Il calcestruzzo dovrà essere disponibili in miscele specialistiche, qualificate ad hoc per il singolo lavoro

Quali sono le innovazioni che nel settore del calcestruzzo hanno avuto più successo negli ultimi 20 anni ? e gli additivi superfluiudificanti sono migliorati ? e basta ridurre il rapporto acqua cemento per rendere un calcestruzzo impermeabile ? Sono alcuni dei quesiti che volevamo approfondire. Ed ecco le risposte dell. Ing. Riccardo Schvarcz.


Innovazione: La loppa di altoforno non è stata compresa

Andrea Dari:

Per quanto riguarda i materiali cementizi, qual’è l’innovazione che negli ultimi vent’anni ha avuto, a tuo parere, l’impatto più importante sull’evoluzione delle costruzioni in calcestruzzo armato ? e perchè ?

Riccardo Schvarcz:

riccardo-schvarz-300.jpgDal mio punto di vista la tecnologia che ha alzato “l’asticella” della qualità nel calcestruzzo è l’avvento del controllo della consistenza del calcestruzzo da remoto, attraverso la misurazione effettuata dal “manometro” installato a bordo betoniera.

Questo strumento permette la valutazione della pressione dell’olio motore.

I produttori di calcestruzzo riscontrando che il valore letto sul manometro aumenta all’aumentare dello sforzo del motore a parità di numero di giri al minuto, ha creato una serie di curve di correlazione tra il valore della pressione letta sul manometro e la consistenza misurata attraverso il cono di Abrams. 

Tali curve permettono al produttore di capire, in base allo sforzo che fa il motore durante la rotazione del tamburo, la consistenza del calcestruzzo all’interno del tamburo stesso. 

Lo stesso concetto vale nel caso si stia valutando lo sforzo effettuato da un mescolatore; lo strumento utilizzato per valutare lo sforzo del rotore si chiama wattmetro; quest’ultimo strumento ne valuta la potenza e non la pressione.

Il produttore attraverso una serie di prove di abbassamento al cono e del corrispondente rilevamento della pressione letta sul manometro del mezzo, è in grado di costruirsi delle curve che gli permettono di conoscere la consistenza del calcestruzzo e di essere garantito del dato.

Ogni autobetoniera è dotata quindi di una o più curve di correlazione slump - manometro dove è indicato lo sforzo del motore e la corrispondete consistenza, come riportato nella tabella seguente:

articolo-riccardo-schvarcz-tab-01.jpg

Dalla tabella si nota che, per un calcestruzzo R30, se il manometro segna 120 bar, la consistenza equivalente del calcestruzzo è quella di un S4 (200-210 mm di abbassamento). Se si legge il valore di 140bar, il calcestruzzo all’interno del tamburo è sempre un S4, ma con un abbassamento al cono di circa 160 mm.

Questo sistema di controllo viene comunemente utilizzato per comprendere la consistenza del calcestruzzo sia in centrale di betonaggio sia all’arrivo dell’autobetoniera in cantiere.

 

Andrea Dari:

Sempre per la stessa famiglia di materiali, qual’è l’innovazione che negli ultimi vent’anni avrebbe dovuto avere, a tuo parere, l’impatto più importante sull’evoluzione delle costruzioni in calcestruzzo armato e invece di fatto è stata ignorata ? e perchè ?

Riccardo Schvarcz:

Credo si possa pensare agli inerti riciclati, in particolare a quelli derivanti dagli scarti della produzione del calcestruzzo stesso. Ancora oggi, non c’è interesse nel mercato a valorizzare questo prodotto, gestendone la filiera dall’origine stessa del rifiuto.

La loppa d'altoforno che è un sottoprodotto del processo di produzione della ghisa, durante il quale si formano grandi quantità di scoria di composizione non lontana da quella del cemento Portland. La scoria acquista caratteristiche idrauliche se all'uscita dall'altoforno viene raffreddata bruscamente e trasformata in granuli porosi a struttura vetrosa (silice amorfa) detti loppa granulare.

Questi in seguito vengono macinati in modo da ottenere una polvere di finezza paragonabile a quella del cemento. Poiché la loppa granulata d'altoforno è lenta ad indurire, questa caratteristica rallenta lo sviluppo iniziale della resistenza alle brevi stagionature (2-7 giorni) che è dovuta solamente all'azione del clinker del cemento Portland, ma contribuisce al guadagno di resistenza finale.

L'effetto negativo sulla resistenza iniziale cresce proporzionalmente in funzione all'aumentare del contenuto di loppa e quando la temperatura di stagionatura è relativamente modesta.

Entro certi limiti il rallentamento iniziale può essere compensato aumentando la finezza di macinazione e agendo sulle condizioni di stagionatura.

