L’argilla, un nemico del calcestruzzo

La presenza di fini argillosi (< 0,002 mm) negli aggregati è uno dei parametri di accettazione più sensibili per il calcestruzzo strutturale: le particelle, dotate di elevata superficie specifica e carica elettrica negativa lungo la superficie della particella argillosa, assorbono acqua d’impasto, interferiscono con l’idratazione del cemento e indeboliscono la zona di transizione (ITZ).

Studi sperimentali mostrano che un tenore di argilla del 4–6 % sul peso della sabbia può ridurre la resistenza a compressione di 8–12 % e aumentare la permeabilità del conglomerato.

Quando nell’inerte si infiltra una quota di fini argillosi, l’impasto di calcestruzzo reagisce su tre fronti, tutti intimamente legati fra loro.

  

Domanda d’acqua e reologia del fresco

Le particelle di argilla, molto fini e cariche negativamente in superficie, trattengono l’acqua d’impasto e rivestono i granuli con una patina che genera quella che i reologi chiamano lubrificazione negativa. Il risultato è un collasso anomalo al cono di Abrams a parità di rapporto acqua/cemento (a/c) la classe di consistenza si riduce, costringendo il tecnologo ad modificare la lavorabilità con un incremento di circa +0,13÷0,15 sul valore di a/c oppure con dosi più alte di superfluidificanti.

  

Resistenza a compressione

La stessa pellicola argillosa danneggia la zona di transizione all’interfaccia (ITZ) pasta-aggregato. Questa zona, che già di per sé costituisce la parte più fragile del conglomerato, diventa più porosa e ritarda l’idratazione del cemento: bastano 4–6 % di fini argillosi sul peso della sabbia per registrare perdite dell’ordine dell’8–12 % di resistenza a compressione a 28 giorni.

  

Permeabilità e durabilità

La micro-struttura, resa più aperta, favorisce la continuità del reticolo capillare. Ne deriva un coefficiente di
permeabilità più elevato e, di riflesso, una maggior vulnerabilità ai cicli gelo-disgelo, agli attacchi chimici e in generale ai meccanismi di degrado controllati dall’ingresso di acqua e ossigeno.

 

 

Metodi di prova essenziali

Per garantire che il contenuto di argilla resti entro soglie accettabili – e, di riflesso, che il calcestruzzo sviluppi la resistenza e la durabilità previste – occorrono controlli mirati sugli aggregati fini.
Di seguito i tre test cardine, proposti nell’ordine in cui vengono abitualmente impiegati in cava e in laboratorio:

Sand Equivalent (SE) – EN 933-8

Principio: Si confronta l’altezza della colonna di sabbia pulita con quella della colonna totale (sabbia + fini argillosi) in un cilindro graduato riempito di soluzione salina coagulante. Più alto è il rapporto, più “pulito” è l’inerte.

 

Procedura in sintesi

1. Si disperde un campione di circa 85 g (fra 0,063 e 2 mm) nella soluzione;
2. Si agita meccanicamente per 45 s, si lascia decantare 20 min;
3. Si leggono le due altezze (sabbia, sospensione) e si calcola SE = 100 × h_sabbia / h_totale.

Interpretazione - Un SE≥80 per sabbie naturali (≥70 per quelle frantumate) indica un contenuto di argilla normalmente trascurabile; valori sotto 60 richiedono pre-lavaggio o esclusione del lotto.
Vantaggi & limiti -  È una prova “cantiere-friendly”, rapida e ripetibile; di contro non discrimina tra argille plastiche e silt limoso né fornisce un valore di soglia universalmente valido senza riferimento alla norma di progetto.

 

Blu di Metilene (MB e MBF) – EN 933-9

Principio Il colorante cationico blu di metilene si adsorbe sulle superfici argillose; la quantità richiesta per saturare il campione, titolata con buretta, è proporzionale alla superficie specifica dei fini.

Procedura in sintesi

1. Si prepara una sospensione di 30 g di frazione 0/2 mm (o di filler 0/125 µm per MBF) in acqua distillata;
2. Si aggiunge la soluzione di blu di metilene goccia a goccia agitando su piastra magnetica;
3. Il punto finale è la comparsa di alone blu persistente su carta filtro;
4. Si calcola MB (g kg⁻¹) = volume × concentrazione / massa secca.

Interpretazione - Per conglomerati ordinari la UNI 8520-2 pone MB≤1,2 g kg⁻¹. Nel caso di SCC o cls in classe di esposizione XF/XA conviene mirare a MB≤0,8 g kg⁻¹.

Vantaggi & limiti - È il metodo di riferimento europeo in caso di contenzioso; misura la “qualità” dei fini, non solo la loro quantità. Richiede però personale addestrato e tempi di prova di circa 45 min.

Conteggio dei grumi argillosi – UNI 8520-8

Principio Per gli aggregati grossi (> 4 mm) non conta solo la polvere aderente ma anche la presenza di noduli friabili d’argilla che possono disgregarsi in getto, creando vuoti localizzati.

Procedura in sintesi

1. Si essicca il campione e lo si cernita a mano o con spazzola morbida;
2. Si separano le particelle friabili riconoscibili e si determina la loro percentuale in massa.

Interpretazione: Anche contenuti < 1 % possono essere critici per cls precompresso o per conglomerati destinati a cicli gelo-disgelo. La norma italiana non fissa un limite numerico univoco: la valutazione è affidata al Direttore dei Lavori e alle prescrizioni di capitolato.

Vantaggi & limiti: Prova semplice, attuabile in cantiere; tuttavia la discriminazione visiva dipende dall’esperienza dell’operatore e può sottostimare noduli compatti ma deleteri.

