Chimica e tecnologia dei materiali - calcestruzzo

Calcestruzzo

Il calcestruzzo è un materiale composito, costituito da materiali solidi di natura diversa:

Componenti principali

• Cemento
• Acqua
• Curva sforzo – deformazione
• Inerti (sabbia, ghiaia, pietrisco)
• Additivi

Ricetta per 1 m³ di calcestruzzo (CLS)

• 300 Kg di cemento
• 150 l di acqua
• 30,4 m³ di sabbia
• 30,8 m³ di pietrisco

Inerti

Inerti fini: sabbia (diametro < 5mm), di forma tondeggiante.
Inerti grossolani: ghiaia e pietrisco (diametro > 5mm), di forma irregolare.

Criteri di scelta

1. Pochi inerti grossolani e spigolosi (pietrisco) perché si vengono a creare degli sforzi di taglio.
2. Assenza di sostanze troppo fini (argilla per esempio) perché causano problemi di lavorabilità.
3. Assenza di sostanze organiche che possono danneggiare l'adesione tra cemento e inerti, allungare i tempi di presa, ridurre la resistenza meccanica.
4. Assenza di solfati che possono portare a prodotti espansivi.
5. Assenza di cloruri che possono corrodere le armature.

Vantaggi degli inerti

• Per motivi economici; si riduce il costo.
• Mettendo meno cemento, si riduce il calore di idratazione e di conseguenza la differenza di temperatura tra strati interni ed esterni è minore, si avranno meno tensioni e crepe.
• Si riduce il volume.

Svantaggi degli inerti

• Il peso del calcestruzzo è maggiore del cemento.
• La lavorabilità è più difficoltosa con rischio di macrovuoti (bolle d'aria).

Granulometria

Riguarda l'assortimento degli inerti; se abbiamo particelle tutte della stessa dimensione, si avrebbero degli spazi vuoti, i cosiddetti vuoti di mucchio. Se abbiamo particelle di dimensioni diverse, gli spazi si possono colmare con la sabbia.

Per determinare la distribuzione granulometrica degli aggregati si utilizza il metodo della curva granulometrica. Per tracciare questa, si fa riferimento alla vagliatura, usando dei setacci di diverse aperture che filtrano la sabbia. Nell'asse delle ascisse avremo il diametro dei setacci in [mm], mentre nell'asse delle ordinate avremo il passante cumulativo in [%].

La distribuzione ottimale degli aggregati porta ad avere:

• Il volume minimo dei vuoti di mucchio
• La massima lavorabilità
• La minima segregazione (gli inerti più grossolani vanno a fondo rendendo la colata disomogenea)

Equazione di Fuller

Se supponiamo di avere particelle sferiche, l'equazione della curva granulometrica è data dall'Equazione di Fuller:

^1/2P = 100 · (d/D) dove: P = passante cumulativo, d = diametro setaccio, D = diametro max dell'aggregato.

Se supponiamo di avere particelle non sferiche, si utilizza la curva del fuso granulometrico. La curva di Fuller sarà compresa nella curva del fuso granulometrico. Essa avrà un assortimento granulometrico ottimale (minimo vuoto di mucchio) ma non avrà una lavorabilità ottimale.

Equazione di Bolomay

Bolomay modificò l'equazione di Fuller tenendo conto sia del minimo vuoto dei mucchi (particelle sferiche e non) che della lavorabilità.

Equazione di Bolomay: ^1/2P = A + (100 – A) · (d/D) dove: A = parametro che tiene conto della forma dell'aggregato e della lavorabilità.

Tabella della lavorabilità

Se aumentiamo D, diminuisce d e diminuisce l'acqua necessaria per l'impasto, con un risparmio di cemento. Quindi è conveniente utilizzare particelle grandi.

Acqua

No utilizzo di acque con cloruri perché corrodono le armature, che possono affiorare in superficie e dare vita a fluorescenza salina. No utilizzo di acque con solfati perché svolgono una funzione simile al gesso; si forma l'ettringite che aumenta il tempo di presa. No utilizzo di acque torbide perché presentano microparticelle di natura organica che compromettono l'adesione tra cemento e aggregati. No utilizzo di acque acide perché sono molto inquinate. Se gli aggregati hanno un elevato tasso di umidità, varia a/c. La condizione ideale è quella di saturo a superficie asciutta.

Additivi

Sono sostanze aggiunte durante la miscela in quantità max del 5%, per modificare le proprietà allo stato fresco o indurito.

Acceleranti e deceleranti

Modificano i processi di idratazione di presa e indurimento. Gli acceleranti servono per i climi freddi affinché la presa e l'indurimento...