Effetti dell'alta temperatura sulle pavimentazioni industriali

Le prestazioni dei pavimenti industriali realizzati in cls sono fortemente influenzate dalle modalità di maturazione adottate durante le fasi di posa.  Non a caso su questa fase così delicata e così sottovalutata è stata data molta attenzione nelle NTC2008 che la impongono come obbligatoria e stabiliscono anche responsabilità alle varie figure che compongono la realizzazione di tali forniture.

Nella foto, il particolare di una ripresa di getto


E’ evidente che l’azione principale della maturazione assistita sia il contrasto all’evaporazione dell’acqua libera e la continua idratazione del manufatto compatibilmente con il mantenimento delle temperature interne con sistemi che impediscano violente variazioni termiche.
Consapevoli dell’importanza di quanto sopra descritto e tralasciando di analizzare le tecniche di curing vediamo come la temperatura giochi un ruolo così importante per la qualità dell’opera che si deve realizzare e talvolta, ne possa pregiudicare anche la fruibilità.

Il calcestruzzo è un materiale poroso. Le porosità del cls sono di cinque tipi:

  1. porosità da difetti di compattazione
  2. porosità degli aggregati
  3. porosità da inglobamento/intrappolamento d’aria dovuta all’impiego di aeranti o per incompatibilità fra gli additivi adoperati ed il cemento, negli agenti disperdenti delle fibre eventualmente aggiunte o negli additivi non ben miscelati nei quali sia avvenuta, per effetto di un errato stoccaggio, la separazione degli agenti antischiuma sempre presenti. Aria Intrappolata da miscelazione prolungata.
  4. porosità del gelo tobermoritico o porosità del gel di dimensioni 1-10nm (non variabile)
  5. porosità irregolare fra le particelle di cemento di dimensioni 0,1µm-10µm nota come porosità capillare. Questa ultima è fortemente correlata per causa e diffusione alla porosità interstiziale che tiene conto anche della zona di transizione in quanto, per effetto dell’essudazione si assiste ad un intrappolamento dell’acqua fra gli aggregati più grossi e la malta cementizia che li avvolge.

La massa volumica del cls è fortemente influenzata dalla porosità inteso che, a parità di cls, diverse masse volumiche intendono per forza diversi gradi di porosità.  Quando si esaminano campioni di cls che presentano differenti valori di massa volumica effettiva possiamo quindi certamente affermare che quello con minore massa sarà il più poroso e viceversa.
I cls normalmente impiegati per le pavimentazioni industriali sono composti da miscele di aggregati, cemento, acqua e additivi fluidificanti in misura adeguata a raggiungere una determinata resistenza a compressione prevista da contratto ed eventualmente dal progetto.
Nell’esatto momento in cui si aggiunge l’acqua all’impasto si dà inizio alla  vita del cls così prodotto attraverso la fase denominata di idratazione del cemento.
L’acqua immessa in un impasto è determinata dalla somma dell’acqua aggiunta con l’acqua di umidità degli aggregati e con l’acqua eventualmente rappresentata dagli additivi aggiunti in base alle loro prescrizioni.
Sono sufficienti circa 28 litri di acqua per idratare 100kg di cemento e questa percentuale, che viene definita acqua stechiometrica, parteciperà sicuramente al processo di idratazione mentre il resto dell’acqua è libera di muoversi ed evaporare, viene definita acqua libera ed è richiesta solo per la lavorabilità.
La quantità di acqua libera, la qualità della sua partecipazione alle fasi di idratazione, la velocità con cui evapora determinano l’entità della porosità capillare e le variazioni di massa volumica.

Prendiamo in esame gli aspetti sopra descritti in occasione di altissime temperature di posa. Supponiamo di realizzare un pavimento con un Rck 30 s5 in estate con 35°C.

La ricetta prevederà sicuramente l’utilizzo di additivi fluidificanti con azione ritardante che, per l’appunto, vengono definiti “estivi” combinati con una quantità di acqua testata in laboratorio per il raggiungimento delle rck previste. Il fornitore, in teoria, deve fornire la lavorabilità prevista all'atto della posa tenendo presente eventuali predite di lavorabilità determinate dal tempo di trasporto. Ma ciò non avviene quasi mai.
Inizia il carico e l’immissione in autobetoniera innescando una fase dell’idratazione denominata di preinduzione. In questa fase che dura qualche minuto, si genera un’alta temperatura determinata dalla reazione esotermica legata allo sviluppo di ettringite primaria la quale produrrà un immediato effetto impermeabilizzante determinando l’inizio di una seconda fase caratterizzata da un brusco e temporaneo rallentamento dell’idratazione con conseguente diminuzione della temperatura interna. Questa seconda fase denominata fase dormiente, a condizioni normali termina all’incirca dopo 1 ora dall’inizio dell’idratazione con l’inizio della fase di presa.  Durante la fase dormiente si ha la produzione di idrossido di calcio tra gli interstizi delle formazioni cristalline dei silicati idrati di calcio C-S-H il quale e’ solubile in acqua. Per informazione di contorno ricordiamo che l’idrossido di calcio allo stato solido si presenta come una polvere impalpabile di colore bianco o biancastro e viene anche denominato calce spenta.

La fase di presa comincia con la rottura della pellicola di ettringite precedentemente formatasi in cui si ha l’inizio di una seconda fase di idratazione.
Di solito i trasporti in cantiere permettono la posa del cls dopo mediamente 45 min. dal confezionamento, ma non e’ raro che le betoniere organizzate per il servizio siano caricate a raffica e spedite in cantiere in sequenza con conseguenti attese.
Se non ci sono intoppi, questa attenzione logistica porta a ottimizzare il tempo che intercorre prima della posa in un valore medio di circa un’ora.
Durante il trasporto però, in funzione delle alte temperature, una percentuale di acqua sarà evaporata come pure durante l’attesa allo scarico. Durante le incessanti rivoluzioni di miscelazione aumenta l'aria intrappolata.
A quelle temperature e dopo tutto quel tempo la fase di presa è già iniziata.
Il cemento comincia a reidratarsi con l’acqua rimasta diminuendo ancora il totale di acqua presente, il tutto con temperature esterne in continua ascesa.   In questa fase la temperatura del cls riprende ad alzarsi.
I prodotti dell’idratazione del cemento conferiscono al cls una viscosità crescente e tendono a ridurre la lavorabilità del conglomerato.
La consistenza non risulta più idonea ed i posatori richiedono acqua sostenendo semplicemente che il cls che devono posare non è S5.  Gli autisti provvedono a rispristinare la consistenza con riaggiunte d’acqua autorizzate eventualmente dal loro tecnologo il quale è consapevole di ciò che tecnicamente implicherà tale decisione, ma e’ consapevole anche di ciò che implicherebbe contrattualmente la mancata consegna di un S5. Tale operazione, oltre a rendere più scorrevole l’impasto, provvede anche a diluire l’additivo rendendolo meno efficace per il controllo del rapporto a/c.
A questo punto comincia la posa di un cls con un contenuto superiore al previsto di acqua libera.
Una volta steso cominciano i movimenti interni alla sezione del pavimento.

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