sulfoaluminate. The reaction...

effect of sea water on concrete

Seawater Damage and Concrete Durability

Seawater can damage concrete by changing its chemistry, increasing porosity, and lowering strength. In marine settings, concrete is exposed to dissolved salts and repeated wetting, so its durability depends on how much water can enter the material. One major form of damage is the breakdown of ettringite and gypsum, two concrete minerals that can dissolve in seawater. As these materials are lost, the concrete becomes more porous. Salt can also crystallize inside pores, especially above the...

acid attack on concrete

Concrete Damage from Low pH Water

Concrete damage from low pH water happens when acids react with the hydrated cement paste. This reaction dissolves the paste, so the concrete becomes softer and weaker. The problem is often seen in chimneys, sewers, and industrial settings. The amount of damage depends on how acidic the water is. When pH falls below 6.5, the attack becomes more severe. A pH below 4.5 can cause major concrete damage. The rate of damage also depends on how fast hydrogen ions move through the cement gel. This...

alkali aggregate reaction in concrete

How Moisture Cracks Alkali-Reactive Concrete

Alkali-aggregate reaction in concrete can weaken a structure when siliceous minerals in the aggregate react with alkaline hydroxides from cement. The reaction makes an alkali-silica gel, which pulls in water and swells. As the gel expands inside the rigid cement paste, it creates pressure that can crack and disrupt the concrete. The damage comes from both osmotic hydraulic pressure and the swelling of the solid reaction products. Particle size also matters. Fine siliceous particles can cause...

corrosion of reinforcement

Steel reinforcement in concrete can corrode when its protective environment changes. Fresh concrete is highly alkaline because of calcium hydroxide, with a pH of about 13. That high pH helps form a passive iron oxide layer on the steel surface, which slows corrosion. Over time, carbonation, chloride ingress, and cracking can weaken this protection. Concrete contains hydrated cement paste with salts, and it acts as an electrolyte. Different areas of the steel then behave as anodic and cathodic...

key terms and concepts

Learn how concrete’s high pH protects steel rebar, why carbonation and chlorides trigger rust, and how coatings and dense concrete help prevent cracking.

Why Concrete Can Fail Around Rebar | JoVE K12

JoVE Core Civil Engineering provides a foundational exploration of essential construction materials in civil engineering, focusing on bricks, stones, steel, wood, and concrete through easy-to-understand animated videos. This collection covers the properties, manufacturing processes, and practical applications of these materials. Additionally, the accompanied science-in-action videos demonstrate the research experiments performed in laboratories.

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Why Concrete Can Fail Around Rebar

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