Calcestruzzo: il cemento

I cementi idraulici sono materiali di natura inorganica, finemente macinati, che hanno la capacità di reagire con l'acqua e indurire anche in ambiente subacqueo, assumendo l'aspetto e le proprietà dei materiali lapidei. Il cemento è il costituente essenziale di un calcestruzzo, ma non costituisce il solo elemento che ne determini le caratteristiche meccaniche. Le prestazioni del calcestruzzo dipendono anche, ma non solo, dal cemento prescelto e, quindi, soltanto un'oculata composizione della miscela, una sua corretta messa in opera e una maturazione accurata possono garantire, in termini sia tecnici sia economici, l'affidabilità e la durevolezza di una costruzione.

Costituenti dei cementi

Tutti i cementi comuni contengono clinker di portland, che è il costituente idraulico per eccellenza, e gesso, come regolatore di presa. A essi possono essere associati altri materiali inorganici, naturali o artificiali, che impartiscono caratteristiche peculiari. Tali materiali appartengono a tre grandi categorie: i materiali a comportamento pozzolanico, le loppe basiche siderurgiche e i calcari.

Materiali pozzolanici

Il termine pozzolana deriva da depositi vulcanici incoerenti, che si trovano nel distretto eruttivo flegreo (Pozzuoli, presso Napoli). Nell'industria si usa per designare tutti i materiali, sia naturali sia artificiali, atti a reagire e indurire, a temperatura ambiente, una volta impastati con acqua e calce o con prodotti che, come il clinker portland, reagendo con l'acqua, liberano idrossido di calcio. Nella reazione con la calce, la pozzolana produce silicati e alluminati di calcio idrati simili a quelli che si ottengono nella idratazione del cemento portland. La capacità di reagire, in presenza di acqua, con l'idrossido di calcio è definita con l'espressione "attività pozzolanica". La pozzolana non è di per sé un legante, perché mescolata con sola acqua dà luogo a un impasto di consistenza più o meno plastica che non è però in grado d'indurire.

Accanto alle pozzolane naturali trovano largo impiego anche le artificiali, alcune delle quali, come le argille cotte, in uso da millenni. In tempi più recenti, il carattere pozzolanico è stato riscontrato nelle ceneri volanti (fly ash), cioè nelle polveri che si ottengono nell'abbattimento dei fumi generati dalla combustione del carbone fossile negli impianti di produzione di energia elettrica. La microsilice (silica fume), sottoprodotto della produzione del silicio e delle ferroleghe, è stata utilizzata nell'industria del cemento in tempi abbastanza recenti. A causa della sua elevata superficie specifica (25000 m2 /kg), l'aggiunta di microsilice al cemento aumenta di molto la richiesta di acqua. A ciò si ovvia impiegando additivi riduttori di acqua.

Loppe di altoforno granulate

Le loppe di altoforno sono scorie che si ottengono nella produzione della ghisa primaria negli altiforni. Quelle utilizzabili per la produzione dei cementi devono essere basiche. Inoltre, la loppa fusa deve essere raffreddata con rapidità facendola cadere in grandi masse di acqua, oppure spruzzandola con rilevanti quantità di aria e acqua sotto pressione. L'obiettivo è in ogni caso quello di raffreddare bruscamente la loppa fusa in modo da prevenire al massimo il processo di cristallizzazione del liquido e di favorire, invece, la solidificazione sotto forma di vetro. Il materiale raffreddato bruscamente si presenta sotto forma di granuli vetrosi e prende perciò il nome di loppa granulata.

La loppa granulata di altoforno, macinata a finezza cemento e mescolata con acqua, indurisce molto lentamente. Se, invece, la loppa è impastata con acqua in presenza di piccole quantità di calce o gesso, o di cemento portland, che nell'idratazione libera idrossido di calcio, o di altre sostanze quali l'idrossido di sodio o di potassio, indurisce abbastanza vecemente, comportandosi come un vero e proprio legante idraulico. La loppa si differenzia quindi dalla pozzolana che è capace, invece, d'indurire solo in presenza di quantità rilevanti di calce idrata con la quale si combina.

