Come resistono gli spessori all'acqua e all'umidità?

Scienza dei materiali: perché gli spessori non metallici eccellono negli ambienti umidi

Stabilità elettrochimica del polimero-composito nell'acqua salata

Gli spessori non metallici sono realizzati in compositi polimerici speciali che resistono molto bene ai problemi elettrochimici negli ambienti marini. I metalli tendono a reagire negativamente con l'acqua salata a causa delle reazioni galvaniche di cui tutti conosciamo l'esistenza, il che provoca ruggine e alla fine compromette l'intera struttura nel tempo. Queste alternative polimeriche hanno una composizione molecolare che semplicemente non permette al passaggio degli ioni cloruro, un problema rilevante per le barre di armatura nelle strutture in calcestruzzo. Inoltre, mantengono la loro forma anche dopo essere stati immersi sott'acqua per lunghissimi periodi. Test effettuati in ambienti controllati che simulano condizioni oceaniche reali dimostrano che questi spessori possono durare ben oltre mezzo secolo in applicazioni subacquee secondo la maggior parte dei produttori, anche se alcuni esperti continuano a chiedersi se le prestazioni nel mondo reale corrisponderanno esattamente ai risultati di laboratorio.

Perché gli spessori in metallo zincato si corrodono più rapidamente delle alternative non metalliche nelle zone ad alto contenuto di cloruri

Gli spessori metallici rivestiti in zinco tendono a deteriorarsi molto più rapidamente quando vengono posizionati in aree ricche di ioni cloruro, come nelle zone costiere o sui ponti dove si accumula il sale per la disgelo. Lo strato protettivo in zinco aiuta inizialmente a proteggere l'acciaio sottostante, ma si consuma velocemente quando esposto a spruzzi di acqua salata o a condizioni umide. Ricerche indicano che questi spessori si corrodono a un ritmo pari a circa tre volte la velocità rispetto a prodotti simili utilizzati nell'entroterra. Quando infine il rivestimento in zinco cede, l'acciaio nudo inizia a formare ruggine che si espande e provoca alla fine la fessurazione delle strutture circostanti in calcestruzzo. Le alternative non metalliche funzionano in modo completamente diverso poiché sono realizzate con polimeri speciali che naturalmente resistono all'assorbimento di acqua (assorbimento inferiore allo 0,8%). Questi materiali bloccano anche le reazioni elettrochimiche responsabili della corrosione. L'analisi di installazioni effettive in aree soggette alle maree mostra un andamento chiaro: la maggior parte degli spessori metallici necessita di sostituzione ogni 7-10 anni, mentre le versioni in plastica continuano a funzionare correttamente oltre venti anni di servizio.

Ingegneria a prova di acqua: Rivestimenti e Design degli Spaziatori Modificati a Nano

Rivestimenti idrofobi a base di silano-silossano: aumento dell'efficienza di interruzione capillare del 73%

Nuove tecniche di ingegneria delle superfici stanno permettendo agli spessori di prestare molto meglio quando esposti all'umidità. Gli ultimi rivestimenti idrofobi a base di silano e silossano creano barriere microscopiche a livello molecolare che respingono l'acqua invece di permetterle di aderire. Ciò significa che molta meno acqua viene assorbita nei materiali attraverso quei canali microscopici che chiamiamo capillari. Secondo test pubblicati nell'edizione dello scorso anno della Building Envelope Research Report, questi rivestimenti speciali aumentano la resistenza dei materiali alla penetrazione dell'acqua di circa tre quarti rispetto alle superfici normali non trattate. Cosa significa questo nella pratica per le costruzioni? Si accumula molto meno sale e sporco all'interno delle strutture in calcestruzzo, il che consente ai ponti di durare più a lungo, protegge i frangiflutti dall'erosione e mantiene l'integrità di tunnel e altre opere sotterranee dove l'umidità è sempre un problema.

Spessori in polipropilene nano-modificato: assorbimento d'acqua ridotto a <0,8% (rispetto al valore base dello 4,2%)

Recenti progressi nella scienza dei materiali hanno reso i materiali molto più resistenti all'umidità grazie a modifiche a livello nanometrico. Quando i produttori incorporano piccole particelle di silice nel polipropilene, creano superfici che respingono l'acqua in modo eccezionale. L'assorbimento di acqua scende a meno dello 0,8%, circa cinque volte meglio rispetto ai materiali precedenti che tipicamente assorbivano circa il 4,2%. La relazione ASTM 2024 conferma questi risultati. Questi materiali trattati specialmente rimangono stabili anche quando esposti a pressione idraulica per lunghi periodi. Rispondono inoltre a tutti i requisiti stabiliti dalla norma ASTM C1712 per prodotti destinati a funzionare sott'acqua o in ambienti umidi.

