Appunti teorici Chimica e materiali per l'ingegneria civile e ambientale

Calcestruzzo

• Materiale composito

• Caratterizzato

dall’unione di:

cemento, acqua,

sabbia e ghiaia

• Detto anche

conglomerato

cementizio

Quando parliamo di calcestruzzo, dobbiamo andare a de nire quelli che sono 4

caratteristiche importanti:

• Idratazione: il processo all’interno del quale abbiamo la formazione di miscela di acqua e

legante. Il rapporto acqua e legante in uenza la lavorabilità iniziale della miscela e le

caratteristiche nali del manufatto;

• Presa (min a ore): intendiamo il processo all’interno del quale inizialmente abbiamo la

perdita della lavorabilità dell’impasto per poi arrivare alla ne del fenomeno dove avremo

il manufatto che manterrà la forma che gli è stata data;

• Indurimento (anni): indichiamo un processo per cui abbiamo il continuo aumento delle

resistenze meccaniche;

• Stagionatura: insieme delle procedure volte al controllo di temperatura ed umidità, al ne

di una corretta applicazione nel tempo delle caratteristiche meccaniche e chimico- siche

del manufatto; L’uso del calcestruzzo

Uso del dipende da tre

calcestruzzo caratteristiche importanti: La classe di resistenza

Classe di resistenza

• é caratterizzata da due

Classe di capienza

• tipologie di resistenza:

Diametro massimo

• • Resistenza cubica

dell’aggregato • Resistenza cilindrica

Stati del

calcestruzzo Stato fresco Stato indurito

• Uno stato iniziale • Uno stato nale

• Abbiamo la miscela dei • Si raggiunge con i fenomeni

suoi componenti e di presa ed indurimento del

viene messo in opera cemento

Le proprietà principale del

calcestruzzo indurito sono

in uenzate da:

Ovviamente le caratteristiche del Caratteristiche dei suoi

•

calcestruzzo fresco andranno ad componenti

in uenzare le caratteristiche del Composizione dell’impasto

•

calcestruzzo indurito Modalità di

•

confezionamento, trasporto

e posa in opera

Calcestruzzo:

componenti

Cemento • Materiale pulverolento

• Impastato con l’acqua crea una pasta cementizia

• La pasta cementizia si rapprende per e etto della

presa

• La pasta cementizia acquista resistenze meccaniche

per e etto dell’indurimento

In italia vengono prodotti 5 tipologie di cemento:

Cemento Portland:

• deve contenere almeno il 95% di klinker di

Portland

Cemento di miscela:

• deve contenere almeno il 65% di klinker di

Portland ed elementi minerali in percentuali diverse

Cemento pozzolanico:

• deve contenere klinker di Portland e

materiale pozzolanico

Cemento d’altoforno:

• deve contenere klinker di Portland e loppa

d’altoforno

Cemento composito:

• formato da miscele di klinker di Portland,

loppa d’altoforno, materiale pozzolanico e y ash

Acqua di impasto Acqua di presa:

• entra in combinazione

con il cemento dando vita ai processi di

presa ed indurimento;

Acqua di bagnatura:

• ricopre la super cie degli inerti

del cemento;

Importante perché se non fosse prevista, la bagnatura

degli inerti avverrebbe a discapito dell’acqua di presa e

di lavorabilità: di conseguenza, una parte dell’impasto

potrebbe non e ettuate la presa e/o l’impasto potrebbe

non risultare lavorabile

Acqua di lavorabilità:

• agisce come

lubri cante all’interno dell’impasto;

• Riduce l’attrito tra i materiali solidi

• Fa crescere la classe di consistenza

C’è una legge che a erma che l’acqua per gli

impasti deve essere:

• Limpida

• Priva di sali (eccessivamente solfati o cloruri)

che in grandi percentuali potrebbero essere

dannosi

Detto anche come materiali lapidei

Inerti I materiali lapidei

• I materiali lapidei rappresentano rappresentano circa i 2/3 del

scheletro portante

lo del volume del calcestruzzo

calcestruzzo

• La pasta di cemento rappresenta

collante

il

I materiali lapidei sono anche

comunemente detti inerti

perché, in quantità e

dimensioni opportune, non

prendono quasi mai parte ai

fenomeni di presa ed

indurimento

• La miscela degli inerti che viene

impiegata nei calcestruzzi

• Viene de nita come aggregato

misto o misto granulometrico;

