Tecnologia dei Materiali - CLS - Appunti

Umidità relativa e calcestruzzo

Condizioni standard: Umidità > 95%

In condizioni pratiche quasi sempre ci troviamo a percentuali di umidità inferiori. L'umidità relativa influisce sulla durabilità piuttosto che sulla resistenza che viene invece influenzata dalla temperatura. Avere un'umidità relativa inferiore allo standard genera un aumento di porosità perché ha meno idratazione. Questo si verifica in particolar modo sulla parte superficiale del materiale, ecco perché il cls tende ad essere meno durabile.

Conseguenze:

• Corrosione delle armature
• Minore resistenza rispetto al provino (copriferro) (porosità)
• Ritiro plastico nel cls fresco - nella fase in cui l'umidità si sviluppa le prime resistenze meccaniche, a causa dell'evaporazione dell'acqua sulla superficie, si genera differenze di volume fra la parte interna ed esterna del cls, determinando quindi sollecitazioni e conseguenti fessurazioni.
• Ritiro igrometrico nel cls indurito – riguarda la fase successiva del cls e che lo interessa per tutta la "vita". È un processo di traspirazione al variare dell'umidità relativa dell'ambiente esterno durante i vari periodi dell'anno. Il fenomeno pericoloso si verifica quando perde umidità, perché genera forti di trazione fessurandosi in maniera profonda, non solo superficialmente. Nel caso di aumento di umidità si ha espansione del cls che sviluppa sforzi a compressione, senza quindi causare problemi.

Per porre rimedio a queste situazioni (tranne al più l'ultimo), si deve fare molta attenzione nella fase di stagionatura, idratando il calcestruzzo al massimo delle sue possibilità.

Considerando i tempi di sviluppo delle resistenze, la normativa consiglia per quanti giorni (e temperature come) il cls deve essere lasciato a stagionare. La stagionatura serve a ridurre la porosità.

Queste sostanze hanno un effetto deflocculante, ovvero che si oppone alla deflocculazione, cioè la tendenza delle particelle a raggrupparsi. Da questo effetto dipende strettamente una maggiore lavorabilità ed una maggiore idratazione poiché le particelle di cemento non si aggregano tra di loro.

Superfluidificanti:

• a pari composizione ➔ migliora la lavorabilità e l'affidabilità
• con riduzione di acqua (a pari cemento e lavorabilità): ➔ ↑Rck
• con riduzione di acqua e cemento (a pari alte e lavorabilità)

Questo additivo fluidificante è diventato componente essenziale nella realizzazione del cls con diverse finalità.

Temperatura e calcestruzzo

Si deve poter valutare gli effetti che questi elementi hanno sul calcestruzzo.

Rispetto alle resistenze sviluppate dal cls in condizioni standard a 20°C, temperature più alte favoriscono lo sviluppo del grado di idratazione in tempi minori. Tuttavia, esiste un tempo in cui le 3 curve si incrociano, ed oltre quel tempo i comportamenti si invertono. Il grado di idratazione a temperature maggiori a lungo termine è minore di quello sviluppato a 20°C.

Ci sono interessi diversi tra chi costruisce e chi usufruirà della struttura: relativamente al getto di cls a temperature diverse, temperature maggiori favoriscono il costruire nel primo mese per la rapidità di sviluppo delle resistenze, ma va a discapito della durabilità, e il discorso si inverte per temperature minori.

Discorso analogo va fatto per il processo di presa e relativi tempi di sviluppo a temperature molto alte, e la presa si sviluppa più velocemente e ne diventa difficilmente lavorabile o compatibile. E' proprio tenendo conto di queste osservazioni che durante la realizzazione del cls si è considerevolmente aumentato la resistenza del cls reale rispetto alla sua Rck valutata a condizioni standard.

con:

• E_o = modulo elastico tangente iniziale
• E_m = modulo elastico tangente dopo "m" cicli
• m = n° di cicli presi in considerazione

E quindi attraverso la determinazione del fattore di durabilità che si stabilisce la resistenza del cls ai cicli di gelo-disgelo. Per avere un valore accettabile, ovvero superiore al 90%, l’unico modo è attraverso l’uso di additivi aeranti.

Nella fase di disarmo, un altro elemento che può generare degradazione è la DECALCIFICAZIONE:

C-S-H → S-H + CaX

Ca(OH)₂ → 2OH⁻ + CaX

Ca(OH)₂ + Mg⁺⁺ → Ca⁺⁺ + Mg(OH)₂ (solido)

C-S-H → M-S-H + Ca⁺⁺

Alcune sostanze, come il magnesio, sono in grado di cambiare la resistenza meccanica del cemento, con produzione di una sostanza diversa da quella che dà la resistenza al cls, e perdita di Ca.