Il minor tenore di cemento Portland, come avviene per i cementi pozzolanici, determina i seguenti vantaggi:

  • minore sviluppo di calore
  • maggiore resistenza all'attacco solfatico
  • maggiore resistenza al dilavamento

 

Quale futuro per l'organizzazione del calcestruzzo in Italia

Andrea Dari:

Quale può essere il futuro del calcestruzzo: impianti mediamente piccoli e distribuiti che producono con un numero di componenti molto limitato una quantità limitata di ricette e che soddisfano più esigenze di tipologie strutturali (come in Italia) o impianti più grandi, con più componenti a disposizione e in grado di produrre calcestruzzi secondo le specifiche esigenze costruttive?

Riccardo Schvarcz::

Il mercato dell’edilizia appare sempre più contenuto e credo, almeno per i prossimo 10/20anni, sarà destinato soprattutto alla realizzazione di nuove infrastrutture, interventi di ristrutturazione e riqualificazione edilizia.

Il calcestruzzo a sua volta dovrà essere disponibili in miscele specialistiche, qualificate ad hoc per il singolo lavoro e compatibile ai requisiti di sostenibilità.

Ritengo pertanto che il numero attuale delle unità produttive presenti a livello nazionale sia ancora elevato, maggiore della domanda; ciò dovrebbe portare ad una riduzione degli impianti di betonaggio e ad un ammodernamento di quelli esistenti.

La necessità sarà quella di produrre un calcestruzzo mediamente di alte prestazioni in termini di durabilità e con prodotti speciali. Ciò esigerà impianti con la presenza di mescolatori fissi, l’installazione di un numero di tramogge sufficiente a garantire l’impiego di componenti speciali (quindi almeno 6 tramogge per l’inerte), un maggior numero di sili allo scopo di contenere aggiunte speciali e cementi di diverse tipologie.  

 

L'evoluzione degli additivi superfluidificanti

Andrea Dari:

Quale di queste definizioni ti piace di più. L’additivo superfluidificante serve per:

A > Ridurre il dosaggio di cemento a parità di prestazioni

B > Ridurre la quantità d’acqua a parità di dosaggio di cemento per aumentare la resistenza meccanica

C > Migliorare la qualità del calcestruzzo

Riccardo Schvarcz::

Ritengo più appropriata la terza ipotesi. 

Questo tipo di additivi sono capaci di ridurre l’acqua d’ impasto a pari lavorabilità di calcestruzzo, oppure di incrementare la lavorabilità a pari quantità nell’acqua di impasto. 

Come già noto, riducendo l’acqua di impasto e quindi il rapporto a/c, a parità di dosaggio di cemento, si ottiene un benefico effetto consolidante della matrice cementizia e conseguentemente della proprietà di tutto il conglomerato. Ad una maggiore quantità d’acqua corrisponde una maggiore distanza fra i granuli di cemento e quindi , a parità di grado di idratazione, i cristalli fibrosi di cemento idratato paiono meno intrecciati fra di loro; ne deriva che la rigidità, la resistenza meccanica e l’impermeabilità del materiale indurito risulta minore rispetto ad un quantitativo di acqua più basso che avvicina maggiormente i cristalli.

Quindi una riduzione del rapporto a/c, entro un determinato intervallo per non inficiare sulla lavorabilità stessa del conglomerato cementizio, migliora la qualità del calcestruzzo a parità del grado di  idratazione.

I criteri di valutazione dei riduttori di acqua possono essere tre:

I) In presenza di tali additivi, la fluidità di un impasto cementizio aumenta rispetto al sistema privo di additivi a pari rapporto a/c; quindi impiego di queste sostanze mantenendo la quantità di acqua prevista dal mix design. 

Sotto questo punto di vista gli additivi dovrebbero essere chiamati fluidificanti, super-fluidificanti o iper-fluidificanti a seconda dell’entità dell’effetto provocato; in queste condizioni questi additivi non modificano significativamente le proprietà del calcestruzzo indurito, almeno per le lunghe stagionature cioè oltre i 7gg, poiché non modificano il rapporto a/c che è di fatto il parametro determinante per tutte le proprietà del calcestruzzo indurito. Essi si limitano solo a rendere il calcestruzzo più lavorabile rispetto a quello di riferimento senza additivo;

II) Consiste nello sfruttare solo potenzialmente la loro capacità fluidificante. In sostanza la loro aggiunta, che di per sé renderebbe il calcestruzzo più lavorabile, è accompagnata da una adeguata riduzione di acqua in modo da lasciare immutata la lavorabilità del conglomerato rispetto a quella di riferimento, senza modificare il dosaggio di cemento. In queste condizioni a pari lavorabilità e di dosaggio di cemento si ha una riduzione del rapporto a/c. Ne derivano diversi benefici: con la stessa lavorabilità si ottiene una maggiore resistenza, durabilità ed impermeabilità, un minor ritiro, un minor “creep” (fessurazione) e stress termici prodotti dal calore di idratazione;

III) Consiste nel ridurre sia l’acqua sia il cemento in modo da lasciare immutati sia il rapporto a/c che la lavorabilità rispetto al calcestruzzo di riferimento senza additivo. Non vengono quindi modificate la lavorabilità e le proprietà del calcestruzzo indurito, ma si ha una variazione di quelle proprietà del calcestruzzo indurito che dipendono dal dosaggio di cemento (calano le deformazioni da ritiro, in minor misura quelle da creep e quelle provocate dall’insorgere dei gradienti termici connessi con lo sviluppo del calore di idratazione).

