Materiali

Le armature nel calcestruzzo

Scritto da gruppo tellus
Giovedì 01 Ottobre 2009 11:02
Le armature nel calcestruzzo L'acciaio nel calcestruzzo è ben protetto dall'elevata alcalinità dell'ambiente cementizio che, in condizioni di calcestruzzo integro, presenta valori di pH compresi tra 12,6 e 13,8. D'altra parte, per valori di pH superiori a 11,5 è necessaria la presenza di cloruri affinché abbia inizio il fenomeno di corrosione. Tale quantità aumenta al crescere del pH. Il ferro assume, in un ambiente così alcalino, condizioni di passività dovute alla formazione di uno strato protettivo di ossido con riduzione della velocità di corrosione a valori trascurabili. L'ossidazione dei ferri di armatura è dovuta, oltre che alla penetrazione dei cloruri, al processo di carbonatazione: ambedue distruggono lo strato di ossido protettivo. La formazione di ossido di ferro con volume specifico tino a 6-8 volte maggiore rispetto al ferro metallico delle sbarre, provoca la fessurazione, la disgregazione e, in taluni casi, il distacco del copriferro detto spalling). La carbonatazione L'anidride carbonica presente nell'atmosfera, quando viene a contatto con il calcestruzzo, neutralizza, a partire dagli strati più esterni, i suoi componenti alcalini e, in particolare, la calce di idrolisi. Il pH della soluzione contenuta nei pori si riduce dai valori usuali intorno a 13 a valori inferiori a 9, ben sotto cioè di pH 11,5 valore necessario per assicurare, in assenza di cloruri, le condizioni di passività dell'armatura. Una volta che l'armatura è depassivata, e sono presenti sulla sua superficie acqua e ossigeno, si produce una corrosione di tipo generalizzato. La carbonatazione del calcestruzzo con conseguente depassivazione delle armature non provoca corrosione se l'acqua e l'ossigeno non sono presenti sulla superficie delle armature. In un calcestruzzo carbonatato, i ferri non si corrodono sia in atmosfera con umidità relativa minore del 50% (per mancanza di acqua) sia quando il manufatto è immerso in acqua (per scarso apporto di ossigeno alla superficie delle armature). Le condizioni di umidità ambientale più critiche per il prodursi della corrosione - una volta che la carbonatazione è avvenuta - sono quelle con umidità relativa compresa tra 60 e 98%, oppure quelle caratterizzate da condizioni di alternanza asciutto-bagnato (che permettono l'ingresso sia della COz sia dell'acqua). La velocità con cui il processo di carbonatazione avanza all'interno del calcestruzzo dipende da: la permeabilità del calcestruzzo (e quindi i fattori che la determinano quali il rapporto a/c, la compattazione e maturazione del getto), la sua riserva di alcalinità (e quindi il tipo e la quantità di cemento impiegato); l'umidità atmosferica e la presenza di bagnamenti intermittenti, come quelli provocati dalla pioggia. L'attacco da cloruri La presenza di cloruri può portare alla distruzione del film di passività che ricopre il ferro e all'innesco della corrosione. L'attacco dei cloruri si manifesta soprattutto nelle zone marine o sui viadotti montani per il massiccio uso di sali da disgelo. La presenza di cloruri può anche essere dovuta alla loro presenza nell'impasto, apportati dai materiali utilizzati. Dal punto di vista morfologico, l'attacco dei cloruri si presenta localizzato (pitting corrosion). Prevenzione e controllo dei fenomeni di degrado Le sollecitazioni statiche, dinamiche e cicliche, così come il ritiro igrometrico, lo scorrimento viscoso e le sollecitazioni termiche possono provocare fessurazione del copriferro. Le fessure aumentano molto la permeabilità del calcestruzzo, poiché costituiscono percorsi preferenziali e diretti per la penetrazione dei cloruri e dell'anidride carbonica atmosferica. In sede di progetto e di realizzazione delle strutture, la corrosione delle armature deve essere prevenuta per un periodo di 50-60 anni, in conformità a quanto imposto dalla norma europea EN 206 e dall'Eurocodice 2. In funzione delle condizioni di esposizione ambientale, in cui la struttura si troverà a operare, tali norme impongono vincoli sempre più stretti circa le modalità di confezione e di messa in opera del calcestruzzo. In presenza di ambienti molto aggressivi, il semplice rispetto di queste normative può non essere sufficiente per prevenire la corrosione in tempi brevi. Diviene così necessario ricorrere a misure di protezione per evitare che opere di particolare interesse non richiedano, dopo pochi anni dalla loro costruzione, interventi di ripristino molto onerosi. Per aumentare la resistenza alla corrosione delle armature delle strutture già esistenti, l'unica soluzione possibile è rivestire la superficie esterna del calcestruzzo. La protezione con rivestimenti superficiali Si può ridurre l'influenza delle sostanze aggressive limitandone la penetrazione attraverso i pori e i capillari del calcestruzzo per mezzo di rivestimenti protettivi. Questi rivestimenti, se applicati su costruzioni nuove, appena l'indurimento è completato, hanno la funzione di preservare l'ambiente alcalino iniziale caratteristico del calcestruzzo. Applicati su strutture già esistenti, invece, costituiscono una barriera che può considerarsi l'equivalente di uno spesso copriferro di calcestruzzo. Il rivestimento protettivo deve isolare il calcestruzzo dalle sostanze aggressive presenti nell'ambiente, principalmente acqua liquida, cloruri, anidride carbonica e ossigeno. Nei riguardi di queste sostanze la pellicola di protettivo deve essere il più possibile impervia. La pellicola dovrà, al contrario, risultare il più permeabile possibile al vapore d'acqua. In caso contrario, con il variare della temperatura, possono generarsi tensioni all'interfaccia pellicola-calcestruzzo, capaci di causarne il distacco. L'efficacia dei rivestimenti protettivi va verificata in presenza dell'irraggiamento solare, dei cicli di gelo-disgelo e di eventuale abrasione. Un ulteriore requisito dei protettivi è di mantenere integra la pellicola su fessure già esistenti nel conglomerato che, in genere, variano di apertura con le variazioni termiche e con il ritiro. Più gravoso è il requisito di mantenere l'integrità su fessure che appaiono dopo l'applicazione della pellicola sulla superficie del calcestruzzo. I parametri su cui si può influire, invece in fase di progettazione e co¬struzione, sono molteplici. La qualità del calcestruzzo Se le caratteristiche di composizione e di porosità del calcestruzzo sono corrette e lo strato di ricoprimento è integro e sufficientemente spesso, allora il ferro delle armature è protetto, in quanto i prodotti basici che si formano durante l'idratazione del cemento, principalmente costituiti da Ca(OH),, lo mantengono a un pH attorno a 12,6 in condizioni in cui il ferro è perfettamente passivo. Inibitori di corrosione Gli inibitori sono sostanze che sono aggiunte all'impasto di calcestruzzo per prevenire la corrosione dell'acciaio. Esistono inibitori anodici, che mantengono la superficie delle armature in condizioni di passività, inibitori catodici che riducono la velocità della reazione catodica di riduzione di ossigeno e inibitori misti che agiscono sia sul processo catodico sia su quello anodico. Gli inibitori di corrosione, in genere, sono utilizzati per prevenire la corrosione dovuta ai cloruri, piuttosto che per contrastare la carbonatazione. L'efficienza dell'inibitore dipende dalla sua concentrazione: esiste una concentrazione minima al di sotto della quale non è efficace. Il nitrito di calcio è l'inibitore più adoperato. Lo spessore del copriferro In dipendenza dalle condizioni ambientali lo spessore del copriferro deve essere il più elevato possibile per assicurare una durevole passivazione dell'acciaio nel calcestruzzo. Dovendo assolvere la funzione di proteggere nel tempo l'armatura dalla corrosione, il copriferro acquista primaria importanza per la durabilità del manufatto e deve essere oggetto di severe prescrizioni progettuali e continue verifiche in opera. La protezione delle barre Una tecnica che garantisce protezioni aggiuntive contro i fenomeni di degrado è quella dei rivestimenti delle armature. Le alternative sono: rivestimenti polimerici; rivestimenti zincati. Rivestimenti polimerici. La protezione mediante rivestimenti polimerici si basa sul principio di isolare l'armatura dagli agenti aggressivi che penetrano nel calcestruzzo. Il rivestimento deve: essere di facile ed economica applicazione; ricoprire l'armatura in modo uniforme e senza difetti e porosità, onde evitare attacchi locali nelle zone scoperte; ssere tenace e aderire bene; essere abbastanza flessibile da consentire una facile piegatura e posa in opera delle armature; essere stabile e in grado di sopportare le sollecitazioni trasmesse dal calcestruzzo; resistere agli agenti corrosivi per l'intera vita dell'opera. Le resine epossidiche sono in grado di soddisfare queste condizioni presentando, inoltre, valori delle tensioni di aderenza al calcestruzzo solo di poco inferiori (15-20%) a quelli delle barre di acciaio ordinario. Particolare attenzione deve essere posta nelle fasi di spedizione, trasporto, piegatura e assemblaggio delle gabbie, deposito in cantiere e getto del calcestruzzo, in quanto lo strato protettivo può danneggiarsi con facilità. Rivestimenti zincati. La zincatura delle armature si ottiene mediante immersione dell'acciaio in un bagno di zinco fuso a una temperatura di circa 450 °C. Lo spessore dei vari strati di leghe ferro-zinco dipendono dalla composizione dell'acciaio, dalla temperatura del bagno stesso, dal tempo di immersione e dalla velocità di estrazione dal bagno stesso (lo spessore del rivestimento risulta in genere compreso tra 60 e 120 µm). Lo zinco, anche corrodendosi, esplica la sua azione protettiva nei confronti dell'acciaio sottostante. Al contrario di quanto accade per le armature di acciaio non rivestito, i prodotti di corrosione dello zinco non provocano danneggiamenti meccanici al calcestruzzo circostante, non essendo tali prodotti espansivi. Inoltre, lo zinco esercita anche una protezione catodica sull'acciaio che è messo eventualmente a nudo. Solo a esaurimento del periodo di protezione, l'acciaio, non più protetto dal rivestimento dello zinco, inizierà a corrodersi con velocità simile a quella delle armature non zincate. La zincatura, molto più economica degli altri sistemi di prevenzione, presenta problemi nel primo periodo di vita. Solo se protetta in tale periodo la zincatura fornisce buoni risultati a tempi lunghi. L'idrossido di zinco che si forma interagisce con Ca(OH), liberato dall'idratazione del cemento, dando luogo a un idrossi-zincato di calcio con sviluppo di idrogeno. Questo prodotto, perfettamente stabile, protegge gli strati di zinco sottostante. Ma l'idrogeno che si sviluppa disturba l'adesione dell'armatura al calcestruzzo. Per evitare lo sviluppo di idrogeno, il tondino zincato deve essere passivato con una soluzione allo 0,2% di cromato di sodio o sale equivalente, in genere, applicato dallo zincatore. In alternativa, si può usare nella fase di impasto del calcestruzzo triossido di cromo aggiunto all'acqua di impasto in ragione di 0,1 ± 0,3 g per litro. Passivando lo zinco, si evita lo sviluppo di idrogeno. In tal modo, il coefficiente di aderenza dell'acciaio zincato al calcestruzzo è uguale a quello dell'acciaio normale. L'uso dell'acciaio zincato nelle armature non comporta variazione della normale pratica operativa. È raccomandata la piegatura del tondino dopo la zincatura. Si otterranno i seguenti vantaggi: minor costo nella zincatura; minor costo dei trasporti, dovuto a volumi minori e più facile manipolazione; nessun pericolo di deformazione della sagomatura. Le piegature devono essere eseguite, oltre che secondo le norme vigenti, in modo che il raggio interno sia maggiore di almeno 5 volte il diametro del tondino. L'eventuale scagliatura del rivestimento di zinco sulle piegature non desta preoccupazione. È opportuno ripristinare, nella zona di taglio e di saldatura o di grave danneggiamento, lo strato di zinco con vernici a base di polvere di zinco. Il controllo dello spessore di zinco è di fondamentale importanza per l'aderenza delle barre ad aderenza migliorata. Infatti, a causa di un drenaggio non accurato dello zinco fuso in fase di estrazione delle barre dal bagno, lo zinco potrebbe riempire la parte inferiore delle gole tra le nervature, modificandone la geometria. Acciaio inossidabile.Una misura più drastica è quella di sostituire l'armatura metallica tradizionale con acciaio inossidabile. Il livello di concentrazione di cloruri sopportabile da parte delle armature di acciaio inossidabile è più alto (da 10 a 20 volte) di quello in corrispondenza del quale l'armatura tradizionale inizia a corrodersi. Tuttavia, il suo uso per barre di rinforzo è molto limitato a causa del costo elevato. In genere, le armature sono realizzate con acciai inossidabili austenitici o duplex austeno-ferritici. Nel calcestruzzo non carbonatato e non inquinato da cloruri, le barre di acciaio inossidabile sono passivate come le normali barre di acciaio al carbonio. Pertanto, gli acciai inossidabili non danno alcun vantaggio. Il loro impiego è, in genere, associato ad ambienti contenenti cloruri. Per strutture soggette solo a carbonatazione, la prevenzione della corrosione può essere ottenuta in modo più economico, per esempio con la zincatura. In calcestruzzi contenenti cloruri anche gli acciai inossidabili possono subire corrosione, ma il contenuto di cloruri richiesto per l'innesco del processo è più elevato. Il contenuto critico di cloruri diminuisce se il calcestruzzo è carbonatato. Una completa sostituzione delle armature di acciaio al carbonio comporta un aumento fino a130% del costo iniziale della struttura. L'uso delle armature di acciaio inossidabile, allora, deve essere selettivo: il loro impiego è giustificato solo in alcuni punti. Le barre di rinforzo di acciaio inossidabile austenitico trovano impiego in varie strutture in calcestruzzo armato. Tra queste: restauri di monumenti; strutture con elevate caratteristiche antisismiche; strutture a elevato rischio di incendio. La protezione catodica.La protezione catodica delle armature è utilizzata da lungo tempo per proteggere strutture operanti in ambienti come il terreno o l'acqua di mare. Da qualche decennio è stata applicata anche a strutture esposte all'atmosfera. Questa tecnica porta le armature in condizioni di protezione caratterizzate da velocità di corrosione trascurabile. Questo effetto si ottiene con densità di corrente dell'ordine di 2-20 mA/ml. Queste condizioni devono essere, però, mantenute per tutta la vita di servizio della struttura. È richiesto, pertanto, un sistema anodico fisso immerso nel calcestruzzo e un sistema di monitoraggio per la costante verifica del permanere delle condizioni di protezione. Monitoraggio Rilevando al più presto i segni del degrado attraverso un costante monitoraggio dell'opera, si possono ottenere notevoli vantaggi. Il tipo di monitoraggio può essere stabilito caso per caso, in funzione delle condizioni di aggressività dell'ambiente. Il metodo consiste nell'inserire all'interno della struttura, al momento della sua costruzione o successivamente, appositi elettrodi vicino alla superficie delle armature. In tal modo è possibile misurare, in modo automatico, l'andamento del potenziale delle armature durante la vita dell'opera e rilevare l'eventuale innesco della corrosione. Il sistema può essere applicato con efficacia sia nelle nuove strutture durante la costruzione sia in quelle esistenti durante la ristrutturazione. Il rilevamento immediato di situazioni critiche permette rapidi interventi di manutenzione che riducono i costi di questi ultimi.
Ultimo aggiornamento Giovedì 01 Ottobre 2009 11:05

