Calcestruzzo

Oggi cominciamo a fare il calcestruzzo. no il calcestruzzo che sanno fare tutti.. ma un calcestruzzo che non si ammali, che abbia una certa resistenza e durabilità.

Per fare un calcestruzzo abbiamo bisogno di:

acqua

inerti

cemento

se li mettiamo insieme.. da soli.. il calcestruzzo che otteniamo prima o poi si ammala, quindi solo questi elementi non sono sufficienti.. dobbiamo metterci qualcos'altro.

Inoltre li dobbiamo mettere assieme nelle giuste quantità.

Ci sono delle regole, dei conti, che si fanno per creare un calcestruzzo fatto bene.

Devo partire quindi dal risultato finale: resistenza, durabilità, non cagionevole.

Oggi facciamo calcestruzzi dalla vita media anche di 200 anni.

Il passo più semplice è calcolare le quantità in base a quello che mi serve.

Il parametro che condiziona la resistenza è il rapporto acqua/cemento; a parità di altri componenti meno acqua metto e più il calcestruzzo è resistente.

L'aggregato che viene considerato inerte;  se uso troppo aggregato e poca acqua e cemento, il calcestruzzo viene poco lavorabile (viene un mandorlato), se ne metto poco, avrei invece troppa pasta di cemento e quindi avrei problemi di durabilità, essendo la pasta di cemento la parte più debole, il calcestruzzo viene poco durevole.

La parte porosa sta nella pasta cementizia, è quella che fa ammalare il calcestruzzo.

Perché è importante la lavorabilità?

Non solo per le forme strane, ma per evitare problemi durante la messa in opera: se un pilastro lo faccio con un cls con molti aggregati e poca acqua cemento, troverò che tutto l'aggregato va sul fondo e troverò certi pori che neanche immagino.

Come si migliora la lavorabilità?

Aumento acqua. Però così diminuisce la resistenza. Quindi lavorabilità e resistenza sono parametri legati strettamente. Bisogna trovare il giusto equilibrio.

Quindi, gli input per fare un calcestruzzo sono due:

LAVORABILITA  E DURABILITA

La lavorabilità dipende dal volume d'acqua nell'impasto, la controllo con gli additivi o con gli inerti (quantità e granulometria)

La resistenza meccanica dipende dal tipo di cemento e dal rapporto acqua-cemento.

Il minimo di cemento è quello utile per legarsi con l'acqua e creare una colla in grado di ricoprire tutta la superficie degli inerti, quello che metto in più è inutile e svantaggioso, perché aumenta lo spazio fra gli inerti !!!

Quantunque io riesca a impastare bene il materiale non riuscirò mai ad evitare i vuoti d'aria all'interno dello stesso, ecco allora perché durante il geto vibriamo il calcestruzzo.

Allora è ovvio che la lavorabilità può cambiare e io scelgo in base a quello che devo fare, per un pilastro alto o una copertura a falde la lavorabilità deve essere bassa altrimenti avrò una separazione degli aggregati. Per un platea la lavorabilità deve essere altissima.

Allora il parametro d'input è sempre il volume d'acqua. cioè il primo parametro da stabilire è quanta acqua devo mettere

il secondo input è la resistenza quindi il rapporto acqua/cemento e dato che la quantità d'acqua l'ho già stabilita , devo stabilire la quantità di cemento.

conoscendo questi posso stabilire con un calcolo matematico e non ad "occhio metro" il volume degli inerti.

Il volume di inerte, che posso combinare come voglio, cioè con diverse pezzature: se ne ho una sola allora il calcestruzzo non sarà buono, se invece faccio un calcestruzzo con diverse pezzature  sarà migliore.

La resistenza più richiesta che corrisponde al calcestruzzo più facile da realizzare è Rck = 30 MPa, a 28giorni. La resistenza caratteristica è una resistenza penalizzata rispetto alla resistenza media,

cioè quella che ricavo dalla media delle resistenze dei cubetti che schiaccio, pari a 33,5 MPa

Come trovo il rapporto acqua cemento?

Devo conoscere il diagramma resistenza meccanica e rapporto acqua-cemento, fatto da delle curve..

Chi fa queste curve? Sono già fatte.

Al variare della curva varia il tipo di cemento, quindi una determinata resistenza si può ottenere con diversi tipi di cemento con diversi rapporti di acqua cemento.

