3 I CALCESTRUZZI SCHIUMATI CLASSICI 62
3.5 I test effettuati sui calcestruzzi schiumati classici 103
3.5.5 Densità a differenti stadi, porosità e contenuto naturale d’acqua 109
In Tabella 3.3 sono riportate le densità dei provini di calcestruzzo schiumato valutate al momento del confezionamento, denominate densità allo stato fresco 𝛾 , dopo 28 giorni di stagionatura in aria, dette densità in condizioni di umidità naturale 𝛾 e allo stato secco 𝛾 , ottenute essiccando i provini in stufa ad una temperatura di 115±5°C per almeno 48 ore, Figura 3.13, e, comunque, fino al raggiungimento di un peso costante; tale valutazione viene effettuata su tutti i campioni subito dopo l’esecuzione della prova di compressione. Si evidenzia che le densità allo stato secco 𝛾 riportate in Tabella 3.3 non coincidono perfettamente con quelle riportate in Tabella 3.2 in quanto queste ultime si riferiscono alla media delle densità secche dei sei provini ottenuti con quel mix design, mentre le prime si riferiscono a quelle dei soli provini maturati in aria. Da questi dati è possibile risalire alle seguenti grandezze:
differenza percentuale ∆𝛾 tra la densità allo stato fresco 𝛾 e quella ad umidità naturale dopo 28 giorni di stagionatura in aria 𝛾 rapportata alla prima, relazione 3.8, grazie alla quale è possibile esaminare la quantità di acqua evaporata dai campioni durante la maturazione:
∆𝛾 100 ∙ 𝛾 𝛾 ⁄ [%] 𝛾 (3.8)
contenuto naturale d’acqua 𝑤 , valutato come differenza percentuale tra il peso dei campioni stagionati in aria per 28 giorni 𝑊 e il peso dei campioni essiccati 𝑊 rapportata al primo, relazione 3.9:
𝑤 100 ∙ 𝑊 𝑊 𝑊⁄ [%] (3.9)
porosità 𝜀, valutata indirettamente attraverso la conoscenza della densità secca 𝛾 dei provini di calcestruzzo schiumato e della densità secca dei solidi, ossia del conglomerato cementizio non alleggerito con schiuma 𝛾 , mediante la ben nota relazione 3.10:𝜀 100 ∙ 1 𝛾 𝛾⁄ [%] (3.10)
Questa valutazione indiretta della porosità è largamente impiegata nella letteratura specifica di settore e in [118] ne è stata dimostrata l’efficacia, verificando che portasse a dei risultati sostanzialmente uguali a quelli forniti da determinazioni della porosità mediante tomografie e elaborazioni 3D.
Al fine di determinare la densità secca del conglomerato cementizio non alleggerito 𝛾 , sono stati confezionati degli ulteriori provini cubici di lato 5 cm senza l’aggiunta di schiuma preformata sia utilizzando il cemento Portland CEM I 52,5R che il cemento Portland al calcare CEM II A-L 42,5R. Per la realizzazione di questi campioni è stata eseguita una procedura diversa, tendente a minimizzare il più possibile la presenza di bollicine d’aria che, come noto, seppur in piccolissima quantità, è inevitabile che si formino anche nei calcestruzzi tradizionali. Nello specifico, i casseri in acciaio sono stati posizionati su una tavola vibrante così da essere agitati durante la fase di confezionamento; quest’ultima è avvenuta in tre diversi step in modo da agitare di volta in volta la quantità di materiale già immessa e forzare la fuoriuscita delle bolle presenti prima di procedere con l’introduzione del materiale successivo; dopo il completo riempimento, il materiale viene scosso violentemente per 10 minuti al termine dei quali viene aggiunta una ulteriore piccola quantità di miscela e lisciviata la faccia superiore con una spatola metallica così da asportare le
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bolle d’aria risalite in superficie, Figura 3.14. Questo espediente consente di eliminare anche possibili bolle d’aria intrappolate tra il materiale e le superfici metalliche delle pareti interne del cassero. Dopo 48 ore i campioni così preparati vengono scasserati e fatti maturare avvolti in fogli di cellophane per 28 giorni, al termine dei quali vengono messi in stufa a 115±5°C fino al raggiungimento di un peso costante; quest’ultimo, infine, è stato utilizzato per la determinazione di 𝛾 , pari a 1851 kg/m3 nel caso del CEM I 52,5R di maggiore finezza e a 1735 kg/m3 nel caso
del CEM II A-L 42,5R.
