Approccio alla progettazione di miscela di calcestruzzo con aggregato riciclato

Il metodo serve per la valutazione dell'impatto reologico dell'aggregato

L’impiego di aggregato riciclato nella miscela di calcestruzzo impone di pre-determinare il comportamento reologico del composito in relazione alle caratteristiche fisiche e chimiche dell’aggregato che si intende impiegare.
La presente sarà espressamente rivolta all’impiego di aggregati riciclati provenienti da demolizione contenenti, quindi, solo calcestruzzo esausto oppure anche macerie di laterizio.
Per prima cosa la definizione “inerte” diventa assai opinabile.
In relazione alle caratteristiche fisiche e chimiche è possibile valutare preventivamente il comportamento reologico e la durabilità. Le resistenze meccaniche andranno, poi, correlate al modulo elastico ed al ritiro quindi al creep anche da essiccamento.
Di seguito si propone un metodo solo per la valutazione dell’impatto reologico in relazione ad alcune caratteristiche fisiche e chimiche dell’aggregato.

Caratteristiche chimiche

Gli aggregati riciclati NON sono inerti.
La presenza di solfati, solfuri, cloruri, idrocarburi, inquinanti organici, ecc modificano il pH.
Se il pH non è neutro sarà importante la determinazione delle ppm.
In generale se il pH è alto vi sarà una maggiore tendenza all’impegno chimico dell’acqua libera in fase plastica.
Se il pH tende al basso vi sarà un rallentamento del tempo di presa dei leganti cementizi.

Ad esempio:
un calcestruzzo esausto inizia la sua seconda vita come aggregato dal momento in cui è frantumato e vagliato.
Naturalmente il calcestruzzo di provenienza aveva raggiunto un suo grado di carbonatazione dipendente dalla dimensione degli elementi esausti e dalla capillarità della malta e della pasta che circondano i suoi solidi costituenti.

Una volta frantumato, vagliato e messo in mucchio l’aggregato risultante è formato da minuscoli pezzi di calcestruzzo composti, in larga parte, da aggregati ricoperti di pasta e malta le quali inizieranno una ulteriore inevitabile fase di carbonatazione.
Il comportamento (in calcestruzzo) di un aggregato proveniente da calcestruzzo esausto dopo un abbondante periodo di stagionatura (aging) in mucchio è più prevedibile rispetto ad un aggregato prodotto da poco tempo.

La presenza di cemento anidro e idrossido di calcio possono causare un impegno chimico di acqua superiore a quella fisicamente rilevabile da un test per differenza di massa. Cioè, in poche parole, fatto il test dell’assorbimento d’acqua la quantità di acqua assorbita dall’aggregato andrà maggiorata di una aliquota che dipende dal grado di carbonatazione rilevabile non tanto dall’inevitabile pH elevato, quanto dalle ppm che, di fatto, sono proporzionali allo stato di carbonatazione dell’aggregato e ad altre attività di trasformazione degli ossidi nei relativi idrossidi.

Caratteristiche fisiche

L’aggregato riciclato è fortemente diverso dall’inerte naturale. Elenco delle principali differenze:

• minore peso specifico;
• peggiore resistenza a frammentazione Los Angeles;
• tessitura superficiale molto rugosa;
• presenza di polveri finissime nell’aggregato grossolano (superiore a 4mm);
• assorbimento elevato;
• modulo elastico basso;
• variabilità composizionale.

La resistenza a frammentazione Los Angeles è una caratteristica fisica dipendente dal grado di porosità del materiale e, quindi, fortemente correlato alla tendenza all’assorbimento di acqua.
La resistenza a frammentazione dipende anche dal grado di carbonatazione. Tuttavia dipende, in larga parte, dallo spessore e dalla qualità della malta e della pasta residua presente nell’aggregato riciclato la quale influenza notevolemente l’assorbimento di acqua e, come sopra indicato, il grado di impegno chimico di una aliquta aggiuntiva di acqua oltre a quella fisicamente assorbita.
Occorre fare attenzione al comportamento in acqua dell’aggregato riciclato:
De Larrard ha stimato che un aggregato riciclato perfettamente asciutto impiega circa 2 ore per raggiungere il 90% del suo grado di saturazione totale.
Ciò significa che per 2 ore continua incessantemente ad assorbire.