Calcare

La presenza del calcare, finemente macinato, nel cemento portland è una pratica usata per migliorare alcune caratteristiche del cemento stesso e, anche, per ridurre i costi energetici nella produzione del cemento. Il calcare, considerato in passato inerte nei riguardi del cemento, mostra invece una certa reattività nei confronti degli alluminati di calcio quantunque i carboalluminati di calcio di neoformazione non possiedano proprietà cementanti. Tuttavia, il calcare giuoca un ruolo non trascurabile nel determinare le proprietà del cemento. Esso, infatti, agisce da coadiuvante di macinazione e ottimizza la granulometria del cemento con conseguente accelerazione dell'indurimento. Per tale motivo la sostituzione del clinker con calcare macinato non può avvenire in cantiere. Non tutti i calcari sono idonei all'impiego come costituenti dei cementi. La norma UNI EN fissa limiti di composizione per garantire la qualità del materiale.

Gesso

L'azione fondamentale del gesso (solfato di calcio biidrato) riguarda la regolazione della presa. La quantità di gesso presente influenza anche altre proprietà dei cementi, come la resistenza meccanica, il calore d'idratazione, la durabilità ecc.
Un eccesso di gesso può provocare espansione della pasta di cemento per formazione di ettringite (primaria). Per questo motivo il suo contenuto, espresso come S03, è limitato dalle norme.

Filler

Con questo termine inglese si definisce un costituente impiegato in piccola quantità nel cemento (max 5% in peso) per migliorare alcune proprietà tecnologiche, quali la lavorabilità o la ritenzione di acqua degli impasti, ovvero per legalizzare piccole adulterazioni.

Additivi per cemento

Gli additivi impiegati nella produzione del cemento (max 1%) sono prodotti che migliorano il rendimento energetico in alcune fasi della produzione.

La finezza di macinazione

L'espressione finezza di macinazione, usata nella tecnologia del cemento, indica in modo generico lo stato di maggiore o minore suddivisione del clinker in minute particelle.
Considerando una polvere nel suo insieme, i due parametri più importanti per definire lo stato di suddivisione sono l'area superficiale e la distribuzione granulometrica. Per area superficiale si intende la superficie totale della fase solida che può venire a contatto con una fase fluida (per esempio aria o acqua); in pratica cioè la somma della superficie esterna di tutte le particelle di cui la polvere è costituita. La distribuzione granulometrica riguarda invece il modo in cui sono distribuite le dimensioni delle particelle.

Un processo di macinazione comporta sempre un aumento dell'area superficiale. Nel cemento le particelle più grosse danno un contributo del tutto trascurabile alla superficie rispetto alle particelle più fini. La superficie specifica di un normale cemento portland è in media 350 m2/kg di cui circa la metà è data dalle particelle inferiori a 1,5 µm che rappresentano, in peso, meno del 3%. Appare evidente l'importanza delle frazioni fini, anche se la loro percentuale in peso è molto modesta.

La determinazione dell'area superficiale di una polvere è eseguita di solito con metodi indiretti. In virtù della sua semplicità, per la misura della finezza dei cementi il più diffuso è il metodo Blaine. Esso si basa sulla permeabilità ai fluidi di una pastiglia di cemento con porosità standard.

In un processo di macinazione di un materiale solido fragile non si ottiene una polvere monodispersa. La descrizione completa della situazione si ottiene però tracciando la curva di distribuzione granulometrica. La cura riporta, in ascissa, le dimensioni delle particelle e in ordinata il numero (o la percentuale) di particelle aventi una determinata dimensione. Ogni polvere è caratterizzata da una propria curva di distribuzione determinata dalle caratteristiche sia del materiale e sia dall'impianto di macinazione.

Esistono diversi metodi per determinare la curva granulometrica di una polvere. Alcuni semplicissimi e altri molto sofisticati. Fra i più semplici, si ricordano la setacciatura con microsetacci irrorati con un liquido inerte, la misura diretta delle particelle al microscopio, i metodi basati sulla velocità di sedimentazione e, infine, i metodi basati sulla dispersione di un fascio di luce laser causata dalle particelle che lo attraversano.

