Biodegradazione delle strutture in calcestruzzo e i suoi effetti
La biodegradazione del calcestruzzo è causata da organismi che crescono in specifici ambienti favorevoli, caratterizzati da un’elevata umidità relativa (tra il 60% e il 98%), cicli di umidificazione ed essiccazione prolungati, presenza di anidride carbonica, ioni cloruro e solfati, e piccole quantità di acidi. Questi organismi influenzano le strutture sotterranee, i sistemi fognari, le costruzioni marine e i sistemi di trattamento delle acque reflue, comportando costi significativi per la manutenzione e le riparazioni.
Composizione del calcestruzzo
L’idratazione del cemento porta alla formazione di idrossido di calcio (Ca(OH)2) che, reagendo con l’anidride carbonica, forma carbonato di calcio (CaCO3). Questo processo, chiamato carbonatazione, contribuisce all’indurimento della pasta cementizia e all’aumento della resistenza alla compressione del calcestruzzo. Tuttavia, la formazione di carbonati può causare ritiri e fessurazioni nel materiale, riducendo l’alcalinità e inducendo la corrosione dell’armatura in acciaio.
Attività dei microrganismi
L’attività metabolica dei microrganismi provoca la produzione di acidi corrosivi, come l’acido solfidrico, che influenzano l’ambiente circostante. I batteri responsabili della biodegradazione del calcestruzzo includono Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus, Nitrosomonas, Nitrobacter, Nitrococcus, Escherichia e Pseudomonas, che sono coinvolti in reazioni di conversione come NH4+ → NO2-, NO2- → NO3-, e NO3- → NO2-.
In conclusione, la biodegradazione delle strutture in calcestruzzo è un fenomeno complesso che coinvolge una serie di processi chimici e microbiologici che influenzano la durabilità e la resistenza del materiale nel tempo. È importante comprendere questi processi per adottare misure preventive e di manutenzione mirate a preservare l’integrità delle costruzioni in calcestruzzo.
Processi di Riduzione Microbica
I microrganismi possono anche essere coinvolti nei processi di riduzione di differenti sostanze inorganiche. Ad esempio, batteri come Clostridium possono convertire il nitrato (NO3-) in ammonio (NH4+). Altri batteri, come i solfobatteri riducenti come Desulfovibrio, Desulfotomaculum e Desulfomona, possono ridurre lo solfato (SO4^2-) in solfuro di idrogeno (H2S). Ancora, specie come Crenothrix, Gallionella, Leptothrix, Sphaerotilus, Sulfobacillus e Acidithiobacillus ferrooxidans possono ridurre il ferro (Fe^3+) da ferro (Fe^2+), mentre batteri come Bacillus, Gallionella, Pseudomonas e Sphaerotilus sono capaci di convertire il manganese (Mn^2+) in manganese (Mn^4+).
Fermentazione e Produzione di Acidi Organici
In aggiunta ai processi di riduzione, esistono processi di fermentazione che portano alla formazione di acidi organici da parte di funghi e batteri. Questi acidi organici, come l’acido lattico, acetico e butirrico, possono contribuire all’aggressività corrosiva nei confronti di diversi materiali da costruzione, inclusi il calcestruzzo.
Sostanze Corrosive e Deterioramento del Calcestruzzo
La crescita e l’attività intensiva di microrganismi possono portare all’accumulo di sostanze biogene corrosive, le quali possono danneggiare il calcestruzzo e altri materiali da costruzione. Tra le sostanze corrosive prodotte dai microrganismi, si annoverano acidi organici come l’acido lattico, acetico e butirrico. Inoltre, batteri nitrificanti e batteri che ossidano lo zolfo possono portare alla formazione di acidi minerali come l’acido nitrico e solforico, che hanno la capacità di danneggiare il calcestruzzo. Queste sostanze reagiscono facilmente con i componenti del calcestruzzo, provocandone il deterioramento nel tempo.
