2.2 Evoluzione della qualit` a del calcestruzzo
2.2.1 Evoluzione dei materiali componenti il calcestruzzo
L’evoluzione del calcestruzzo `e frutto dello sviluppo degli studi teorici, delle prove di laboratorio e della pratica costruttiva ed `e essenzialmente condizionato dall’e- voluzione tecnologica dei materiali cementizi.
Abbandonate le calci idrauliche, usate sino all’inizio del secolo scorso, si sono andati sviluppando cementi sempre pi`u specializzati con l’obiettivo di ottenere, oltre a soddisfacenti caratteristiche meccaniche, un moderato sviluppo del calore d’idratazione, buone resistenze al dilavamento delle acque pure e all’azione delle acque aggressive1 (v. Figura 2.1).
Le resistenze meccaniche dei cementi, valutate su malta normale secondo la meto- dologia all’epoca in vigore, sono andate via via crescendo, passando dagli iniziali 300-400 kg/cm2 (a 28 giorni) sino a circa 500 kg/cm2 prima della seconda guerra mondiale, per arrivare ai 650 kg/cm2 nel dopoguerra.
L’incremento di resistenza del cemento Portland pu`o essere assunto come indice di un generale miglioramento della sua qualit`a, ma le problematiche di degrado e invecchiamento riscontrate sui calcestruzzi delle dighe non sono generalmente dovute a insufficienti resistenze meccaniche del legante, ma piuttosto sono in re- lazione alle problematiche dei getti massivi (calore d’idratazione), alle condizioni di aggressivit`a delle acque (dilavamento da parte delle acque pure e attacco di acque aggressive) e alle inadeguate compattezze dei conglomerati (connesse alla tecnologia di posa in opera).
Ad esempio, per risolvere le problematiche del calore d’idratazione, gli iniziali cementi Portland sono stati modificati, riducendo sia il contenuto di alluminato tricalcico C3A (con contemporaneo aumento dell’alluminato ferrito tetracalcico C4AF ) che il contenuto del silicato tricalcico C3S (con contemporaneo aumento del silicato bicalcico C2S ). Nella Tabella 2.1 sottostante `e riportata una tipica composizione mineralogica dei cementi Portland a basso calore d’idratazione, a confronto con i normali cementi Portland:
1sono tre caratterstiche che, limitate, hanno lo scopo principale di aumentare la vita utile
C3S C2S C3A C4AF
cemento standard 50 25 10 8 cemento a basso calore d’idratazione 23 50 5 14
Tabella 2.1: Confronto tra i componenti mineralogici del cemento Portland a basso calore con quelli dei primi cementi Portland
Si `e poi progressivamente passati dai cementi Portland ai cementi pozzolanici, in cui parte del clinker di cemento Portland (all’incirca il 30-35%) veniva sostituita da un’aggiunta minerale, la pozzolana naturale, facilmente disponibile in Italia sin dall’epoca romana. In tal modo, oltre a ridurre ulteriormente lo sviluppo di calore d’idratazione, si `e anche limitata la formazione della calce d’idrolisi derivante dall’idratazione dei costituenti silicatici del cemento (principalmente il C3S ), causa principale del degrado connesso all’azione dilavante delle acque. I primi sistematici utilizzi dei cementi pozzolanici nei calcestruzzi delle dighe Italiane risalgono alla seconda met`a degli anni030 del secolo scorso (v. Figura 2.1).
Dopo la seconda guerra mondiale si sono diffusi anche i cementi ferrici, il cui clinker `e praticamente esente da alluminato tricalcico e i corrispondenti cementi ferrici-pozzolanici, con deciso miglioramento anche per quanto riguarda l’attacco al calcestruzzo da parte delle acque solfatiche. A essi si sono aggiunti i cementi d’altoforno, in cui la loppa granulata d’altoforno sostituisce il clinker di cemento Portland, come nel caso dei cementi pozzolanici, ma con dosaggi di loppa anche decisamente superiori al 50%.
Nella documentazione dell’ANIDEL `e riportato un dettagliato elenco delle dighe il cui calcestruzzo `e stato confezionato con questi cementi di miscela, prevalen- temente pozzolanici o ferrici-pozzolanici, la cui ampia diffusione ha consentito di limitare gli effetti del degrado sul calcestruzzo delle dighe e di migliorarne le condizioni d’invecchiamento.
Al secondo dopoguerra risale anche l’impiego nei calcestruzzi da diga degli additivi aeranti (v. Figura 2.1), che ha contribuito notevolmente a ridurre l’effetto del gelo sulle dighe. La loro azione `e quella d’introdurre nel conglomerato delle minuscole bolle d’aria in grado di attenuare gli effetti espansivi del gelo. Non `e un caso che la maggior parte dei fenomeni di degrado imputabili a questi effetti sia stato riscontrato su vecchie dighe, costruite in periodi precedenti e a quote superiori a 2000 m s.l.m..
Sempre dopo la seconda guerra mondiale si `e diffuso anche l’impiego degli additivi plastificanti o fluidificanti (v. Figura 2.1). Essi hanno lo scopo di ridurre il con- tenuto di acqua dei calcestruzzi, a pari lavorabilit`a della miscela cementizia, con ricadute positive sia sulle prestazioni fisico-meccaniche che di durabilit`a del calce- struzzo. Ma il motivo principale per cui essi sono stati introdotti nei calcestruzzi
da diga sta nel fatto che, a parit`a di rapporto acqua/cemento e quindi di resistenza meccanica, consentono una riduzione del dosaggio di cemento. A parte i risparmi diretti sul materiale, il vantaggio tecnico pi`u rilevante sta nel ridotto sviluppo di calore d’idratazione del calcestruzzo, in una minore richiesta di raffreddamento durante i getti, in stati di sforzo pi`u contenuti durante i raffreddamenti e, alla fine, in minori fessurazioni di origine termica.
A questi additivi si sono man mano aggiunti altri prodotti con scopi pi`u specifi- ci come gli additivi acceleranti e i ritardanti. Questi ultimi, in particolare sono in grado di ritardare la presa e l’indurimento del calcestruzzo per diversi giorni, permettendo in tal modo di evitare i cosiddetti “giunti freddi” 2, in corrispon- denza delle riprese di getto, o controllare la rimozione delle casseforme nei getti a casseforme scorrevoli.
Negli ultimi decenni `e documentato l’impiego anche di materiali pozzolanici arti- ficiali come la cenere leggera di carbone, sia direttamente miscelata nei cementi pozzolanici alle ceneri, che come filler diqualit`a in sostituzione o integrazione del finissimo della sabbia (v. Figura 2.1).
Figura 2.1: Progressi nel tempo dei materiali componeneti il calcestruzzo
2discontinuit`a indesiderate tra strati di calcestruzzo che si verifica quando si esegue un getto