Calcestruzzo: gli aggregati

Il calcestruzzo, nella sua essenza, è costituito da due componenti: il lapideo (aggregato) e il collante che ricopre, avvolge e collega i singoli elementi lapidei. Il componente lapideo, spesso chiamato, erroneamente, inerte invece che aggregato, comprende a sua volta almeno due ingredienti: la sabbia e la ghiaia o pietrisco. Anche il componente collante, detto pasta o matrice cementizia, comprende almeno due ingredienti: acqua e legante.

Il calcestruzzo indurito è il materiale da costruzione che costituisce le strutture reali (travi, pilastri, solai ecc.) esposte in servizio alle sollecitazioni di carattere statico o dinamico e a quelle chimico-fisiche dell'ambiente (pioggia, gelo, mare ecc.). In realtà, nella maggioranza delle strutture reali, all'interno del calcestruzzo sono annegati rinforzi metallici (armature) predisposti dentro le casseforti prima del getto di calcestruzzo fresco. Pertanto, il materiale impiegato nelle costruzioni - calcestruzzo armato, c.a. - è un materiale doppiamente composito, costituito da elementi lapidei dispersi in una matrice cementizia rinforzato da armature di acciaio, la cui funzione è di sopperire alle caratteristiche deficitarie del calcestruzzo.

Ancora maggiore è il beneficio che deriva alla struttura dalla presenza delle armature metalliche quando queste sono pretese prima del getto del calcestruzzo e poi allentate, quando il calcestruzzo è indurito. In questo caso, i ferri di armatura sono ostacolati, nel riassumere la lunghezza originale, dall'aderenza al calcestruzzo indurito e rimangono in tensione, mentre il calcestruzzo resta in uno stato di compressione (calcestruzzo armato precompresso, c.a.p.). Questo stato di coazione (di trazione dei ferri e di compressione del calcestruzzo) consente alla struttura di sopportare carichi flessionali molto maggiori prima di arrivare al collasso.

La resistenza meccanica (R,, R, o Rf) - rispettivamente a compressione, a trazione o a flessione - è quel valore della tensione (a) che provoca la fessurazione che precede il collasso della struttura o del provino campione. In generale, il valore di R può variare, secondo le qualità del calcestruzzo, da 15 a 80 MPa, e può raggiungere, in taluni conglomerati speciali, anche valori molto maggiori, fino a oltre 200 MPa. Il valore di Rr si attesta su valori compresi fra 1 e 4 MPa, mentre il valore di Rf in genere varia tra 2 e 6 MPa, ma può raggiungere valori fino a 40-60 MPa in alcuni conglomerati speciali.

La presenza delle armature metalliche se da una parte migliora le prestazioni meccaniche della struttura, dall'altra è essa stessa fonte delle maggiori preoccupazioni per quanto riguarda la durabilità delle opere, cioè la capacità di garantire la funzionalità delle strutture per la vita di servizio attesa.

Gli ingredienti per confezionare un calcestruzzo - aggregati, cemento, acqua - sono largamente disponibili. La differenza tra un calcestruzzo mediocre e un calcestruzzo di buona qualità non sta tanto negli ingredienti, ma piuttosto nel loro proporzionamento, nella cura posta nel getto, nella compattazione e nella stagionatura, cioè conservazione dopo la rimozione delle casseforme, delle strutture in ambiente umido per un limitato ma essenziale periodo (3-10 giorni).

Gli aggregati, così come i cementi e gli additivi, devono essere marcati CE in ottemperanza alla legislazione vigente, ai sensi della Direttiva UE sui prodotti da costruzione (89/106/CEE).

In un calcestruzzo gli aggregati rappresentano lo scheletro, la struttura portante, mentre la pasta di cemento rappresenta il collante. Ne consegue che questa struttura portante - il cosiddetto misto granulometrico - deve essere la più compatta possibile, in altri termini costituita da tutti gli elementi di vario diametro, da quello massimo a quello prossimo a zero, opportunamente assortiti. Si comprende quindi che il proporzionamento delle varie frazioni del misto granulometrico è un fattore di grande importanza ai fini delle caratteristiche del calcestruzzo risultante. Quando i singoli granuli hanno dimensione che non supera i 4-5 mm l'aggregato prende il nome di sabbia. Se i granuli hanno dimensione maggiore prendono il nome di aggregato grosso. Quest'ultimo è chiamato ghiaia se di origine alluvionale e di forma tondeggiante, pietrisco se proveniente dalla frantumazione della roccia. La sabbia è ottenuta a partire da rocce massive mediante frantumazione, macinazione e classificazione. In alternativa, nei giacimenti di origine alluvionale, la sabbia è presente già nella pezzatura adeguata.

