I calcestruzzi ad alte prestazioni sono caratterizzati da basso rapporto in peso acqua/legante (a/l), da alto dosaggio di legante, dall’impiego di aggiunte minerali attive (silica fume, ceneri volanti, loppa granulata d’altoforno macinata, argille calcinate, quali il metacaolino, e pozzolane naturali) e di additivi chimici superfluidificanti, spesso combinati con ritardanti.
Fig. 2.1 - Aggiunte ed Additivi tipici di un calcestruzzo ad Alta Resistenza
Il dosaggio del legante varia da 400 a 550 Kg/m3 e rappresenta il totale del cemento
Portland più le aggiunte minerali attive. Il rapporto a/l è generalmente nell’intervallo 0,25 – 0,35 ma sono stati prodotti impasti con rapporto inferiore a 0,25; spesso al rapporto a/l si abbina quello fra acqua e cemento Portland, a/c.
Affinché ai bassi valori del rapporto a/l il legante possa essere omogeneamente disperso nell’impasto, è indispensabile l’uso di un efficace superfluidificante. Inoltre, quando l’abbassamento al cono dell’impasto fresco (slump, indice della lavorabilità) decade così velocemente da compromettere la regolarità delle operazioni di trasporto e posa in opera, il problema è di frequente risolto con l’impiego di ritardanti e programmando i tempi di aggiunta degli additivi.
Poiché non è ancora possibile basare la progettazione degli impasti sulle caratteristiche dei materiali componenti, ne sono del tutto accettabili le regole seguite nella progettazione degli impasti di calcestruzzo a resistenza normale, i materiali e i rapporti di composizione per il calcestruzzo ad alte prestazioni sono scelti sulla base di prove di laboratorio.
Lo studio degli impasti di prova per la determinazione dei rapporti ottimali richiede lavoro sperimentale. Nella scelta dei materiali localmente disponibili (cemento, aggregato, aggiunte minerali, additivi) l’obiettivo è la ricerca dei componenti che manifestino il massimo della compatibilità.
Tale compatibilità può essere valutata attraverso la “resa” di resistenza meccanica a compressione (cioè la resistenza per unità di peso cemento - o di legante - ad una assegnata stagionatura), e/o in termini di slump, e di mantenimento di un dato livello di slump per un prefissato periodo di tempo.
La compatibilità tra i componenti dell’impasto non è garantita solo dalla rispondenza alle norme di accettazione, essendo questa condizione necessaria ma non sufficiente perché la resa di resistenza per kg di cemento (o di legante) risulti ottimale o perché la lavorabilità desiderata possa essere ottenuta e mantenuta per il tempo prefissato.
Individuati, quindi, i materiali ed i rapporti ottimali di composizione, occorre accertare che i risultati di laboratorio possano essere riprodotti nella particolare situazione di cantiere, e soltanto dopo che tutte le procedure siano state definite si compila il dettaglio del piano di assicurazione della qualità.
Si può pertanto dire che mentre le proprietà del calcestruzzo normale sono influenzate solo da quelle della malta, nel calcestruzzo ad alte prestazioni giocano ruoli importanti sia la malta che l’aggregato: la resistenza a compressione aumenta al diminuire del rapporto a/c fino a quando la resistenza allo schiacciamento dell’aggregato non diventi
A questo punto per aumentare ulteriormente la resistenza a compressione attraverso la diminuzione del rapporto a/c occorre cambiare aggregato ed usarne uno più resistente. Segue nei prossimi paragrafi un approfondito esame dei materiali che si utilizzano per la produzione dei calcestruzzi ad alte prestazioni.