• Gli inerti vengono classi cati a

seconda della loro natura e

dimensione

Sempre per quanto riguarda gli inerti, nel caso di un materiale

generico informe e solido, si possono dare le seguenti de nizioni:

Volume apparente:

• il volume occupato da un miscuglio di inerti

unito ai normali mezzi di posa in opera;

Volume assoluto:

• la somma dei volumi occupati dai singoli

elementi solidi costituenti il miscuglio;

Peso speci co apparente:

• il peso dell’unità di volume apparente

del miscuglio;

Peso speci co assoluto:

• il peso dell’unità di volume assoluto del

miscuglio;

Compattezza:

• Vass/Vapp

Porosità:

• Vass-Vapp

Inerti Inerti naturali Inerti arti ciali

• Provengono da umi, depositi uviali, • Provengono dalla frantumazione di

alluvionali, glaciali rocce compatte o anche da materiali

• Possono provenire anche da depositi i di umi

di materiali sciolti (clastico) • Hanno una super cie rugosa e

• Si formano in generale da rocce per presentano spigoli

l’azione degradante di agenti esogeni

(ossia per reazioni chimico- siche)

• Hanno una super cie liscia e forma

tondeggiante

A seconda della natura degli inerti, essa va ad

in uenzare alcune proprietà del calcestruzzo:

Fluidità

• Plasticità

• Ritiro

•

Resistenza meccanica

•

Inerti naturali

• Migliorano la uidità del

calcestruzzo, dato cha Inerti arti ciali

abbiamo un • Abbiamo una maggiore plasticità

coe ciente d’attrito data da una maggiore super cie

interno minore; speci ca che fa aderire meglio

• Maggiore resistenza la pasta di cemento

meccanica come • Maggiore volumi di vuoti

conseguenza ad un

minor volume di vuoti;

Additivi Per additivo, andiamo ad

intendere una sostanza

chimica che, aggiunta alla

massa del calcestruzzo, va a

migliorare una o più proprietà

del materiale massa

• L’additivo deve essere omogenizzato a fondo nella

del calcestruzzo;

• Deve essere aggiunto nelle dosi precise che vengono

prescritte dalla casa produttrice;

• Un dosaggio sbagliato (q. Maggiore o minore) può portare

accelerazione o rallentamento

a del fenomeno di presa

o indurimento, o entrambi;

Abbiamo diverse tipologie di additivi:

Additivi acceleranti:

• vanno ad accelerare la velocità delle reazioni di idratazione

all’interno del cemento, lo sviluppo delle resistenze meccaniche. Possono

distinguersi in acceleranti di presa o acceleranti di indurimento;

Additivi aeranti:

• provocano all’interno del calcestruzzo là formazioni di

microscopiche bolle di aria uniformemente distribuite nella massa del materiale.

Vanno a migliorare l’azione del gelo e della lavorabilità, riducono l’impermeabilità;

Additivi anti-evaporanti:hanno

• la capacità di trattenere l’umidità all’interno della

massa. Riducono il rischio di fessurazione e il ritiro di evaporazione (ritiro quasi

sempre troppo rapido);

Additivi anti-gelo:abbassano

• il punto di congelamento dell’acqua d’impasto, ed

accelerano i processi di presa ed indurimento del cemento;

Additivi anti-ritiro:

• se miscelati al cemento, consentono di ottenere una Malta

uida,scorrevole ed omogenea. La Malta in questo caso è caratterizzata da una

controllata e regolare pressione espansiva;

Assortimento Si intende

granulometrico l’assorbimento

dimensionale degli

elementi che lo

costituiscono

L’assortimento granulometrico va ad incidere su:

• La proprietà dei singoli componenti granulari

dell’aggregato misto

• Compattezza

• Lavorabilità

• Comportamento in opera del calcestruzzo

indurito

Un buon assortimento di inerti va a:

