Provini di calcestruzzo fresco: gestione della loro maturazione tramite un sistema digitale

La norma UNI EN 12390-2 unitamente al DM 17 gennaio 2018 – Aggiornamento delle "Norme tecniche per le costruzioni" (NTC 2018) specificano chiaramente le responsabilità e le condizioni di maturazione per i provini di accettazione durante la finestra 16-72 ore in cui devono essere lasciati in cantiere. In questo lavoro è stato sviluppato un sistema costituito da un box e una App di gestione, utile a mantenere le condizioni specificate dalla norma, consentendo anche di digitalizzare i dati di umidità e temperatura durante il periodo di maturazione in cantiere, per poterli poi legare al prelievo. La sperimentazione condotta mette in evidenzia l’importanza di queste condizioni di maturazione nelle prime ore in cantiere. I risultati ottenuti mostrano che in caso di esposizione dei provini a condizioni di temperatura facilmente raggiungibili nel periodo primaverile inoltrato ed estivo, ci sia un effettivo deterioramento delle performance che può essere evitato usando il sistema sviluppato.

La temperatura influenza in modo significativo l'indurimento del calcestruzzo

La maturazione dei provini di calcestruzzo fresco in cantiere è una operazione molto delicata che può influenzare in modo rilevante i risultati dei successivi test di compressione.
La fase di maturazione dei provini appena prelevati è descritta in diverse normative, anche a livello internazionale:

• DM 17 gennaio 2018 – Aggiornamento delle "Norme tecniche per le costruzioni" (NTC 2018);
• CIRCOLARE 21 gennaio 2019, n. 7 C.S.LL.PP;
• UNI EN 12390-2;
• ASTM C31 / C31M.

Diversi autori hanno chiaramente dimostrato come la temperatura di maturazione nelle prime ore possa influenzare in modo significativo la resistenza a compressione del calcestruzzo. Dalla letteratura, è evidente come temperature elevate (superiori a 30°C) hanno un effetto di accelerare l’indurimento del calcestruzzo. Questo implica maggiori resistenze a compressione dopo un giorno e anche dopo 3 o 7 giorni.

Tuttavia, i risultati in letteratura mostrano come la resistenza per tempi più lunghi, 28 giorni o anche 100 giorni, risulta maggiore per temperature di maturazione inferiori ai 30°C e nell’intorno dei 20°C. Anche temperature troppo fredde possono influenzare negativamente l’indurimento per una inibizione delle reazioni di idratazione.

Temperature inferiori a 4°C rallentano fortemente la reazione tanto da comprometterla. In letteratura si attribuisce la perdita di proprietà per tempi lunghi ad elevate temperature sia all’evoluzione delle reazioni di idratazione sia alla formazione di strutture maggiormente porose nel calcestruzzo dovute ad una evaporazione eccessiva dell’acqua.

La figura 1 riporta l’evoluzione della resistenza a compressione, misurata in un test reale dagli autori di questo lavoro, a 3, 7 e 28 giorni per cubetti che sono stati maturati correttamene in cantiere secondo quanto indicato nella norma UNI EN 12390-2 confrontati con cubetti che sono stati maturati in condizioni di temperatura elevata oltre i limiti massimi in- dicati nella norma e a bassa umidità relativa.

Da questi dati si ha una chiara conferma di quanto osservato da altri autori in letteratura. Infatti, con condizioni di temperatura fuori controllo si osserva un rapido aumento della resistenza a compressione nei primi giorni, che però poi si stabilizza. Viceversa campioni maturati entro i limiti indicati dalla norma mostrano una crescita costante e graduale fino ai 28 giorni con valori finali sensibilmente più elevati rispetto ai campioni maturati con condizioni fuori controllo.

Dalle norme precedentemente elencate si evince anche una chiara responsabilità della direzione dei la- vori nel mantenere le corrette condizioni di matura- zione in cantiere secondo quanto riportato nella norma UNI sopracitata. Di seguito un estratto del paragrafo C11.2.5.3 delle NTC 2018:

“…Da quanto sopra, emerge chiaramente la responsabilità attribuita al Direttore dei Lavori in me- rito al confezionamento, alla conservazione, custodia e consegna dei provini al laboratorio di cui all’arti- colo 59 del D.P.R. 380/01, al fine di garantire la necessaria corrispondenza fra il calcestruzzo sottoposto alle prove di accettazione certificate dai suddetti Laboratori e quello impiegato nell’opera…
…Tale compito, assolutamente necessario a garantire l’efficacia e credibilità della filiera di controllo prevista dalla legge e dalle norme, potrà anche essere esercitato dal Direttore dei Lavori adottando tutte le iniziative che riterrà utili al raggiungimento dell’obiettivo, quali ad esempio garantire e documentare la tracciabilità dei provini mediante l’impiego di idonei strumenti tecnologici (ad esempio con micro- chips o targhette con codici a barre annegati nel cal- cestruzzo e soggetti a lettura digitalizzata e localizza- zione spazio-temporale automatica in cantiere ed in Laboratorio)…”

Da cui si evince che oltre al mantenimento delle corrette condizioni di maturazione è importante una tracciabilità dei provini per garantire la credibilità della filiera di controllo.