I calcestruzzi autocompattanti rappresentano una categoria di conglomerati che non necessita, durante la posa in opera, di alcuna forma di compattazione o vibrazione in quanto sono in grado di riempire completamente la cassaforma, consentendo nel contempo una efficace espulsione dell’aria intrappolata in eccesso rispetto a quella fisiologica e, quindi, capaci di garantire valori della resistenza in opera sostanzialmente coincidenti con quelli conseguibili sui provini prelevati a “bocca di betoniera” e compattati a “rifiuto”. Da questo punto di vista, quindi, i calcestruzzi autocompattanti possono ritenersi una naturale evoluzione di quelli superfluidi (classe di consistenza S5) e sono stati sviluppati per esasperare la possibilità di rendere la qualità del conglomerato in opera sostanzialmente indipendente dalle operazioni di posa e compattazione oltre che per accelerare le operazioni di betonaggio per la realizzazione di strutture in cui siano rilevanti i volumi di calcestruzzo impiegati. Il presente articolo è dedicato all’esame delle proprietà reologiche e meccaniche di questi conglomerati e alle possibilità che essi offrono di modificare anche le tradizionali tecniche di realizzazione delle strutture in c.a. e c.a.p. Per la produzione di un calcestruzzo autocompattante, tuttavia, è necessario associare all’utilizzo degli additivi sopramenzionati un corretto proporzionamento degli ingredienti del calcestruzzo. A questo proposito il conglomerato dal punto di vista reologico può essere schematizzato come un sistema costituito da due fasi di cui una la pasta (acqua, cemento e polveri finissime di dimensioni inferiori a 0.125 mm) costituisce il fluido trasportatore; l’altra, invece, costituita dagli aggregati lapidei, rappresenta la fase trasportata. Pertanto, la reale possibilità di produrre un calcestruzzo autocompattante è associata alla necessità di aumentare il volume di materiale finissimo, che costituisce il fluido trasportatore, a scapito di un minor volume di aggregato e di quello grosso in particolare. Una regola pratica è quella di garantire un volume di materiale finissimo compreso tra 160 e 190 l/m3 circa. Un volume così rilevante di materiale finissimo non
può essere ottenuto ricorrendo all’impiego del solo cemento in quanto occorrerebbero dosaggi di legante di circa 500-600 Kg/m3 improponibili per gli inevitabili rischi di fessurazione dei getti conseguenti sia ai gradienti termici che al ritiro idraulico. Pertanto,
il confezionamento di calcestruzzi autocompattanti si basa sull’utilizzo combinato di cemento e di materiale finissimo con lenta o pressoché nulla velocità di idratazione quali la cenere volante, il calcare macinato, la loppa d’altoforno e il fumo di silice.
Relativamente a queste aggiunte occorre tener presente che la cenere volante può determinare un incremento della coesione e una riduzione della suscettibilità dell’impasto ad eventuali variazioni di composizione1. Per contro, eccessivi dosaggi di cenere possono aumentare la viscosità del calcestruzzo e penalizzare, conseguentemente, la capacità di scorrimento del materiale.
I filler calcarei vengono correntemente utilizzati per la produzione del calcestruzzo autocompattante. I requisiti richiesti per queste aggiunte inerti sono squisitamente di tipo granulometrico: essi debbono possedere passante a 0.125 mm di almeno il 70%. Rispetto ad altre aggiunte, le polveri di calcare offrono il vantaggio di una maggiore costanza di qualità in termini di granulometria e, quindi, consentono un più agevole controllo della richiesta d’acqua d’impasto e, conseguentemente, delle proprietà di scorrimento del calcestruzzo. Per contro, rispetto alla cenere volante, conferiscono all’impasto una minore resistenza alla segregazione.
Accanto al requisito relativo al volume di finissimo (160-190 l/m3) è opportuno
affiancare un ulteriore provvedimento legato al volume di acqua complessivo nel
calcestruzzo il quale deve risultare compreso tra 170 e 210 litri/m3. Il volume di
complessivo di pasta, inoltre, deve essere compreso tra 350 e 380 litri/m3 e il rapporto in volume acqua/ finissimo2 tra 0.85 e 1.10. Questi provvedimenti finalizzati ad ottimizzare volume e reologia della pasta debbono essere integrati da quelli relativi a limitare il volume dell’ aggregato grosso che deve risultare inferiore a 360 l/m3. Inoltre, occorrerà porre delle limitazioni anche al diametro massimo dell’aggregato che dovrà essere scelto in funzione delle caratteristiche di autocompattabilità da conseguire.
Infine per la realizzazione dei calcestruzzi con aggregati di riciclo si utilizzano tutti i componenti di un calcestruzzo tradizionale con l’aggiunta degli aggregati da riciclo in parziale sostituzione degli aggregati tradizionali. I rifiuti da costruzione e demolizione
1 La cenere volante da questo punto di vista ha effetti simili a quelli derivanti dall’impiego degli additivi
modificatori di viscosità. Essa, cioè, consente di evitare (robustezza) che modeste oscillazioni dell’acqua di impasto producano variazioni significative della reologia del calcestruzzo. Le Linee Guida europee a questo proposito richiedono che i calcestruzzi autocompattanti non subiscano variazioni della classe di
provengono essenzialmente dalle operazioni di costruzione e demolizione delle opere edili, dalle infrastrutture stradali e ferroviarie, da attività estrattive, ecc.
Tali rifiuti sono per la maggior parte costituiti da frazioni inerti quali: calcestruzzo, laterizi, ceramiche, terre di scavo, ecc., che posseggono di per sé grandi potenzialità di recupero e riutilizzo, potenzialità che però vengono in larga misura disperse poiché questi rifiuti, per la maggior parte, vengono smaltiti in discarica, se non addirittura abbandonati abusivamente, prodotti in quantità sempre maggiori e tali da non poter essere più smaltiti in maniera tradizionale e quindi necessitano di un intervento mirato a favorire il loro riciclo. Tale fenomeno ha riguardato anche il settore delle costruzioni.