Calcestruzzi particolari

Scritto da gruppo tellus

Mercoledì 30 Settembre 2009 12:16

Calcestruzzi particolari

Calcestruzzo leggero

Il calcestruzzo leggero è un conglomerato cementizio la cui massa volumica - variabile tra 300 e 2000 kg/mc- è inferiore a quella di un calcestruzzo ordinario, in genere compresa tra 2300-2650 kg/mc. La ridotta massa volumica è ascrivibile alla presenza di un sistema di vuoti.

L'introduzione di un sistema di vuoti nel conglomerato cementizio si realizza in tre modi, ciascuno dei quali caratterizza il calcestruzzo con una diversa microstruttura:

sostituendo gli aggregati ordinari con aggregati naturali o artificiali caratterizzati da un'elevata porosità e, quindi, da una ridotta massa volumica; vengono definiti in tal caso calcestruzzi con aggregati leggeri;
inglobando nella malta bolle di aria oppure di gas di dimensioni di 1-2 mm; questi sono i calcestruzzi aerati;
utilizzando un aggregato ordinario in pezzatura grossa monogranulare, i cui granuli sono legati da uno strato sottile di pasta cementizia, in modo da creare un sistema di vuoti grossolani tra i granuli di aggregato; sono indicati come calcestruzzi alveolari.

Calcestruzzo con aggregati leggeri

Il calcestruzzo con aggregati leggeri è, tra i conglomerati alleggeriti, il più interessante poiché consente di coniugare il requisito di leggerezza con le esigenze di resistenze meccaniche, per la realizzazione di strutture armate.

Per il maggior costo di produzione degli aggregati leggeri rispetto a quelli ordinari, il costo per metro cubo di calcestruzzo leggero è superiore a quello di un calcestruzzo comune. Tuttavia, l'impiego del calcestruzzo leggero può essere più economico giacché, per la sua leggerezza, diminuiscono i carichi permanenti della struttura ed è possibile ridurre le dimensioni degli elementi strutturali. Il peso minore dell'ossatura portante permette, inoltre, di costruire anche su terreni di scarsa portanza, senza dover ricorrere a tipologie di fondazione complesse e costose. L'utilizzo di questi calcestruzzi è molto vasto. Variando la composizione della miscela (mix design) è possibile ottenere calcestruzzi strutturali e non.

Gli aggregati leggeri impiegati per la produzione dei calcestruzzi si contraddistinguono per la struttura cellulare molto porosa, con una massa volumica in mucchio minore di 1100 kg/mc. Dal punto di vista delle applicazioni nel campo strutturale, e non, gli aggregati leggeri di maggior importanza sono senz'altro le argille espanse.

Calcestruzzo con argilla espansa

In aggiunta alle doti di leggerezza, questo tipo di calcestruzzo, per la natura vetrificata dei granuli di argilla espansa - alveolare all'interno ma chiusa verso l'esterno - assicura anche isolamento termico.

Con questi aggregati il contenuto di cemento deve essere del 20-30% superiore rispetto ai contenuti di cemento richiesti dai calcestruzzi con aggregati normali. Tuttavia, esiste una soglia di resistenza oltre la quale un aumento del dosaggio di cemento non porta benefici apprezzabili. Usando materiali e metodi di preparazione opportunamente scelti, si ottengono resistenze fino a 40 MPa. Resistenze più elevate, fino a 70 MPa, possono essere ottenute con aggregati aventi un grado di espansione inferiore e utilizzando per la parte più fine del fuso granulometrico una sabbia tradizionale.

La lavorabilità di un calcestruzzo con argilla espansa è, in genere, inferiore a quella dei calcestruzzi con aggregati normali. La lavorabilità può essere migliorata mediante l'impiego dell'aggregato fine con massa volumica "normale". In tal modo però la densità del calcestruzzo è più elevata. All'uopo si può operare anche con l'aggiunta di additivi superfluidificanti. D'altra parte, calcestruzzi leggeri molto fluidi possono presentare fenomeni di segregazione a causa del galleggiamento degli aggregati. Calcestruzzi leggeri fluidi e non segregabili sono ottenuti impiegando additivi superfluidificanti ad hoc. Il calcestruzzo con argilla espansa non richiede attrezzature particolari per essere messo in opera ed essere anche pompato.
Infine, è da notare che i calcestruzzi con argilla espansa presentano una maggiore resistenza al fuoco.

Calcestruzzo cellulare

I metodi di preparazione del calcestruzzo cellulare, meglio definibile come microcalcestruzzo, con introduzione di gas nella malta di cemento, sono di due tipi. Il primo consiste nella formazione di bollicine di idrogeno prodotto dalla reazione tra alluminio, o zinco, in polvere, aggiunto all'impasto, e idrossido di calcio proveniente dall'idratazione dei silicati. L'aggiunta della polvere di metallo è pari a circa 0,2% rispetto al peso di cemento. L'idrogeno diffonde verso l'esterno e i vuoti del calcestruzzo indurito si riempiono progressivamente di aria.

Un secondo metodo si basa sulla produzione di bolle mediante l'aggiunta di sostanze schiumogene durante la miscelazione della malta con acqua. La resistenza meccanica e la conducibilità termica, come per gli altri manufatti cementizi leggeri diminuiscono con il diminuire del peso specifico del materiale cellulare. Il ritiro è maggiore di quello del calcestruzzo ordinario. Se il calcestruzzo cellulare è stagionato a vapore ad alta pressione migliorano le resistenze meccaniche e diminuisce il ritiro.

Questi calcestruzzi trovano impiego non solo per la leggerezza e la bassa conducibilità termica, ma anche per la resistenza al fuoco e al gelo.

Calcestruzzo monogranulare (alveolare)

Il calcestruzzo monogranulare è preparato mescolando cemento, acqua e aggregati monogranulari aventi una dimensione variabile tra 1 e 2 cm. In queste condizioni ciascuna particella di aggregato è circondata da pasta di cemento di spessore più o meno uniforme intorno al millimetro. Ne risulta un calcestruzzo poroso e leggero.

