Lezioni di Collepardi: Gli additivi per calcestruzzo – Capitolo 3

Questo articolo nasce una collaborazione con ENCO - Engineering Concrete - la società di ricerca e servizi presieduta dal Prof. Mario Collepardi, nata nel 1989 per offrire un supporto altamente specializzato nei settori dell’architettura e dell’ingegneria civile, con particolare competenza nei materiali da costruzione.

L'obiettivo è quello di diffondere le utilissime lezioni che ENCO, con il prof. Mario Collepardi e il suo Staff, ha messo a punto sul tema del calcestruzzo, sia in forma scritta che video.

Ringraziamo ENCO per questa collaborazione.

Andrea Dari 


Già pubblicati:


3.5 APPLICAZIONE DEGLI ADDITIVI RITARDANTI

Le applicazioni di questi additivi si basano sulla richiesta di prolungare il tempo di presa e conservare la lavorabilità iniziale.

Queste esigenze possono manifestarsi nelle seguenti condizioni:

  • trasporti a lunga distanza del calcestruzzo dall’impianto di betonaggio al cantiere particolarmente in climi caldi;
  • pompaggio di impasti cementizi per pozzi petroliferi dove si raggiungono in profondità temperature di oltre 90°C;
  • produzione di calcestruzzo con aggregati a vista mediante rimozione con acqua in pressione dello strato superficiale di pasta cementizia ritardata per applicazione dell’additivo su cassero (lacche ritardanti);
  • rallentamento nello sviluppo del calore di idratazione ed attenuazione dei gradienti termici in getti massivi (dighe, platee di fondazione, ecc.);
  • facilitazione della ripresa di getto, con eliminazione del giunto freddo, attraverso il ritardo nella presa del calcestruzzo gettato in precedenza;
  • conservazione dello stato plastico (“stabilizzazione”) del calcestruzzo di ritorno dai cantieri di betonaggio per un successivo reimpiego insieme ad altro calcestruzzo fresco dopo uno o più giorni;
  • blocco dell’idratazione dei residui di calcestruzzo all’interno delle betoniere con aggiunta di acqua e ritardante evitando la produzione di incrostazioni per riutilizzare il giorno dopo i residui di calcestruzzo senza necessità di trattare le acque di lavaggio.

La prima delle applicazioni sopra riportata è sicuramente la più consolidata, mentre le ultime due appaiono particolarmente interessanti in vista delle limitazioni imposte, a difesa dell’ambiente, per il trattamento dei residui solidi e delle acque di lavaggio nelle centrali di betonaggio.

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3.5.1 L’IMPIEGO DEI RITARDANTI TRADIZIONALI

I ritardanti vengono normalmente impiegati per allungare i tempi di presa e per ridurre la perdita di lavorabilità del calcestruzzo durante il trasporto.

Nella Tabella 3.5 sono esemplificativamente mostrate le prestazioni di un additivo ritardante per quanto attiene al tempo di presa in diverse condizioni climatiche. Si può osservare che nel calcestruzzo non additivato i tempi di presa, ed in minor misura le resistenze meccaniche, sono fortemente influenzati dalla temperatura. In particolare, in climi caldi (per esempio a 35°C) i tempi di presa sono significativamente ridotti e questo può creare difficoltà di carattere esecutivo nella messa in opera del calcestruzzo. E’ proprio in queste condizioni che l’additivo ritardante fa sentire i suoi benefici ripristinando tempi di presa in cli- ma caldo paragonabili a quelli che si registrano nel calcestruzzo non additivato in condizioni climatiche meno avverse (20°C). Naturalmente, l’effetto del ritardante si fa sentire anche nei climi freddi (per esempio a 5°C) in misura più o meno eguale, percentualmente, a quella che si registra a temperature più alte.

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Parallelamente al prolungamento dei tempi di presa, con l’additivo ritardante si registra una riduzione nella perdita di lavorabilità. Poiché è soprattutto alle alte temperature (25-35°C) che si verifica una perdita di lavorabilità incompatibile con un lungo trasporto del calcestruzzo dall’impianto di betonaggio al cantiere, è evidente come l’impiego dei ritardanti sia riservato prevalentemente alla stagione calda nel settore del calcestruzzo preconfezionato.