La densità dei campioni allo stato fresco 𝛾 varia approssimativamente tra 500 kg/m3 e 1050
kg/m3, quella in condizioni di umidità naturale dopo 28 giorni di stagionatura in aria 𝛾 tra 400
kg/m3 e 970 kg/m3, infine quella secca 𝛾 tra 370 kg/m3 e 840 kg/m3.
Tabella 3.3 Valutazione a diversi stadi della densità dei provini cubici maturati in aria, della loro porosità e
degli indicatori Δ𝛾 e 𝑤 tipo di cem. tens. serie no. densità allo stato fresco densità umidità naturale diff. tra le densità densità allo
stato secco poros.
cont. natur. acqua 𝛾 𝑘𝑔 𝑚⁄ 𝛾 𝑘𝑔 𝑚⁄ ∆𝛾 % 𝛾 𝑘𝑔 𝑚⁄ 𝜀 % 𝑤 %2 CEM I 52,5 R Foam C® #1 510 441 13.53 407 78.01 7.71 #2 735 706 3.94 608 67.15 13.88 #2.1 818 719 12.10 624 66.29 13.21 #2.2 855 738 13.68 618 66.61 16.26 #3 846 815 3.66 688 62.83 15.58 #4 969 922 4.85 783 57.70 15.07 #4.1 1046 967 7.55 820 55.70 15.20 Foam Tek #5 497 439 11.67 394 78.71 10.25 #6 722 664 8.03 600 67.58 9.64 #6.1 756 688 8.99 588 68.23 14.53 #6.2 850 705 17.05 577 68.83 18.16 #7 973 920 5.44 840 54.62 8.69 SLS #8 691 619 10.42 564 69.53 8.88 #9 908 836 7.93 764 58.72 8.61 CEM II A-L 42,5 R Foam C® #10 470 404 14.04 367 78.85 9.16 #11 831 718 13.60 640 63.11 10.86 #12 986 874 11.36 774 55.39 11.44 Foam Tek #13 503 442 12.13 406 76.60 8.14 #14 732 666 9.02 597 65.59 10.36 #15 947 896 5.38 817 52.91 8.82 SLS #16 722 640 11.36 584 66.34 8.75
1 Differenza percentuale tra la densità allo stato fresco e quella dopo 28 giorni di maturazione in aria 2 Differenza percentuale tra il peso dopo 28 giorni di maturazione in aria e quello secco
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Per quel che concerne la differenza ∆𝛾 tra le densità allo stato fresco e quelle in condizioni di umidità naturale, dai dati riportati in Tabella 3.3 si evince che, per fissati tipologia di cemento, rapporto 𝑎 𝑐⁄ e tensioattivo, un incremento della massa volumica dei campioni di calcestruzzo schiumato porta ad un decremento in ∆𝛾. Questo è evidentemente dovuto alla maggiore quantità di schiuma richiesta per l’ottenimento di densità più basse che conduce a rapporti 𝑎 𝑠 𝑐⁄ più alti e, quindi, ad una più elevata fluidità del sistema che dà luogo ad una maggiore riduzione del peso del campione per evaporazione di acqua durante la fase di stagionatura.