Caratteristiche fisiche

Porosità

La porosità dell'aggregato (espressa come percentuale di volume occupato dai pori rispetto al volume totale del granulo) può variare entro un ampio intervallo, da qualche decimo fino a 30-40% del volume totale, secondo il tipo di roccia. La porosità è costituita non solo dai pori intercomunicanti tra loro e la superficie (porosità aperta), ma anche da quelli isolati dalla superficie (porosità chiusa). Mentre le proprietà meccaniche dell'aggregato (e indirettamente quelle del calcestruzzo indurito) sono influenzate negativamente sia dalla porosità aperta sia da quella chiusa, la gelività e la permeabilità solo dalla porosità aperta.

La porosità aperta può essere misurata per assorbimento di acqua fino a saturazione dell'aggregato. Quella chiusa è ottenuta per differenza tra la massa volumica dell'aggregato tal quale e quella dello stesso aggregato macinato e quindi privo di porosità chiusa.
Per non deprimere la resistenza meccanica la porosità complessiva (aperta e chiusa) dell'aggregato dovrebbe essere inferiore al 10%.

Massa volumica (detta in passato peso specifico)

La massa volumica - peso dell'unità di volume - per gli aggregati, in genere, è espressa in Mg/m3 (Mg = tonnellata).
La misura della massa volumica apparente, comprendente i pori chiusi ma non quelli aperti, si effettua sul materiale essiccato con il metodo picnometrico e con quello della bilancia idrostatica.
È di fondamentale importanza per il calcolo della miscela del calcestruzzo (mix design) la massa volumica nello stato di s.s.a. (saturo con superficie asciutta cioè privo di umidità sulla superficie) il cui valore si determina con la porosità aperta piena di acqua. Con la ghiaia e il pietrisco la valutazione dello stato s.s.a è visuale: il materiale lapideo, liberato dall'eventuale presenza di polveri e d'incrostazioni friabili, è portato a umidità totale zero mediante essiccazione in stufa a 105 °C. Poi è pesato e immerso in acqua per 24 ore alla temperatura ambiente. Allo scadere del tempo di prova, l'aggregato è rimosso e tamponato con un panno assorbente fin quando, a giudizio dell'operatore, la superficie visibile è ritenuta asciutta. Poi di nuovo pesato. Poiché gli elementi grossi essiccano prima di quelli piccoli, è opportuno operare su frazioni granulometriche ristrette.

Per la sabbia, la condizione s.s.a. è individuata mediante una prova di slump. Il materiale, saturato come nel caso precedente, è disposto in strato sottile su di un piano e lasciato asciugare, rimescolandolo periodicamente. Dopo un certo tempo, si riempie uno stampo tronco-conico di dimensioni standard, poggiato sulla base maggiore, e si compatta secondo prefissate modalità. Poi si toglie cautamente lo stampo: se vi è umidità il cono di sabbia mantiene la forma, cioè resiste al proprio peso, altrimenti crolla; nel primo caso la prova si ripete dopo un ulteriore periodo di essiccamento.

La maggior parte degli aggregati normali ha una massa volumica apparente compresa tra 2,4 e 3,0 Mg/m3, con valori più comuni tra 2,6 e 2,7 Mg/m3. Per gli aggregati leggeri la massa volumica può scendere intorno a 1,4 mentre per quelli pesanti variare tra 3,8 e 5,2 Mg/m3.