 

Andrea Dari:

In questi ultimi vent’anni sono state introdotte nuove formulazioni e nuove molecole per gli additivi superfluidificanti (dalla prima generazione, fino alla quarta generazione….). Cosa, a tuo parere, è migliorato e cosa è peggiorato rispetto al passato ?

Riccardo Schvarcz::

senza dubbio la disponibilità di nuovi additivi sempre più particolari e performanti ha permesso di realizzare calcestruzzi ad alta ed altissima resistenza, più compatti pur con diverse lavorabilità; l’aspetto negativo è che l’equilibrio di natura chimica sta diventando sempre più complesso e di difficile gestione nel settore del calcestruzzo preconfezionato.

 

Andrea Dari:

Cosa vorresti che gli additivi superfluidificanti in futuro potessero avere come prestazioni e caratteristiche che ora ancora non hanno ? 

Riccardo Schvarcz::

Ritengo che gli additivi prenderanno sempre di più il posto dei cementi e dei filler in generale; da un lato si migliora la sostenibilità del prodotto, dall’altra è necessario accrescere le competenze nel settore 

Andrea Dari:

A tuo parere gli additivi superfluificanti hanno influenzato il progetto della miscela del calcestruzzo (Mix Design)? Se sì, in che modo?

Riccardo Schvarcz::

come già precedentemente indicato, gli additivi superfluidificanti oramai partecipano in maniera significativa al mix design; forse è opportuno non spingere troppo la chimica e puntare alla qualità dei diversi componenti. La chimica a mio parere va in contrasto con la durabilità del prodotto; il rischio è che agenti esterni fanno reazione con il conglomerato cementizio riducendo le sue capacità e prestazioni nel tempo. 

 

Andrea Dari:

Il crescente uso di fibre e aggiunte nel calcestruzzo porterà all’esigenza di superfluidificanti specifici per questi prodotti ?

Riccardo Schvarcz::

Credo proprio di si; senza dubbio la disposizione oggi di fibre di diverse tipologie e qualità permette di realizzare calcestruzzi particolari con prestazioni in termini di resistenza a trazione ed elasticità buoni, ma la posa/stesa, ancora in gran parte manuale, spesso pregiudica il risultato.

 

E sui Calcestruzzi impermeabili ...

Andrea Dari:

Per l’ottenimento di calcestruzzi impermeabili è sufficiente agire sul rapporto acqua/cemento con un superfluidificante ? Se no, quali soluzioni si dovrebbero adottare ?

Riccardo Schvarcz::

Partiamo dal concetto che i calcestruzzi impermeabili attualmente non esistono; chiaro, vi sono dei prodotti che migliorano la qualità del calcestruzzo e ne riducono la permeabilità all’acqua e all’aria.

Non sono d’accordo che riducendo il rapporto a/c si riduce la permeabilità del calcestruzzo, ovvero si riduce fino ad un certo punto, quando a/c si avvicina al rapporto stechiometrico (pensiamo ai calcestruzzi con consistenza terra umida), difficilmente un impianto di betonaggio è in grado di miscelare adeguatamente l’impasto, incrementando il numero di vuoti aperti e chiusi presenti nell’impasto.

Per ridurre la permeabilità è necessario gestire con molta attenzione e competenza il calcestruzzo attraverso una corretta messa in opera, trasporto, compattazione, maturazione, le riprese di getto, i casseri, ecc..

Molte sono le variabili che influiscono sul calcestruzzo, e queste aumentano o riducono il suo grado di impermeabilizzazione.

A mio avviso, sul calcestruzzo, se esposto, vanno applicati dei trattamenti protettivi scelti in base alle condizioni ambientali, l’uso, la destinazione, la tipologia del manufatto e il suo comportamento in fase di esercizio. 

 

Andrea Dari:

Per garantire l’impermeabilità di una struttura in calcestruzzo nel tempo quali soluzioni possono essere adottate ? 

Riccardo Schvarcz::

E’ noto che ci siano diverse soluzioni e/o aggiunte che si possono impiegare per migliorare l’impermeabilità del conglomerato cementizio.

Ad es. vi sono in commercio degli additivi per l’impermeabilizzazione e l’autosigillatura del calcestruzzo mediante cristallizzazione interna, miscelato in ragione del 2% sulla quantità di cemento a metro cubo. 

L’impasto così ottenuto risulterà più omogeneo incrementerà le prestazioni del calcestruzzo stesso e, grazie alle caratteristiche di auto-sigillatura aumenterà la durabilità dell’opera realizzata.

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