Aspetti generali sui vantaggi dell'uso delle ceneri volanti nel calcestruzzo

Cenere Volante MICRO POZZ PFA

La cenere volante MICRO POZZ PFA, nota comunemente anche con il termine inglese fly ash, è un materiale derivante dal processo di produzione dell’energia termoelettrica. Visivamente si presenta come una polvere finissima (Figura 1) di colore grigio, molto simile al comune cemento Portland.

Una analisi visiva eseguita con microscopio elettronico rivela la peculiare forma e distribuzione delle sue particelle costituenti (Figura 2). Si possono infatti individuare micro-particelle di forma sferoidale, le “plenosfere”, spesso contenute a loro volta in sfere cave più grandi dette “cenosfere”. La forma particolarmente regolare delle sue particelle, associata alla loro natura chimica, essenzialmente silico- alluminosa (ceneri “silicee” di tipo F secondo ASTM C618), fanno di questo materiale un ingrediente di prim’ordine nel confezionamento di conglomerati cementizi, con specifico riguardo al calcestruzzo. Una analisi chimica di dettaglio (valori tipici riportati in Tabella 1) mostra come la cenere volante sia, di fatto, una vera e propria “pozzolana artificiale”, avendo una composizione chimica del tutto analoga alle classiche pozzolane naturali (valori tipici riportati in Tabella 2)

Dal punto di vista granulometrico e delle proprietà fisiche, la cenere volante assomiglia molto al comune cemento (Figura 3), differendo da esso solo per un peso specifico inferiore (Tabella 3).

Modalità di impiego, riferimenti normativi e sostenibilità

L’impiego della cenere volante nel confezionamento di calcestruzzi è regolamentato in maniera esaustiva dalle Norme Tecniche sulle Costruzioni (NTC 2018) dove, al paragrafo 11.2.9.3, si legge testualmente “Nei calcestruzzi è ammesso l’impiego di aggiunte, in particolare di ceneri volanti …<omissis>. Le ceneri volanti devono soddisfare i requisiti della norma europea armonizzata UNI EN 450-1. Per quanto riguarda l’impiego si potrà fare utile riferimento ai criteri stabiliti dalle norme UNI EN 206 ed UNI 11104”.

La UNI EN 450-1 è la norma che specifica i requisiti fisico-chimici che le ceneri volanti silicee (di fatto quelle di tipo F, come prima definite, prodotte in Italia) devono rispettare, nonché i procedimenti di controllo qualità cui devono essere sottoposte ai fini del loro impiego nel confezionamento di calcestruzzi, inclusi quelli strutturali (sia preconfezionati che in prefabbricazione). La norma UNI EN 206, con le indicazioni complementari fornite dalla norma italiana UNI 11104, fornisce invece vere e proprie regole operative utili ai Produttori di Calcestruzzo per poter inserire la Cenere Volante nei loro Processi Produttivi.

Alla luce della sua rilevante pozzolanicità, le norme consentono di utilizzare la Cenere Volante come legante cementizio, in parziale sostituzione del cemento Portland. Nel rispetto delle indicazioni fornite dalle UNI EN 206 e UNI 11104 è possibile infatti ottimizzare i contenuti “minimi” di cemento pervisti per le diverse classi di esposizione inserendo adeguati quantitativi di cenere volante. Inoltre, grazie alla sua peculiare distribuzione granulometrica, la cenere volante può essere utilmente impiegata come componente “fillerizzante” apportatrice di parti fini, per migliorare diverse proprietà (lavorabilità, coesione, pompabilità, robustezza) altrimenti penalizzate dall’impiego di aggregati (sabbie in particolare) “scabri”.

Di fatto, l’impiego della cenere volante nel confezionamento di calcestruzzi si traduce nella parola Sostenibilità:

• a) Si recupera in maniera razionale un materiale altrimenti destinato alla discarica;
• b) Si limita il consumo di materie prime “vergini”, quali i costituenti per la produzione di cemento e le sabbie direttamente utilizzate come aggregato;
• c) Si limita l’emissione di CO² in atmosfera, razionalizzando la produzione di cemento e tutte le attività connesse con l’estrazione delle sue materie prime;
• d) Si ottimizzano i costi di produzione del calcestruzzo;
• e) Si riduce il costo del Ciclo di Vita delle Strutture (Life Cycle Cost) grazie alla maggiore durabilità strutturale ed alla conseguente ottimizzazione dei costi di manutenzione.

Benefici dell’utilizzo della cenere volante MICRO POZZ PFA nei calcestruzzi

I benefici apportati dalla cenere volante alle proprietà del calcestruzzo sono testimoniati da una consolidata ed ultra-decennale esperienza sperimentale, nazionale ed internazionale.

Tali benefici riguardano sia il calcestruzzo allo stato fresco (le cosiddette “Proprietà reologiche”) che quelle allo stato indurito (“Proprietà fisico-meccaniche” e “Durabilità”).

Cominciando dalle “Proprietà reologiche”, tra i principali benefici si possono annoverare:

• Riduzione della richiesta d’acqua di impasto per conseguire una specifica lavorabilità;
• Incremento del mantenimento di lavorabilità;
• Effetto “fillerizzante”: maggiore Coesione e Robustezza delle miscele;
• Forte contrasto alla Segregazione ed al Bleeding;
• Migliore pompabilità;
• Regolazione dei tempi di presa

Per quanto attiene invece alle “Proprietà Fisico-Meccaniche”, i principali miglioramenti si hanno in termini di:

• Incremento delle prestazioni meccaniche (compressione e trazione);
• Riduzione della porosità e della permeabilità della matrice cementizia;
• Incremento dell’aderenza delle barre di armatura;
• Riduzione della permeabilità allo ione cloruro;
• Incremento della resistenza all’aggressione chimica (es. Solfati);
• Incremento della resistenza alla Reazione Alcali-Aggregato (ASR);
• Riduzione dello sviluppo del calore di idratazione;
• Riduzione del ritiro igrometrico;
• Riduzione/Eliminazione delle efflorescenze.

Riduzione della richiesta d’acqua di impasto ed incremento del mantenimento di lavorabilità

Le micro-particelle di cenere vanno ad allocarsi tra le particelle di cemento, contribuendo all’azione “deflocculante” dell’additivo fluidificante. Inoltre, esse si comportano come veri e propri “cuscinetti a sfera” tra i granuli di cemento e questo facilita ulteriormente la mobilità del materiale allo stato fresco (ball bearing effect). Infine, grazie all’effetto “fillerizzante” o effetto “impacchettamento” (Particle packing effect) le particelle di cenere volante riducono il volume degli interstizi tra le altre particelle e con esso il volume di pasta (e quindi di acqua) necessario a riempirli.

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