(2/2) Tecnologia dei materiali e chimica applicata: il calcestruzzo

IL CALCESTRUZZO

Le normative legate al conglomerato cementizio sono dettate in Italia da:

• Legge Italiana 1086 del 1971
• Norme Tecniche di Attuazione
• Standard UNI EN (diffusione Norma Italiana unificata a livello europeo)
• Standard UNI

CONGLOMERATO = LEGANTE + INERTE

• PASTA = legante + acqua
• MALTA = legante + acqua + sabbia
• CLS = legante + acqua + sabbia + pietrisco

In un tempo più o meno lungo questi impasti perdono plasticità trasformandosi in masse dure più o meno resistenti; siamo nella stagionatura o maturazione che può dirsi di due fasi.

PRESA

La fase iniziale termina quando l'impasto non è più sufficientemente plastico da poter essere manipolato.

Tempo: da alcuni minuti a qualche giorno.

INDURIMENTO

L'impasto già rappreso acquista resistenza meccanica.

Tempo: da qualche ora a qualche mese.

I LEGANTI IDRAULICI: IL CEMENTO PORTLAND

Impastato con acqua, indurisce all'aria e nell'acqua e di conseguenza può essere impiegato sotto forma di malta o calcestruzzo resistenti all'acqua. È il prodotto della macinazione del clinker di cemento Portland e gesso disidratato.

La composizione del cemento viene scelta in modo da ottenere una combinazione favorevole ad alcune proprietà richieste.

Tale composizione attesa è posta in forma di miscela di calcare e argilla.

CALCARE

CaCO₃ è carbonato apportatore di CaO formando CaO (calce) e liberando CO₂.

DECOMPOSIZIONE CALCARE

CaCO₃ ➔ CaO + CO₂

DECOMPOSIZIONE ARGILLE

[SiO₂][Al₂O₃] x H₂O ➔ SiO₂ + Al₂O₃

Ossidi Costituenti

CaO = 60 - 67%

SiO₂ = 17 - 25%

Al₂O₃ = 3 - 8%

Fe₂O₃ = 0.5 - 6%

Note: Se le materie prime dalle quali si ottiene non consentono di raggiungere la prescritta composizione, vetrini integrati con materie prime ausiliarie.

Composti

C₃S = 40 - 65%

C₂S = 10 - 30%

C₃A = 5 - 15%

C₄AF = 1 - 10%

C₃S + 2CaO • SiO₂

C₂S + 2CaO • SiO₂

C₃A + 3CaO • Al₂O₃

C₄AF + 4CaO • Fe₂O₃ • Al₂O₃

Non Combinati:

CO₂ Libera

MgO

CaSO₄ (gesso aggiunto)

Processo di Fabbricazione

• 1 CALCARE
• 2 ARGILLA

Mulino a macinazione materiale crudo.

Forno di cottura (altre parte più calda 1450°C).

Sino cotti nei gas caldi.

Proprietà Desiderabili di un Cemento Portland

1. Tempo di raffreddamento lungo
2. Tempo di indurimento rapito
3. Elevata resistenza meccanica
4. Bassa calore di idratazione
5. Buona res. stretta agli agenti chimici
6. Stabilità di volume
7. Resistenza agli alcali
8. Moderata richiesta d'acqua
9. Bassi costi di produzione

Presa e sviluppo della resistenza

Durante l'idratazione dei granuli di clinker, si formano particelle di gel subforma ai gessi da accrescimento radiale che vengono a contattocostruendo dei legami tra granuli; la pasta si fa più viscosa e meno deformabile fino a diventare rigida e mostrare resistenze meccaniche.

N.B.: Si può presentare un’anomalia: FALSA PRESAil gesso idrato potrebbe essere in parte disidratato (per le temperaturedel clinker). Questo, a contatto con l’acqua, fa presa rapidamente per poi comportarsi come un colloide, ossia perda l'acqua abituale. Un aggiunta di acquapuò facilitare, non influenzerebbe il rapporto a/c.

Azioni delle acque naturali contenenti CO₂ aggressiva

L'aria contiene anidride carbonica. Nell’acqua a contatto con l’aria si scioglieuna certa quantità di CO₂.