La Fig. 3.3 mostra esemplificativamente la perdita di lavorabilità alle diverse temperature (5-20-35°C) dello stesso calcestruzzo (additivato e non) riportato in Tabella 3.5.

Come conseguenza del prolungamento dei tempi di presa e della migliore conservazione della lavorabilità – entrambi legati ad un ritardo nell’idratazione iniziale del cemento (Fig. 3.1) – anche la resistenza meccanica del calcestruzzo su- bisce un rallentamento iniziale (1-3 giorni) per la presenza dei ritardanti: infatti, a pari rapporto a/c la resistenza meccanica risulta minore alle brevi stagionature per il minor grado di idratazione α; in realtà, il ritardante provoca sempre come effetto secondario, una leggera riduzione del rapporto a/c a pari slump che non è però sufficiente a compensare il ritardo nell’idratazione iniziale; pertanto, alle brevi stagionature il calcestruzzo con ritardante presenta una resistenza meccanica leggermente più bassa rispetto al calcestruzzo di riferimento non additivato (Tabella 3.1).

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Alle lunghe stagionature (7 giorni), quando l’effetto del ritardante sul grado di idratazione (α) si annulla (Fig. 3.1), la resistenza meccanica torna ad essere governata (a parità di grado di idratazione) dal rapporto a/c. Pertanto, a pari slump, se il ritardante provoca come effetto secondario una riduzione nel rapporto a/c di almeno il 5% (Tabella 3.2), non si registra alcuna riduzione nella resistenza meccanica com’è evidenziato nei dati a 28 giorni della Tabella 3.5.

3.5.2 L’IMPIEGO DEI SUPER-RITARDANTI (“STABILIZZANTI”)

I super-ritardanti (6-9) rappresentano una categoria di additivi sviluppati più recentemente per risolvere soprattutto il problema del riutilizzo del calcestruzzo rientrato nella centrale di betonaggio o per impedire l’indurimento delle incrostazioni di calcestruzzo all’interno dell’autobetoniera. In questa applicazione gli additivi super-ritardanti sono chiamati “stabilizzanti”). Tuttavia, il loro impiego può essere esteso anche ad altre applicazioni particolari (per esempio riprese di getto, giunti da costruzione, ecc.) per le quali si intenda bloccare l’idratazione del cemento e quindi la presa del calcestruzzo per uno o più giorni.

In linea di massima, i super-ritardanti “stabilizzanti” sono basati sull’impiego di un dosaggio molto basso (0.03-0.09% di prodotto attivo come sostanza secca) di acidi fosfonici e loro sali sodici (Fig. 3.2B) per conseguire un arresto dell’idratazione del cemento di circa 1 giorno. Dosaggi maggiori consentono di bloccare l’idratazione per 2-3 giorni.

In una recente applicazione i super-ritardanti a base fosfonica (Fig. 3.2 B) sono stati proposti come materie prime per i superfluidificanti impiegati in calcestruzzi a lunga conservazione di lavorabilità (10).

In alternativa ai super-ritardanti fosfonici, possono essere impiegati gluconato di zinco (dove il ritardo è associato sia al gluconato che al catione metallico) o altre combinazioni organico-inorganico (per esempio gluconato di sodio e ossido di zinco, ZnO) a dosaggi molto maggiori (0.4-0.8%) di quelli normalmente impiegati per i tradizionali ritardanti (8). I super-ritardanti commerciali, che sono soluzioni acquose dei summenzionati principi attivi, vengono dosati allo 0.3% fi no ad un massimo dell’8% a seconda che contengano fosfonati o gluconati ed a seconda che si voglia “stabilizzare” lo stato plastico del calcestruzzo fino al giorno dopo o per il periodo del week-end (1).

Nella Fig. 3.4 è mostrato esemplificativamente l’effetto di un super-ritardante fosfonico (il DTPMP mostrato in Fig. 3.2 B) sul grado di idratazione del cemento in termini di calore cumulativo e di velocità di sviluppo del calore per idratazione del cemento.