La massa volumica del calcestruzzo può essere ulteriormente ridotta utilizzando aggregati leggeri monogranulari. Tra le altre caratteristiche del calcestruzzo monogranulare sono da segnalare l'elevata resistenza al gelo, dovuta alla forte riduzione di pori capillari, le buone caratteristiche di isolante termico e acustico. Inoltre, il ritiro è minore di quello del calcestruzzo ordinario, per la presenza di una piccola quantità di pasta cementizia.
Naturalmente, la resistenza meccanica di questi calcestruzzi diminuisce con il diminuire della sua massa volumica.

Calcestruzzo leggero isolante

Questo conglomerato, avente una massa volumica compresa fra 200 kg/mc e 1000 kg/mc e una resistenza a compressione che varia da 0,3 a 4 MPa, è prodotto miscelando malta cementizia con aggregati costituiti da granuli di polistirolo espanso o di vermiculite.

Questi microcalcestruzzi sono utilizzati quando è richiesto un elevato isolamento termico, con valori di termo-coibenza vicini a quelli degli isolanti "classici", in unione con una resistenza meccanica più elevata. Essi consentono anche il riempimento alleggerito d'interstizi. Oltre all'elevato potere di termo-coibenza, presentano in genere:

trascurabile assorbimento di acqua;
buona resistenza al fuoco;
stabilità dimensionale.

Calcestruzzo pesante

Il calcestruzzo pesante - con massa volumica di 3000 = 4000 kg/mc- è ottenuto impiegando aggregati con elevata massa volumica. Esso è destinato alle strutture che devono proteggere l'ambiente da radiazioni nocive. In tal caso, l'impiego di un calcestruzzo ordinario richiederebbe strutture con sezioni troppo elevate.

L'aggregato pesante più impiegato è la barite, BaSO4, che presenta una massa volumica di circa 4,1 g/cmc. Nella confezione e nelle operazioni di getto occorre massima precauzione affinché non si verifichi segregazione degli aggregati.

Calcestruzzo pompabile

Un calcestruzzo è "pompabile" quando può essere messo in opera mediante l'impiego di un'idonea pompa. I vantaggi operativi sono:

aumentata velocità nelle operazioni di getto;
possibilità di raggiungere posizioni difficili o inaccessibili con altri mezzi.

La miscela per un calcestruzzo pompabile deve essere proporzionata in modo da conferire al calcestruzzo due caratteristiche fondamentali: omogeneità - così da scorrere senza sforzo in tutta la tubazione senza separarsi - e deformabilità - affinché possa essere aspirato e compresso dalla pompa e passare con facilità attraverso sezioni a gomito, restringimenti e giunti delle tubazioni.

Affinché il calcestruzzo sia allo stesso tempo omogeneo e deformabile, deve essere progettato in termini di composizione, tenendo conto della:

giusta quantità di malta costituita con sabbia passante a 0,25 mm o fly ash o silica fume;
morfologia degli aggregati;
lavorabilità del calcestruzzo.

La corretta quantità di malta nel calcestruzzo da pompare è importante. Infatti, il suo contenuto, in volume, deve essere tale da avvolgere gli aggregati medi e grossi e nello stesso tempo garantire un giusto grado di coesione. Si tengono così legati gli aggregati durante il pompaggio e la contemporanea formazione di un film lubrificante sulle pareti delle tubazioni. Il volume ottimale di malta dipende dalla forma e assortimento degli aggregati medi e grossi.

La forma ideale dell'aggregato è quella tonneggiante. E' comunque possibile pompare anche materiale di frantumazione, a patto che sia prevalentemente poliedrico. È necessaria, in tal caso, una maggiore quantità di malta cementizia per riempire i vuoti tra i diversi granuli, avendo gli aggregati poliedrici una superficie più elevata rispetto a quella degli aggregati tonneggianti. È da escludere elevate quantità di granuli a forma piatta o aghiforme.

La curva di riferimento ottimale per il calcestruzzo da pompare è una curva piuttosto appiattita nella zona intermedia, tra 2 e 8 mm (in casi particolari perfino con andamento orizzontale), in modo tale che l'aumentata quantità di materiali fini sia compensata dalla riduzione delle frazioni intermedie. Queste frazioni, d'altra parte, sono poco influenti sullo sviluppo delle resistenze meccaniche.

Il calcestruzzo pompato ideale non deve essere troppo fluido. I migliori risultati si ottengono con calcestruzzi con slump compresi tra 12 e 18 cm e un fattore di compattazione tra 1,05 e 1,03. Quanto sopra illustrato corrisponde al vero nel caso di produzione di calcestruzzi normali, senza aggiunta di additivi riduttori di acqua. Tuttavia, oggigiorno, componente sempre presente nella produzione del calcestruzzo pompato è l'additivo, in particolare superfluidificanti e/o coesivizzanti (definiti anche coadiuvanti di pompaggio). La nuova generazione di superfluidificanti, i policarbossilati modificati, consente di produrre una malta legante molto fluida e nello stesso tempo coesiva, tale da consentire un'efficace pompabilità di calcestruzzi superfluidi o autocompattanti, senza fenomeni di segregazione.

Calcestruzzo autocompattante

Il calcestruzzo autocompattante (Self Compacting Concrete SCC) è definito dalla Norma UNI "calcestruzzo omogeneo che è messo in opera e compattato senza intervento di mezzi esterni (vibrazione) ma per effetto della sola forza gravitazionale. Il calcestruzzo autocompattante, oltre a soddisfare i requisiti di classe di resistenza e di esposizione definiti nella UNI EN 206-1, ha la specifica proprietà, allo stato fresco, di un'elevata fluidità con assenza di segregazione".

Il calcestruzzo autocompattante è messo in opera (sia per mezzo di una pompa che direttamente dalla "canala" dell'autobetoniera) senza l'ausilio di personale che lo distribuisca nel cassero e lo costipi con vibratori, qualsiasi sia la forma del cassero e la densità dei ferri di armatura.

Il calcestruzzo SCC fresco deve avere due requisiti fondamentali: poter scorrere e fluire facilmente e, allo stesso tempo, essere resistente alla segregazione, cioè essere coesivo. Ciò si può ottenere operando sul mix design. Il calcestruzzo autocompattante si può considerare costituito da due fasi di cui una - la malta - costituisce il fluido trasportatore, l'altra, invece, costituita dagli aggregati, rappresenta la fase "trasportata". La possibilità di confezionare un calcestruzzo autocompattante è associata all'aumento del volume di materiale finissimo, che costituisce il fluido trasportatore, a scapito di un minor volume di aggregato grosso, che è il trasportato.

Il materiale finissimo deve avere particelle di diametro massimo pari a 150 µm. Alcuni, come le ceneri volanti, le loppe di altoforno, la silica fume contribuiscono, insieme al cemento, alla resistenza meccanica del calcestruzzo. Altri, come la polvere di calcare, servono solo per aumentare il contenuto di parti fini.

Con riferimento alla formulazione, i calcestruzzi autocompattanti devono avere:

dosaggio di cemento elevato (400-500 kg/m3);
minore volume di aggregato grosso (280-350litri per m3), per ridurre la quantità di materiale trasportato;
dimensione max dell'aggregato al di sotto di 20-25 mm (aggregati più grossi si muovono con difficoltà);
aggiunta di prodotti finissimi (500-600 kg/m3);
rapporto acqua/cemento compreso tra 0,30 e 0,35;
impiego di additivi modificatori di viscosità;
aggiunta di additivi iperfluidificanti.

Una serie di prove, che fanno riferimento ad apposite norme UNI richiamate dalla norma generale UNI 11040, qualificano il SCC. Esse determinano l'attitudine del calcestruzzo autocompattante a scorrere entro spazi confinati e verificano l'eventuale tendenza del calcestruzzo a "bloccarsi". In particolare le prove di:

Slump-Flow Test (svuotamento al cono) determinano la consistenza del SCC mediante la misura dello spandimento e del tempo impiegato per raggiungere i 500 mm di diametro;
V-Funnel Test dà un indice della variazione di viscosità del calcestruzzo attraverso la misura del tempo di efflusso da un imbuto standard a tempo zero e dopo 5 minuti;
J-ring valuta la capacità del calcestruzzo ad attraversare ostacoli, in presenza di barre di armatura molto fitte, rapportando le altezze raggiunte dal calcestruzzo a monte e a valle di un anello;
scatola a L e scatola ad U valutano la capacità della miscela di calcestruzzo a scorrere senza bloccarsi. Il controllo del calcestruzzo indurito, invece, non si differenzia da quello di un calcestruzzo tradizionale (resistenza a compressione, misura del ritiro ecc.).

Il calcestruzzo autocompattante è consigliabile per:

azzerare i costi di messa in opera del calcestruzzo, evitando qualsiasi intervento di compattazione e vibrazione;
migliorare le condizioni di lavoro e il rendimento degli operatori in fase di getto;
ridurre i tempi di esecuzione delle opere;
eseguire getti che presentino difficoltà di posa in opera per fittezza dell'armatura metallica, presenza di inserti o complessa articolazione dei casseri, evitando nello stesso tempo ogni rischio di formazione di vespai; le prestazioni ottenibili in termini di faccia a vista, compattezza ed omogeneità della matrice sono superiori a quelle fornite dai calcestruzzi tradizionali.

Nella messa in opera del SCC si raccomanda di:

non superare di 5 m l'altezza di caduta;
pompare il calcestruzzo dal basso;
non oltrepassare di 15 m la massima distanza di scorrimento;
curare e stagionare in condizioni identiche a quelle di un calcestruzzo tradizionale;
utilizzare, per il calcolo delle casseforme, a scopo cautelativo, la spinta idrostatica; ciò in quanto la spinta aumenta con l'aumentare dell'innalzamento dei getti.

Il SCC, per le sue caratteristiche qualitative e per i vantaggi tecnici ed economici che ne derivano, è destinato a trovare crescenti aree di impiego in sostituzione dei calcestruzzi tradizionali.

Calcestruzzo ad alte prestazioni

Il calcestruzzo ad alte prestazioni, noto in inglese come HPC (High Performance Concrete) è caratterizzato da una resistenza meccanica a compressione superiore a 80 MPa grazie a:

un ridotto rapporto a/c (0,25-0,35) per l'impiego di additivi superriduttori di acqua (iperfluidificanti);
un impiego di aggiunte minerali ad alta attività pozzolanica ed elevata area superficiale specifica come la silica fume, la loppa di altoforno microfine, zeoliti ecc.;
aggregati di frantumazione con un'elevata resistenza meccanica intrinseca della roccia e ottima adesione, all'interfaccia, tra elemento lapideo e matrice cementizia.

Un elenco non esaustivo delle principali applicazioni per questi calcestruzzi comprende i settori delle costruzioni:

di strutture che richiedono prestazioni di alto livello non solo in termini di resistenza meccanica, ma anche di durabilità;
di contenitori di alta affidabilità per lo stoccaggio di fluidi o solidi pericolosi per tossicità, infiammabilità ecc.