Morfologia

I fattori morfologici che caratterizzano un aggregato sono: la forma, la tessitura superficiale e l'angolarità. L'insieme di questi fattori contribuisce a determinare la disposizione assunta dalle particelle sotto l'azione delle forze esterne - gravità e vibrazione - e contribuiscono a determinare il grado di addensamento della struttura nello stato compattato o, in altri termini, il contenuto di vuoti dell'insieme. Nel calcestruzzo i vuoti della struttura di aggregazione sono riempiti dalla pasta legante e il loro volume è di preminente interesse in relazione alle caratteristiche dell'impasto fresco e indurito.

Forma e tessitura superficiale. La forma e la tessitura superficiale dell'aggregato hanno effetto sul comportamento del calcestruzzo fresco. La forma di una particella si valuta sulla base delle caratteristiche di sfericità, proprietà che dipende dal rapporto area/volume della particella ed è, quindi, in relazione alla lunghezza relativa degli assi principali ovvero al rapporto tra il volume della particella e quello della sfera circoscritta.
Aggregati equidimensionali, rispetto ad aggregati piatti o allungati, favoriscono la scorrevolezza del calcestruzzo e, a parità di volume, a causa della loro minore area superficiale, per essere ricoperti richiedono un minor volume di pasta cementizia onde produrre un calcestruzzo di pari caratteristiche. Ciò si traduce in una riduzione dei costi e in una maggiore stabilità dimensionale. Se gli aggregati piatti nel corso della posa in opera si dispongono con la faccia maggiore orizzontalmente, l'acqua di bleeding e le bolle di aria restano imprigionate sotto l'aggregato e, creando una porosità grossolana, impediscono l'adeguato sviluppo del giunto adesivo con la pasta. Per i motivi indicati si ritiene conveniente limitare il contenuto di elementi piatti e allungati intorno al 15-25%.
L'angolarità (stato di usura degli spigoli dei granuli dell'aggregato) ha influenza non trascurabile sulla scorrevolezza del calcestruzzo fresco e, quindi, sulle proprietà meccaniche di quello indurito. Più gli spigoli sono vivi, maggiore cioè è l'angolarità, più elevata è la richiesta di acqua a pari scorrevolezza dell'impasto e, quindi, minore è la resistenza meccanica a compressione. Tuttavia, aggregati di forma irregolare, come quelli di frantumazione, aderiscono meglio alla matrice cementizia e possono presentare più alte resistenze meccaniche a flessione e a trazione.
Anche la tessitura superficiale degli aggregati, cioè il grado di ondulosità e di rugosità, influenza le proprietà del calcestruzzo fresco e indurito. Un aggregato liscio e non ondulato favorisce la scorrevolezza del calcestruzzo fresco ma fa diminuire l'adesione tra pasta e aggregato.

Caratteristiche meccaniche

In genere, la resistenza meccanica di un calcestruzzo non può essere superiore a quella degli aggregati che costituiscono la maggior parte del suo volume. È difficile tuttavia valutare la resistenza alla frattura degli aggregati come tali. Pertanto, si effettuano valutazioni per via indiretta. È prassi comune ricorrere al controllo delle caratteristiche di resistenza meccanica dell'aggregato studiando il comportamento di provini di calcestruzzo confezionati con gli aggregati in esame e, per confronto, provini di calcestruzzo preparati con aggregati di comprovata idoneità. Per una corretta valutazione dei risultati è necessario che le differenze tra i due impasti siano limitate alla sola natura dell'aggregato impiegato, con tutti gli altri fattori (granulometria, forma delle particelle, rapporti di composizione, tipo di cemento, modalità di preparazione e di stagionatura) identici.

L'insufficiente resistenza degli aggregati è un caso limite. In genere, la resistenza a compressione degli aggregati è intorno a 2000 MPa anche se molti aggregati, pur essendo considerati di buona qualità, possono scendere a 800 MPa. Per calcestruzzi destinati a opere particolari, per esempio a pavimentazioni, sono da considerare altre proprietà meccaniche. La resistenza all'urto può essere determinata su campioni di roccia misurando l'altezza minima da cui deve essere lasciato cadere un peso standard per provocarne la frattura. La resistenza all'usura è valutata operando con un mezzo abrasivo sulla roccia in esame. Nella prova Los Angeles, la resistenza all'usura è determinata come percentuale di materiale che si è frantumato, attraverso un'analisi granulometrica.

