Conglomerati, Materiali e elementi costruttivi

I CONGLOMERATI

La categoria dei conglomerati (materiale composito ottenuto dalla miscelazione di diverse

sostanze che,grazie a reazioni chimiche,si trasformano in materiale pastoso e informe)è

composta da malta e calcestruzzo. I loro componenti principali sono

acqua,leganti,aggregati e additivi.Il calcestruzzo venne usato sin dall’antichità dai romani, i

quali lo impastavano con la pozzolana ,come possiamo veder e nella cupola del Pantheon

e la Basilica di Massenzio. Dopo i romani il calcestruzzo venne riutilizzato soltanto a

partire dal XIX secolo, con “l’invenzione” del calcestruzzo armato.

Il materiale

• Acqua: per la confezione dei conglomerati deve essere pura. L’uso di acqua non

adatta può aumentare i tempi di maturazione e favorire la formazione di macchie

dopo l’indurimento.

• Leganti :sono sostanze che hanno la proprietà di reagire chimicamente con l’acqua,

formando cristalli che legano le parti di legante e queste con gli aggregati (fase di

presa). A questa prima fase segue quella di indurimento del materiale. I leganti

possono essere aerei e idraulici in base alla loro capacità di fare presa in presenza

di aria o anche in ambienti umidi. A seconda della composizione del calcare e dal

processo di trasformazione si ottengono diversi tipi di legante: gesso,calci

aeree,calci idrauliche,cemento.

• Aggregati (o inerti) :materiali granulari di diverse dimensioni che occupano i due

terzi del volume dei conglomerati. Essi sono designati in base a : la

granulometria,che è l’assortimento dei granuli in base alla loro dimensione,ad

esempio la malta è caratterizzata da inerti fini e il calcestruzzo da inerti assortiti;

l’origine, che può essere naturale,industriale o riciclato ; la frantumazione che

consiste nel classificare gli inerti in base alla loro superficie spezzata o frantumata.

Ogni aggregato possiede numerose proprietà,

fisiche,meccaniche,termiche,chimiche e di durabilità che influenzano il

conglomerato finale.

Proprietà fisiche

1. • Caratteristiche geometriche: gli aggregati vengono anche classificati in base

alle loro dimensioni e forme

• Porosità :la valutazione della porosità è legata alla necessità di verificare la

quantità d’acqua necessaria per saturare gli aggregati stessi

• Densità : ha influenza su molte proprietà del conglomerato, per questo deve

avere valori specifici a seconda del conglomerato in cui aggregati sono

inseriti

• Gelività : le sollecitazioni da freddo dipendono dal grado di saturazione

d’acqua come dal tasso di congelamento.

Proprietà meccanico / strutturali

2. • Resistenza a frammentazione: serve per valutare la resistenza alle azioni

esterne degli aggreganti. Viene quantificata attraverso due procedimenti: la

prova di Los Angeles (metodo di riferimento) e la prova d’urto (metodo

alternativo).

• Resistenza all’usura: viene valutata mediante la determinazione del

coefficiente micro-Deval

Proprietà termiche

3. • Dilatazione termica: per gli aggregati è importante valutare il coefficiente di

dilatazione termica lineare ,in quanto influisce sulla stessa proprietà del

conglomerato finale

• Additivi : sono prodotti chimici aggiunti alla miscela di base al fine di

migliorare una o più prestazioni. Solitamente sono in forma liquida e hanno

natura organica. Gli additivi possono essere classificati in vari tipi:

acceleranti,ritardanti,riduttori d’acqua e aeranti.

• Aggiunte : materiali inorganici che servono a migliorare le caratteristiche

prestazionali del calcestruzzo. Ne esistono due tipologie: aggiunte molto fini

che agiscono solo come aggregato e aggiunte con proprietà idrauliche che si

attivano in presenza di calce e acqua.

Processi fisico-chimici tra i componenti di un conglomerato

I processi riguardano: la pasta (legante e acqua), il calcestruzzo (malta, aggregati

grossi,eventuali additivi e aggiunte), e la malta (pasta,aggreganti fini,additivi ed eventuali

aggiunte ).

• Pasta : il cemento è un legante idraulico che in presenza di acqua attiva processi di

idratazione che trasformano i Sali presenti nel cemento creando una struttura di

resistere meccanicamente e di attivare forze adesive con altri materiali. Il processo

di idratazione impiega all’incirca 28 giorni poi tutto dipende dalle dimensioni del

granulo. La qualità di pasta del cemento è influenzata anche dalla temperatura,

dall’azione aggressiva di alcuni agenti chimici, dalle caratteristiche della porosità e

dal rapporto in peso tra acqua e cemento.