Calcestruzzo a vista

La tendenza attuale è di ridurre il più possibile il numero delle lavorazioni da eseguire in cantiere. Per questo motivo, in molti casi, la superficie dei getti di calcestruzzo, dopo la scasseratura, non è rivestita, ma resta visibile durante l'uso della struttura: calcestruzzo a vista. È evidente l'importanza, in questi casi, di ottenere superfici gradevoli, omogenee e prive di difetti.

Nel calcestruzzo a vista riveste importanza la qualità degli aggregati. La "pelle", ossia la superficie esterna del conglomerato cementizio, ha composizione diversa rispetto alla parte interna, in quanto è costituita, in maggior parte, da pasta cementizia e sabbia e in essa l'aggregato grosso non appare. La frazione grossolana dell'aggregato è ininfluente rispetto al colore della pelle, a meno che l'aggregato non presenti elementi piatti e la sabbia sia carente in finissimo. In tal caso, gli elementi grossi prossimi alla superficie formano macchie scure che riproducono la forma dell'aggregato (effetto trasparenza). Pure il colore dell'aggregato grosso è poco influente, a meno che successive lavorazioni non asportino la pelle del calcestruzzo.

Il calcestruzzo a vista può presentare superfici "tal quali", che non subiscono ulteriori lavorazioni dopo la rimozione dei casseri, la cui tessitura superficiale, liscia o sagomata, è impressa dai casseri stessi, oppure superfici lavorate (meccanicamente o lavate) su cui la frazione grossa dell'aggregato è messo in vista.

L'aspetto cromatico delle superfici "tal quali" risulta dai colori del cemento e dell'aggregato fine. Una sabbia molto chiara, in combinazione con un cemento bianco, è indicata quando si desidera ottenere una superficie bianca, mentre una sabbia colorata permette di ottenere effetti cromatici con tonalità particolari. Viceversa, il colore e la qualità dell'aggregato grosso sono importanti nella realizzazione di superfici a vista lavorate

Nel calcestruzzo a vista è importante che la sabbia abbia caratteristiche granulometriche costanti. Inoltre, è fondamentale l'utilizzo di idonee casseforti, avendo cura di effettuare su di esse un'accurata pulizia dopo ogni getto. In alternativa, si utilizzano casseforti a perdere. La scelta del tipo di disarmante deve essere effettuata anche in funzione della tipologia della cassaforma.

E di primaria importanza effettuare il getto della struttura in un'unica operazione, per evitare di creare riprese di getto antiestetiche.

Anche la scelta del tipo di cemento è importante. Il cemento al calcare risulta quasi sempre indicato allo scopo. Cementi assolutamente non indicati sono i cementi contenenti loppa di altoforno, in quanto causano bleeding e antiestetiche macchie bluastre, che scompaiono solo dopo lungo tempo.

Esiste una consistenza ottimale per ogni tipo di cassero e modalità di vibrazione. Una bassa lavorabilità genera formazione di vespai ed espulsione incompleta di aria. D'altra parte, un'elevata lavorabilità provoca tendenza alla segregazione, bleeding e striature di sabbia.

I trattamenti adottati per la lavorazione della superficie, con l'asportazione della pelle, possono essere ricondotti sia al lavaggio del calcestruzzo non ancora indurito in superficie - spennellando sulla superficie dei casseri un additivo ritardante - sia ricorrendo alla lavorazione meccanica (bocciardatura, spuntatura, sabbiatura). Gli effetti dei due trattamenti sono differenti: mentre il sistema ritardante + lavaggio fa apparire gli aggregati più grossi come incastonati sulla superficie, l'altro mette in luce la tessi¬tura interna del calcestruzzo.

Calcestruzzo fibrorinforzato

Una tecnologia che mira a prevenire le fessurazioni, o meglio, la propagazione delle fessure nel calcestruzzo, e nelle malte, utilizza una dispersione omogenea e casuale di fibre all'interno del calcestruzzo.

Fibre sintetiche (polimeriche)

Esistono due principali categorie di fibre sintetiche, micro e macro fibre, dimensionalmente distinte e caratterizzate da differenti proprietà e destinazione d'uso.

Le micro fibre sono state introdotte, in commercio da lungo tempo, per diminuire le fessurazioni da ritiro plastico nei conglomerati. Sono usate sia per le pavimentazioni sia per gli intonaci. Le micro fibre non hanno alcun effetto sulle fessurazioni da ritiro in essiccazione o sulla tenacità del conglomerato indurito. Esse sono utilizzate in quantità non superiori allo 0,1% (in volume rispetto a quello del calcestruzzo). I dosaggi sono bassi a causa della notevole influenza che queste fibre hanno sulla lavorabilità degli impasti, per la loro alta area superficiale (> 150 m2 /kg).

Le macro fibre sono utilizzate a dosaggi più elevati, anche fino all' 1% in volume, per ottenere significativi vantaggi anche nella resistenza all'urto e nella resistenza a fatica' del calcestruzzo. Le proprietà delle macro fibre rendono questi materiali adatti alla sostituzione parziale, o totale, delle reti elettrosaldate nelle pavimentazioni in calcestruzzo.

Fibre di acciaio

Le fibre di acciaio, realizzate in diverse tipologie, consentono di aumentare in modo sensibile sia la resistenza alla flessione sia quella agli urti. Inoltre, contrastano il ritiro sia plastico sia in essiccazione e le conseguenti fessurazioni.

A parità di composizione e di dosaggio, l'efficacia delle fibre migliora se aumenta il rapporto di aspetto (lunghezza/diametro) e se la forma assume un contorno irregolare che favorisca l'adesione alla matrice cementizia. L'utilizzo di calcestruzzo fibrorinforzato con fibre di acciaio trova applicazione nelle pavimentazioni industriali, nei piazzali di sosta e movimentazione merci, nelle strutture antisismiche e nella realizzazione di massetti nella ristrutturazione edilizia.

L'omogenea distribuzione delle fibre nel calcestruzzo è il primo degli aspetti che deve essere considerato. Le fibre di acciaio fornite sfuse tendono ad aggrovigliarsi tra loro e a opporsi a una dispersione omogenea nella massa del calcestruzzo. Si formano grumi che la sola betoniera non riesce a rompere, con conseguenze sia per le prestazioni del calcestruzzo sia per la posa in opera. Per questo motivo, molte volte, le fibre sono fornite incollate in pacchetti.

Questi si sciolgono durante la miscelazione del calcestruzzo in modo omogeneo senza creare problemi per la loro distribuzione.

Fibre di vetro

L'impiego delle fibre di vetro è molto limitato, in quanto esiste incompatibilità tra tali fibre e gli alcali contenuti nel cemento (reazione alcalisilice).

Calcestruzzo impermeabile

Questo calcestruzzo consente di realizzare strutture impermeabili mediante l'uso di additivi superfluidificanti e di agenti impermeabilizzanti. Va tuttavia sottolineato che a tale risultato finale concorrono la congruità delle armature, la corretta collocazione ed esecuzione dei giunti, un'attenta messa in opera e un'accurata stagionatura. Questi calcestruzzi sono indispensabili in tutte le opere nelle quali è necessaria la massima impermeabilità: vasche a tenuta, piscine, getti in presenza di acque sorgive, scantinati e cantine sotto il livello di falda ecc.

Calcestruzzo per getti subacquei

È un calcestruzzo specifico per getti sotto acqua, caratterizzato da elevata omogeneità, coesività e assenza di segregazione. Ciò è ottenuto mediante l'utilizzo di un composto colloidale, molto viscoso e tenace, che conferisce al calcestruzzo proprietà coesive tali da impedire la separazione dei componenti durante tutte le fasi di getto. Questi calcestruzzi garantiscono il mantenimento delle caratteristiche nell'esecuzione di getti subacquei solo in acque ferme e non correnti. La posa dovrà avvenire per mezzo di tubi di getto.

Calcestruzzo per riempimento

I materiali cementizi per riempimenti sono progettati per ottenere un'elevata fluidità, in modo che per la posa in opera non sia richiesta alcun tipo di compattazione. Questo calcestruzzo si propone come metodologia alternativa ai tradizionali metodi di rinterro degli scavi. È utilizzato in quanto consente di evitare i problemi connessi alla posa in opera e all'assestamento del terreno. È destinato al riempimento di:

scavi in trincea per condutture;
scarpate;
serbatoi interrati;
cavità.

Di solito a questi calcestruzzi, al fine di ottenere prestazioni equiparabili a quelle di un terreno ben costipato, si richiede una resistenza a compressione compresa fra 0,5 e 2 MPa.

Il dosaggio di cemento deve essere tenuto basso, soprattutto perché un suo aumento inciderebbe sui costi senza apprezzabili miglioramenti delle prestazioni del materiale. La quantità di acqua è, invece, elevata al fine di ottenere una miscela fluida. Tuttavia il rapporto alc non può essere troppo aumentato: infatti, troppa acqua avrebbe conseguenze negative sulla coesione della miscela fresca, portando alla segregazione dell'impasto. Talvolta sono aggiunte fly ash per aumentare la fluidità.

Calcestruzzo proiettato

Il calcestruzzo proiettato (spritzbeton o shotcrete o gunite) è stato inizialmente utilizzato per realizzare un sostegno immediato e temporaneo sul fronte di avanzamento di scavi sotterranei, nell'attesa di poter, poi, eseguire il rivestimento definitivo. L'evoluzione della tecnologia consente ora di realizzare uno spritzbeton con caratteristiche di sostegno permanente per capacità portante, sicurezza e durabilità.
I materiali utilizzati, in aggiunta ai cementi, sono gli additivi acceleranti, gli iperfluidificanti, la silica fume o il fly ash, ed eventualmente fibre polimeriche o metalliche.

Calcestruzzo allo stato indurito

Scritto da gruppo tellus

Martedì 29 Settembre 2009 11:10

Il calcestruzzo allo stato indurito

La microstruttura delle malte e del calcestruzzo, allo stato indurito, si presenta molto complessa per la dinamicità che caratterizza questi materiali e li rende dipendenti dal parametro tempo. Nella pratica, per ovviare in parte a questo inconveniente, si è convenuto di misurare e di esprimere le proprietà del calcestruzzo - salvo che non sia precisato il contrario - al tempo di 28 giorni dal momento della miscelazione dei suoi ingredienti. Si assume, in pratica, che dopo questo tempo le proprietà del materiale non subiscano significative variazioni.

Resistenza a compressione

La resistenza meccanica del calcestruzzo dipende da numerosi fattori, tra questi giocano un ruolo fondamentale:

le caratteristiche dell'aggregato;
la resistenza della matrice cementizia, attraverso: la resistenza meccanica intrinseca del cemento; il dosaggio del cemento; il rapporto a/c; il grado di costipazione; il grado di maturazione; la temperatura.

