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INTRODUZIONE

In Italia il calcestruzzo è il materiale da costruzione di gran lunga più importante,basta tener presente che nell’arco di un anno la sua produzione è di circa 120 milioni di metri cubi. Tuttavia,nonostante ci sia questo primato ciò che debilita il motivo di orgoglio è la scarsa qualità. Sono molte le cause per cui esiste questo aspetto negativo ,le più importanti da citare sono la durabilità che risulta danneggiata per vari aspetti e la resistenza meccanica. Infatti è proprio l’apparente facilità nel produrre un calcestruzzo a favorire la sua non perfetta riuscita dal punto di vista della qualità prefissata ed in particolare di durabilità programmata. Non bisogna poi trascurare la qualità della manodopera che col passare del tempo risulta sempre più scadente: in relazione a ciò un parere autorevole come quello della Weisskopf &Pickworth(una delle più grandi società americane nel campo dell’ingegneria civile)ha consigliato ai progettisti di rendersi conto della squalificazione in atto della manodopera e conseguentemente rendere il lavoro esecutivo più semplice ed agevole. Ritornando alla durabilità del calcestruzzo(cioè la capacità del materiale di durare nel tempo resistendo alle azioni aggressive dell’ambiente) e alle sue altre proprietà c’è da dire che quest’ultime dovrebbero migliorare sia pure lentamente a tempi più lunghi,a causa del continuo processo di reazione tra l’acqua e il cemento.

NERVI - Palazzetto dello Sport – Roma (1960) Vista frontale.

Vista notturna.

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CAPITOLO PRIMO IL DEGRADO

1.1 PREMESSA

Sono molte le cause che contribuiscono al deterioramento del calcestruzzo e con la seguente tabella ne riportiamo una breve descrizione:

Una particolare importanza è da attribuirsi all’ambiente che spesso è causa di aggressioni di tipo fisico-meccanico e biologico. Nonostante ci sia sempre una causa

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principale,difficilmente in un processo di degrado esiste un solo fenomeno aggressivo,infatti la realtà dimostra che le cause si esaltano vicendevolmente.

Tra le cause chimiche c’è da distinguere quelle riguardanti gli agenti aggressivi naturali ,quali,per esempio l’acqua del mare,e le cause concernenti gli agenti chimici “artificiali” prodotti dall’uomo,quali gli acidi inorganici,le sostanze organiche ,ecc.,derivanti quasi sempre dagli scarichi industriali. In linea di massima,è sempre possibile confezionare un calcestruzzo durevole capace di resistere all’azione aggressiva degli agenti definiti naturali. Più difficile è garantire la durabilità di un calcestruzzo a contatto con agenti aggressivi artificiali ,a meno che non si ricorra ad un rivestimento protettivo. Per quanto riguarda gli acidi non esiste attualmente un calcestruzzo sufficientemente durevole quando la concentrazione di questi acidi è tale che il PH dell’acqua risulti inferiore a 4,5. Naturalmente l’azione aggressiva sarà tanto più rapida quanto più lungo è il contatto e quanto più basso è il PH,cioè quanto maggiore è la concentrazione dell’acido. In questi casi è necessario prevedere un adeguato trattamento protettivo antiacido del calcestruzzo che verrà a contatto con tali agenti aggressivi. Per quanto concerne le cause definite fisiche,connesse cioè a fenomeni come la variazione di temperatura e l’evaporazione dell’acqua,mentre è possibile confezionare calcestruzzi di durata praticamente illimitata in ambienti con alternanze termiche intorno a 0°,diventa pressoché impossibile eliminare le conseguenze (ritiro e/o fessurazioni) derivanti dall’evaporazione dell’acqua del calcestruzzo in climi asciutti o a seguito di trattamenti ad alte temperature. In questi casi ciò che si può ragionevolmente fare è limitare gli inconvenienti entro limiti accettabili in relazione alla funzionalità della struttura. Per quanto riguarda le cause di degrado definite meccaniche non sempre è possibile confezionare un calcestruzzo che di per se sia in grado di resistere all’azione degradante degli urti,dell’abrasione, dell’erosione,della cavitazione. In questi casi bisogna migliorare al massimo la qualità superficiale con rivestimenti protettivi.