Questa strategia doppia — ingegnerizzazione della superficie e modifica del materiale in massa — offre distanziatori con prestazioni inalterate nelle zone intertidali, negli impianti di depurazione delle acque reflue e in altri ambienti ad alta umidità.

Convalida nel mondo reale: prestazioni a lungo termine dei distanziatori in applicazioni immerse e sotterranee

Ponte Hong Kong—Zhuhai—Macau: prestazioni in campo dopo 8 anni di distanziatori in calcestruzzo esposti al mare

Il Ponte Hong Kong-Zhuhai-Macau rappresenta una solida dimostrazione dell'elevata resistenza dei distanziatori non metallici in ambienti marini aggressivi. Dall'apertura nel 2018, questi distanziatori in composito polimerico posizionati sott'acqua sono stati sottoposti a un'esposizione costante all'acqua salata, ai movimenti regolari delle maree e a livelli di cloro ben superiori alla norma, pari a circa 35.000 parti per milione. I controlli effettuati a distanza di diversi anni non hanno rilevato alcun segno di problemi legati alla corrosione, e il copriferro in calcestruzzo da 50 mm si presenta intatto in tutte le strutture portanti dell'intero ponte. Questo risultato contrasta nettamente con quanto osservato nei test effettuati in laboratorio su alternative metalliche, che avevano mostrato precocemente fenomeni di pitting. Quanto osservato fornisce agli ingegneri una solida fiducia nell'utilizzo di questi materiali in altri progetti infrastrutturali costieri esposti a condizioni simili.

• 98% di mantenimento della resistenza a compressione dopo otto anni di esposizione
• <0,5 mm di variazione dimensionale nonostante cicli ripetuti di bagnamento e asciugatura
• Nessuna penetrazione misurabile di cloruri alle interfacce calcestruzzo-distanziatore

Stabilità dimensionale sotto pressione idrostatica: conforme alla norma ASTM C1712 per infrastrutture interrate

Per le infrastrutture interrate, i distanziatori devono resistere alla deformazione sotto carichi idrostatici prolungati. Test rigorosi secondo la norma ASTM C1712 confermano che i distanziatori non metallici mantengono tolleranze dimensionali critiche quando sottoposti a pressioni equivalenti a una colonna d'acqua di 15 metri. I risultati delle verifiche includono:

• espansione volumetrica ±0,2% dopo 500 ore di cicli sotto pressione
• conformità al 100% alle tolleranze di posizionamento delle armature in segmenti di tunnel immersi
• Assenza di percorsi preferenziali per l'acqua alle interfacce calcestruzzo-distanziatore

Questi risultati confermano prestazioni affidabili a lungo termine in impianti di trattamento delle acque reflue, oleodotti subacquei e altri ambienti pressurizzati, in cui la stabilità dimensionale previene direttamente compromissioni strutturali e garantisce l'integrità della vita utile progettata.

Domande frequenti

• Perché gli spessori non metallici sono preferiti rispetto a quelli metallici in ambienti umidi?

  Gli spessori non metallici, realizzati in compositi polimerici speciali, resistono meglio alle reazioni elettrochimiche e agli ioni cloruro rispetto ai metalli, prevenendo la corrosione e il degrado strutturale in condizioni di umidità.

• In che modo i rivestimenti idrofobici migliorano le prestazioni degli spessori?

  I rivestimenti idrofobici, come quelli a base di silani e silossani, respingono l'acqua a livello molecolare, riducendo l'assorbimento di acqua nei materiali e prolungandone l'integrità.

• Quali vantaggi offrono gli spessori in polipropilene modificato con nanoparticelle?

  Questi spessori presentano tassi di assorbimento dell'acqua notevolmente ridotti grazie alle particelle di silice incorporate, offrendo una maggiore resistenza all'umidità rispetto ai materiali tradizionali.

• Gli spessori non metallici sono stati convalidati per applicazioni nel mondo reale?

  Sì, studi e progetti reali, come il ponte Hong Kong–Zhuhai–Macao, dimostrano che gli spessori in materiale non metallico possono mantenere l'integrità strutturale e resistere alla corrosione in ambienti marini aggressivi.