Quindi data una resistenza, essa può raggiungersi con diversi tipi di cemento., sta  a noi scegliere, studiando il rapporto acqua cemento che vogliamo.

Inoltre i grafici cambiano nel tempo, infatti le resistenze del cemento cambiano nel tempo.

La resistenza caratteristica di solito è sempre definita a 28 giorni. su questi grafici noi dobbiamo andare a vedere qual è il rapporto acqua cemento che mi da a 28 giorni la resistenza caratteristica di 30 MPa.

Di solito è il rapporto acqua cemento pari a 0,62 che corrisponde anche al portland ordinario.

Però se vado sul cemento ad alta resistenza gli stessi valori mi portano ad una rapporto acqua cemento pari a 0,67

Quando ci portano il calcestruzzo in cantiere come facciamo a controllare il rapporto acqua/cemento

A me non interessa il rapporto, io voglio che a 28 giorni abbia la resistenza di 30 MPa

Quindi del rapporto acqua/cemento, quando in cantiere arriva il calcestruzzo non mi frega niente.

Stabilito il rapporto a/c devo stabilire la lavorabilità. Essa dipende non solo dall'acqua ma anche:

dalla quantità di inerti

dalla pezzature degli inerti

qual è il parametro da valutare? La granulometria, cioè il diametro dell'inerte. Stabilito il diametro massimo, automaticamente ho tutta una distribuzione che viene dietro.

Se il diametro massimo è troppo grande o troppo piccolo, cosa cambia?

Cambiala la superficie specifica, è un parametro fondamentale.. se il D è più piccolo ho una maggior superficie specifica e di conseguenza mi ci vuole più cemento e più acqua.

Esistono delle tabelle che ci dicono: che lavorabilità vuoi?

Data la lavorabilità e il diametro massimo degli aggregati mi ricavo la quantità d'acqua.

Come scelgo il diametro massimo?

Il diametro massimo è legato al copriferro e all'interferro, se metto delle pezzature più grandi, esse non passano e i ferri mi separano la parte solida da quella liquida, se ho un interferro di 40 mm il diametro max deve essere i 2/3 o i ¾.

Oggi si va nella direzione di calcestruzzi con pezzature sempre minori.

Facciamo un esercizio:

Prendiamo un diametro massimo di 20 mm

Un calcestruzzo fluido

Mi servono 220 l di acqua

Volume aria = 2% Volume cls, cioè 20 litri

Allora entro nella formula:

Vinerte = Vcls - V acqua - V aria - V cemento = 1000 - 220 - 20 - 220/(0,62∙ 3,15) = circa pari a 644 litri di inerte che vanno moltiplicati per la massa volumica  (2,65) per sapere quanti chili d'inerte ci devo mettere 1706,60 Kg di inerte

Per fare il calcestruzzo normale mettiamo

Acqua 220 litri

Cemento 350 Kg

Inerte 1700 Kg

la lavorabilità si misura col cono di Abrams; un cono che riempio di calcestruzzo, lo sollevo e lascio che il calcestruzzo si assesti. Se rimane bene o male la forma del cono esso è poco lavorabile.

La vibrazione è importante; a cosa serve?

Essa serve ad aumentare  il grado di compattazione, diminuiscono i vuoti e aumenta la resistenza meccanica.

Aumentando il tempo di vibrazione, aumenta la resistenza meccanica

Un fenomeno pericoloso per una vibrazione sbagliata o mancata vibrazione è il fenomeno della segregazione (la miscela si separa): allontanamento degli aggregati nella miscela e una conseguente comparsa di acqua di essudazione o di bleeding. Essa è pericolosa perché se si deposita vicino al ferro poi evapora lasciando  dei vuoti, di conseguenza vanno e mancare tutte le relazioni tra ferro e calcestruzzo.

Essa è pericolosa anche per la ripresa di un getto perché forma uno strato di compattazione;  è come se poi avessi due getti che lavorano ognuno per conto suo

Oggi parliamo degli inerti del calcestruzzo

A seconda della dimensione (granulometria) degli inerti distinguiamo fra malte e calcestruzzo, con dimensioni maggiori di 5 millimetri si comincia a parlare di calcestruzzo.. se inferiore si parla di malta.

LA MALTA è fatta da cemento acqua e sabbia, se aggiungo inerte di pezzatura più grossa come la ghiaia ottengo il calcestruzzo

Perché si impiegano gli inerti per il confezionamento di malta e calcestruzzo?