Il picco termico che si registra nei primi 30 minuti sulla curva di sviluppo del calore (Fig. 3.4 A) è dovuto principalmente al calore che si libera per idratazione delle tracce di calce libera (CaO) e dalla formazione di ettringite sulla superficie del C3A; successivamente la velocità di sviluppo del calore si blocca (periodo di induzione) e quindi si registra (Fig. 3.4 B) un secondo grande picco (dovuto all’idratazione del C3S).

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La presa del cemento ha inizio dopo il periodo di induzione e prima del secondo picco termico. La presa del cemento senza additivo ha inizio a circa 2-3 ore, mentre quella in presenza di 0.05% di super-ritardante corrisponde grosso modo a 24 ore. Tuttavia, da un punto di vista pratico è conveniente sperimentare, direttamente sullo specifico calcestruzzo da trattare, l’effetto di un additivo a diversi dosaggi fino ad ottenere il ritardo desiderato in relazione anche alla temperatura ambientale: ovviamente, a parità di ritardo desiderato, il dosaggio richiesto è tanto maggiore quanto maggiore è la temperatura dell’ambiente.

Nell’impiego dei super-ritardanti destinati al riutilizzo del calcestruzzo non impiegato, va anche tenuto conto delle esigenze di resistenza meccanica alle brevi stagionature. In genere, il calcestruzzo che ritorna in centrale di betonaggio, in quanto non impiegato in cantiere, difficilmente supera il 10-20% della capacità dell’autobetoniera. Esso, pertanto, il giorno dopo viene mescolato con altro calcestruzzo fresco che risulta quantitativamente prevalente rispetto al calcestruzzo del giorno prima “bloccato” nello stato plastico con il super-ritardante.

Il dosaggio di additivo, oltre che con la temperatura e con il tempo di ritardo desiderato, va commisurato con il rapporto tra la quantità di calcestruzzo da “bloccare” provvisoriamente allo stato plastico e quella del calcestruzzo “vergine” preparato all’istante il giorno dopo: maggiore è questo rapporto, minore dovrà essere il dosaggio di super-ritardante per evitare che la miscela dei due calcestruzzi debba subire un ritardo eccessivo nello sviluppo della resistenza meccanica alle brevi stagionature. Alternativamente, se il dosaggio di additivo (richiesto per un “blocco” prolungato della presa nel calcestruzzo non impiegato) è incompatibile con lo sviluppo della resistenza meccanica iniziale nella miscela dei due calcestruzzi, occorre diluire il calcestruzzo contenente il super- ritardante con un maggior volume di calcestruzzo “vergine”.

E’ ovvio che, tenuto conto della specifica reattività dell’additivo super-ritardante con i vari tipi e classi di cemento, in relazione alle diverse situazioni (dosaggio di cemento, temperatura, resistenza meccanica iniziale richiesta, ecc.), è assolutamente necessario far precedere l’impiego routinario di questa tecnica da un’accurata sperimentazione di campo al fine di calibrare adeguatamente il dosaggio di super-ritardante, generalmente raccomandato dal produttore dell’additivo, in funzione delle varie e specifiche esigenze e situazioni.

Una tecnica che consente una maggiore “elasticità” nel determinare l’effetto “stabilizzante” dei super-ritardanti, consiste nel “riattivare” l’idratazione del cemento “stabilizzato” mediante l’aggiunta posticipata di un additivo accelerante (Capitolo IV) che compensi o annulli immediatamente l’effetto del super- ritardante.

Anche l’impiego del super-ritardante per il riutilizzo della acque di lavaggio conservate in autobetoniera richiede un’accurata sperimentazione preliminare per calibrare adeguatamente il dosaggio di additivo raccomandato dal produttore alle specifiche esigenze e condizioni ambientali (tipo e classe di cemento, temperatura, ecc.).

In particolare, l’acqua di impasto per la prima miscela di calcestruzzo dovrà essere sostituita in tutto o in parte da quella conservata in autobetoniera dal giorno prima per la “stabilizzazione” e la rimozione delle incrostazioni di calcestruzzo dalle superfici interne del mezzo.

Fine Terza parte.


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