Idoneità chimica degli aggregati

Non tutti gli aggregati dal punto di vista chimico sono idonei alla produzione del calcestruzzo. Esistono alcuni requisiti fondamentali in assenza dei quali il calcestruzzo rischia di presentare resistenze meccaniche inferiori alle attese o di degradarsi anche se esposto in ambienti non aggressivi. Questi requisiti prevedono l'assenza, innanzitutto, di sostanze nocive per la durabilità del calcestruzzo, come cloruri, solfati, silice alcali-reattiva, limi argillosi e sostanze organiche.

Le vigenti norme EN-UNI stabiliscono i limiti per l'accettazione degli aggregati e illustrano i metodi di prova per la determinazione di questi limiti. Queste prove devono essere effettuate una tantum su materiali impiegati per la prima volta come aggregati per calcestruzzo e, accertatane l'idoneità, non è necessario ripetere sistematicamente queste prove, salvo che non esistano motivi per sospettare che sia intervenuta qualche variazione nella fonte di approvvigionamento.

Cloruri

Il limite del contenuto di cloruri negli aggregati è correlato con il rischio di corrosione dei ferri di armatura. Nei calcestruzzi privi di armature metalliche la presenza di cloruri nell'aggregato non comporta alcun rischio di degrado, ma solo un danno di carattere estetico per la formazione di depositi salini (efflorescenze) sulla superficie dei manufatti, esposti a cicli alternati di bagnatura e asciugamento. Gli aggregati inquinati da cloruri sono identificabili con la sabbia del mare. Questa può essere impiegata come frazione fine di un misto per calcestruzzo, purché i cloruri siano rimossi mediante trattamento in un impianto di lavaggio.

Solfati solubili in acido

Il solfato solubile in acido può essere presente nell'aggregato in forma di gesso bi-idrato o anidrite. La presenza di solfato nell'aggregato, oltre un certo limite, comporta il rischio di disgregazioni espansive a causa della formazione di ettringite che avviene con grande aumento di volume.

Solfuri di ferro

I solfuri di ferro (pirite, marcasite ecc.), presenti in molte rocce, per azione dell'ossigeno atmosferico e dell'idrossido di calcio, contenuto nella pasta di cemento, reagiscono formando idrossido di ferro. Se il manufatto è ben compattato, il fenomeno interessa soltanto gli strati in superficie perché l'ossigeno non penetra in profondità e intorno alla particella di solfuro compare una macchia bruna dovuta all'idrossido ferrico. Se, invece, l'ossigeno penetra in profondità, è possibile che si abbia distacco di materiale perché la reazione avviene con aumento di volume.

Silice alcali-reattiva

Alcune forme di silice presenti nell'aggregato - quelle amorfe o mal cristallizzate - possono reagire con gli alcali del cemento (sodio e potassio) per formare silicati alcalini idrati, espansivi, molto dirompenti nei confronti della circostante matrice cementizia. Questa reazione, nota come ASR (Alcali-Silica Reaction), si manifesta attraverso un reticolo di fessure o espulsioni localizzate di malta (pop-out) che possono pregiudicare la durabilità delle opere in calcestruzzo. Il processo di espansione e fessurazione avviene piuttosto lentamente e non è raro che esso si manifesti dopo uno o più anni dalla posa in opera. La reazione alcali-silice può decorrere solo in presenza di umidità e avviene, quindi, in genere in ambienti esterni, ma anche in ambienti chiusi esposti alla risalita capillare di acqua dal terreno.
Utilizzando aggregati di non consolidate esperienze, per la difficoltà di diagnosticare la reattività o meno della silice, il miglior modo per affrontare il problema è di prevenire il fenomeno impiegando cementi di altoforno a elevato contenuto di loppa, in presenza dei quali la reazione non avviene.