A carico degli inerti invece abbiamo la degradazione dovuta alla "reazione alcali-aggregato", nota anche come "Alkali-Silica Reaction (ASR)".

S* + Na⁺ + K⁺ → N-S-H + K-S-H

H₂O

Tra le conseguenze si nota ad esempio che a causa dell'elevata concentrazione di alcali nello spolvero (>12 kg/m³) il granulo di aggregato reattivo nel cls si rigonfia per reazione ASR e tende a sollevarsi per lo spolvero (pop out).

In caso di ambiente particolarmente basico:

Fe + O₂ → FeOOH

(acciaio) H₂O (ossido passivante)

L'ambiente basico con pH elevato viene fornito da:

C₃S + C₂S + H₂O → C-S-H + calce

----------------------------------------------

film passivante | copriferro, ph ≥ 13

Ferro | pH ≥ 13

Calcestruzzo

L'anidride carbonica non è responsabile, diretta, della corrosione, bensì va ad agire sul copriferro e calcestruzzo, producendo carbonatazione.

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

(calce) (anidride (carbonato)

carbonica)

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CO₂ Aria

Ferro | copriferro, ph ≤ 11

Calcestruzzo | pH > 13

Se carbonato di calcio non è solubile in acqua, pertanto non produce ioni OH⁻ che renderebbero l'acqua basica, di conseguenza l'acqua arriva al ferro così com'è, non permettendo la formazione dello stato di passivazione → corrosione.

O₂/H₂O, fessura, Aria

----------------------------------------------

Ferro | copriferro, ph ≤ 11

Calcestruzzo | ruggine

Ferro

Fe + O₂ → Fe(OH)₂

film

(ruggine)

Ruggine: materiale espansivo, genera fessure e perdita di resistenza

Se conglomerato cementizio, all'atto del progetto, deve essere identificato mediante la resistenza convenzionale a compressione uniaxiale caratteristica, 

misurata su cubi RcK, la resistenza RcK è definita come "la resistenza al di sotto della quale si ha 5% di probabilità di trovare valori inferiori". 

Nelle presenti norme, la resistenza caratteristica designa quella dedotta da provini di cubi confezionati, stagionati a 28 giorni di maturazione; le proprietà 

possono indicare i tempi di maturazione a cui riferire le misure di resistenza nei cubi e la conseguente resistenza caratteristica. Se l'insieme 

vale per edificare strutture di un'opera o parte di essa, si considera omogeneo se confezionato con la stessa miscela e prodotto e messo in 

opera con medesime procedure.

La norma prevede che si facciano 2 provini ogni 100 m³ di cls e almeno 2 

al giorno anche se non si raggiungono i 100 m³. Fanno da testimoni della 

qualità del cls. Dei due provini viene fatta la media delle due resistenze 

σ₁, σ₂ ottenendo il σ dei 100 m³. Al termine della struttura avrò "n" provini 

con "m" diversi e fino al 1970 la resistenza del cls corrispondeva alla media 

dei "mσ". Andando a vedere la distribuzione dei valori ottenuti in ottimizzazione 

una gaussiana, dove il valore con maggiore frequente, corrisponde all'assumula 

resistenza voluta che si cerca di ottenere. Statistica mente, considerando 

la media, vuol dire considerare il 50% di cls che non raggiunge la resistenza voluta. 

Secondo le norme odierne, solo il 5% può avere valori inferiori, il 95% deve avere δ ≥ σvoluta. 

Per questo motivo:

- Rcm 28 = _{Σmi=1 Rci28/m (valore medio)}

- RcK = Rcm28 - kS  (resistenza caratteristica), dove k = 1,64 (corrisponde a 5%) 

   &ememsp; e S = suotalo quadratico medio = √^{i=1m Σ (Rcm28 - Rci28)2/_m-1}

   &ememsp; corrisponde alla ketika R overlap trimlines, seto ele m-1  &ememsp; e  &eled &emp; &eled &me&emsemsp;&etoposexima

 &ememsp;&elate l&emph; "I" variatei </iem>mi 

I calcolo che richiediamo la resistenza del cls vedestroy inside RcK, valori &&

non accessibili di RcK dipendono sia da Rcm 1- troppo bassa (florduide da 

ALT) sia accordo susto (ad apprendio no monsi considerare u umidità come 

materiale). Un cls quality & del produttore redimensionare gli scalei (resistenza elemente quasi

termite quindidas pro&t dell)

Su RcK vengono fatti due controlli (tra 300 e 1500 m³, riscaptota) is envelope implies &produto200= high