• Ridurre al minimo il volume dei vuoti

• Aumenta la resistenza meccanica

• Riduce la porosità

• Garantisce il con namento delle

armature

L’impasto dei componenti dell’aggregato che può

Confezionamento avvenire in cantiere con miscelatori, ossia impianti

industriali di betonaggio dai quali il calcestruzzo viene

poi trasferito in cantiere con autobetoniera

Miscelatore a bicchiere

• Sono formati da un tronco conico

(appunto con la forma id un

bicchiere) Miscelatore a vasca

• Il tronco ruota attorno ad un asse • Hanno un asse di torsione verticale

sub-orizzontale • Il mescolamento delle componenti

• All’interno del Como abbiamo un che formano il calcestruzzo, avviene

sistema di pale che solleva i tramite delle traiettorie che vengono

componenti della miscela per poi applicate ai componenti da parte di

lasciarli ricadere per e etto della pale e satelliti presenti nel

gravità: durante la caduta abbiamo miscelatore;

il mescolamento e ettivo dei

componenti del calcestruzzo;

Quando si parla di impasto del calcestruzzo tramite un

miscelatore, è sicuramente importante quella che è la

velocità con cui avviene la stessa miscela. La velocità di

miscela è importante perché garantisce:

Buona produzione oraria

• del calcestruzzo

Evita la centrifugazione dei componenti cls

• (nel caso

dei miscelatori a bicchiere)

Evita la miscelazione caotica

• dei componenti cls (nel

caso dei miscelatori a vasca)

Lo stato fresco del calcestruzzo é molto

Calcestruzzo: stato importante perché va ad in uenzare quelle

fresco compattezza

che sono proprietà come e

Approfondito lavorabilità del conglomerato

Caratterizzato da tre

proprietà fondamentali:

• Fluidità

• Omogeneità

• Plasticità

Omogeneità Il calcestruzzo acquisire questa proprietà al

momento del confezionamento: essa non

dipende dalla miscela del materiale, ma

dalle modalità del confezionamento

De niamo la massa di un calcestruzzo come

omogenea quando, dopo il

confezionamento, presenta una

composizione costante in diversi punti

Per veri care se abbiamo una composizione

costante, dobbiamo prelevare (dopo la

miscelazione) diversi campioni di

calcestruzzo in diversi punti dell’impasto.

Successivamente, andiamo a misurare la

percentuale di inerti presenti nel cemento e

nell’acqua e andiamo a vedere se la

composizione é costante in tutti i punti

In particolare, se andiamo a considerare la

velocità e le caratteristiche del miscelatore,

possiamo a ermare che omogeneità dipende

da:

• Tempo di mescolamento

• Seguenza con cui vado ad inserire i

componenti della miscela

volume della carica del

• Rapporto fra

calcestruzzo volume interno

e

complessivo del miscelatore

Controllo Andiamo ad intendere l’analisi di

omogeneità alcuni campioni della miscela,

prelevati ad intervalli regolari dopo il

confezionamento

Il controllo dell’omogeneitá dipende

da tre fattori:

Resistenza a compressione

•

Percentuale in peso del cemento

• Percentuale in peso

•

dell’aggregato grossolano

• Resistenza a

compressione

avviene con una scadenza • Percentuale in peso dell’aggregato

pre ssata grossolano

Si preleva una percentuale in peso

dell’aggregato grossolano che lo si versa nel

crivello (30 mm), si fa vibrare il crivello per

facilitare il passaggio di componenti con

dimensione superiore o inferiore ai 30 mm e si

pesa il residuo del crivello

• Percentuale in peso del cemento

Si preleva una percentuale in peso del

cemento e lo si versa nel crivello (0,2

mm), si fa vibrare il crivello per facilitare il

passaggio di componenti con dimensione

superiore o inferiore ai 0,2 mm e si pesa il

residuo del crivello

Lavorabilità Si va ad indicare:

• la capacità da parte del calcestruzzo di essere

trasportato in cantiere senza perdere la sua omogeneità

(ottenuta dopo il confezionamento)

• La capacità di essere messo in opera in modo da riempire

perfettamente le casseforme ed eventualmente penetrare

tra le armature

La lavorabilità del calcestruzzo

dipende da fattori di due diverse

tipologie:

• Fattori intrinsechi (natura

interna del calcestruzzo)

• Fattori estrinsechi (natura

esterna del calcestruzzo)

