La presenza dell’idrossido di calcio rende l’ambiente fortemente alcalino (pH 12,5-13,5) e in tali condizioni sulla superficie della barre d’acciaio si forma un film di ossido di ferro insolubile passivante, compatto ed aderente alla superficie del tondino, che protegge il ferro dalla corrosione.
La porosità del calcestruzzo e la presenza di eventuali fessure consentono all’aria di penetrare, più o meno lentamente, all’interno della matrice di calcestruzzo indurito.
L’anidride carbonica (CO2), presente nell’aria in percentuale dello 0,038% in volume, ha la capacita di combinarsi con l’idrossido di calcio Ca(OH)2 dando luogo a una reazione chimica che ha come prodotti carbonato di calcio (CaCO3) e acqua (H2O), secondo la formula
e come effetto quello di abbassare il pH della pasta cementizia. Tale fenomeno prende il nome di carbonatazione. Nei calcestruzzi densi e compatti la carbonatazione può fermarsi a pochi millimetri dalla superficie dell’elemento in calcestruzzo, ma in quelli porosi e fessurati può penetrare in profondità interessando l’intero copriferro se non addirittura spingersi oltre.
Una volta che la carbonatazione arriva a interessare la pasta di cemento che avvolge il tondino, lo stesso viene a trovarsi in un ambiente non più fortemente alcalino con la conseguente perdita del film passivante che lo proteggeva dalla corrosione.
La carbonatazione in sè non danneggia il calcestruzzo e nemmeno direttamente i ferri di armatura: essa crea soltanto le condizioni affinché possa innescarsi il processo di corrosione, spianando la strada ai veri responsabili, ossia l’ossigeno e l’umidità.
In assenza del film passivante, le molecole del ferro (Fe+) si combinano con l’ossigeno (O2) e l’acqua (H2O), dando come prodotto l’idrossido di ferro Fe(OH)3 (la ruggine):
La reazione appena descritta innesta all’interno della miscela cementizia un circuito elettrico (scambio di elettroni) costituito da un catodo e da un anodo, quest’ultimo costituito dalla porzione di armatura soggetta a corrosione, che si “consuma” con una velocita proporzionale all’intensità della corrente risultante.