Riassunto esame Advanced construction materials, Prof. Lollini Federica, libro consigliato Materiali da costruzione - Volume secondo. Degrado, prevenzione, diagnosi, restauro, Luca Bertolini

AGGREGATI

Gli aggregati possono essere:

- Naturali: estratti in cave e frantumati oppure prelevati da depositi alluvionali o glaciale o alvei

dei fiumi (quelli utilizzati nel cls)

- Artificiali: di origine minerale derivanti da processi industriali che dopo opportune modifiche

possono essere utilizzati nei calcestruzzi

- Riciclati: derivati da rifiuti post-consumo come costruzione o demolizione, anche se questo tipo

di materiale tende ad essere preferito in altri settori.

Le norme indicano quali tipi di aggregati possono essere utilizzati o meno nei calcestruzzi. Ad esempio,

l’asfalto riciclato non può essere utilizzato nei calcestruzzi vista la presenza del bitume. Inoltre,

definiscono in base alla classe di esposizione e alla classe di resistenza del calcestruzzo quali sono le

percentuali di sostituzione per aggregato grosso con aggregato industriale o riciclato permettendo di

ottenere dei vantaggi in termini di sostenibilità. L’aggregato fine, invece, non è sostituibile. In funzione

della resistenza a compressione richiesta, le normative definiscono la percentuale massima di

aggregato sostituibile, che non supera mai il 30%.

Tra gli aggregati riciclati che si possono utilizzati troviamo gli scarti della demolizione di strutture. La

demolizione può essere selettiva nel momento in cui vengono demolite le sole parti di calcestruzzo in

modo da non mischiare i materiali. Dalla demolizione si ottengono gli RCA che ad oggi non sono molto

utilizzati in quanto possono avere delle eterogeneità (presenza di altri materiali come laterizio o

ceramica con resistenze più basse) e perché gli scarti di demolizione vengono comunque rivenduti nel

mercato come sottofondi stradali o altri utilizzi nobili, per cui non ci sono vantaggi economici nel loro

riutilizzo come aggregati.

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Gli aggregati RCA sono un materiale multifase; ipotizzando che esso derivi solo dalla demolizione e

frantumazione del calcestruzzo, si ottiene comunque un materiale composto da diverse fasi, ossia

l’aggregato utilizzato nel calcestruzzo precedente rivestito da pasta cementizia. Nella pasta cementizia

possiamo avere del cemento idrato e del cemento non idrato. Il comportamento è quindi eterogeneo e

fortemente dipendente dalla coesistenza di queste due fasi. All’interfaccia tra pasta di cemento della

matrice e aggregati, inoltre, troviamo la zona di transizione che è una zona con cristalli più grossi, più

porosa e più fessurata, con un comportamento a compressione diverso dagli aggregati. Questi aggregati

derivano dalla demolizione di diverse strutture, realizzate probabilmente con calcestruzzi di resistenze

e proprietà diverse, pertanto gli aggregati derivanti da strutture realizzate in calcestruzzi poco

performanti avranno un comportamento peggiore. A seconda della dimensione delle particelle si

possono avere situazioni diversi, come la presenza di aggregati costituiti solo da matrice cementizia o

da elementi lapidei.

Sperimentalmente gli aggregati riciclati hanno un comportamento peggiore di quelli naturali. Gli

aggregati riciclati sono caratterizzati da un maggiore assorbimento e quindi da una maggiore porosità,

che si traduce in una densità specifica più bassa e quindi in una peggior resistenza all’abrasione. Queste

proprietà vanno ad influenzare le proprietà del calcestruzzo finale. Infatti, nel calcestruzzo ordinario

l’unica zona di debolezza era la zona di transizione, mentre nel calcestruzzo con aggregati riciclati, la

debolezza può essere localizzata nell’aggregato e ciò ne scoraggia molto l’utilizzo. Affinchè gli aggregati

riciclati possano essere utilizzati a fini più nobili, come il calcestruzzo, sono stati introdotti dei

trattamenti per migliorarne la qualità:

- rimozione della malta aderente attraverso una serie di meccanismi meccanici, chimici, termici

o ad ultrasuoni. La rimozione della malta superficiale va a rimuovere la fase più debole

dell’aggregato, aumentandone sensibilmente la qualità

- modifica delle caratteristiche superficiali: si fanno reagire gli aggregati riciclati con materiali

pozzolanici, nanosilici o biodeposizioni di calcare che vanno a creare prodotti di idratazione che

sigillano le porosità.

- carbonatazione tra idrossido di calcio e anidride carbonica che produce carbonato di calcio che

sigilla i pori migliorandone le proprietà. Sono trattamenti in fase sperimentali che non hanno

ancora trovato impieghi industriali in quanto se ne sta ancora valutando l’efficacia.

ACQUA

L’acqua viene utilizzata per la miscelazione (15 – 18% del volume del calcestruzzo) ma anche per altre

fasi come la stagionatura che potrebbero richiedere la presenza di acqua, e per il lavaggio delle

attrezzature come ad esempio le betoniere, onde evitare che il calcestruzzo solidifichi sulle pareti

danneggiando il macchinario. In totale, si stima un consumo di 1,5 x 10 litri/anno di acqua potabile.