  

     

Un valore di Sand Equivalent elevato annuncia che la sabbia è “pulita”: la frazione argillosa è talmente scarsa da non sottrarre acqua né imporre rincorse con superfluidificanti. Se, a questo primo responso, si affianca un Blu di Metilene contenuto entro la soglia normativa, possiamo considerare i fini davvero “inerte”: la patina d’argilla adsorbita è così tenue da non intorpidire la reologia dell’impasto né indebolire la delicata zona di transizione.

Resta la terza sentinella, la ricerca dei grumi argillosi.
La sua risposta dev’essere limpida: assenza di noduli friabili significa continuità della matrice, niente cavità localizzate che possano trasformarsi in focolai di fessurazione precoce.

Letti insieme, questi tre referti restituiscono una fotografia tridimensionale del materiale fine, quantità, qualità e distribuzione spaziale. Solo la valutazione congiunta consente di rilasciare lotti di aggregato davvero conformi e di intercettare per tempo quelle derive di qualità che, una volta finite nel calcestruzzo, diverrebbero difetti irreversibili.

   

Linee guida operative per la produzione

 

Estrazione e pre-trattamento in cava

Il controllo del contenuto di fini comincia già sul fronte di cava. Subito dopo la frantumazione, l’aggregato deve essere sottoposto a vagliatura a secco su più piani per asportare la frazione passante 0,063 mm. Qualora il valore di f risulti ancora superiore al 3 %, il materiale va inviato a un ciclo di lavaggio in coclea o, meglio, a un idrociclone ad alta efficienza, così da portare con regolarità il tenore di argilla sotto la soglia prescrittiva.

Se il sito adotta una linea di frantumazione interamente a secco, è opportuno integrare il circuito con un separatore pneumatico: il flusso d’aria selettivo intercetta le particelle più leggere prima che ricadano sul nastro, prevenendo la ricontaminazione del lotto.

 

Stoccaggio e movimentazione interna

Una volta classificato, l’inerte deve essere depositato su platee drenanti in calcestruzzo, preferibilmente con pendenza del 2 % per evitare ristagni. La copertura mediante tettoia o telonatura mobile è essenziale per impedire che le precipitazioni modifichino l’umidità del cumulo.

Nelle operazioni di prelievo, la pala gommata deve lavorare con scarico a bassa altezza, in modo da limitare la segregazione verticale e l’ingresso di polveri atmosferiche.

 

Controllo di processo (Factory Production Control)

Nel ciclo di betonaggio la variabile chiave è l’umidità reale dell’aggregato. Un misuratore a microonde installato sulla linea di alimentazione consente la taratura continua dell’acqua d’impasto con accuratezza dell’ordine di ±0,2 %. Qualora i controlli periodici mostrino differenze significative nei valori di Sand Equivalent o di Blu di Metilene fra lotti consecutivi, il sistema di dosaggio deve eseguire automaticamente un blending correttivo, così da riportare i parametri entro limiti di ripetibilità (variazione massima ammessa ±5 % rispetto al target).

 

Mix-design correttivo

Se il valore di Blu di Metilene misurato sulla sabbia supera 0,8 g kg⁻¹, la miscela di calcestruzzo va adeguata introducendo un superfluidificante policarbossilico conforme a EN 934-2. In alternativa – o in aggiunta, qualora l’MB resti elevato – il progettista deve ridurre il rapporto acqua/cemento di progetto di circa 0,02–0,04 per ogni grammo di MB eccedente la soglia, verificando che lo slump finale rientri comunque nella classe di consistenza richiesta.

 

Documentazione e tracciabilità

A garanzia della conformità normativa, ogni fornitore di aggregati deve consegnare la Dichiarazione di Prestazione (DoP) redatta secondo il Regolamento (UE) 305/2011. Il documento deve riportare in modo esplicito la categoria relativa al contenuto di fini < 0,063 mm e il valore di MB determinato con il metodo EN 933-9, corredati dal protocollo di Factory Production Control. La presenza di tale documentazione in cantiere costituisce requisito essenziale sia per le verifiche di accettazione sia per eventuali audit di parte terza.

 

Indicazioni operative per progettisti e Direzione Lavori

Per le opere soggette alle classi di esposizione XC, XD e XS è opportuno imporre nel capitolato due vincoli espliciti sugli aggregati fini:

• Contenuto in fini (f) – frazione passante 0,063 mm ≤ 3 %;
• Valore Blu di Metilene (MB) ≤ 1,0 g kg⁻¹ (metodo EN 933-9).

In presenza di conglomerati pompati o di calcestruzzi autocompattanti (SCC), la piccola quota di argilla residua esercita un effetto addensante e innalza la viscosità plastica. In tali casi è preferibile ottimizzare il profilo reologico e a seconda della situazione con un superfluidificante o un viscosity-modifying agent (VMA) piuttosto che inseguire la lavorabilità con ulteriore acqua, così da mantenere invariato il rapporto a/c e la resistenza finale.

Infine, nei documenti contrattuali occorre distinguere con chiarezza:

• da un lato il “quantum” dei fini (f), parametro puramente granulometrico;
• dall’altro la “qualità” dei fini (MB o, in alternativa preliminare, Sand Equivalent).

Entrambi i valori devono comparire nella Dichiarazione di Prestazione (DoP) e nel marchio CE dell’aggregato, a garanzia di tracciabilità e di immediata verifica in fase di accettazione del materiale.

Gli aspetti relativi alle intrusioni di finissimi, quali le argille, negli aggregati sono molto sentiti attualmente e molto insidiosi per le miscele di calcestruzzo in quanto modificano il comportamento allo stato fresco e soprattutto incidono negativamente sulle prestazioni meccaniche. Pertanto, risulta necessario ed auspicabile un maggior controllo da parte del Direttore lavori in fase di qualifica delle miscele in centrale di betonaggio e negli stabilimenti di prefabbricazione.