Degrado e durabilità

Il degrado delle opere in calcestruzzo richiede l'esame di due aspetti paralleli, ma in relazione tra loro: da una parte le condizioni ambientali dalle quali derivano le aggressioni (definite classi di esposizione), dall'altra la resistenza che il materiale deve opporre a queste aggressioni.

Quando questa resistenza è in grado di vincere le sollecitazioni aggressive dell'ambiente, il calcestruzzo è durabile ed è capace, cioè, di conservare le caratteristiche iniziali e assicurare la vita in servizio richiesta. Le cause di degrado possono essere suddivise in chimiche, fisiche e meccaniche.

La normativa vigente (UNI EN 206-1) prende in considerazione le più comuni cause di degrado che includono gli attacchi chimici promossi dall'anidride carbonica, dai sali disgelanti (cloruri), dall'acqua di mare e dai sali solfatici, oltre all'aggressione di tipo fisico derivante dalla formazione del ghiaccio.

Fessurazione

Oltre ai processi di degrado previsti nella EN 206, la durabilità di una struttura è inficiata dalla presenza di fessure. Si formano fessure quando è superata la capacità di deformazione a trazione del calcestruzzo. La formazione di fessure è associata nel calcestruzzo fresco al ritiro plastico e all'assestamento plastico, nel calcestruzzo indurito al raffreddamento durante lo smaltimento del calore d'idratazione e al ritiro in essiccazione. Inoltre, fessure di notevole entità possono essere provocate sia da assestamenti differenziali delle fondazioni sia da applicazione di carichi non previsti.

Resistenza all'usura

In alcuni casi, il calcestruzzo è chiamato a resistere all'usura e agli urti. Ciò si verifica, per esempio, nelle pavimentazioni industriali o nelle strutture idrauliche, dove l'abrasione, gli urti, l'erosione e la cavitazione possono provocare una sensibile e rapida degradazione del materiale.

La resistenza all'abrasione è migliorata usando rapporti a/c bassi, evitando impasti soprasabbiati, preferendo calcestruzzi magri e con aggregati grossi e applicando sul calcestruzzo ancora fresco uno spolvero costituito da cemento e aggregati duri. Lo spolvero, che è incorporato nel calcestruzzo fresco sottostante mediante frattazzatura manuale o meccanica, ha la funzione di rinforzare la superficie del calcestruzzo. L'aggiunta di cemento abbassa il rapporto a/c sulla superficie dove, a causa del bleeding, il rapporto a/c sarebbe particolarmente elevato. Inoltre, grazie all'applicazione dello spolvero, è possibile introdurre sulla superficie aggregati molto resistenti all'abrasione, indipendentemente da quelli usati nel calcestruzzo.

Se gli aggregati dello spolvero sono di tipo inorganico non-metallico (quarzo, corindone), ossia duri ma fragili, si migliora la resistenza all'abrasione ma non quella all'urto. Se, invece, gli aggregati sono costituiti da particelle metalliche, cioè duttili oltre che dure, anche la resistenza all'urto è migliorata.

L'erosione consiste nell'usura provocata dall'acqua in movimento e contenente particelle solide sospese. L'entità dell'erosione dipende molto dalla velocità dell'acqua, dalla presenza di vortici e dalla qualità del calcestruzzo. In particolare è consigliabile aumentare il volume di aggregati grossi e duri, che sono più resistenti all'erosione della malta cementizia, diminuire il rapporto a/c e aumentare quello aggregati/cemento.

Variazioni termiche artificiali: incendio

La pasta cementizia possiede un coefficiente di dilatazione termica leggermente diverso da quello dell'aggregato. Quando la temperatura oltrepassa i 100-150 °C la pasta di cemento, dopo la dilatazione iniziale, subisce una significativa contrazione per effetto della decomposizione termica dei suoi composti idratati. Ciò si tramuta in uno stato tensionale tra la pasta di cemento, che si contrae, e quella dell'aggregato che seguita a dilatarsi. La conseguenza è l'insorgere di microfessure all'interfaccia pasta-aggregato.

Se poi, sotto l'azione prolungata del fuoco, la temperatura del calcestruzzo supera 573 °C e l'aggregato è siliceo, avviene un ulteriore scollamento tra la matrice legante e gli elementi lapidei. Ciò per effetto della dilatazione improvvisa dell'aggregato, provocata dalla trasformazione del quarzo a in quarzo /3. A questa transizione di fase, che avviene con forte aumento di volume, si accompagna spesso un effetto dirompente che provoca il distacco del copriferro e l'esposizione dei ferri di armatura. Parallelamente si verifica una caduta nella resistenza meccanica del calcestruzzo che si riduce a circa un quarto di quella iniziale.

I calcestruzzi confezionati con aggregati calcarei offrono una maggiore resistenza al fuoco in quanto subiscono apprezzabili diminuzioni di resistenza meccanica solo al di sopra di 750 °C, quando ha inizio la decomposizione termica del calcare in calce e anidride carbonica.

Tipo di cemento e caratteristiche del calcestruzzo

La scelta del cemento è un atto essenziale per garantire stabilità e durabilità alla struttura, nonché per soddisfare esigenze economiche. Non esiste cemento che possa soddisfare tutte le esigenze costruttive, poiché molte delle sue proprietà, come pure quelle del calcestruzzo, variano in senso opposto. Per esempio, non è possibile assicurare contemporaneamente un rapido indurimento e un basso calore d'idratazione, poiché ambedue i parametri crescono con la velocità d'idratazione.

Altro fattore, che va considerato al momento della scelta, riguarda la possibilità che il cemento più idoneo non sia disponibile o sia prodotto lontano dalla zona di utilizzazione. A questa, e alle altre situazioni, si può ovviare apportando modifiche alla miscela di progetto. In generale, è possibile minimizzare gli inconvenienti che si dovessero presentare modificando il dosaggio del cemento, il rapporto a/c, impiegando appropriati additivi ecc.

Come si prescrive il calcestruzzo strutturale

La legge 1086 del 1971 all'art. 3 prescrive che "Il progettista ha la responsabilità diretta della progettazione di tutte le strutture dell'opera". Il D.M. 9.1.1996, emesso in conformità con le indicazioni della legge 1086, nell'allegato 2, afferma che la resistenza caratteristica "dovrà essere indicata dal progettista delle opere". La sola prescrizione della resistenza non è però in grado di caratterizzare un materiale. Le prescrizioni che identificano compiutamente un calcestruzzo sono:

la classe di esposizione ambientale; il progettista deve fornire precise indicazioni sulle caratteristiche che il calcestruzzo deve possedere perché sia assicurata la durabilità dell'opera;
la classe di resistenza; è basata sulle esigenze strutturali e deve essere non minore di quella prevista per ogni classe di esposizione;
la classe di consistenza; un calcestruzzo è in grado di raggiungere le caratteristiche previste solo se la sua lavorabilità è adatta al tipo di struttura da realizzare;
il diametro massimo degli aggregati; lo spessore del copriferro e la distanza fra i ferri delle armature condizionano la scelta del diametro massimo degli aggregati da utilizzare.

Diametro massimo degli aggregati

Il diametro massimo è importante perché, condizionando tutto il fuso granulometrico, influenza la quantità di acqua richiesta, il dosaggio del cemento, la lavorabilità e le resistenze finali. La scelta del diametro massimo va fatta in base alla natura del lavoro, tenendo presente che gli aggregati devono passare in tutti i punti del getto, attraverso le armature metalliche e tra queste e la cassaforma.

Consistenza

È necessario stabilire a priori la consistenza, o la fascia di consistenza, richiesta in ogni tipo di lavoro. Per far ciò si devono esaminare le condizioni in cui il lavoro si deve svolgere: attrezzature per l'esecuzione degli impasti, mezzi di trasporto e getto, posizione e dimensione dei getti, mezzi di costipamento. La consistenza più adatta sarà quella che soddisfa l'esigenza più gravosa.

Un getto di forma stretta e complicata e con molte armature, può esigere l'impiego d'impasti fluidi, specie se il getto è poco costipabile con vibrazione: in questo caso la condizione più gravosa per il getto è data proprio dalla sua forma. In altri casi la fase critica può essere costituita dalle modalità di trasporto dell'impasto, per esempio con scivoli a debole pendenza oppure con benne strette o simili.

Conoscendo le condizioni di lavoro, non sarà difficile fissare la consistenza più adatta.

Acqua totale

La quantità totale di acqua, richiesta dagli impasti per una data consistenza, condiziona le resistenze finali del calcestruzzo. Questa quantità è influenzata dalla natura e granulometria degli aggregati e dalla consistenza desiderata e, talvolta anche dal tipo di cemento.

Per conoscere la quantità di acqua richiesta da un impasto è utile confezionare un impasto di prova con i materiali a disposizione, nella consistenza voluta.

Scelta del rapporto a/c

Il rapporto a/c, in funzione delle resistenze medie del calcestruzzo, può essere ricavato da tabelle o diagrammi sperimentali.

Nel diagramma sono riportati, in ascisse, i valori del rapporto a/c; in ordinata, il rapporto fra le resistenze del calcestruzzo e quelle del cemento, a 28 giorni di stagionatura. Le resistenze del calcestruzzo sono resistenze medie e quelle del cemento sono quelle effettive, misurate in malta standard. Benché i cementi siano commercializzati in base alle resistenze a compressione dopo 28 giorni, essi presentano, in genere, resistenze effettive più elevate, che possono essere determinate, con facilità, da prove di controllo.

Le curve del diagramma sono state tracciate in base ai risultati di numerose prove sperimentali: la curva intermedia si riferisce ai valori medi, le altre, rispettivamente, ai valori minimi e massimi, con tolleranza del 5%; ossia nella fascia compresa fra le due curve estreme è compreso il 90% di tutti i valori delle prove sperimentali. Nel fare un calcolo di prima approssimazione si può ritenere come buona la curva intermedia.