Fattori intrinsechi Fattori estrinsechi

• Caratteristiche e dosaggio • Condizione di temperatura ed

del cemento umidità ambientale

• Caratteristiche e dosaggio • Dimensione e forma delle strutture

dell’acqua • Tempo che intercorre tra il

• Natura degli inerti confezionamento e la posa in opera

(possono essere naturali o • Mezzi di trasporto e modalità della

arti ciali) posa in opera

• Caratteristiche • Disposizione e quantità delle

ganulometriche degli inerti armature metalliche

In generale per poter ottenere una buona lavorabilità del calcestruzzo, dobbiamo

andare a lavorare su due delle sue caratteristiche fondamentali:

• FLUIDITÀ:andiamo ad intendere la proprietà per cui il calcestruzzo può muoversi,

con maggiore o minore facilità, quando viene trasportato all’interno di tubazioni a

pressione per riempire le casseforme perfettamente (ovviamente il tutto senza

perdere la sua omogeneità);

• PLASTICITÀ: andiamo ad intendere la proprietà per cui il calcestruzzo è in grado

di subire deformazioni, in misura minore o maggiore, senza perde la coesione,

ossia senza avere la separazione dei componenti all’interno della miscela;

Segregazione Andiamo ad intendere l’unione di due fenomeni:

Bleeding

• (essudazione):consiste nella

formazione di uno strato di acqua sulla

super cie del getto;

Sedimentazione:

• consiste nel deposito della

parte basse del getto degli elementi della

miscela più grandi e pesanti;

Il bleeding si manifesta tipicamente sulle

super ci di calcestruzzo molto estese ( es.

pavimentazioni stradali) e comporta alcuni

inconvenienti:

• Nelle riprese del getto

• Nell’aderenza acciaio e calcestruzzo

• Nell’aderenza della matrice cementizia agli

inerti

Andiamo ad intendere la

proprietà per cui il miscuglio

Consistenza tende a conservare la forma

che gli viene data

Viene misurata attraverso:

• Cono di Abrams (per

calcestruzzi uidi e umidi)

• Tavola a scosse (per

calcestruzzi uidi e umidi)

• Consistometro VEE-BEE

(per calcestruzzo rigidi)

Deve soddisfare due

Calcestruzzo: proprietà importanti, ossi:

stato indurito Resistenze meccaniche

•

Approfondito Deformabilità

•

Resistenze Resistenza meccanica a

meccaniche compressione

Dipende da fattori naturali

che possono in uenzare

Intendiamo il massimo quetsa resistenza in maniera

carico che un provino di diretta oppure indiretta:

calcestruzzo può • Tipologia e dosaggio del

sopportare prima della cemento

rottura. Si divide in: • Quantità dell’acqua di

Resistenza

• impasto

meccanica a • Lavorabilità

compressione • Presenza delle armature

Resistenza

• metalliche

meccanica a trazione • Natura, forma e

granulometria degli inerti

In generale il calcestruzzo • Modalità di posa in opera

risponde bene alle

resistenze meccaniche di Trazione diretta

compressione ma non a

quelle di trazione

• Per questo motivo, per Trazione da essione

esempio all’interno del Quando si parla di resistenza

calcestruzzo armato, il meccanica a compressione, è

calcestruzzo dovrà importante conoscere quella che é

solamente resistere alle legge FERET:

la

sollecitazione di “Per qualsiasi natura, forma e

resistenza meccanica grandezza degli inerti, a

di compressione, al prescindere dalla consistenza e

contrario invece delle dalle modalità di pose in opera,

armature metalliche, la resistenza a compressione di

che si occuperanno un calcestruzzo é funzione

delle resistenze perfetto crescente della seguente

meccaniche di trazione formula”

Atv di

dev'unità

vommedeivuation'interno

concestruttoinunostatofresco

in opera

volume

dev'acqua

diimpasto

In generale sono le

deformazioni che un

calcestruzzo subisce, Deformabilità

sono dovute alla

somma delle Andiamo ad intendere le deformazioni

deformazioni lineari e che un conglomerato cementizio può

plastiche subire.

(De nizione generale In linea generale, le deformazioni sono

uguale a quella che scaturite da:

troviamo per il

comportamento sforzi- Azioni indotte da carichi

• (deformazioni

deformazione) meccaniche):

-carichi permanenti degli elementi

strutturali

-carichi permanenti degli elementi non

strutturali

-carichi variabili

Azioni indotte da variazioni di

• temperatura (deformazioni termiche)

Ritiro

• Fluage

• Fluage

Deformazioni fenomeno

È un

termiche reologico che si

Ritiro

Sono legate al manifesta con

La proprietà pe