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1.2 VARIAZIONI IGROMETRICHE

In presenza di vincoli il ritiro genera degli stati tensionali di trazione che

possono provocare fenomeni fessurativi a causa della minore resistenza a trazione del materiale. Le fessure generate dal ritiro,al pari di quelle di origine termica non si possono prevedere sulla base di un semplice calcolo teorico,per l’incertezza nella relazione tra deformazione da ritiro (ε ) e sollecitazione di trazione (σ ):

εσ ⋅= E In questa formula il modulo elastico non è quello istantaneo ma quello mitigato dalla deformazione viscosa. Da un punto di vista pratico è utile distinguere il ritiro in ‘plastico’ed ’igrometrico’a seconda del periodo in cui si manifesta. Il fenomeno che causa il ritiro,indipendentemente da quale esso sia,è l’evaporazione dell’acqua dal calcestruzzo verso l’ambiente.

Per quanto riguarda la pratica sono molte le precauzioni per prevenire le fessurazioni provocate dal ritiro indipendentemente da quale esso sia.

1.3 RITIRO PLASTICO:FESSURAZIONE

Le fessurazioni provocate da ritiro plastico interessano soltanto le superfici di

getti in calcestruzzo non casserati ed esposti direttamente agli ambienti a bassa umidità relativa. Per evitare tale fenomeno possiamo:

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1)prevenire l’evaporazione dell’acqua interponendo una barriera tra il calcestruzzo e l’ambiente; 2)umidificare con acqua la superficie finita non casserata Nonostante si raccomandi di rispettare tali misure,normalmente esse vengono disattese nella pratica di cantiere ed è allora che intervengono le fibre polimeriche disperse nel calcestruzzo la cui funzione non è quella di ridurre il ritiro e le conseguenti tensioni ma piuttosto di aumentare la resistenza a trazione della matrice cementizia.

1.4 RITIRO IGROMETRICO:FESSURAZIONE

Il ritiro igrometrico si protrae nel tempo,infatti con una umidità relativa<95%

esso potrebbe far sentire i suoi effetti anche dopo una decina di anni dal getto. A differenza del ritiro plastico,esso si può solo ridurre ricorrendo a: 1)rapporto acqua/cemento più basso 2)un rapporto aggregato/cemento più elevato Nel caso in cui bisogna ridurre drasticamente il fenomeno,si ricorre all’impiego di calcestruzzi a ritiro compensato nei quali si impiegano anche agenti espansivi capaci di sviluppare espansioni che,se contrastate, creano sollecitazioni di compressione opposte a quelle indotte dal ritiro. L’uso maggiore di questa tipologia di calcestruzzo è impiegata per lo più per il restauro delle strutture degradate,e per l’ancoraggio di macchinari in pavimentazioni in calcestruzzo.

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CAPITOLO SECONDO DURABILITA’ DEL CALCESTRUZZO

2.1 PREMESSA

Secondo la norma UNI-EN 206 per quel che riguarda la durabilità prevede 6

classi di esposizione XO,XC,XD,XS,XF e XA e per ciascuna di esse tranne che per la XO esistono delle sottoclassi.

XAAttacco chimico del calcestruzzo (incluso quello promosso dall'acqua di mare)

Non armata e armata

3

XFDegrado del calcestruzzo per cicli di gelo-disgelo Non armata

e armata4

XSCorrosione delle armature promossa dai cloruri dell'acqua di mare Armata 3

XDCorrosione delle armature promossa dai cloruri esclusi quelli presenti in acqua di mare

Armata 3

XCCorrosione delle armature promossa dalla carbonatazione Armata 4

XONessun rischio di corrosione (interni di edif ici con U.R. molto bassa) Non armata

e armata1

Classe di esposizione

Ambiente Tipo di struttura

Numero di sottoclassi

La XO riguarda gli ambienti(interni di edifici molto asciutti) nei quali non esiste alcun rischio di degrado del calcestruzzo. La XC riguarda la corrosione delle armature metalliche promossa dalla carbonatazione. La condizione più sfavorevole ce l’ha la XC4 cioè la struttura che è esposta ciclicamente all’asciutto ed alla pioggia e per far fronte a questa situazione bisogna adottare un rapporto a/c non superiore allo 0,5.

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2.2 LA STAGIONATURA DEL CALCESTRUZZO Il calcestruzzo richiede un minimo di stagionatura iniziale e questo per far si

che la struttura sia più durevole. La stagionatura consiste nel proteggere la superficie del calcestruzzo dall’evaporazione dell’acqua onde evitare l’asciugamento che si ha quando l’umidità relativa scende al di sotto del 95%(maggiore attenzione va fatta quando siamo in condizioni di forte ventilazione e di caldo). Gli inconvenienti a cui si va incontro nel caso in cui non si rispettino determinate osservazioni sono il blocco del grado di idratazione, la maggior porosità e quindi maggior permeabilità e fessurazione superficiale provocata dalla sollecitazione di trazione indotta dal ritiro igrometrico. Per proteggere il calcestruzzo in questa prima fase ci sono diverse metodologie: 1)spruzzare acqua nebulizzata 2)coprire con teli impermeabili 3)proteggere con teli di iuta bagnati 4)applicare una membrana antievaporante con l’ausilio di un agente stagionante 5)aggiunta di SRA GRAFICO pag.204 sotto

