Scienze dei materiali

DOMANDE

1. Classi di consistenza

Per parlare di classi di consistenza dobbiamo parlare della lavorabilità del Cls,

quindi la capacità di essere deformato durante il getto. Si misura attraverso il

cono di Abrams, la prova consiste nel riempire il cono di pasta cementizia,

alzarlo lentamente e misurare la differenza di altezza tra il cono e lo slump,

ovvero la pasta cementizia che si è abbassata. In base all’abbassamento si

individuano 5 classi di lavorabilità o di consistenza, in ordine crescente:

S1 (Terra umida)

 S2 (Plastica)

 S3 (Semi-Fluida)

 S4 (Fluida)

 S5 (Super-Fluida)



Per calcestruzzi con lavorabilità molto bassa si usa la prova Vebè, in cui si

misura il tempo impiegato dal calcestruzzo, posto su una tavola vibrante e

coperto da un disco trasparente, a costipare coprendo tutta la superficie del

disco. Il tempo esprime la consistenza V dell’impasto, all’aumentare del tempo

impiegato aumenta la classe di consistenza V1, V2, V3, V4.

Per calcestruzzi con lavorabilità molto alta si utilizza sempre il cono di Abrams,

misurando però lo spandimento, ovvero il diametro della “pizza” che si spande

dopo 15 scosse della tavola vibrante. Maggiore è lo spandimento maggiore sarà

la lavorabilità, F1, F2. F3, F4.

Un calcestruzzo si dice auto compattante, attraverso lo slump flow test, se dopo

12s il diametro supera i 50cm, e dopo 15 scosse supera i 60cm.

2. Tipi di Cemento

I cementi sono individuati con una descrizione, legata alla composizione chimica

del cemento, ed un codice, che classifica il cemento in base alla sua resistenza

meccanica. Quest’ultima è misurata sulla malta standard, ovvero una malta con

un rapporto acqua/cemento 0,5 ed un rapporto sabbia/cemento 3, con una

sabbia standard (1,350 kg sabbia silicatica, granulometria 0.08 2mm, umidità

0.2%). La malta è stagionata secondo modalità standard, ovvero 28 giorni, con

umidità relativa maggiore al 95% a 20°C, dopo i quali si eseguono le prove sui

provini 4x4x16cm3. Il numero del codice rappresenta la resistenza a

compressione minima garantita dopo 28 giorni in N/mm2. La lettera del codice

R o N dipende dalla resistenza a compressione garantita dopo 2 giorni (maggior

resistenza R).

CEMENTI UNI EN 197/1

CEM I sono i cementi portland (è un legante, formato da silicati di calcio

 e alluminati di calcio cotti per ottenere Clinker di Portland, unito con

acqua abbiamo la pasta cementizia che lega gli aggregati del

calcestruzzo), con 5% di gesso e 95% di clinker.

Esistono anche dei Cementi Portland speciali;

Il cemento bianco: costituito da basse percentuali di ossidi di ferro,

o ovvero di C AF, che danno la colorazione scura al cemento.

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I cementi colorati si ottengono aggiungendo pigmenti al cemento.

o Il cemento ferrico ha un contenuto nullo o molto basso di C A

o 3

(Alluminato Tricalcico). Il C A reagisce con i solfati per formare

3

l’ettringite, che quindi non si forma perché non è presente nel

cemento. Abbiamo un cemento con basso calore di idratazione

(C A 1000KJ/kg), quindi idoneo per getti massivi, resistente ad

3

attacco solfatico e con bassa resistenza meccanica iniziale.

CEM II sono quelli più utilizzati, sono CEM I tagliati con filler calcareo o

 pozzolane (loppa d’altoforno, fumo di silice, cenere volante). Non si

utilizzano pozzolane naturali ma artificiali con una maggior sostenibilità:

minor consumo di materie prime ed energia, minor emissione di CO2,

intelligente utilizzo delle scorie industriali.

La cenere volante è un residuo delle centrali termoelettriche

o (combustione del carbone per ottenere energia elettrica), costituita

da sfere dell’ordine del μm.

Il fumo di silice è molto pregiato poiché ha dimensioni dell’ordine di

o 0,1 μm.

La loppa d’altoforno è una scoria delle acciaierie, che reagisce con

o l’acqua ed ha proprietà leganti deboli, la reazione è lenta ma viene

accelerata dalla calce, in ambienti alcalini.

CEM III (Cemento d’altoforno): è diviso in A-B-C in base alla percentuale

 di clinker sostituito con loppa d’altoforno fino al 95% (C). È il cemento più

sostenibile ed anche quello che sviluppa meno calore perché contiene

meno clinker.

Dopo lo sviluppo del C-S-H (Idrosilicato di calcio o Calcio Silicati Idrati) e

C-A-H (Calcio Alluminati Idrati) primari, si ha la precipitazione

dell’idrossido di calce e di conseguenza la reazione pozzolanica e la

formazione di C-S-H e C-A-H secondari. Questo ritardo fa sì che la

resistenza meccanica sia superiore a lunghe stagionature. Nei CEM III il

basso contenuto di clinker diminuisce la velocità e il calore d’idratazione;

invece, la loppa d’altoforno lentamente reagisce con i precipitati di calce

producendo i C-S-H e C-A-H secondari e una maggior resistenza

meccanica.

Il cemento soprasolfatato (è un CEM III/C) è costituito da clinker

o 5%, loppa d’altoforno 80-85% e gesso 10-15%. L’elevata aggiunta

di gesso produce, non solo C-S-H e C-A-H, ma anche ettringite.