Funzione degli inerti

rendono più economico il calcestruzzo

migliorano le proprietà del calcestruzzo indurito, non la resistenza meccanica che dipende solo dalla pasta cementizia, perché essa è l'anello debole della catena; quindi l'inerte lascia inalterata la resistenza meccanica ma migliora o meglio riduce il ritiro igrometrico.

rende più durevole il calcestruzzo, riducono la quantità di fessure

il problema è che riducono la fluidità del calcestruzzo che dipende da: forma, angolarità e tessitura

forma più la forma è tondeggiante e meglio è.

angolarità se ha spigoli arrotondati o vivi; se la ghiaia è di fiume ha spigoli arrotondati, spigoli vivi se l'inerte viene dalla cava.. un aggregato a spigoli vivi compromette la lavorabilità ma offre un ancoraggio superiore con la pasta cementizia

tessitura disposizione dei grani cristallini sulla superficie degli inerti cioè cambia se la superficie è liscia o rugosa

Gli inerti possono contenere al loro interno sostanze indesiderate

per esempio le sostanze di natura organica: ha un effetto deleterio perché rallenta il processo di idratazione del cemento, a volte tale processo rischia di non partire nemmeno

presenza di sostanza che provocano fessurazioni ovvero se l'aggregato contiene silice reattiva. la fascia adriatica ha cave di aggregato che presentano la silice reattiva; succede che il calcestruzzo si fessura completamente . è pericoloso!! Tale reazione per avvenire devono essere presenti tre cause:

o      silice reattiva

o      deve esserci un cemento con un certo tenore di alcali sodio e potassio

o      acqua

con questi elementi si sviluppa la reazione alcali-aggregato (non subito ma lo fa in alcuni mesi) ed è un problema grosso in quanto diminuisce la resistenza caratteristica rispetto alla quale noi abbiamo progettato.

Se il cemento ha alcali in quantità inferiore ad una certa percentuale, la reazione non avviene ovvero avviene in maniera impercettibile e non da fastidio alla struttura; oppure si può evitare usando cementi pozzolanici  o d'altoforno (la pozzolana o la loppa sono silice reattiva finemente dispersa che reagisce con gli alcali però la reazione è diversa e il calcestruzzo è in grado di contenere le espansioni di volume e non c'è fessurazione).

Altro modo per evitare la reazione è quella di usare aggregati che non contengono silice reattiva ma bisogna eseguire una prova per verificare la reattività dell'inerte.

Tale prova consiste nel immergere l'inerte in una soluzione di idrossido di sodio che velocizza il processo di reazione e se essa si sviluppa vuol dire che quell'aggregato non va usato. Quando si sviluppa tale reazione succede che il volume diventa anche 10 vote superiore a quello iniziale

Altre sostanze indesiderate potrebbero essere:

effrazioni di argilla che depositandosi sul'aggregato interferiscono nella zona di aderenza con la pasta cementizia; generalmente se ne vanno se l'aggregato viene lavato. si trova soprattutto in quello di cava, quello di fiume è già lavato.

i solfati: al massimo 0,2% sul peso dell'inerte.. sono pericolosi perché una volta in contatto col cemento sono in grado di dare vita a prodotti espansivi come ettringite e taumasite.

altra sostanza sono i cloruri che sono in grado di innescare la corrosione delle barre dell'armatura ci sono anche qui dei contenuti massimi accettabili: 0,15 % per strutture in c.a e 0,06% per il c.a precompresso. è più basso perché le armature di esso non sono lente ma sono tese!! Siccome sono presenti in uno stato tensionale sono più vulnerabili ai fenomeni di corrosione.

gli aggregati più pericolosi sono le sabbie marine esse non sono vietate, ma vanno lavate opportunamente

PROPRIETA DEGLI AGGREGATI

Sono importanti perché influenzano il modo in cui si progetta il calcestruzzo

massa volumica o densità del materiale, dipende dalla composizione mineralogica e dalla presenza dei pori all'interno dei granuli

o      massa volumica assoluta: riferita al granulo di inerte privo di tutti i suoi pori

o      massa volumica apparente: riferita al granulo di inerte compresi i pori chiusi

ovviamente essi non hanno tutti la stessa densità, il più pesante delle rocce è il basalto, poi ci sono i calcari e poi le rocce più leggere come il tufo e la pietra pomice.