Calcestruzzo allo stato fresco

Scritto da gruppo tellus
Lunedì 28 Settembre 2009 11:58
Il calcestruzzo allo stato fresco Lavorabilità La resistenza finale di un calcestruzzo è influenzata dal grado di costipazione raggiunto durante la messa in opera. È della massima importanza, pertanto, che la consistenza dell'impasto sia tale da essere trasportato e dettato con sufficiente facilità e senza che avvengano fenomeni di segregazione. Un calcestruzzo che soddisfa i requisiti di cui sopra è detto lavorabile. Con il termine lavorabilità s'indica, pertanto, l'attitudine di una miscela di aggregati, legante, acqua ed eventualmente additivi a essere sottoposta, senza inconvenienti e a un costo ragionevole, a determinate operazioni di preparazione, trasporto, posa in opera e finitura. La lavorabilità non rappresenta una proprietà intrinseca dell'impasto fresco perché uno stesso calcestruzzo è considerato di lavorabilità adeguata, o meno, in relazione ai sistemi di lavorazione, alla forma e dimensioni del manufatto, alla densità e disposizione delle armature, ai mezzi di compattazione disponibili, alla situazione ambientale. La lavorabilità coinvolge tre aspetti del comportamento del calcestruzzo fresco, ossia la stabilità (nel senso di non segregabilità), la mobilità e l'attitudine alla compattazione vista sotto il profilo del lavoro che è necessario spendere per vincere l'attrito interno tra le particelle. L'attitudine alla compattazione è importante per agevolare, per effetto della vibrazione, la fuoriuscita dell'aria intrappolata nel calcestruzzo fresco e assicurare la massima densità possibile del materiale indurito, oltre che il massimo contatto tra armatura e calcestruzzo. A parità di sistema vibrante, in un calcestruzzo molto lavorabile, l'aria intrappolata è facilmente espulsa, mentre in un calcestruzzo poco lavorabile possono permanere macrovuoti di aria (vespai) che penalizzano la resistenza meccanica, l'aderenza ferro-calcestruzzo e la protezione dalla corrosione delle armature metalliche. La lavorabilità del calcestruzzo dipende dal contenuto di acqua, dal rapporto alc e da quello aggregato/cemento (cioè dal dosaggio di cemento). Il contenuto di acqua comprende l'acqua d'impasto più quella eventualmente contenuta dall'aggregato ed eccedente l'umidità nella condizione di saturo a superficie asciutta. Nel caso che l'aggregato sia insaturo o asciutto, occorre sottrarre all'acqua d'impasto quella necessaria a saturare i pori dell'aggregato. Perdita di lavorabilità Il calcestruzzo, subito dopo la miscelazione, perde progressivamente la sua mobilità iniziale. Pertanto, una misura della lavorabilità, intesa come misura della mobilità, dovrebbe tener conto del tempo che intercorre tra il mescolamento e la posa in opera, giacché è soprattutto in questa seconda fase che interessa la lavorabilità del calcestruzzo. Le cause della perdita di lavorabilità sono l'assorbimento di acqua da parte di aggregati insaturi, l'evaporazione e le reazioni dell'acqua stessa con il cemento. I fattori che influenzano la perdita di lavorabilità sono il tempo, la temperatura e le modalità di trasporto del calcestruzzo, mentre influenze meno importanti, anche se non trascurabili, sono esercitate dal tipo di cemento, dal rapporto aggregati/cemento, dalla presenza di additivi. Misura della lavorabilità Nessun metodo permette di misurare direttamente la lavorabilità. Esistono invece diversi metodi, ciascuno dei quali ne mette in evidenza un aspetto. Le informazioni di maggiore utilità pratica si ricavano con il cono di Abrams (slump), il consistometro Vee-Bee, il consistometro di Walz e con la tavola a scosse. La lavorabilità e l'affidabilità Se si eccettuano alcune particolari tipologie strutturali, per le quali la tecnica esecutiva adottata (vibrofinitrice o casseri rampanti) richiede una particolare classe di consistenza (terra umida con la vibrofinitrice e plastica con i casseri rampanti), per la quasi totalità delle opere in calcestruzzo, gettato entro casseri, la lavorabilità prescelta è compresa tra la classe di consistenza semifluida (S3) e quella superfluida (S5). In generale, maggiore è la densità dei ferri di armatura più elevata deve essere la fluidità del calcestruzzo. Un calcestruzzo più lavorabile è anche meno dipendente dall'efficacia della compattazione in opera, ossia dalla qualità della manodopera sul cantiere: in sostanza, esso è più affidabile. Se si confrontano due calcestruzzi di pari composizione (in particolare di pari a/c e tipo di cemento), ma differenti solo per la classe di consistenza (SS e S2), per la presenza o meno di un additivo superfluidificante, si otterrà la stessa resistenza meccanica (in relazione allo stesso rapporto alc e allo stesso cemento) purché i due calcestruzzi siano vibrati per un tempo sufficientemente lungo, così da ottenere lo stesso grado di compattazione. Segregazione Non esistono metodi di misura della segregazione degli aggregati, ossia della separazione dei diversi costituenti solidi la miscela che consentano di valutare l'entità del fenomeno in maniera quantitativa. I metodi disponibili sono laboriosi e forniscono solo indicazioni qualitative. Per esempio, la tendenza alla segregazione può essere valutata compattando un provino di calcestruzzo in maniera standardizzata e misurando la variazione del centro di gravità a causa della segregazione, oppure spaccando il provino in due porzioni eguali - una superiore e l'altra inferiore - e misurare il contenuto di aggregati grossi in ciascuna delle due frazioni. Bleeding Al termine della posa in opera, prima dell'inizio della presa, la sospensione delle particelle di cemento non è stabile, ma sedimenta con segregazione di parte dell'acqua d'impasto, che tende ad affiorare alla superficie. Per i calcestruzzi la velocità di sedimentazione è piccola, dell'ordine di alcune decine di milionesimi di cm/sec e la durata del processo è piuttosto breve (90-120 minuti). Di conseguenza il fenomeno sarebbe osservabile con difficoltà se sulla superficie orizzontale dell'impasto non si formasse uno strato di acqua. La sedimentazione, vista sotto l'aspetto dell'acqua che affiora in superficie, è descritta con il termine di bleeding, dall'inglese to bleed: essudare. Quantunque il fenomeno sia di entità molto modesta, tuttavia dà luogo a numerosi difetti, per la gran parte invisibili dall'esterno, ma di rilevante importanza nei riguardi delle proprietà dell'impasto indurito. Nella posa in opera in una forma profonda, se il calcestruzzo presenta un bleeding copioso, gli strati superiori si arricchiscono in acqua e, a causa dell'aumento del rapporto a/c, presenteranno caratteristiche inferiori rispetto alle zone a maggiore profondità. Inoltre, parte dell'acqua può essere bloccata sotto la superficie di grosse particelle di aggregati, in particolare se appiattite, o sotto le armature, creando zone di scarsa coesione. L'acqua di bleeding è, pur tuttavia, qualche volta di vantaggio. L'acqua di bleeding nella finitura di una pavimentazione è utile a lubrificare gli utensili e a impedire che si crei la situazione di tensione idrostatica tipica del ritiro plastico. Tuttavia, se il bleeding è eccessivo, il trattamento di finitura provoca il richiamo in superficie di un sottile strato di sospensione finissima con scadimento delle caratteristiche superficiali. Le paste di cemento molto fluide (con un rapporto alc compreso tra 1 e 2), dette anche boiacche, sono impiegate per il riempimento di vuoti all'interno di un sistema da consolidare. Per esempio, s'inietta una boiacca di cemento per il consolidamento di una muratura a sacco in edilizia o di una roccia fessurata in geotecnica, o per il riempimento delle guaine di una struttura precompressa al fine di proteggere dalla corrosione i ferri post-tesi. Il bleeding, in queste applicazioni, comporta un incompleto riempimento del sistema da consolidare o da proteggere. Infatti, a indurimento avvenuto, l'acqua di bleeding rappresenta una porzione destinata a rimanere vuota per effetto della successiva evaporazione o della migrazione dell'acqua stessa nelle zone adiacenti porose. Fermo restando che la sospensione cementizia da iniettare deve essere fluida, per ridurre o eliminare il bleeding e i difetti che ne derivano, si può agire su: la finezza del cemento; le aggiunte minerali; gli additivi chimici. L'aumento della finezza del cemento comporta un duplice benefico effetto nella riduzione del bleeding: innanzi tutto la diminuzione della dimensione particellare comporta una minore velocità di sedimentazione come si evince dalla legge di Stokes. In secondo luogo, la maggiore area superficiale specifica del cemento, conseguente alla sua maggiore finezza, comporta una reazione più rapida con l'acqua e, quindi, un più rapido aumento della viscosità del sistema. Si riduce, pertanto, il tempo disponibile per la sedimentazione delle particelle solide e l'affioramento dell'acqua: entrambi i fenomeni, infatti, cessano con l'inizio della presa. In aggiunta alla riduzione del bleeding, una finezza più spinta presenta anche il vantaggio di una più facile penetrazione dei micro-vuoti esistenti nel sistema da consolidare. Tutto ciò ha portato allo sviluppo dei cosiddetti microcementi, i quali presentano la quasi totalità delle particelle di cemento sotto 10 µm, contro una dimensione massima di 80-100 µm per i cementi normali. I cementi microfini devono essere impiegati con elevati rapporti a/c (circa 1) perché la loro elevata reattività, conseguente della grande superficie esposta all'acqua, provoca un irrigidimento eccessivo con gli usuali rapporti alc. Le aggiunte minerali impiegate per la riduzione del bleeding nelle sospensioni cementizie, sono di tre tipi: bentonite, silica fume e silice colloidale. In tutti i casi si tratta di prodotti inorganici a elevatissima area superficiale specifica in grado di sedimentare molto lentamente. Gli additivi chimici possono ridurre il fenomeno del bleeding attraverso meccanismi diversi: riducendo l'acqua necessaria, con i superfluidificanti, per ottenere una determinata fluidità; con gli aeranti, provocando la formazione di microbolle di aria che, legandosi ai granuli di cemento, ne riducono la sedimentazione; con gli acceleranti di presa; con gli additivi addensanti (a base di metil-cellulosa) che aumentano la viscosità del mezzo fluido (acqua), riducendo la sedimentazione delle particelle solide. Ritiro plastico È così denominato il ritiro che si manifesta entro le prime ore dopo la posa in opera, prima del completamento della presa, quando la miscela è ancora plastica e si differenzia dal ritiro idraulico che si manifesta invece nella pasta indurita. Il ritiro plastico è dovuto alla perdita di acqua, principalmente per evaporazione, ma anche per assorbimento da parte delle casseforme e degli aggregati porosi non s.s.a. Può giungere a provocare fessurazioni superficiali che si sviluppano, di preferenza, in corrispondenza di elementi che ostacolano un riassetto uniforme dell'impasto, come per esempio armature o aggregati di dimensioni più grandi. Il ritiro plastico può essere evitato se si impedisce l'evaporazione dell'acqua. È evidente che il fenomeno acquista particolare rilevanza nella stagione estiva e la sua entità è controllata dalla temperatura e umidità dell'aria, dalla temperatura del calcestruzzo e dalla velocità del vento. La velocità di evaporazione dell'acqua dalla superficie del getto può essere diminuita ricorrendo ai seguenti accorgimenti: saturare gli aggregati e bagnare le casseforme, nella stagione estiva mantenere bassa la tempe¬ratura del calcestruzzo e in quella invernale evitare un eccessivo riscaldamento degli ingredienti, erigere frangivento e proteggere i getti dal sole, salvaguardare il manufatto durante le prime ore dal getto con teli umidi o con additivi stagionanti. Lavorazione in clima caldo La temperatura elevata agisce anche sulla velocità di presa e sul ritiro a indurimento avvenuto. La maggiore velocità di presa condiziona in modo determinante i tempi di trasporto, di posa in opera e di compattazione. Il ritiro dell'impasto indurito sarà maggiore, perché tale è stata la domanda di acqua, a parità di consistenza, al momento del betonaggio. Poiché questo ritiro si manifesta in una fase nella quale la resistenza meccanica è ancora modesta, è molto probabile che si abbiano formazione di fessure. Gli inconvenienti menzionati crescono d'intensità se alla temperatura elevata si aggiungono bassa umidità e una ventilazione quantunque moderata. Una tale combinazione di eventi è, tra tutte, la più sfavorevole. Esistono alcuni accorgimenti pratici che possono essere presi in considerazione. Il tenore in cemento deve essere tenuto il più basso possibile, affinché il calore d'idratazione non aggravi ulteriormente l'effetto della temperatura elevata. La temperatura stessa del calcestruzzo fresco può essere diminuita pre-raffreddando uno o più componenti del calcestruzzo. Si può usare, per esempio, ghiaccio in sostituzione di parte dell'acqua d'impasto (accertandosi della sua completa fusione prima del termine del mescolamento). Il raffreddamento degli aggregati è più difficoltoso. L'impiego di cemento caldo può non essere evitato. Semplici calcoli permettono di stabilire che l'utilizzo di un cemento a 80 °C comporta un aumento della temperatura del calcestruzzo di 10-15 °C. Produzione dell'impasto Gli ingredienti, dosati secondo i rapporti di composizione prescelti, sono mescolati in betoniera in modo da amalgamare gli aggregati nella pasta e disperdere in modo omogeneo i diversi componenti. La durata della miscelazione dipende dal volume d'impasto, dalla sua consistenza, dal tipo di aggregati e dalle caratteristiche operative della macchina. Non è quindi possibile stabilire regole precise. Di solito la soluzione ottimale si trova controllando in cantiere le prestazioni del mescolatore nella particolare situazione d'impiego. Il controllo si effettua mediante prove di uniformità. Stagionatura (curing) Al fine di ottenere un buon calcestruzzo, una volta effettuato il getto, è necessario che esso sia "stagionato" in adatte condizioni, nel periodo iniziale. S'intende per stagionatura l'insieme di quelle procedure che assicurano un'adeguata idratazione del cemento e che consistono nel controllo della temperatura e dell'umidità del calcestruzzo. La necessità di stagionare in modo idoneo i getti freschi appare evidente dal fatto che l'idratazione del cemento può avvenire solo nell'ambito della fase acquosa che riempie i pori capillari. È necessario, pertanto, evitare Ae questi si svuotino per evaporazione verso l'esterno. Se vi è un apporto di acqua dall'esterno non vi sono rischi in questo senso. L'evaporazione dell'acqua dai getti freschi dipende dalla temperatura, dall'umidità relativa dell'ambiente e dalla velocità del vento. Gli accorgimenti adottati per ottenere la migliore stagionatura sono diversi, secondo il tipo di cantiere, il tipo di getto e il clima in cui esso è effettuato. Se il getto ha un rapporto superficie/volume modesto, si può procedere a una periodica bagnatura. Vaste superfici esposte, come manti stradali o solai, presentano maggiori problemi. Al fine di prevenire il ritiro plastico, deve essere impedita la perdita di acqua anche prima dell'inizio della presa. Dopo la presa, l'ambiente può essere mantenuto umido irrorando in continuazione la superficie o coprendo la superficie stessa con sabbia bagnata, segatura, paglia. Esistono oggi mezzi di stagionatura più progrediti e di più facile applicazione, costituiti da vernici isolanti applicabili a spruzzo o a pennello.
Ultimo aggiornamento Lunedì 28 Settembre 2009 12:03