Questa ettringite è primaria non causa fessurazione poiché si

forma quando il cemento è fluido. Non si forma idrossido di calce,

ciò rende il cemento resistente ad attacchi di cloruri e solfati.

CEM IV (Pozzolanico): A-B ha come sostituto del clinker, una miscela di

 fumo di silice, pozzolana e ceneri volanti. Ha un minore sviluppo di

resistenza meccanica alle stagionature brevi. Una maggiore resistenza

alla penetrazione degli agenti aggressivi, e dunque alla penetrazione di

cloruri, ed una maggior resistenza a possibili reazioni alcali aggregati.

L’indurimento avviene in due stadi:

1.Idratazione del clinker di Portland con formazione di calce di

o idrolisi, Ca(OH) 2

2.Reazione della pozzolana con la calce di idrolisi che porta alla

o formazione di calciosilicati idrati e calcio-alluminati idrati. (C-S-H e

C-A-H)

CEM V A-B, cemento composito, ha come sostituto del clinker, loppa

 d’altoforno, pozzolana naturale o naturale calcinata e cenere volante di

natura silicea. Meno clinker è sostituito, più la resistenza meccanica si

sviluppa velocemente, più calore d’idratazione si sviluppa, più impattante

e costoso è il cemento.

Altri tipi di cemento:

 Il cemento alluminoso deriva dalla cottura di calcare CaCO e

o 3

bauxite Al O a 1250-1500°C, producendo CA. Idratando i prodotti

2 3

della cottura si ottengono gli alluminati di calcio idrati esagonali. È

un cemento che fa presa velocemente, ha altissime resistenze

meccaniche a brevi stagionature, ma elevato calore di idratazione.

È resistente agli attacchi solfatici perché mancano i C A, e al

3

dilavamento perché manca l’idrossido di calce. Gli alluminati di

calcio esagonali si trasformano in cubici, con riduzione di volume, a

causa di umidità relativa ambientale e temperatura di stagionatura

elevate. Ciò aumenta la porosità e quindi diminuisce la resistenza

meccanica e la durabilità del calcestruzzo. Non è più utilizzato per

elementi strutturali.

I cementi espansivi o a ritiro compensato sono costituiti da

o cemento portland puro e agenti espansivi, che a contatto con

acqua aumentano il loro volume. Agenti espansivi possono essere

basati sulla formazione di ettringite aggiungendo gesso, oppure

aggiungendo ossidi di calcio o magnesio che formano idrossido di

calcio Ca(OH)2 o di magnesio Mg(OH)2, prodotti espansivi. Il

cemento durante la presa e l’indurimento tende a ritirare, a causa

del consumo di acqua. Il consumo di acqua è dovuto all’idratazione

del cemento, ritiro autogeno, o all’evaporazione dell’acqua, ritiro

plastico se non ancora indurito, o ritiro igrometrico per cemento

già indurito. L’agente espansivo contrasta il ritiro evitando

fessurazioni, causate dalle sollecitazioni interne. Abbiamo cementi

a ritiro compensato dove l’espansione compensa perfettamente il

ritiro, e cementi espansivi o autocompressi in cui l’espansione è

superiore alla contrazione volumetrica per ritiro, lasciando delle

sollecitazioni di compressione positive per evitare fessurazioni.

3. Resistenza a Compressione del Cls

La resistenza meccanica del calcestruzzo è influenzata da vari fattori e viene

principalmente misurata come resistenza a compressione. Ecco i punti principali

relativi alla resistenza meccanica del calcestruzzo:

Rapporto acqua/cemento (a/c): Un minor rapporto a/c tende ad

 aumentare la resistenza meccanica del calcestruzzo. Questo è dovuto al

fatto che una minore quantità di acqua riduce la porosità del materiale,

aumentando così la sua densità e resistenza.

Tempo e temperatura di stagionatura: La resistenza meccanica del

 calcestruzzo aumenta con il tempo di stagionatura. Temperature elevate

durante la stagionatura accelerano il processo di idratazione, migliorando

inizialmente la resistenza, ma possono anche causare problemi di

fessurazione se non controllate adeguatamente.

Tipo di cemento: Diversi tipi di cemento influenzano la resistenza

 meccanica in modo diverso. Ad esempio, cementi ad alta resistenza

iniziale possono accelerare l'incremento della resistenza meccanica nelle

prime fasi della stagionatura.

Additivi: L'uso di additivi può migliorare le proprietà meccaniche del

 calcestruzzo. Additivi come plastificanti e superfluidificanti riducono la

quantità di acqua necessaria, migliorando la densità e la resistenza del

materiale.

Compattazione: Una buona compattazione del calcestruzzo è cruciale

 per eliminare i vuoti d'aria che potrebbero indebolire la struttura. Una

compattazione adeguata garantisce una distribuzione omogenea degli

aggregati e una migliore adesione tra la pasta cementizia e gli aggregati

stessi.

Stagionatura umida: È importante mantenere il calcestruzzo umido

 durante le prime fasi di stagionatura per garantire un'adeguata

idratazione del cemento. Metodi per migliorare la stagionatura includono

la copertura del getto con teli di plastica o tessuti impregnati d’acqua, e

l'applicazione di sostanze che formano membrane impermeabili sulla

superficie del getto.

In sintesi, la resistenza meccanica del calcestruzzo dipende da un insieme di

fattori controllabili durante la progettazione e la realizzazione delle strutture in

calcestruzzo, permettendo così di ottenere le proprietà meccaniche desiderate

per specifiche applicazioni edilizie.

4. Modulo Elastico

Il modulo elastico è calcolato valutando la pendenza della curva sforzo

deformazione. Attra