Ogni edificio è costantemente esposto all’aggressione chimica dell’ambiente in cui si trova: smog, piogge acide, monossido di carbonio, idrocarburi producono sulle opere in calcestruzzo armato un’azione di deterioramento.

L’eventuale presenza sulle pareti di irregolarità o cavillature superficiali costituisce una via preferenziale per le infiltrazioni d'acqua piovana, pertanto il degrado si trasferisce sempre più all'interno della facciata, fino a raggiungere i ferri d'armatura provocando l’ossidazione degli stessi e l’espulsione del calcestruzzo superficiale di protezione.

L’ossidazione del ferro, ossia la ruggine, si sviluppa pertanto in presenza di ossigeno e acqua.

Il calcestruzzo costituisce un elemento protettivo per i ferri di armatura in quanto la calce in esso presente crea un ambiente alcalino; questo ambiente consente lo sviluppo di ossido ferrico impermeabile che difende le barre di armatura dall’attacco dell’ossigeno e dell’acqua che penetrano attraverso la porosità capillare del calcestruzzo; questo processo è noto come passivazione del ferro.

Uno degli agenti più deleteri per il calcestruzzo è rappresentato dall’anidride carbonica, questo gas si combina chimicamente con la calce presente nel calcestruzzo trasformandola in carbonato di calcio (calcare) e vapore acqueo. Il calcare ha valori propri di ph ben più bassi della calce (intorno a 9 contro 13-14 della calce).

Quando il ph scende sotto il valore 11 l’ambiente diventa ostile per i ferri di armatura che si depassivano, cioè diventano vulnerabili all’attacco dell’ossigeno e dell’acqua e quindi si arrugginiscono.

Quando 1 mm di acciaio arrugginisce, aumenta il suo volume di circa 7 volte. Nell’interfaccia calcestruzzo e ferri di armatura non c’è spazio perché la ruggine venga alloggiata, e siccome il processo di ossidazione è inarrestabile, questa comincia a spingere il copriferro verso l’esterno, inducendo stati tensionali di trazione a cui il calcestruzzo non è in grado di resistere e come conseguenza si fessura, portando il copriferro ad un sicuro distacco dall’elemento. Questo fenomeno, definito carbonatazione del calcestruzzo determinerà una notevole riduzione della durata e della sicurezza delle strutture stesse.

Il danno non è solo di natura estetica ma anche e soprattutto strutturale, in quanto l’area dei ferri d’armatura prevista dal progetto non è più rispettata a causa della ruggine che ha consumato l’acciaio. Col passare del tempo quindi a causa di questo fenomeno può essere necessario in un edificio effettuare interventi strutturali per ripristinare il calcestruzzo.

La carbonatazione è un processo chimico naturale in cui l'anidride carbonica (CO₂) presente nell'atmosfera penetra nei pori del calcestruzzo e reagisce con l'idrossido di calcio Ca(OH)2 (calce libera), trasformandolo in carbonato di calcio CaCO₃ e acqua.

Ca(OH)2+CO2  = CaCO3 +H2O

Nel calcestruzzo non armato (semplice):

L'effetto è generalmente neutro o addirittura positivo, perché la formazione di carbonato di calcio riduce la porosità e aumenta leggermente la durezza superficiale.

Nel calcestruzzo armato:

È un fenomeno di degrado critico. Il calcestruzzo sano ha un ambiente fortemente alcalino (pH ≈ 12,5 - 13) che crea un film passivante in grado di proteggere i ferri d'armatura dalla ruggine.

La carbonatazione fa scendere il pH sotto i valori di soglia (< 9 - 10):

Scompare lo strato protettivo (depassivazione).

In presenza di ossigeno e umidità, il ferro inizia a ossidarsi (ruggine).

La ruggine aumenta di volume (fino a 4–7 volte), generando tensioni interne che causano fessurazioni, rigonfiamenti e il distacco del copriferro (spalling).

Smog e inquinamento urbano accelerano il processo.

Il fenomeno è massimizzato quando l'umidità ambientale si attesta tra il 50% e l'80%. Se il calcestruzzo è perennemente saturo d'acqua o troppo secco, la carbonatazione rallenta drasticamente.

Qualità del calcestruzzo:

Un alto rapporto acqua/cemento, scarsa compattazione e un copriferro insufficiente favoriscono una rapida penetrazione del fronte di carbonatazione.