Calcestruzzo: gli additivi

Scritto da gruppo tellus
Venerdì 25 Settembre 2009 10:59
Calcestruzzo: gli additivi Gli additivi costituiscono, con il cemento, l'acqua e gli aggregati, il quarto ingrediente che entra spesso nella progettazione e nella composizione del calcestruzzo. Gli additivi sono definiti dalla UNI EN 934-2 come "materiale da aggiungere durante il confezionamento del calcestruzzo in quantità non superiore al 5% in massa sul contenuto di cemento", allo scopo di modificare le proprietà della miscela allo stato fresco e/o indurito. Gli additivi sono sostanze di natura polimerica o non, per la maggior parte dei casi, disciolte e veicolate in acqua. Gli additivi disponibili sul mercato sono raggruppati in base alla loro funzione principale, correlata al tipo di beneficio che si vuole ottenere. Accanto a questa, di solito, esistono una o più funzioni secondarie a volte volute, o effetti collaterali indesiderati, di cui occorre tener conto al momento della scelta e dell'impiego. È buona regola controllare, con idonea sperimentazione, l'azione dell'additivo evitando di fare affidamento solo sulle indicazioni del produttore. Per ottenere i migliori risultati può essere necessario adattare all'additivo il tipo di cemento, l'assortimento granulometrico, i rapporti di composizione, il metodo e il modo di preparazione, trasporto e posa in opera. Il dosaggio richiede un accurato controllo perché le quantità usate sono molto piccole. Un eccesso è sempre dannoso o per la resistenza meccanica o per altre proprietà. Gli additivi sono classificati prendendo in considerazione la loro funzione principale, trascurando gli eventuali effetti secondari. Additivi riduttori di acqua In base al grado di efficacia, gli additivi riduttori di acqua possono essere classificati in fluidificanti, superflui dificanti e iperfluidificanti. Fluidificanti Gli additivi fluidificanti migliorano l'attitudine alla deformazione dei calcestruzzi freschi sotto l'effetto della costipazione e della vibrazione. In genere, sono dei tensioattivi e funzionano come disperdenti dei granuli di cemento, in quanto caricano negativamente la superficie del granulo provocando la repulsione elettrostatica delle particelle. Gli additivi fluidificanti, a pari rapporto a/c, migliorano la lavorabilità e, a pari lavorabilità, permettono di abbassare il rapporto a/c con beneficio, in questo secondo caso, delle resistenze meccaniche e della durabilità. Occorre tenere presente che l'azione di questi additivi diventa meno efficiente man mano che diminuisce il dosaggio di cemento nel calcestruzzo. Pertanto, con calcestruzzi magri (cioè bassi dosaggi in cemento), una migliore lavorabilità è ottenuta con l'aumento del dosaggio di cemento piuttosto che con l'uso di additivi. Superfluidificanti I normali fluidificanti sono impiegati in dosi piuttosto esigue, non superiori cioè allo 0,1-0,4% del peso del cemento, per evitare effetti collaterali di forti ritardi nell'idratazione. I superfluidificanti non provocano invece questo inconveniente e, pertanto, possono essere aggiunti in quantità anche 10 volte superiori consentendo di ottenere incrementi di lavorabilità più marcati. Il potere disperdente di questi additivi permette di confezionare calcestruzzi con rapporti a/c molto ridotti, fluidi e superfluidi, consentendo una facile messa in opera. L'aspetto più importante dell'impiego dei superfluidificanti riguarda la possibilità di mettere in opera, senza eccessivi problemi di compattazione, calcestruzzi fluidi le cui prestazioni allo stato indurito siano equivalenti a quelle di un calcestruzzo a basso rapporto alc che richiederebbe, invece, un'accurata vibrazione. Anche a fluidità elevate, gli impasti presentano buona coesione senza segregazione dei componenti. Esistono versioni ritardanti e a bassa perdita di lavorabilità. Iperfluidificanti Sono superfluidificanti di nuova generazione che presentano spiccato potere di riduzione dell'acqua d'impasto con assenza di ritardo nei tempi di presa del calcestruzzo, pur garantendo prolungati mantenimenti della lavorabilità. L'ampio spettro di dosaggio che caratterizza questi additivi, insieme all'elevato potere disperdente, consente di ottenere calcestruzzi iperfluidi caratterizzati da bassissimi valori del rapporto a/c. È, quindi, insostituibile elemento per i calcestruzzi cui sono richieste prestazioni elevate in termini di scorrevolezza, resistenze meccaniche alle brevi e brevissime stagionature, impermeabilità e durabilità. L'utilizzo di questi additivi, tuttavia, in calcestruzzi con contenuti di cemento al di sotto di 280-300 kg/m3 si è dimostrato meno efficace di quello di additivi superfluidificanti. Altri additivi Plastificanti Gli additivi plastificanti migliorano la stabilità e omogeneità delle malte e dei calcestruzzi, aumentandone la coesione fra i vari componenti e diminuendo il bleeding. In genere, sono prodotti solidi, con finezza all'incirca uguale a quella del cemento, i quali completano la granulometria delle malte e dei calcestruzzi. Tra gli additivi plastificanti, i più comuni sono la bentonite, la farina fossile e l'acetato di polivinile. I calcestruzzi confezionati con additivi plastificanti richiederebbero, a parità di lavorabilità dei calcestruzzi che non li contengono, un quantitativo di acqua maggiore, ossia un più alto rapporto alc con conseguente abbassamento delle resistenze. I prodotti commerciali ad azione plastificante contengono, perciò, anche agenti fluidificanti che controbilanciano l'effetto negativo dei plastificanti nei riguardi delle resistenze meccaniche. Aeranti Gli additivi aeranti sono indispensabili per assicurare durabilità alle strutture in calcestruzzo esposte in servizio a cicli di gelo-disgelo, specialmente per calcestruzzi sottoposti a costanti bagnature. Il loro dosaggio (0,05¬0,10% sul peso del cemento) deve essere regolato in modo da far sviluppare il volume di aria (4-6%) richiesto per garantire la durabilità. Gli aeranti sono additivi che consentono d'incorporare una quantità controllata di microbolle di aria, distribuita in modo omogeneo durante la fase di miscelazione del calcestruzzo fresco, e che permangono anche dopo l'indurimento, diventando parte della matrice legante. L'aria introdotta dagli aeranti è costituita da un'enorme quantità di piccolissime bolle inglobate nel calcestruzzo, non comunicanti né tra loro né con l'esterno. Queste bollicine occludono i pori capillari e in un calcestruzzo soggetto a cicli di gelo e disgelo si comportano come cuscinetti, i quali assorbono le tensioni che si generano in seguito al passaggio acqua liquida-ghiaccio. L'aria occlusa migliora le proprietà del calcestruzzo fresco. Le bolle di aria, diminuendo gli attriti fra le varie particelle, hanno in un certo qual modo un comportamento simile alla sabbia molto fine, migliorando la fluidità e la plasticità del calcestruzzo. Ne consegue che un aerante è anche un fluidificante-plastificante. Inoltre, le bolle di aria opponendosi all'introduzione di acqua nei capillari, migliorano l'impermeabilità. Un non trascurabile effetto di un aerante è quello che, a pari rapporto a/c, un calcestruzzo aerato presenta resistenza meccanica inferiore a quella di un calcestruzzo non aerato. La diminuzione di resistenza può raggiungere e oltrepassare il 30%. Poiché un aerante agisce anche da fluidificante, tale abbassamento di resistenza può essere in parte ridotto riducendo l'acqua d'impasto. In ogni caso, a pari lavorabilità, il calcestruzzo aerato fornirà sempre resistenze inferiori a quelle del non aerato. Sono stati proposti, in sostituzione degli additivi aeranti, piccolissime sfere cave (10-100 µm), a base polimerica, deformabili: la formazione del ghiaccio fa deformare le sfere cave disperse nella matrice cementizia con conseguente rilascio delle tensioni insorte per l'aumento di volume dell'acqua congelata. Acceleranti e ritardanti Gli additivi acceleranti e ritardanti, a differenza degli additivi sopra esaminati, non sono impiegati per modificare le prestazioni in servizio, ma solo per agevolare alcune operazioni riguardanti il processo produttivo. Gli acceleranti rendono più rapido il processo d'idratazione del cemento e sono utilizzati quando si deve mettere in opera il calcestruzzo in climi freddi, con conseguenti ritardi nella presa e indurimento iniziale. Gli additivi acceleranti fanno aumentare la velocità d'idratazione del cemento. Si dividono in acceleranti di presa o d'indurimento, a seconda che l'azione si manifesti in un'anticipazione dell'inizio presa o in uno sviluppo più rapido della resistenza meccanica. Gli acceleranti di presa sono utilizzati per disporre di un impasto che faccia presa e si autosostenga immediatamente. I prodotti più comuni sono a base di silicato di sodio. L'utilizzo di questo sale, però, comporta una notevole riduzione