Potremo fare a meno degli additivi aeranti per calcestruzzo soggetto a cicli gelo disgelo ?
Uno studio americano ha proposto un nuovo approccio alla realizzazione di calcestruzzi resistenti ai cicli gelo disgelo. Questo attraverso l'aggiunta di molecole polimeriche a una miscela di calcestruzzo, che hanno ridotto efficacemente le dimensioni dei cristalli di ghiaccio del 90%. Ecco come.
Il requisito di aggiungere l'additivo aerante nel calcestruzzo è arrivato alla sua fine ?
Per il calcestruzzo i "cicli di gelo-disgelo" sono un problema difficile da affrontare.
Attraverso le porosità del calcestruzzo, l'acqua entra entra all'interno del materiale, e quando per effetto del gelo si congela la relativa espansione crea tensioni che portano alla rottura del calcestruzzo. Quello che si vede dallìesterno è una progresssiva disgregazione della superficie, che porta a una maggiore porosità ... e quindi a un devastante effetto sul prodotto. Se il calcestruzzo si trova in un'area stradale - pavimentazioni, muri di contenimento, ... questa acqua porta con se anche i sali disgelanti, che hanno effetti sia sulle armature che sul calcestruzzo stesso, portando a ulteriori effetti di degrado.
Il degrado dei piazzali in calcestruzzo
Su questo tema ha scritto un interessante articolo l'ing. Gianluca Pagazzi, dal titolo: "Calcestruzzo per pavimentazioni esterne: analisi dei fenomeni legati alle condizioni ambientali e relative prove"
Le norme hanno affrontato questi problemi definendo le cosiddette classi di esposizione del calcestruzzo, ovvero le classi prestazionali/prescrizionali da considerare quando si prescrive e si progetta un calcestruzzo.
XF1 - Moderata saturazione d’acqua, in assenza di agente disgelante
- Superfici verticali di calcestruzzo con facciate e colonne esposte alla pioggia ed al gelo
- Superfici non verticali e non soggette alla completa saturazione ma esposte al gelo alla pioggia o all’acqua.
XF2 - Moderata saturazione d’acqua in presenza di agente disgelante
- Elementi come parti di ponti che in altro modo sarebbero classificati come XF1 ma che sono esposti direttamente o indirettamente agli agenti disgelanti.
XF3- Elevata saturazione d’acqua in assenza di agente disgelante
- Superfici orizzontali in edifici dove l’acqua può accumularsi e che possono essere soggetto ai fenomeni di gelo, elementi soggetti a frequenti bagnature ed esposti al gelo.
XF4 - Elevata saturazione d’acqua in presenza di agente antigelo oppure acqua di mare
- Superfici orizzontali quali strade o pavimentazioni esposte al gelo ed ai sali disgelanti in modo diretto o indiretto, elementi esposti al gelo e soggetti a frequenti bagnature in presenza di agenti disgelanti o di acqua di mare.
Tabella ripresa dai valori indicati dalla UNI 11104 in cui vengono elencati i requisiti minimi del calcestruzzo per ciascuna classe di esposizione ambientale soggetta a gelo/digelo
La nota a) indica che quando il calcestruzzo non contiene aria aggiunta, le sue prestazioni devono essere verificate rispetto ad un calcestruzzo aerato per il quale è provata la resistenza al gelo/disgelo, da determinarsi secondo UNI 7087, per la relativa classe di esposizione.
La soluzione al problema dell'aria aggiunta dal calcestruzzo
Tranne che per la prima classe è quindi previsto l'uso di aria aggiunta, mediante l'uso di additivi AEA, (Air Entraining Agent), un additivo che introduce minuscole bolle d'aria nella miscela di calcestruzzo per agire, in effetti, come valvole di rilascio della pressione, a meno che non si voglia come previsto dalla nota a) effettuare le costose e impegnative prove di gelo/disgelo.
Gli AEA devono produrre vuoti d'aria di specifiche distribuzioni dimensionali con spaziatura adeguata.
Gli AEA comportano circa ∼16%–25% in volume di pasta di cemento o ∼4%–10% in volume di calcestruzzo. Nonostante l'aumento del gelo- resistenza al disgelo, l'introduzione di un sistema di vuoto d'aria si traduce in una ridotta resistenza meccanica, che può arrivare fino al 5% per 1% di aria inglobata e un aumento della permeabilità proporzionale alla quantità di aria introdotta.
E' ovvio che si stia studiando una soluzione alternativa.
I ricercatori hanno utilizzato una varietà di altri materiali e metodi, spesso in combinazione con gli AEA, per migliorare la resistenza al gelo e al disgelo dei materiali cementizi. Queste strategie includono l'addensamento e il rafforzamento della pasta di cemento utilizzando nanoparticelle o materiali cementizi supplementari, l'incorporazione di particelle di idrogel superassorbenti come metodo non tensioattivo per ottenere un sistema di vuoto d'aria intrappolato, l'uitlizzo di fibre polimeriche su macroscala per mitigare la propagazione delle crepe a causa del danno indotto dal gelo.
Nonostante un certo successo, tutti questi metodi mirano a mitigare i sintomi deleteri dell'espansione del ghiaccio nella pasta di cemento e nel calcestruzzo piuttosto che inibire la crescita dei cristalli di ghiaccio all'origine.
E dagli USA arriva una soluzione diversa.
Wil Srubar e i colleghi dell'Università del Colorado Boulder hanno proposto un nuovo approccio, basato sulla prevenzione piuttosto che sulla compensazione, e ispirato, dicono, da organismi che sopravvivono e prosperano in ambienti sotto lo zero secondo la rivista scientifica online Cosmos.
I cristalli di ghiaccio che si legano alle molecole polimeriche cambiano da una sfera a un esagono arrotondato, che i ricercatori chiamano ghiaccio di limone.
Sulla rivista Cell Reports Physical Science, spiegano come le proteine antigelo si legano ai cristalli di ghiaccio per inibirne la crescita.
Hanno quindi sviluppato molecole polimeriche (polietilenglicole-innesto-alcol polivinilico) che imitano le proprietà della proteina, le hanno aggiunte a una miscela di calcestruzzo e hanno scoperto che le dimensioni dei cristalli di ghiaccio sono effettivamente ridotte del 90%.
Il nuovo mix ha anche resistito a 300 cicli di congelamento-scongelamento pur mantenendo la sua forza, ma i ricercatori sottolineano che c'è ancora molto lavoro da fare per determinare la resilienza a lungo termine e la fattibilità economica dell'approccio in un'applicazione del mondo reale.
Cold Climate Organisms Offer Clues To Crackless Concrete
Concrete is a seemingly simple mix of wet cement, but it’s been the foundation of many civilizations. Ancient Mayans and Romans used concrete in their structures, and it is the basic building block of the sky-scraping concrete jungles we inhabit today. But it turns out, it’s still possible to improve.