Come è noto, la maturazione dei provini freschi in cantiere avviene in una finestra temporale che va dalle 16 alle 72 ore successive al prelievo. In altre nazioni questi tempi possono variare leggermente in funzione delle normative specifiche, ma in ogni caso esiste un tempo di permanenza dei provini in cantiere superiore alle 16 ore. Trascorso questo tempo, i pro- vini possono essere spostati dal cantiere ed essere portati in appositi locali per la maturazione fino al ventottesimo giorno. Le condizioni ideali per la maturazione identificate nella UNI EN 12390-2 sono le seguenti:

• In cantiere tra le 16 e le 72 ore successive al prelievo: Temperatura 20°C ± 5°C (aumentata di 5 °C nelle giornate particolarmente calde in estate) in condizioni tali da prevenire la disidratazione;
• Dopo lo scassero e fino al 28° giorno: Tempera- tura (20°C ± 2°C), Umidità Relativa RH ≥ 95%.

Il mantenimento delle corrette condizioni di maturazione in cantiere non è sicuramente facile. Infatti, le condizioni climatiche nelle diverse stagioni dell’anno, in diversi luoghi e in diversi giorni in cui può avvenire un getto sono talmente variabili da non garantire costantemente il rispetto dei parametri riportati dalla UNI EN 12390-2.

Mentre in alcuni momenti della primavera e dell’autunno si possono avere delle condizioni non troppo distanti in termini di temperatura dalle indicazioni riportate, in condizioni estive o nella tarda primavera e anche ad inizio autunno le temperature possono essere sensibilmente più elevate di quanto indicato nella suddetta norma.

In questo lavoro è stato realizzato e testato un box e una relativa app di controllo e gestione dei dati atto a garantire il mantenimento delle condizioni corrette di maturazione in cantiere nella finestra 16-72 ore, in tutte le stagioni dell’anno. Il box è pensato per essere utilizzabile in ogni tipologia di cantiere, anche dove non è disponibile energia elettrica in prossimità dei luoghi del getto.

La app di controllo consente una gestione digitalizzata della maturazione in cantiere e può essere interfacciata con i sistemi di gestione aziendali rendendo il box idoneo ai requisiti di industria 4.0. Inoltre, il sistema di gestione e controllo del box può anche essere interfacciato con un eventuale sistema digitale di tracciabilità dei provini.

In questo lavoro il box è anche stato testato simulando condizioni di temperatura prettamente estive e testando i campioni maturati al suo interno. I risultati sono poi stati confrontati sia con provini maturati in camera di maturazione sia con provini lasciati esposti alle condizioni di temperatura simulate. I risultati mostrano una chiara influenza delle condizioni di maturazione, con i provini maturati nel box che si attestano su valori prossimi a quelli maturati in camera.

Apparato sperimentale e materiali

Il sistema oggetto di questo studio è stato protetto con Domanda di Brevetto n. 102019000008562. Il sistema si compone di un box con isolamento ad alta efficienza realizzato con tecnologia sottovuoto. Nel box c’è un vano sufficiente ad inserire i provini prelevati in cantiere insieme al sistema di stabilizzazione della temperatura realizzato con materiali a cambiamento di fase (PCM).

Infine, ci sono dei datalogger per il controllo continuo delle condizioni di temperatura e umidità presenti all’interno del box (figure 2 e 3). Il box può essere chiuso utilizzando dei sigilli antieffrazione che consentono di avere evidenza di una eventuale apertura del box anticipata rispetto al tempo di scassero previsto per i provini. Il sistema si controlla tramite una App dedicata che si interfaccia con un database in cloud per l’archiviazione dei dati relativi alla maturazione di ogni prelievo gestito in cantiere con il sistema di controllo sviluppato in questo lavoro (figura 2)

Le componenti hardware sono pensate per essere completamente indipendenti dalla presenza di energia elettrica nel luogo del getto. Infatti, il sistema di condizionamento della temperatura è realizzato con degli stabilizzatori a cambiamento di fase che hanno una transizione controllata tra 20°C e 25°C.

Questo sistema richiede solo un condizionamento preliminare degli stabilizzatori per portarli sotto i 10°C in estate e tra 35°C e 45°C in inverno. Tale condizionamento può avvenire anche in un luogo diverso da quello del getto, trasportando gli stabilizzatori con un contenitore isotermico di qualsiasi tipo.

La procedura di utilizzo del sistema di controllo maturazione è molto semplice e intuitiva. Una volta prelevati e codificati, i campioni si inseriscono nel box. Si avvia l’app dedicata, installabile su qualsiasi smartphone Android, e con la fotocamera si acquisisce la codifica dei cubetti oppure si assegna un codice attraverso la digitazione di caratteri alfanumerici così da associare univocamente le condizioni di maturazione ai determinati cubetti.

Si inseriscono le informazioni relative alla tipologia di provini usati, alla tipologia di cemento usato nel calcestruzzo e al suo dosaggio, si identifica inoltre un tempo di maturazione all’interno della finestra 16-72 ore.

La presente memoria è tratta da Italian Concrete Conference - Napoli, 12-15 ottobre 2022
Evento organizzato da aicap e CTE

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