Tecnologia dei materiali

ADDITIVI

A parità di calcestruzzo e delle dimensioni geometriche dell’aggregato possiamo modificare la

lavorabilità mediante l’aggiunta di additivi. Essi riescono a ridurre il cemento e il rapporto a/c.

Gli additivi posso essere:

- FLUIDIFICANTI a = -5% altrimenti non è considerato fluidificante efficace:

libera

- SUPERFLUIDIFICANTI a = -15%

libera

- SUPERFLUIDIFICANTI DI NUOVA GENERAZIONE (IPERFLUIDIFICANTI) a =

libera

30-35%, anche con un valore pari al 25% può essere considerato tale.

Gli additivi possono avere una percentuale in peso rispetto al cemento che va dal 0,5% al 2,0%.

L’aggiunta di un additivo può essere immediata (aggiunta sin da subito) oppure ritardata

(aggiunta in cantiere).

Come facciamo ad aumentare la lavorabilità? Se aggiungiamo acqua siamo da galera, l’aggiunta

di additivo più efficace è quella ritardata perché serve un dosaggio inferiore a quello immediato).

Dato che questa aggiunta viene in cantiere è necessario avere dei recipienti tarati (in volume) che

devono essere presenti per forza. Oggi sono in mono dose in buste.

Gli ADDITIVI FLUIDIFICANTI sono i primi ad essere stati sviluppati e derivano da uno scarto

della cellulosa e sono i più vecchi. Molecole organiche ad alto peso molecolare con presenza di

+2

gruppi solfonati. Ligninsolfonati di Ca hanno un effetto ritardante sull’idratazione del cls.

Considerato favorevole se usato durante la messa in opera se si estende per oltre 1-2h può essere

controproducente perché riduce il tempo di indurimento. Rischi che non sono più temibili negli

additivi odierni.

Gli ADDITIVI SUPERFLUIDIFICANTI: due solfonati MFS (deriva dalla melanina) e NFS

(deriva dal naftalene): molecole organiche che vengono unite attraverso la formaldeide.

Es.: Supponiamo di avere una particella clinker di cemento: inizio presa del clinker nel cemento.

Dopo pochi minuti gli aculei crescono, se aggiungo l’additivo fluidificante questo si attacca ai

siti superficiali di SO . Si forma uno strato aderente che rallenta la reazione ma soprattutto

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impedisce ad altre particelle di avvicinarsi (FENOMENO DI REPULSIONE).

Il meccanismo che si innesca è di duplice natura: elettrostatica e sterica. Elettrostatica perché

tutte le particelle hanno la stessa carica e sterica perché deriva dall’ingombro fisico delle

molecole polimeriche. Il legame che si crea deriva dall’ADSORBIMENTO (stesso legame

dell’acqua nei pori di gelo), legame che si trova a metà tra l’attrazione di Van der Waals e il

legame chimico

Alcuni cls senza additivi super fluidificanti non sarebbero potuti esistere. Fra gli additivi

ricordiamo:

- ADDITIVI AERANTI: è un additivo tensioattivo costituito da una molecola avente una

parte idrofila e una idrofoba. La parte idrofila si scioglie nel film di acqua quella idrofoba

non si scioglie bensì si lega con le altre formando le micelle. È in grado di abbassare la

tensione superficiale della fase liquida ma in grado di formare una schiuma nella fase

liquida del cls. Ciò comporta pori sferici chiusi, uniformi, e fini che si aggiungono alla

porosità capillare del cls. Ciò riduce la resistenza meccanica. Si usa un additivo aerante

perché può essere utile in condizioni climatiche particolarmente severe (gelo, disgelo).

Tra le caratteristiche dell’aggregato è essenziale la non gelività, non fessurazioni o

frantumazioni, condizioni necessarie per il cls in quanto costituisce condizioni idonee al

congelamento e alla variazione di volume. L’eventuale aumento di volume di acqua dei

pori comporta delle microfessurazioni fra una parete e l’altra di contatto fra due pori

rilassando la tensione meccanica. All’interno delle varie porosità è presente una certa

quantità di umidità e i pori sono considerati insaturi, la saturazione può essere

rappresentativa negli strati più corticali (esterni). Nei pori esterni infatti l’acqua congela e

ciò provoca la rottura della parete di contatto fra due pori adiacenti poi l’acqua liquida va

nell’altro poro che con un aumento di temperatura evapora mentre il ghiaccio scongela e

fuoriesce. Le dimensioni del poro sono aumentate ciò permette meglio per prestazioni

geometriche la fuoriuscita di acqua. Non appena si genera il film d’acqua questo è

caratterizzato da una microfessurazione che a causa di compressione deve fuoriuscire

verso l’esterno. Dunque viene garantita l’integrità per lungo termine, dopo numerosi cicli

anche questi cls degradano.

Gli additivi aeranti aumentano la lavorabilità hanno un effetto fluidificante in quanto

riducono l’attrito grazie alla presenza di bollicine.

- ADDITIVI ACCELERANTI E RITARDANTI: variano la cinetica di idratazione del cls e

dipendono dalle condizioni climatiche. Uso gli acceleranti durante climi invernali,

ammettono una reazione di idratazione del cemento e sono favoriti da aumenti di

temperatura e non da diminuzione (non si lavora con temperature prossime allo 0°C). gli

additivi acceleranti sono: CaCl , Na CO , K CO , Na SO , K SO

2 2 3 2 3 2 4 2 4.

