Il cemento armato
6.2.2 Gli aggregati
Gli aggregati costituiscono lo scheletro del calcestruzzo e quindi le loro caratteri-stiche meccaniche e geometriche influiscono sensibilmente sul comportamento del materiale finito. Generalmente gli inerti grossi dovrebbero essere costituiti da roc-ce che hanno una resistenza meccanica superiore a quella che si vuole ottenere dal calcestruzzo, in modo che la rottura avvenga per rottura dei legami cementizi, non a causa dell’aggregato.
Un aspetto fondamentale nella realizzazione del calcestruzzo `e la composizione granulometrica, cio`e le percentuali di inerti grandi, medi e fini che formano la miscela degli aggregati. Infatti una corretta granulometria `e indispensabile per ottenere un riempimento efficace dei vuoti, in modo che si renda minima la quantit`a di cemento necessaria per riempire i vuoti lasciati dagli inerti. La dimensione massima degli aggregati varia a secondo delle caratteristiche del calcestruzzo. Per la realizzazione di oggetti massicci, come spesso capita nelle opere di fondazione, si preferisce usare una dimensione massima degli aggregati elevata, in modo da ridurre il quantitativo di cemento necessario; nei getti di elementi di piccole dimensioni o con un elevato quantitativo di armature, che ostacola la colata del calcestruzzo, si preferisce usare una granulometria di dimensioni minori. In ogni caso la composizione ottimale della miscela di aggregati `e fornita dalla curva di Fuller, che fornisce, in funzione di d, la percentuale P di materiale passante attraverso un setaccio con fori di diametro d (quindi la percentuale di inerti di diametro inferiore a d). La legge di Fuller ha la semplice espressione
P = 100p
d/D (6.1)
dove D indica il diametro massimo degli inerti.
Nella Fig. 6.4 `e rappresentata la curva (6.1) e le percentuali passanti di due componenti, una sabbia ed una ghiaia (da AIMA) mescolati in proporzione del 48 -52%.
6.2 Il calcestruzzo 153
Figura 6.3: Rappresentazione schematica dell’addensamento degli aggregati. Slump (cm) Classe di consistenza Terminologia
0-4 S1 Terra umida
5-9 S2 Plastica
10-15 S3 Semifluida
16-20 S4 Fluida
>20 S5 Superfluida
Tabella 6.1: Abbassamento al cono di Abrams e classi di consistenza secondo UNI 9858
6.2.3 L’acqua
L’acqua, come si `e detto, ha la funzione di reagire con il cemento, dando luogo alle reazioni di idratazione, da cui derivano la presa e l’indurimento del calcestruzzo. Il quantitativo di acqua strettamente necessario a questo scopo `e di circa il 25% del peso del cemento. In realt`a il quantitativo che normalmente si impiega `e molto su-periore, perch´e l’acqua svolge anche la funzione di rendere lavorabile l’impasto. La lavorabilit`a di un calcestruzzo fresco si stima mediante il cono di Abrams, misurando l’abbassamento della massa fresca dopo lo scasseramento (Slump). La norma UNI 9858 definisce cinque classi di consistenza (Tab. 6.1); un calcestruzzo normalmen-te lavorabile, senza l’impiego di altri accorgimenti, come la vibrazione, dovrebbe appartenere alla classe S3 (o maggiore).
La lavorabilit`a del calcestruzzo aumenta al crescere del quantitativo d’acqua in eccesso rispetto a quella richiesta per le reazioni chimiche, ma dipende anche dal tipo di aggregati impiegati. Gli aggregati di piccola granulometria richiedono pi`u acqua di quelli di granulometria maggiore, mentre quelli di forma tondeggiante e liscia ne richiedono meno di quelli scabrosi e di forma allungata.
ra-154 Capitolo 6 Il cemento armato 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 diametro setaccio (mm) p e rce n tu al e p as san te
Curva di Fuller Sabbia Ghiaia Totale
Figura 6.4: Miscela degli inerti di un calcestruzzo e confronto con la curva di Fuller
pida diminuzione delle prestazioni meccaniche (resistenza) e della durabilit`a del calcestruzzo. Infatti l’acqua in eccesso, rimasta libera, occupa degli spazi che, do-po la fuoruscita dell’acqua, restano vuoti, aumentando notevolmente la do-porosit`a del materiale. La presenza dei pori riduce la resistenza a compressione del calcestruzzo e ne aumenta la deformabilit`a; amplifica inoltre alcuni fenomeni di deformazioni ritar-date, come il ritiro e la viscosit`a. Infine, favorendo la permeazione di agenti esterni e la conseguente alterazione del materiale, ne riduce sensibilmente la durabilit`a.
6.2 Il calcestruzzo 155
Componente Peso (kg) Volume (l)
Cemento 370 123
Acqua 200 200
Aggregati 1788 675
Aria - 2
Totale 2359 1000
Tabella 6.2: Composizione media di un calcestruzzo Rck = 30 MPa e classe di consistenza S3. Cemento 325, rapporto a/c = 0.54
6.2.4 Composizione del calcestruzzo
Per ottenere un calcestruzzo di classe S3 occorre mediamente un rapporto acqua/cemento di circa 0.5. La resistenza del calcestruzzo cresce con l’aumento della quantit`a di cemento, tuttavia per ottenere calcestruzzi di resistenza molto elevata ( > 50 MPa) occorre ridurre drasticamente il rapporto acqua/cemento, recuperando la lavorabi-lit`a mediante l’aggiunta di opportuni additivi. A titolo di esempio, nella Tab. 6.2 `e riportata la composizione di un calcestruzzo (classe di resistenza Rck = 30 MPa) e classe di consistenza S3.
Le prestazioni dei calcestruzzi si possono fortemente migliorare introducendo nella composizione degli additivi chimici, che l’industria del settore mette a disposi-zione del progettista. Vi sono vari tipi di additivi, che svolgono differenti funzioni: (fluidificanti, aeranti, acceleranti, ritardanti, ecc.). Gli additivi pi`u importanti, ai fini della resistenza, sono i fluidificanti, che consentono di ridurre drasticamente la quantit`a di acqua in eccesso, e quindi di produrre calcestruzzi con bassissima po-rosit`a, pur mantenendo all’impasto un’elevata fluidit`a. Tra i calcestruzzi speciali si possono citare i calcestruzzi fibrorinforzati, ottenuti aggiungendo fibre di acciaio (o di altro materiale dotato di resistenza a trazione). La presenza di fibre conferisce al calcestruzzo una resistenza a trazione molto superiore a quella dei calcestruzzi normali.
Di comune utilizzo, soprattutto per la realizzazione di elementi non strutturali (p.es. pannelli di tamponatura), sono i calcestruzzi leggeri , ottenuti sostituendo gli inerti naturali con prodotti artificiali di minore peso specifico (generalmente argilla espansa). Alla riduzione del peso corrisponde anche una minor resistenza, per cui generalmente si distingue tra calcestruzzi leggeri strutturali (con densit`a di circa 1800 kg/ m3) e calcestruzzi leggeri non strutturali, con densit`a che possono essere anche molto minori.