Proprietà reologiche di CALCESTRUZZI con AGGREGATI RICICLATI

Proprietà reologiche di CALCESTRUZZI con AGGREGATI RICICLATI

Memoria tratta dagli atti delle GIORNATE AICAP 2014, Bergamo 22-24 maggio 2014

SOMMARIO
La principale caratteristica del calcestruzzo fresco, la lavorabilità, è generalmente valutata dall’abbassamento al cono tramite lo slump test. Negli ultimi anni è stato però riscontrato che tale parametro non ne rappresenta una corretta misura, in particolar modo nei calcestruzzi contenenti aggregati riciclati. Calcestruzzi con il medesimo valore di slump possono infatti comportarsi in modo totalmente differente durante le fasi di posa in opera, richiedendo differente energia di vibrazione, pompaggio, tempo di posa ed omogeneità di diffusione. A fronte di tali motivazioni, in questo lavoro si riportano i risultati di un’indagine sperimentale condotta su differenti calcestruzzi contenti aggregati riciclati, nella quale sono stati misurati i valori di viscosità μ (plastic viscosity) e di limite fluido τ0 (yield stress) tramite un reometro BML Viscometer 3, ipotizzando per il calcestruzzo un modello reologico di Bingham. Sono stati inoltre valutati gli effetti del fenomeno del plug e della migrazione degli aggregati. I risultati sperimentali sono stati riprodotti numericamente risolvendo l’equazione del moto all’interno della zona attiva del reometro, utilizzando un modello alle differenze finite. Le evidenze ottenute dimostrano l’insufficienza dell’utilizzo del solo valore dello slump per la caratterizzazione delle proprietà dei calcestruzzi allo stato fresco, in particolar modo nelle mescole contenenti ridotte quantità di cemento e aggregati fini: al contrario, i parametri reologici sono in grado di rappresentare meglio le caratteristiche di lavorabilità dei calcestruzzi prodotti.

1. INTRODUZIONE
Negli ultimi decenni il problema del recupero degli scarti della produzione industriale e dell'edilizia è diventato un tema di grande interesse pubblico. La possibilità di evitare costose procedure di smaltimento per grandi quantità di rifiuti rappresenta un rilevante vantaggio economico ed ambientale; tali considerazioni sono valide anche per il settore delle costruzioni, origine di una grande quantità di rifiuti. In questo contesto si inserisce la positiva esperienza del recupero di aggregati riciclati, documentata da ampi studi riportati in letteratura, sia inerenti gli scarti di origine industriale (ad es. scorie EAF) [1] che degli stessi rifiuti di costruzione e demolizione (C&DWs) [2].
Il riutilizzo di aggregati riciclati (RCA - Recycled Concrete Aggregate) da utilizzare in parziale sostituzione agli inerti naturali ha permesso lo sviluppo dei cosiddetti RAC (RecycledAggregate Concrete). L'utilizzo di tali aggregati deve rispondere a ben definiti criteri di accettazione [3], prevalentemente collegati alle richieste di stabilità chimica e performances fisiche/meccaniche dei calcestruzzi stessi.
Generalmente i calcestruzzi riciclati sono ottenuti a partire da una semplice sostituzione in peso o in volume di una definita percentuale di aggregato nella frazione grossa, tenendo conto (a volte) solo di alcune differenti caratteristiche fisiche degli inerti, come l'assorbimento ed il peso specifico. In questo modo le prestazioni meccaniche e di durabilità dei calcestruzzi riciclati risultano essere ridotte rispetto ad i corrispettivi tradizionali, come spesso evidenziato in letteratura. La causa principale di tale decremento risiede proprio nella diretta sostituzione dell'aggregato riciclato in sede di un inerte tradizionale, senza tenere conto della frazione di malta di cemento originaria adesa sulla superficie dell'aggregato naturale (Fig.1). Inoltre, per quanto riguarda le caratteristiche dei calcestruzzi freschi, è noto che l'utilizzo di aggregati riciclati determina una significativa riduzione della lavorabilità degli impasti.
Recentemente è stato proposto un nuovo metodo di combinazione degli aggregati riciclati (EMV - EquivalentMortar Volume) [4], volto ad incrementare le prestazioni meccaniche dei calcestruzzi riciclati, il quale permette di considerare in sede di mix design le differenti caratteristiche fisiche degli aggregati stessi. Il principale vantaggio di questo metodo è la riduzione della quantità di cemento necessario nel mix per ottenere la medesima resistenza meccanica di un calcestruzzo tradizionale, a fronte però di un'ulteriore riduzione della lavorabilità dell'impasto. In letteratura tale valutazione è stata possibile solo tramite misure dirette dell'abbassamento al cono di Abrams, prova per la quale viene fornito un valore puntuale e strettamente correlato alla soggettività dell'operatore che esegue la misura.
A partire dalle considerazioni di cui sopra, in queste memorie si presenteranno i risultati di un'ampia campagna di indagini sperimentali inerenti la caratterizzazione delle proprietà reologiche di differenti calcestruzzi riciclati. Viscosità μ (plasticviscosity) eyield stressτ0sono stati ottenuti sperimentalmente utilizzando un reometro ConTec BML Viscometer 3. I risultati sono stati elaborati considerando gli effetti del pluge della migrazione delle particelle solide all'interno del reometro. Infine, la riproduzione numerica del moto del calcestruzzo fresco all'interno dell'apparato di misurazione ha permesso di chiarire alcuni aspetti legati alle distribuzioni di tensione durante le misurazioni.

2. REOLOGIA DEI CALCESTRUZZI

2.1 Fluidi di Bingham
Il modello reologico più utilizzato per rappresentare il comportamento dei calcestruzzi freschi ed in generale delle paste di cemento è il modello di Bingham, applicabile con successo alle miscele caratterizzate da uno slump maggiore di 8 cm. Il calcestruzzo è rappresentato come un fluido viscoplastico, caratterizzato da un limite detto yield stressτ0,resistenza limite di taglio oltre il quale si producono grandi deformazioni viscoplastiche al crescere della tensione tangenziale agente.L'equazione alla base del modello è:
dove τ è lo sforzo tangenziale agente [Pa], μ è la viscosità plastica [Pa•s], è il gradiente di deformazione[1/s] eτ0è lo yield stress [Pa]. Si riportano in Figura 2 i principali modelli utilizzabili per descrivere il comportamento dei calcestruzzi freschi e degli autocompattanti (SCC).

 

Nell'articolo completo:

2.2 Estrazione dei parametri reologici

3. MATERIALI

4. RISULTATI SPERIMENTALI
4.1 Parametri di Bingham
4.2 Plug flow e migrazione degli inerti
4.3 Risultati numerici

5. CONCLUSIONI

BIBLIOGRAFIA