La CO₂ in acqua forma acido carbonico

• CO₂ + H₂O → H₂CO₃

La presenza di acido carbonico in acqua, fa sì che reagisca con la pasta di cemento. L'azione avviene in due tempi:

1. Carbonatazione

   La calce, ossia idrossido, si trasforma in carbonato di calcio (calice)

   • Ca(OH)₂ + H₂CO₃ → CaCO₃ + 2 H₂O

   # questo provoca problemi

   # il cemento, a contatto con aria aggressiva, vista come carbonatazionene migliora dissoluzione per mancanza di acqua.

2. Dissoluzione

   Il carbonato di calcio si combina con H₂O o CO₂ per formare bicarbonato:

   • CaCO₃ + H₂O + CO₂ → Ca(HCO₃)₂

   La trasformazione può essere un’azione alternativa costante al equilibriofra la concentrazione di anidride carbonica e quella di bicarbonato

   1. A. Acqua aggressiva = se il contenuto di c_a è superiore a k
   2. B. Acqua stabile = se il rapporto c_a = k
   3. C. Acqua incostante = se il contenuto di CO₂ è inferiore a k

L'idratazione avviene più lentamente e ciò comporta minore resistenza. Per ottenere a ventotto giorni gli stessi livelli di resistenza, per questo accoppiato ai di portland pu resistere.

E' molto resistente alle acque aggressive e solfatiche, in quanto, un minore presenza di idrossido di calcio previene l’attacco della CO₂.

Produce una diluizione più frazionata che trattiene meno acqua, insuna minore espansione.

Cemento d'altoforno

La loppa costituisce una scoria per la produzione della ghisa; si trova allo stato fuso e se viene fatta freddare (lentamente, di solito granulaie cristallina, & sopusa), idratata non ha nessun legami, necessita di attivatori come ad esempio cemento Portland.

Fino al 35% di loppa (ci prestazioni sono simili al cemento Portland) in una una diminuzione della velocità inizio e di sviluppo della resistenza meccanica.

• Bassi calori di idratazione (ottimo per costruzioni massicce)
• Resistenza a compressione per periodi lunghi (dopo 3 mesi + di Portland)
• Resistenza ai solfati e all'acqua di mare (+ del Portland)

CaO 30-55 %SiO₂ 30-38 %Al₂O₃ 8-24 %

Prove sui cementi

Pico dello sviluppo di calore ne pinot delle resistenze meccaniche

Tra 20' e 60' periodo chiamato di induzione con una modulazione di calore

Per sal c correct come cemento di consistenza < 10 %

Fine presa

Inizio presa

Percorse come cementi de costituene < 60

Curva di idratazione% in fine del tempo

Max

AERANTI

Vengono impiegati principalmente per migliorare la resistenza del cls ai cicli di gelo e disgelo. Questi favoriscono la formazione e l’inglobamento nella pasta cementizia di bollicine d’aria che, trattenute meccanicamente, formano per aumento di volume dovuto al congelamento, sfogando verso l’esterno; questo può formare nelle bollicine una spugna d’aria.

In espansione sia per la deformabilità dell’impianto.

Cautela:

• 5% di resistenza a compressione in meno, ma gli impasti sono più lavorabili e posso utilizzare un minore rapporto a/c

ESPANSIVI

Sono sostanze che durante l’idratazione del cemento, reagiscono in modo diverso producendo fenomeni di espansione di diversa natura. Analizziamo 4 tipi di agenti espansivi.

polvere di alluminio

ossido di calcio e magnesio

ettringite

polvere di ferro

Può essere meno per generare un intonaco di coesione

100Espansione75

Inizio presaFine presa

Cls espansivoRitiro compensatoOrdinario

777999

PercentualeEspansione

Ritiro

• Al termine della fase umida del cls abbiamo un fenomeno di ritiro davvero ordinario.
• A livello di espansione iniziale dovete lontanare l’eccessiva fase appare a lungo termine il cls dà un’idea di espansione netta.
• È il migliore perché non ha variazione di volume sopra i 7 gg (ho bisogno di controlarli).

Usato nel restauro monumentale e in getto di pavimenti e massetti a ritiro 8

Sistema uniplano

Per calcolareMisura

Non problemi di fessurazione per frazione