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2.3 IL RITIRO TERMOIGROMETRICO

A causa di variazioni termo-igrometriche nella vita di servizio di una struttura

si possono verificare nel calcestruzzo fessurazioni. Il fenomeno che maggiormente causa tale problema è la contrazione indotta dal raffreddamento nei periodi di clima freddo o il ritiro igrometrico nei periodi asciutti. Di solito quando ci sono condizioni sfavorevoli è necessario creare giunti di contrazioni posizionati strategicamente per evitare che i movimenti termo-igrometrici del materiale possano provocare tensioni non sopportabili dalle strutture. Per esempio nel caso di pavimentazioni industriali dato l’elevato rapporto superficie volume si deve ricorrere al taglio della pavimentazione immediatamente dopo la stagionatura iniziale. Un modo per evitare tutto ciò è l’impiego di agenti espansivi che hanno la capacità di aumentare il volume del calcestruzzo tramite reazioni chimiche controllate. Ovviamente l’impiego degli agenti espansivi deve avvenire in presenza di ferri di armatura che hanno il compito di trasformare l’espansione, in uno stato di coazione:di compressione per il calcestruzzo, trazione per i ferri.

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CAPITOLO TERZO DIAGNOSI E RESTAURO DELLE OPERE IN

CALCESTRUZZO

3.1 PREMESSA Spesso siamo soliti osservare strutture degradate,ma molte volte le cause del

degrado delle opere in calcestruzzo non sono sempre evidenziabili attraverso un semplice sopralluogo e talvolta neppure attraverso prove di laboratorio . Generalmente sono quattro i passaggi attraverso i quali bisogna passare prima di emettere una diagnosi di ciò che stiamo analizzando : (1)

- raccolta dei dati storici - esame visivo (2)

- prove in situ di tutti i dati (3)

- prove in laboratorio (4)

- esame critico comparativo

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In base al responso della diagnosi del degrado si va a scegliere i materiali da utilizzare e le tecniche esecutive. Per quanto riguarda i materiali da utilizzare una prima distinzione è:

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° MATERIALI INORGANICI A BASE CEMENTIZIA ° MATERIALI ORGANICI A BASE POLIMERICA ° FIBRE IN POLIMERO O VETRO

3.2 MATERIALI INORGANICI A BASE CEMENTIZIA

Nell’impiegare un materiale per il restauro dobbiamo far attenzione che esso presenti un ottima aderenza al calcestruzzo originale: da questo punto di vista i materiali a base cementizia presentano l’inconveniente del ritiro a causa del quale essi subiscono una contrazione differenziale rispetto al calcestruzzo originale nel quale il ritiro si è completamente esplicato. Da ciò deriva l’esigenza per i prodotti da restauro a base cementizia di compensare il ritiro attraverso l’impiego di agenti espansivi. Sulla base di queste considerazioni le malte e i cls da impiegare nel restauro sono caratterizzati in generale dai seguenti parametri composizionali: ° impiego di agenti espansivi per compensare il ritiro ed evitare il distacco ° additivi riduttori del ritiro, SRA ° cementi Portland a basso tenore di AC3 per resistere ai solfati o cementi d’altoforno per resistere all’attacco dei cloruri ° fibre polimeriche per contrastare gli effetti fessurativi del ritiro plastico ° fibre metalliche per migliorare la duttilità e la resistenza agli urti ° agenti aeranti per contrastare gli effetti dei cicli gelo-disgelo ° superfluidificanti per abbassare il rapporto a/c ed ottenere un impermeabile attacchi chimici (cloruri,solfati,alcali).

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° fumo di silice In genere i materiali da restauro a base cementizia sono prodotti industrialmente sulla base di controlli composizionali e prestazionali. Esiste una vasta gamma di questi prodotti in funzione anche delle particolari tecniche applicative: ° per colaggio di calcestruzzi entro casseri se si tratta di riparare grandi spessori ° a spruzzo o cazzuola se si tratta di riparare con malte superfici di grande estensione e di piccolo spessore ° per iniezione di biacche cementizie se si tratta di consolidare strutture in cls difettose per vespai interni o macrofessure

3.2.1 Intervento a spruzzo o cazzuola

L’ intervento è destinato all’applicazione di malte espansive a consistenza plastica per riparare grandi estensioni superficiali di spessore relativamente ridotto. L’ intervento comprende : ° preparazione del sottofondo ° produzione della malta ° applicazione della malta ° stagionatura del rivestimento Preparazione del sottofondo Nella preparazione del sottofondo occorre rimuovere il materiale ammalorato fino ad arrivare ad un calcestruzzo meccanicamente resistente ed irruvidito,occorre pulire i ferri di armatura da polvere e ruggine,occorre saturare di umidità il sottofondo bagnando con acqua a pressione.