In generale il calcestruzzo composto da una percentuale di aggregato riciclato sarà penalizzato nel comportamento deformativo lento a causa di un peggioramento del rapporto i/c e del modulo elastico.
Inoltre è necessario un superiore quantitativo di leganti per ottenere le resistenze meccaniche prefissate.

Ai fini del comportamento reologico ciò che conta maggiormente è:

• massa volumica;
• assorbimento d’acqua;
• presenza di finissimi;
• pH e ppm.

Esistono in commercio additivi preposti all’impiego di aggregati riciclati fortemente assorbenti e ricchi di finissimi. Questi additivi svolgono un’azione sacrificale, a volte anche fluidificante, contrastando l’assorbimento e fornendo una piccola riserva d’acqua durante la fase dormiente e, successivamente, nelle fasi critiche di passaggio fra le successive fasi di presa e di inizio indurimento.

Il metodo proposto indica un approccio anche al dosaggio di tali additivi.

Progetto di miscela

Acqua di impasto in funzione della classe di consistenza del calcestruzzo al momento della miscelazione e del diametro massimo degli aggregati in condizione satura e superficie asciutta (s.s.a):

Correzioni ai valori dell’acqua di impasto:

Si tenga conto del passante % a 0,125mm.
Si crea un fattore moltiplicativo della penalizzazione apportata dall’aggregato riciclato. Tale fattore si chiamerà Rec.Factor.

Rec.Factor:

Tiene conto della penalizzazione meccanica verificabile con Los Angeles Loss rispetto alla LA dell’aggregato naturale di riferimento che assumiamo, in questo caso, 20 e della penalizzazione della massa volumica rispetto all’aggregato di riferimento che assumiamo 2700 kg/m³.

In questo modo:

• LA ratio= LArec./LAnat;
• MVratio=MVrec./MVnat;
• Rec.factor= LAratio/MVratio

Assorbimento dell’aggregato riciclato AR

La percentuale di assorbimento determinata per rapporto di pesata (umido-secco) dovrà essere aggravata del Rec.factor:
%ass AR= %ass *Rec.factor

Determinazione dell’acqua assorbita dal totale dagli aggregati

Sarà la somma ponderata (con le percentuali di sostituzione) delle percentuali di assorbimento dell’aggregato naturale e dell’aggregato riciclato aggravato dal Rec.factor

Calcolo del cemento equivalente

Si calcola l’acqua efficace in modo ponderato a seconda delle percentuali di sostituzione seguendo le indicazioni della tabella con l’aggiunta proposta.

Determinazione del contenuto di additivo sacrificale

Sarà la somma fra il 4% sulle polveri e il Rec.factor
Admixture= kg/m³ (0,04*(%passanti a 0,125)kg + Rec.factor)

Conclusioni

La frazione 0-4mm dell’aggregato riciclato non può essere utilizzata. Qualora la provenienza dell’aggregato sia un calcestruzzo esausto, tale frazione può essere impiegata nella produzione di cemento.
L’impiego delle frazioni grossolane pone alcune problematiche reologiche correlate all’assorbimento di acqua ed alla massa volumica.
Il metodo proposto parte dalla determinazione di un fattore denominato Rec.Factor che tiene conto della massa volumica e della resistenza a frammentazione Los Angeles dell’aggregato riciclato.
Una volta calcolato il Rec.Factor esso risulta utile per la determinazione dell’acqua efficace, dell’assorbimento di acqua e del calcolo dell’additivo sacrificale:

• Al fine di prestabilire l’acqua efficace, i quantitativi di acqua suggeriti dalla regola di Lyse vanno incrementati di un fattore che tiene conto del Rec.Factor moltiplicato *15;
• L’assorbimento dell’aggregato assumerà un valore determinato dal prodotto fra l’assorbimento reale ed il Rec.Factor;
• La quantità di additivo sacrificale sarà calcolata in base al quantitativo di polveri (escluso il cemento) passanti a 0,125 incrementate del Rec.Factor.

In considerazione del tempo necessario ad una completa imbibizione dell’aggregato è fortemente consigliabile il loro utilizzo in condizioni pre-saturate come nel caso dell’impiego di aggregati leggeri.
Qualora l’aggregato non sia in condizioni s.s.a. sarà possibile implementare l’impianto con un sensore di pH e di ppm al fine di dosare ulteriormente l’additivo sacrificale in misura proporzionale ai due valori secondo modalità che dovranno emergere in base alla specifica esperienza.

In allegato è possibile scaricare e visualizzare un esempio pratico del metodo proposto.