Caratterizzazione delle malte

Sulle diverse tipologie di malta cementizia confezionate in questo lavoro sperimentale sono state eseguite soprattutto allo stato indurito una serie di indagini in laboratorio al fine di caratterizzarle e capire l’influenza dell’utilizzo del materiale PFU sulle loro prestazioni. Nei paragrafi successivi sono state riportate nel dettaglio le descrizioni delle tecniche di indagine eseguite.

4.3.1 Rilevazione del Peso

Prima di eseguire i test meccanici sui provini di malta, per ognuno, alle diverse stagionature, è stato rilevato il peso tramite una bilancia di precisione. La bilancia usata per la misurazione del peso dei manufatti è riportata in figura 4.13. Trattasi di una bilancia di precisione con portata massima 15kg e accuratezza 0,5g.

Figura 4.13 – bilancia di precisione utilizzata per la rilevazione del peso dei provini

4.3.2 Prove meccaniche di resistenza a flessione e a compressione

La norma europea UNI EN 12190 definisce un metodo per la determinazione della resistenza alla compressione di malte e calcestruzzi per riparazioni strutturali e non strutturali, come definiti nella EN 1504-1. Il metodo è applicabile a tutti i tipi di malta e calcestruzzo da riparazione aventi un aggregato con dimensione massima di 8 mm. Esso fa distinzione tra malte con leganti idraulici e polimerici. Per la preparazione dei provini di malta 40mm x 40mm x 160mm si può utilizzare la tecnica di impasto, di formatura, di stagionatura e le attrezzature previste nella UNI EN 196-1. Per la determinazione della resistenza a compressione e a flessione sono state utilizzate le tecniche previste nella medesima norma. Ogni provino è stato sottoposto a prova di flessione e le due metà ottenute a prove di compressione.

4.3.3 Cicli termici

E’ stata analizzata la risposta dei diversi tipi di miscele eseguiti in seguito all’esposizione a particolari condizioni ambientali creati mediante trattamenti termici. Questi sono stati compiuti per mezzo di un apposito forno con il quale è stata raggiunta la temperatura massima di 300°C. Per i trattamenti termici sono stati usati provini che hanno raggiunto i 90 giorni di stagionatura. Tra un ciclo e l’altro, la temperatura del forno è stata aumentata di 50°C, a partire dalla 100°C fino ad arrivare a 300°C. In definitiva i provini di malta cementizia sono stati soggetti a 5 step termici: 100°C, 150°C, 200°C, 250°C e 300°C. In figura 4.14 sono riportate alcune fasi del trattamento termico dei provini.

4.3.4 Indagine ultrasonora

L'impiego degli ultrasuoni per applicazioni su elementi in conglomerato cementizio rientra tra i controlli non distruttivi. Con i controlli non distruttivi (non destructive testing o non destructive evaluation), com'è noto, le caratteristiche ricercate vengono messe in evidenza o misurate sulla struttura attraverso l'influenza che esse esercitano su alcune proprietà fisiche del materiale. Questa metodologia non altera i materiali nelle loro caratteristiche. Nel caso specifico la metodologia viene applicata a provini di malta cementizia sapendo che, sul conglomerato cementizio il metodo ultrasonico, è utilizzato per valutare l’omogeneità in situ e stimare la resistenza degli elementi strutturali. Il metodo si basa sulla determinazione della velocità di transito degli ultrasuoni attraverso il materiale, nonché sull'esame del segnale ricevuto, opportunamente visualizzato. La grandezza che viene misurata (in microsecondi) è il tempo di transito (t) degli impulsi ultrasonici (detto anche tempo di volo - TOF: time off light) impiegato a percorrere la distanza geometrica ( s in mm) tra punti di rilievo sull'unità da saggiare. Il parametro non distruttivo è la velocità (V) virtuale o apparente cioè:

t s

V 

dove s viene misurata in metri e t in microsecondi microsecondi. Pertanto:

 

 

Per la misura di t viene richiesta una precisione di ± 1 %. L'apparecchio ad ultrasuoni è sostanzialmente costituito da:

 un dispositivo che a comando emette impulsi di vibrazioni meccaniche (emettitore o sonda emittente) in sincronismo con un segnale elettrico. Il generatore di impulsi è costituito da un thyratron (valvola rettificatrice a griglia pilota) il quale carica il condensatore che, a sua volta, scaricando improvvisamente, genera l'impulso;

 sull'uscita è collocata una resistenza che regola l'ampiezza e contemporaneamente anche la durata dell'impulso. Un sincronizzatore emette, con frequenza prefissata, il segnale necessario a comandare l'emissione di un impulso e l'inizio di un ciclo di scansione L'emettitrice oltre ad avviare un'unità di misura di intervalli di tempo attiva un'unità di visualizzazione della vibrazione in ricezione. Di seguito si riporta lo schema di funzionamento di un rilevatore mediante diagramma a blocchi.  un dispositivo che, ricevendo le vibrazioni meccaniche, le trasforma in

segnali elettrici (ricevitore o sonda ricevente);

 un dispositivo di amplificazione regolabile e di trattamento del segnale emesso dalla sonda ricevente;

L'impulso di vibrazione che perviene alla sonda ricevente, trasformato in un segnale elettrico, opportunamente amplificato, viene visualizzato sullo schermo a raggi catodici (CRT, apparecchio tradizionale) o su uno schermo a cristalli liquidi (moderni apparecchi digitali) o equivalente di un oscilloscopio. Sullo schermo dell'oscilloscopio il segnale elettrico, eventualmente filtrato, entro bande preselezionate, viene rappresentato in modo da misurare il tempo (t) intercorso tra l'emissione e la ricezione, ed in modo da valutare altri importanti parametri (frequenza, ampiezza, smorzamento, riflessione, etc.). E' opportuno che sull'oscilloscopio vengano visualizzati anche gli istanti di partenza e di arresto

dell'unità di misura dell'intervallo di tempo, per una mutua precisa correlazione ed una continua verifica da parte dell'operatore. La malta cementizia presenta buone caratteristiche di trasmissione delle onde elastiche ed una velocità di propagazione intorno ai 4000÷4300 m/sec in uno spettro che arriva fino a 50 kHz. I segnali utilizzati per le prove sulle malte, a differenza di quelli correnti nel controllo dei metalli, sono di tipo impulso e quindi a banda molto larga. Si preferisce usare impulsi a frequenze ultrasoniche (20+150 Hz) fondamentalmente per due ragioni: per produrre un impulso con una partenza netta, il che equivale ad una migliore precisione nella misura del tempo e per produrre l'energia meccanica di vibrazione massima nella direzione di propagazione, in altre parole, avere la massima sensibilità. La prova è stata eseguita, come accennato, su provini di malta cementizia di dimensioni 40mm x 40mm x 160mm e la rilevazione della velocità ultrasonora è stata effettuata longitudinalmente al lato lungo del provino. Maggiori dettagli sono stati riportati nel paragrafo “4.4.2.4.2 Prova ultrasonora”.