Argilla e altri materiali fini

L'argilla, se presente, forma una copertura superficiale sui granuli dell'aggregato influenzandone in modo notevole l'adesione alla pasta di cemento. Oltre l'argilla, possono avere effetti analoghi il limo e le polveri derivate dalla frantumazione delle rocce. Se il processo di frantumazione è condotto in modo corretto, la polvere è eliminata per lavaggio. Se i granuli di argilla risultano però fortemente legati agli aggregati, e non possono essere rimossi con facilità, possono anche essere trascurati. In ogni caso la loro quantità deve essere contenuta a livelli bassi poiché, a causa della loro elevata area superficiale specifica, aumentano la quantità di acqua necessaria a bagnare la superficie dell'aggregato. La determinazione della quantità di argilla, limo o polvere fine contenuta negli aggregati è di solito effettuata con metodi basati sulla velocità di sedimentazione delle particelle. Il limo e le particelle fini sedimentano più lentamente e si depositano sopra l'aggregato più grosso che sedimenta quasi subito. La loro quantità è espressa dall'altezza dello strato depositato rispetto all'altezza degli aggregati sottostanti.

Sostanze organiche

Un aggregato può avere ottimi requisiti dal punto di vista meccanico e morfologico ma essere inadatto alla confezione di calcestruzzi, nel caso contenga impurezze organiche capaci di modificare in modo incontrollato i processi d'idratazione del cemento. In genere, esse inducono un rallentamento dell'idratazione, con conseguente ritardo nello sviluppo delle resistenze meccaniche del calcestruzzo indurito. Queste sostanze organiche sono presenti, normalmente, sotto forma di humus. La loro presenza è più frequente nelle sabbie rispetto agli aggregati grossi.
Non tutte le sostanze organiche sono nocive e il metodo migliore è, senz'altro, quello di confezionare calcestruzzi di prova per valutarne l'effetto. È tuttavia sufficiente accertare in modo rapido - mediante una prova colorimetrica- la presenza, o meno, di sostanze organiche e procedere a prove successive solo nel caso in cui esse superino una determinata concentrazione.

Aggregati leggeri

Il termine di aggregato leggero comprende gli aggregati che hanno una massa volumica compresa tra 500 e 1500 kg/m3 e, quindi, inferiore a quella degli aggregati impiegati nel calcestruzzo ordinario. La caratteristica degli aggregati leggeri è la loro elevata porosità che è responsabile della bassa massa volumica. È tuttavia necessario che l'aggregato possegga una resistenza meccanica la più alta possibile. L'aggregato leggero ideale dovrebbe essere costituito da granuli tondeggianti, porosi all'interno e impermeabili all'esterno. Queste caratteristiche sono riscontrabili solo in alcuni aggregati leggeri preparati artificialmente, quali per esempio l'argilla espansa.

Argilla espansa

Questo materiale è prodotto mediante cottura di particolari argille. In un forno rotante, incontrando temperature sempre maggiori (da 150 °C fino a circa 1200 °C), per l'azione combinata dei gas che si sviluppano all'interno dell'argilla (CO2, vapor acqueo ecc.) e del movimento rotatorio del forno, l'argilla espande, nella fase quasi fluida, in forma di palline rotondeggianti. Il materiale incandescente in uscita dal forno attraversa un "letto fluido", costituito da una corrente di aria che, oltre a raffreddare l'argilla espansa, provoca la clinkerizzazione dell'involucro. È in questo momento che si completa la caratteristica fondamentale del materiale: un nucleo interno poroso, costituito da micro-cavità contenenti aria che rendono l'aggregato leggero, legato a un involucro esterno vetroso che garantisce elevati valori di resistenza meccanica.

Altri aggregati leggeri

Con procedimenti analoghi a quello ora illustrato, è possibile ottenere aggregati leggeri anche con materiali non argillosi quali, per esempio, la perlite e la vermiculite.
Un altro tipo di aggregato leggero è prodotto spruzzando una piccola quantità di acqua sulla loppa fusa in uscita dall'altoforno. Il vapor acqueo che si genera fa rigonfiare la loppa ancora plastica che, raffreddandosi, dà luogo a un materiale poroso di aspetto molto simile a quello della pomice.
Tra gli aggregati leggeri è ancora da ricordare il polistirolo espanso per il basso peso specifico del calcestruzzo che si può confezionare con esso.
Oltre agli aggregati sopra menzionati, tutti prodotti artificiali, è disponibile in natura una vasta gamma di aggregati leggeri quali pomice, tufo, terra di diatomee.