Nelle Figura 3.15,Figura 3.16 eFigura 3.17 si riportano gli effetti del tensioattivo e del tipo di cemento, per le tre densità secche target analizzate, su ∆𝛾 % e 𝑤 [%]. Il primo indicatore risulta essere maggiore nel caso di utilizzo di schiume generate impiegando il tensioattivo proteico Foamin C®. Questo risultato era del resto atteso per via della maggiore quantità di schiuma
proteica necessaria al perseguimento di una data densità target che, come già fatto notare, dà luogo ad una più elevata fase liquida nella miscela allo stato fresco (valori più elevati del rapporto 𝑎 𝑠 𝑐⁄ rispetto alle schiume da tensioattivo sintetico). Tuttavia questa marcata differenza di comportamento non si osserva nel caso dell’assorbimento d’acqua 𝑤 che, per fissata densità, si mantiene pressoché costante al variare del tensioattivo, sebbene, nella maggior parte dei casi e più evidentemente per le densità di 800 kg/m3, risulta essere superiore ancora nel caso delle schiume
proteiche.
Figura 3.13 Stufa utilizzata per l’essiccazione dei provini di calcestruzzo schiumato così da valutarne la
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Nelle Figura 3.18 eFigura 3.19 viene illustrata l’influenza della densità sugli indicatori ∆𝛾 % e 𝑤 [%]: all’incrementarsi della densità secca l’indicatore ∆𝛾 % si riduce, come del resto atteso per le medesime ragioni spiegate in precedenza, invece il contenuto naturale d’acqua 𝑤 [%] mostra un andamento leggermente crescente al crescere della densità nel caso di utilizzo del tensioattivo proteico Foamin C®, mentre si mantiene approssimativamente costante nel caso di
uso del FoamTek.
Figura 3.14 Confezionamento dei provini per la valutazione della densità della matrice cementizia non
alleggerita con schiuma 𝛾𝑠𝑠
La lettura di questi dati, unita a quanto già presente nella letteratura specifica, permette di screditare la falsa credenza, comune tra i non esperti di calcestruzzi cellulari, di un aumento del contenuto naturale d’acqua dei calcestruzzi schiumati e, più in generale, dei cellulari, al decrescere della massa volumica.
Un effetto significativo su ∆𝛾 % è quello dovuto alla presenza del superfluidificante. Come si può notare dall’analisi della Figura 3.20, il suo utilizzo conduce ad un forte decremento di questo indicatore per via della già ricordata riduzione che lo stesso superfluidificante induce sulla quantità di schiuma necessaria ad ottenere una certa densità target. Contrariamente, il suo effetto sul contenuto naturale d’acqua è assolutamente trascurabile.
Infine, i dati in Tabella 3.3 rivelano come incrementi del rapporto 𝑎 𝑐⁄ diano luogo a cospicui accrescimenti sia di ∆𝛾 % che di 𝑤 [%].
Figura 3.15 Effetto del tensioattivo su ∆𝛾 e 𝑤 dei campioni di calcestruzzo schiumato confezionati con densità pari a 400 kg/m3 e tipo di cemento: CEM I 52,5R a); CEM II 42,5R b)
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Figura 3.16 Effetto del tensioattivo su ∆𝛾 e 𝑤 dei campioni di calcestruzzo schiumato confezionati con densità pari a 600 kg/m3 e tipo di cemento: CEM I 52,5R a); CEM II 42,5R b)
Figura 3.17 Effetto del tensioattivo su ∆𝛾 e 𝑤 dei campioni di calcestruzzo schiumato confezionati con densità pari a 800 kg/m3 e tipo di cemento: CEM I 52,5R a); CEM II 42,5R b)
Figura 3.18 Effetto della densità secca su ∆𝛾 e 𝑤 dei campioni di calcestruzzo schiumato confezionati con il cemento CEM I 52,5R e tensioattivo: Foamin C® a); FoamTek b)
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Figura 3.19 Effetto della densità secca su ∆𝛾 e 𝑤 dei campioni di calcestruzzo schiumato confezionati con il cemento CEM II A-L 42,5R e tensioattivo: Foamin C® a); FoamTek b)
Figura 3.20 Effetto della presenza del tensioattivo su ∆𝛾 e 𝑤 dei campioni di calcestruzzo schiumato confezionati a diversa densità secca target con il cemento CEM I 52,5R e il tensioattivo Foamin C®: ∆𝛾 %
a); 𝑤 % b)