CaCl è considerato accelerante per eccellenza, il più usato, il più efficace ma anche il più

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dannoso per il cls in quanto può corrodere le armature metalliche. È bene limitarlo a

strutture non armate. Gli altri sono utili anche negli armati ma i solfati possono provocare

il fenomeno dell’ettringite con il gesso che dunque provoca assorbimento di acqua quindi

anziché un effetto accelerante ha un effetto ritardante quindi deve essere particolarmente

dosato per non avere un effetto contrario a quello desiderato. Ultimamente si è fatto

riferimento a NaOH per calcestruzzi di tipo Spritz Beton, cls proiettati particolarmente

fluidi quindi con a/c particolarmente elevati e D dell’aggregato ridotta. Vengono usati

max

principalmente per gli strati esterni dei trafori. È in grado di indurire molto velocemente

+ -

dunque NaOH è efficace nella presa ma aumentare ioni Na e OH , può portare la matrice

cementizia ad un livello più basico rispetto i cls ordinari generando un effetto espansivo

(effetto opposto).

- ADDITIVI RITARDANTI: vanno usati se ci troviamo in situazioni climatiche calde in

modo da ridurre l’idratazione. Possiamo usare i solfati oltrepassando la soglia per la

quale hanno effetto accelerante. Additivi che bloccano l’idratazione sono gli zuccheri

(con un peso pari al’1% ritardano la velocità di settimane), consentono le riprese di getto.

Per evitare i giunti freddi questi additivi sono efficaci es. borace oppure fosfati dosati

caso per caso.

- ADDITIVI ESPANSIVI: sono molto particolari, vengono usati poco (recentemente nella

nuvola a Roma). Contengono ossido di calcio o ossido di magnesio.

CaO + H O  Ca(OH) , in base alla reattività della calce questa reazione avviene prima,

2 2

dopo o durante la presa. Il caso peggiore per l’integrità del conglomerato è quando c’è la

calce in eccesso e stracotta (superficie dei granuli molto compatta), reattività molto lenta,

reazione espansiva quando i conglomerati già induriti non possono accomodare V

(fessurazione). In condizioni ordinari il cls tende a ritirarsi.

- ADDITIVI SCASSERANTI: non viene messo all’interno del calcestruzzo bensì sulla

superficie delle casseforme, essendo idrofobo non permette la penetrazione di acqua

dall’ambiente esterno e facilita la rimozione del cls dalla cassaforma. Variano anche i

rapporti a/c.

RITIRO CONTRASTATO: per le strutture più esposte al ritiro. Vengono applicati dei giunti tra

le strutture realizzate in diversi tempi. Possono essere di vario tipo e classificati con A, B, C e D.

Da A a B si allunga il tempo di azione dell’additivo.

• + -

A: Al +OH  H (idrogeno gassoso) compaiono bolle e abbiamo una variazione di

2

volume, è un gas rischioso in quanto prende fuoco, è raro che viene usato nel cls.

Da quando vengono usati scarti industriali per la preparazione del cls si hanno effetti di

effervescenza causati dai rifiuti urbani.

• B: CaO, MgO effetto moderato di espansione con durata di qualche giorno

• C: solfati come Na SO , K SO ma in combinazione con gli alluminati abbiamo il

2 4 2 4

fenomeno dell’ettringite quindi il cls non può subire danni in quanto non ha completato la

sua idratazione.

• D: polveri di ferro metallico Fe + H O  Fe(OH)

2 3

Perché la corrosione è un rischio per il calcestruzzo? Questo fenomeno parte dalla superficie del

conglomerato durante la fase di transizione (fase metallica e fase non metallica). Distacco della

parte cementizia dal ferro questo genera vuoti d’aria che prima non c’erano e dando luogo al

fenomeno della corrosione generando il degrado del cls.

ADDITIVI CHIMICI

Generalmente vengono chiamate aggiunte. Spesso coincidono con aggiunte di minerali del cls.

Sono polveri con o senza reattività chimica in grado di svolgere un doppio ruolo filler e/o

materiale cementizio supplementare come la loppa ad alto forno. Possono essere di tipo 1 e 2. Le

prime sono di origine calcare mentre le seconde di tutte le altre (ceneri volanti o altre molto

utilizzate all’estero). Nella maggior parte dei casi queste aggiunte vengono introdotte a monte ed

esiste ina situazione di controllo del mercato da parte dei cementieri.

EN 206 è la norma che sancisce l’uso delle aggiunte all’interno di un cls.

IMPASTO FRESCO

Corrisponde alla massa plastica lavorabile attraverso le misurazioni di abbassamento al cono di

Abrahams. Massa volumica o densità che corrisponde alla somma del dosaggio di cemento,

dosaggio di acqua libera e dosaggio di aggregato ssa. Questi tre dosaggi corrispondono ad un

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dosaggio di cls di 1 m . Massa volumica (d + d + d ), gli errori riguardo

acqua libera aggregato ssa cemento

questa grandezza sono sempre inferiori al margine limite ma non si accettano errori del rapporto

di a/c.

Un’altra caratteristica dell’impasto è l’aria intrappolata che dipende dalla grandezza massima

dell’aggregato. Frazione di aria presente dopo una compattazione adeguata (COMPATTAZIONE

COMPLETA). Questa può essere ottenuta o per pastellamento dell’aggregato o con mezzi

meccanici attraverso sonde che penetrano nel cls che vibrano.

All’aumentare della dimensione massima dell’aggregato il contenuto di acqua intrappolata è

sempre minore. A paragone con una malta il cls ha una quantità di aria minore. Inoltre a parità di

D il contenuto di aria se viene aggiunto un additivo aerante è maggiore quindi la curva è

max

spostata verso l’alto, la differenza fra le du