• Calcestruzzo e malta : i processi fisico chimici analizzati per la pasta di cemento

sono alla base di formazione di malta e calcestruzzo. Quando si aggiungono gli

aggreganti alla pasta si ha un processo di inglobamento nella fase di idratazione

I calcestruzzi

Il principale utilizzo del calcestruzzo è quello con l’acciaio lavorato in barre che costituisce

il calcestruzzo armato. Le fasi della procedura del calcestruzzo armato sono:

Progetto della miscela (mix design) : consiste nel progettare una specifica miscela

- in base alle prestazioni che sono richieste al calcestruzzo. L’analisi si completa con

alcune considerazioni riguardo al diametro massimo dell’aggregato (dovuta a

diversi fattori)e contenuto d’acqua d’impasto (deve essere stabilito in base al

rapporto acqua/cemento,al diametro massimo dell’aggregato,alla sua

natura,all’esigenze di lavorabilità; le norme europee ammettono la prova di

consistenza al cono di Abrams).

Dosaggio dell’impasto: le quantità dei materiali vengono dosate in base alle

- indicazioni derivanti dal progetto di miscela

Miscelazione :il metodo di mescolamento può essere con caricamento a secco, o

- con premiscelazione forzata.

Trasporto : solitamente il calcestruzzo viene dosato e premiscelato presso una

- centrale di betonaggio. Il calcestruzzo fluido viene trasportato da autobetoniere sino

al cantiere dove verrà messo in opera.

Proprietà

Le prestazioni del calcestruzzo devono essere distinte tra:

• Proprietà allo stato fresco: lavorabilità; assenza di essudazione

(bleeding):l’essudazione consiste nell’affioramento dell’acqua alla superficie del

calcestruzzo; e assenza di ritiro plastico

• Proprietà allo stato indurito (durante e dopo la fase di maturazione).

Proprietà fisiche

• Densità : viene utilizzata per caratterizzare diverse classi di calcestruzzo: normale

(compreso tra 2000 e 2600 kg/mcubo), leggero (compreso tra 800 e 2000

kg/mcubo),pesante (maggiore a 2600 kg/mcubo)

• Permeabilità : dipende dalla quasi totalità delle caratteristiche dei singoli

componenti la miscela e dalle caratteristiche dei processi fisico- chimici .

• Gelività : la resistenza al gelo del calcestruzzo dipende da: presenza di

microporosità nella pasta cementizia, raggiungimento della saturazione critica,uso

di aggregati poco resistenti al gelo.

Proprietà meccanico/strutturali

Nella risposta meccanica del calcestruzzo si distinguono diverse fasi:

• Prima fase ascendente: approssimativamente lineare,fino al raggiungimento della

tensione di snervamento

• Seconda fase ascendente: non lineare,fino al raggiumgimento della tensione

massima(corrisponde ad una deformazione percentuale di 0.2-0.3 %)

• Fase discendente: non lineare fino al raggiungimento della tensione di rottura

Resistenze meccanico/strutturali:la resistenza meccanica del calcestruzzo è influenzata da

numerosi fattori,quindi non è possibile fornir valori di riferimento assoluti,ma impone

intervalli di resistenze che sono indicate dalle normative nazionali o europee:

Resistenza a compressione:si riferisce ai limiti di resistenza valutati secondo due

- diverse modalità di prova operate su provini cilindrici o cubici (le classi variano da

8/10 N/mmquadro a 100/115 N/mmquadro)

Resistenza a trazione: viene valutata a mezzo di diverse prove sperimentali

- Modulo elastico normale: può essere considerato mediamente costante per

- sollecitazioni di compressione e trazione

Coefficiente di Poisson: a seconda dello stato di sollecitazione, si può adottare un

- valore compreso tra 0 (calcestruzzo fessurato) e 0,2 (calcestruzzo non fessurato)

Proprietà termiche

Le caratteristiche termiche del conglomerato sono influenzate dalle caratteristiche degli

aggregati i quali posso raggiungere l’80% in peso .

Conducibilità (o conduttività) termica: dipende dalla natura mineralogica degli

- inerti,dall’umidità interna, dalla densità e temperatura del composito

Calore specifico: gli aggregati non hanno influenza verso questa

- proprietà,generalmente il valore può variare tra 0,9 e 1,0 kJ/kg C

Dilatazione termica:proprietà controllata principalmente dalle proprietà

- dell’aggregato. Generalmente è opportuno utilizzare aggregati con un basso

coefficiente di dilatazione termica .

Durabilità

In generale le cause di degrado fisico e chimico sono strettamente correlate. Le cause

vengono divise in intrinseche ed estrinseche.

Le cause intrinseche sono causate dall’insieme di errori che si possono verificare nella

fase di produzione di un elemento costruttivo.

Le cause estrinseche possono essere suddivise in fisiche,chimiche,botaniche e biologiche.

Cause fisiche, riguardano il degrado della superficie (abrasione,erosione e

- deflazione) e le diverse forme di fessurazione

Cause chimiche,causate da reazioni chimiche indotte dalla presenza di

- acqua,reazioni di cambiamento tra i fluidi aggressivi,attacco solfatico ,processi di

idratazione.