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Le normative (EN 1008) prevedono le categorie di acqua da utilizzate per la costruzione del calcestruzzo

- potabile

- acque di recupero dell’industria del cls: sono acque riutilizzate derivanti dal lavaggio dei

macchinari, sottoposte a trattamenti di laminazione per separarli dalla componente solida e

successivamente utilizzate

- acque di origine sotterranea

- acque di superficie o acque reflue industriali: possono essere utilizzate purché siano superati i

controlli previsti sul quantitativo di cloruri e solfati

È assolutamente vietato l’utilizzo di acqua marina per via dell’elevato tenore di cloruri, e delle acque

nere. L’acqua di mare non è adatta in quanto favorisce la corrosione delle armature; è in fase di studio

l’utilizzo di acqua marina in calcestruzzi armati con barre resistenti alla corrosione. Questi studi sono

spinti dal fatto che alcuni paesi non hanno una disponibilità elevata di acqua dolce ma sono ricchi di

acqua di mare che potrebbe essere utilizzata per alcuni scopi. Nel calcestruzzo realizzato con acqua di

mare, durante l’idratazione del cemento, si formano i sali di Friedel che si formano dalla reazione con

gli alluminati e tendono a legarsi ai cloruri e quindi a trattenerli. La reazione di idratazione del C3S con

acqua di mare, porta ad un aumento del pH, che può essere un vantaggio per armature tradizionali ma

non con le armature alternative resistenti a corrosione. L’acqua di mare permette anche di ottenere un

effetto ritardante che favorisce la lavorabilità. Il contenuto di aria non è particolarmente influenzato

dall’acqua di mare. Analizzando le proprietà del calcestruzzo allo stato indurito, nei primi giorni si vede

un aumento della resistenza a compressione mentre si osserva una leggera diminuzione della

resistenza a compressione nel breve termine.

I GFRP o l’utilizzo di materiali compositi accoppiati all’acciaio possono rappresentare una soluzione dal

punto di vista della corrosione ma possono avere delle problematiche legate al calore di idrartazione o

all’alcalinità dell0’ambiente calcestruzzo.

CALCETSRUZZI SPECIALI

A livello di costituenti del calcestruzzo è possibile lavorare su cemento, aggregati o acqua, ma si

possono utilizzare anche del calcestruzzo particolarmente efficienti in certi ambienti. Ad esempio

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- elevate prestazioni meccaniche

- elevata lavorabilità

- maggior resistenza alle fessurazioni: soprattutto per pavimentazioni rinforzate

- minore densità

- minore ritiro

- autopuilizia: calcestruzzi fotocatalitici

- elevata resistenza ad agenti aggressivi

- autoriparazione

- proprietà di finitura superficiale

- calcestruzzi stampabili: richiedono dosaggi di cemento elevati e non sono sostenibili.

Calcestruzzi ad alte prestazioni HPC

Sono caratterizzati da resistenza a compressione superiore a 80 Mpa, utilizzati per strutture

particolarmente sollecitate a carichi statici o dinamici (edifici alti, ponti…), di grande valore

architettonico per cui è richiesta una lunga durabilità o esposte ad ambienti particolarmente

aggressivi in quanto è stata riscontrata una maggiore resistenza a corrosione.

Per ottenere delle prestazioni così elevate è necessario ridurre il rapporto acqua-cemento (tra 0,3 e 0,4),

pertanto il loro impiego è stato determinato dall’avvento degli additivi super fluidificanti che

consentono di utilizzare quantitativi molto elevati di cemento (più dei cementi ordinari). I calcestruzzi

HPC sono quindi meno sostenibili ma consentono di utilizzare un minor quantitativo di calcestruzzo in

termini di volume di getto ottenendo quindi un impatto positivo in termini di sostenibilità. Il rapporto

acqua-cemento così basso può portare però ad una problematica di ritiro più elevato dei calcestruzzi

ordinari, che portano a fessurazioni. Questo ritiro è chiamato ritiro autogeno ed è dovuto al consumo

dell’acqua per la reazione di idratazione. Queste fessure hanno la capacità di autoripararsi con il

fenomeno del self filling per cui del cemento rimane non idratato e un’idratazione successiva può

portare alla riparazione delle fessure anche se si tratta di un fenomeno abbastanza circoscritto e

limitato. Anche in questi calcestruzzi possono essere introdotti materiali a comportamento pozzolanico

come ceneri volanti o fumi di silice e ad idraulicità latente come la loppa d’altoforno. Tuttavia,

l’introduzione di particelle più fini comporta ad una perdita di lavorabilità che deve essere compensata.

Negli HPC viene migliorata la performance della zona di transizione che resterà comunque più debole

rispetto al resto della matrice ma avrà una performance migliore dovuta all’alta qualità della pasta

cementizia. Il componente del calcestruzzo che risulta quindi debole, risulta essere l’aggregato; in

questi impasti devono essere utilizzati aggregati molto resistenti a basso contenuto di acqua (bassa

porosità), tipicamente con matrice silicea e non calcarea e con buona adesione alla matrice

cementizia, garantendo un buon comportamento meccanico.

Calcestruzzi autoscompattanti SCC

I calcestruzzi SCC risolvono un’esigenza di cantiere; la lavorabilità è un aspetto importante

nell’ottenere le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo e una messa in opera sbagliata del

materiale potrebbe inglobare aria nel getto e di conseguenza far perdere le caratteristiche meccaniche

previste. In calcestruzzi molto fluidi, come quelli di classe S5, il rischio di formazione di vuoti d’aria

inglobata è trascurabile anche senza operazioni di compattazione o vibratura, ma per classi meno

fluide