delle resistenze meccaniche alle lunghe stagionature. Lo sviluppo della tecnologia ha portato alla formulazione di prodotti che possono soddisfare l'obiettivo di addensare la miscela fresca e portare anche ad un rapido sviluppo delle resistenze meccaniche con limitate perdite a 28 giorni. La norma UNI 10834 prescrive che gli additivi acceleranti devono garantire resistenza a compressione a 28 giorni, maggiore o uguale a quella determinata su provini non accelerati. Gli acceleranti d'indurimento, spesso indicati come additivi antigelo, sono adoperati durante il periodo invernale per confezionare malte e calcestruzzi, anche armati se l'additivo è privo di cloruri, con temperatura ambiente sino a -10 °C. Essi abbassano la temperatura di congelamento dell'acqua e incrementano il calore sviluppato nell'idratazione del cemento, accelerandone il processo d'idratazione. Al giorno d'oggi sono stati messi al bando i prodotti a base di cloruri e sono stati posti in commercio additivi, esenti da cloruri, a base di nitrito di calcio e altri composti chimici, che esaltano le caratteristiche acceleranti del nitrito. Inoltre, a differenza degli acceleranti a base di cloruri, l'effetto accelerante sulle resistenze meccaniche si protrae alle lunghe stagionature. L'accelerazione dell'indurimento a temperatura normale (> 0°C) è ottenibile riducendo il rapporto alc con l'impiego di additivi superfluidificanti o iperfluidificanti. L'additivo accelerante funziona, in pratica, solo per la protezione dei getti durante la stagione invernale come vero e proprio "antigelo". I ritardanti di presa, aggiunti al momento della miscelazione, conservano più a lungo le iniziali proprietà reologiche del calcestruzzo fresco durante il trasporto dall'impianto di betonaggio al cantiere. L'effetto di questi additivi è vantaggioso quando si debba trasportare il calcestruzzo per tempi lunghi in climi caldi o per realizzare opere monolitiche. Il ritardo dell'idratazione del cemento comporta una bassa resistenza meccanica alle brevi stagionature con un recupero, e un incremento, alle lunghe stagionature rispetto al calcestruzzo non additivato. Idrofughi Gli additivi impermeabilizzanti o idrofughi sono prodotti, liquidi o in polvere, che aggiunti all'impasto durante la fase di miscelazione, riducono la porosità capillare della pasta cementizia. Nel momento in cui detti pori non sono più comunicanti fra loro, si ha una forte riduzione del coefficiente di permeabilità. In pratica, tenendo conto che l'impermeabilità del calcestruzzo indurito è influenzata dal rapporto a/c e dalla compattazione, si può produrre un calcestruzzo impermeabile utilizzando anche additivi iperfluidificanti per confezionare un calcestruzzo fluido, non segregabile, con un rapporto a/c compreso fra 0,25 e 0,35. Sono utilizzati per: impermeabilizzazione di sotterranei, vasche; muri soggetti a continue permeazioni di acqua; intonaci di facciate. Coadiuvante di pompaggio In un calcestruzzo normale la pressione di pompaggio tende a provocare la separazione della fase acquosa dai componenti solidi. Quando è invece pompato un calcestruzzo leggero, l'acqua è spinta nei pori dell'aggregato. In ambo i casi, modificando la reologia della fase fluida, si ha aumento dell'attrito nella tubazione e conseguente blocco del flusso di calcestruzzo. I coadiuvanti di pompaggio incrementano la coesione dell'impasto e l'adesione di quest'ultimo alle superfici dei componenti solidi. Si riducono così, nei calcestruzzi normali, sia gli attriti interni sia quelli tra miscela e tubazioni e nei calcestruzzi leggeri l'assorbimento di acqua da parte degli aggregati porosi. Agenti espansivi Gli agenti espansivi sono prodotti in polvere capaci di provocare nel calcestruzzo, o malta, un aumento di volume tale da compensare il successivo ritiro nello stato indurito. L'espansione è contrastata da un'armatura ad aderenza migliorata in modo da creare uno stato di precompressione (acciaio teso e conglomerato compresso). Nella successiva fase di ritiro si ha l'annullamento delle tensioni. L'impiego di espansivi è oggi molto diffuso nel campo delle malte da restauro. Riduttori di ritiro Questi additivi sono aggiunti all'impasto cementizio per ridurre il ritiro idraulico. Questo è causato dall'evaporazione dell'acqua dai pori con conseguente insorgere di tensioni interne che, in alcuni casi, provocano oltre al ritiro anche fessurazioni. Il meccanismo di funzionamento è basato sulla riduzione della tensione superficiale dell'acqua contenuta nei pori capillari della matrice cementizia. Quando sono impiegati in combinazione con i superfluidicanti, il ritiro può essere ridotto dal 30 all'80% (a secondo delle stagionature). In ogni caso, l'azione di riduzione del ritiro è proporzionale alla qualità dell'impasto. Modificatori di viscosità Sono prodotti che modificano in modo sensibile la viscosità dell'impasto cementizio. Questi additivi sono polimeri di natura organica o inorganica, solubili in acqua. Il meccanismo di azione si diversifica in base alla diversa natura chimica del prodotto. Alcuni composti agiscono aumentando la viscosità dei liquidi, altri possono interagire con le particelle di solido, legandole insieme. Il risultato finale è, comunque, un aumento complessivo della viscosità della miscela. Essi danno all'impasto un corretto profilo reologico, cioè un bilanciamento tra fluidità e resistenza alla segregazione, due proprietà apparentemente antitetiche. Sono utilizzati nei "calcestruzzi autocompattanti" (SCC) e per i getti subacquei. Aggiunte idrauliche Secondo le norme di molte Nazioni, è possibile aggiungere al calcestruzzo notevoli quantità di cenere volante o loppa macinata al fine di migliorarne la resistenza meccanica e la durabilità. Questa tendenza in Italia è meno sentita per la massiccia presenza sul mercato di cementi di miscela che di per sé hanno già aggiunte, più o meno elevate, di tali prodotti. L'ulteriore loro aggiunta porterebbe a uno scadimento qualitativo del calcestruzzo. Trattamenti superficiali Disarmanti Questi prodotti hanno la funzione di facilitare il distacco del calcestruzzo indurito dalla superficie dei casseri e di contribuire all'ottenimento di una buona faccia a vista. Vengono applicati sulla superficie dei casseri prima del contatto con il getto di calcestruzzo fresco. Sono, di solito, miscele di oli minerali o vegetali, oppure a base di tensioattivi. Stagionanti Gli stagionanti sono applicati sulla superficie di calcestruzzo fresco, creando una pellicola impermeabile, per rallentare l'evaporazione dell'acqua d'impasto e consentire una migliore stagionatura del calcestruzzo. Sono prodotti importanti quando il clima è sfavorevole, per esempio in ambiente caldo, asciutto e ventilato, oppure quando le superfici esposte sono molto ampie e relativamente sottili come nelle pavimentazioni.
Ultimo aggiornamento Venerdì 25 Settembre 2009 11:04

Altri articoli...

<< Inizio < Prec. 1 2 3 4 5 6 Succ. > Fine >>

Pagina 4 di 6

breadcrumbs

Le armature nel calcestruzzo

La carbonatazione

L'attacco da cloruri

Prevenzione e controllo dei fenomeni di degrado

La protezione con rivestimenti superficiali

La qualità del calcestruzzo

Inibitori di corrosione

Lo spessore del copriferro

La protezione delle barre

Monitoraggio

Calcestruzzi particolari

Calcestruzzo leggero

Calcestruzzo con aggregati leggeri

Calcestruzzo con argilla espansa

Calcestruzzo cellulare

Calcestruzzo monogranulare (alveolare)

Calcestruzzo leggero isolante

Calcestruzzo pesante

Calcestruzzo pompabile

Calcestruzzo autocompattante

Calcestruzzo ad alte prestazioni

Calcestruzzo a vista

Calcestruzzo fibrorinforzato

Fibre sintetiche (polimeriche)

Fibre di acciaio

Fibre di vetro

Calcestruzzo impermeabile

Calcestruzzo per getti subacquei

Calcestruzzo per riempimento

Calcestruzzo proiettato

Il calcestruzzo allo stato indurito

Resistenza a compressione

Degrado e durabilità

Fessurazione

Resistenza all'usura

Variazioni termiche artificiali: incendio

Tipo di cemento e caratteristiche del calcestruzzo

Come si prescrive il calcestruzzo strutturale

Diametro massimo degli aggregati

Consistenza

Acqua totale

Scelta del rapporto a/c

Il calcestruzzo allo stato fresco

Lavorabilità

Perdita di lavorabilità

Misura della lavorabilità

La lavorabilità e l'affidabilità

Segregazione

Bleeding

Ritiro plastico

Lavorazione in clima caldo

Produzione dell'impasto

Stagionatura (curing)

Calcestruzzo: gli additivi

Additivi riduttori di acqua

Fluidificanti

Superfluidificanti

Iperfluidificanti

Altri additivi

Plastificanti

Aeranti

Acceleranti e ritardanti

Idrofughi

Coadiuvante di pompaggio

Agenti espansivi

Riduttori di ritiro

Modificatori di viscosità

Aggiunte idrauliche

Trattamenti superficiali

Disarmanti

Stagionanti

Main Menu

Cambia Lingua

News

Sponsored Links