Come si misura, la densità si misura macinando il campione e pesando la polvere che si ottiene perché non vogliamo i pori

Per i calcestruzzo si parla di massa volumica apparente perché non lo maciniamo

La porosità non è altro che il volume dei vuoti rispetto al volume tot del granulo

Quella che ci interessa è la porosità aperta cioè quella pericolosa per l'assorbimento di acqua che ci sballa il rapporto acqua cemento !!!!

altro aspetto da controllare che è la gelività: è pericolosa per i pori grandi, per quelli intorno ai 5 micron non c'è problema perché l'espansione dovuta all'acqua che ghiaccia (espande il suo volume del 9%) è assorbita dal materiale; sopra i 5 micron bisogna stare attenti, l'acqua rimane nei pori e spacca tutto se si ghiaccia.

È importante sapere quanta acqua assorbono gli inerti.!!! Per controllare il rapporto acqua/cemento.

È importante quindi conoscere l'umidità degli inerti:

lo si fa con una formula

è la differenza fra peso umido e secco fatto rispetto al secco

bella è anche l'immagine che differenzia l'inerte secco, umido oppure saturo d'acqua con superficie asciutta

Quanta acqua riescono ad assorbire gli inerti?

ASSORBIMENTO DEGLI INERTI

Si fa anch'esso attraverso una formula

Dipende solo dalla porosità dell'inerte e non dalla particolare condizione igrometrica, più è poroso e più assorbe.

Quindi quando progetto il calcestruzzo devo conoscere due parametri:

l'umidità dell'inerte

l'assorbimento d'acqua

Inoltre è importante conoscere la massa volumica dell'aggregato in condizione satura a superficie asciutta !!! ( γ = 2.60 - 2.70 g/cm³)

Di solito i valori di assorbimento sono:

sabbie

inerte grosso

stante l'estrema variabilità dell'umidità!!

Gli inerti non si trovano mai in condizioni di S.S.A cioè in condizioni satura e superficie asciutta.

L'ultimo aspetto che riguarda gli inerti è la GRANULOMETRIA

È la dimensione dei granuli dell'inerte. Le prestazioni del calcestruzzo dipendono dalla qualità dell'assortimento granulometrico.

Se l'inerte fosse monogranulare cioè con elementi tutti dello stesso diametro, ci sarebbe un certo volume occupato dall'inerte e tutto il resto occupato da pasta cementizia, per avere un buon calcestruzzo dobbiamo rendere massimo il volume di inerte.

Se l'inerte a una granulometria assortita avrei anche particelle più piccole che si vanno ad inserire negli interstizi. Quindi la pasta cementizia che serve per la seconda ipotesi è minore, cioè minore cemento quindi minori costi, inoltre il calcestruzzo ha proprietà migliori !!!

Quindi è importante controllare le frazioni di aggregato

La combinazione va fatta nelle percentuale opportune!!

Riguardo la granulometria, vediamo come si valuta, poi vediamo i criteri per la granulometria ottimale e poi i metodi per raggiungerla.

ANALISI GRANULOMETRICA DEGLI INERTI

Per valutarla lo facciamo con una serie di setacci A.S.T.M impilati con aperture decrescenti andando dall'alto verso il basso: si comincia a vibrare i setacci e le particelle più fini passano e vanno più giù quelle più grosse no a seconda dell'apertura del setaccio, così facendo con un solo passaggio abbiamo già la divisione di più pezzature.

Naturalmente ci sarà qualcosa che non va perciò va ripetuta per due tre volte..

Si prendono 2-3 chili di materiale, si vibrano i setacci e poi si vanno a pesare i trattenuti parziali nei vari setacci e s applica la formula:

Essa mi da il trattenuto parziale,

oltre ad esso è interessante valutare il trattenuto cumulativo cioè il peso di tutto il materiale che non è passato ad un certo setaccio.

Vengono poi calcolati i passanti cumulativi nei vari setacci calcolati come complemento a 100 dei trattenuti cumulativi, espressi in % rispetto al peso totale del campione:

Si rappresentano gli andamenti delle granulometrie con la curva granulometrica in scala logaritmica

Nell'esempio, la sabbia scelta è passata tutta al setaccio dai 5 mm ma a quello di 1 mm  è passato solo il 40 %, vuol dire che il restante 60% della sabbia ha granuli superiori al mm

IL MODULO DI FINEZZA