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Produzione della malta La miscelazione della malta avviene in betoniera seguendo le istruzioni del produttore per quanto concerne la quantità d’acqua da impiegare e le modalità operative .Nel caso di climi caldi (>35°) si raccomanda di immagazzinare i prodotti occorrenti alla preparazione della malta in luoghi protetti dalla diretta insolazione ed in quelli freddi (<10°) in ambienti chiusi al riparo dalle intemperie. Applicazione della malta L’applicazione può essere eseguita a cazzuola o,più produttivamente ed efficacemente a spruzzo con macchina intonacatrice. Immediatamente si può procedere,con una spatola di legno, a rendere più o meno planare la superficie rimuovendo la malta dalle zone di maggior accumulo. La finitura finale può essere eseguita in tempo successivo. Stagionatura Subito dopo la finitura finale ,le superfici della malta applicate debbono essere stagionate con teli costantemente umidi per almeno 24 ore e fino a 2 giorni in ambienti caldi,asciutti e ventilati. In alternativa,subito dopo la finitura le superfici possono essere trattate con agente stagionante per creare una pellicola anti-evaporante:questa operazione è sconsigliata se si debbono applicare ulteriori rivestimenti protettivi o vernici,a meno che non si provveda successivamente a rimuovere la pellicola mediante spazzolatura.

3.2.2 Intervento per colaggio

L’intervento è destinato all’applicazione di malte o calcestruzzi espansivi a consistenza superfluida per riparare superfici verticali o per riempire cavità interne. Il metodo,quando in alternativa è impiegabile quello a spruzzo o a cazzuola ,si fa preferire per spessori relativamente elevati che consentano un facile riempimento del prodotto. In questo caso l’intervento comprende: ° preparazione del sottofondo ° casseratura ° produzione della malta o del calcestruzzo

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° applicazione della malta o del calcestruzzo ° stagionatura

3.2.3 Intervento per iniezione

Nel caso che si debba restaurare una struttura che presenti difetti interni o

esterni non penetrabili dalle malte,è possibile procedere ad un consolidamento mediante iniezioni di boiacche cementizie. Prima di applicare la boiacca di cemento è opportuno saturare con acqua tutta la struttura interna da consolidare. A questo scopo,utilizzando gli stessi fori attraverso i quali verrà eseguita l’iniezione della biacca, si procede alla completa bagnatura interna delle strutture nel giorno che precede l’intervento di consolidamento vero e proprio,per consentire lo smaltimento dell’eventuale acqua libera ristagnante all’interno. Le perforazioni dovrebbero essere disposte simmetricamente,possibilmente ai vertici di un reticolo a maglie quadrate con lato da 50 a 100 cm. Nelle strutture di spessore inferiore a 60 cm i fori vengono di solito eseguiti su un solo lato,mentre in quello con spessori superiori è opportuno procedere alla iniezione su entrambi i lati. I fori possono essere orizzontali o inclinati e sono muniti di appositi boccagli di plastica del diametro di 10-15 mm attraverso i quali verrà iniettata a pressione la boiacca cementizia dopo aver provveduto a otturare le possibili vie di fuga.

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CAPITOLO QUARTO L’ULTIMA FRONTIERA:L’IMPIEGO DELL’FRP PER IL

RESTAURO DELLE STRUTTURE IN C.A. 4.1 PREMESSA

FRP sta per Fiber Reinforced Poyimer ,cioè materiali polimerici fibrorinforzati che appartengono alla famiglia dei compositi strutturali. Essi sono costituiti da due o più fasi (il rinforzo con elevate prestazioni meccaniche e la matrice con prestazioni meccaniche più deboli). Nei compositi a matrice polimerica la matrice è generalmente costituita da una resina epossidica mentre i rinforzi da fibre come il carbonio,il vetro o meno frequentemente il boro. Gli FRP non sono stati scoperti oggi giorno,ma l’eccessivo costo ha fatto sì che solo ultimamente siano stati rivalutati nel campo dell’edilizia mentre prima erano principalmente utilizzati nel campo aeronautico,astronautico e militare. Nella società di oggi il progressivo invecchiamento delle strutture e infrastrutture e la necessità di provvedere all’adeguamento statico di strutture non progettate o mal progettate costituiscono un problema di primaria importanza,ed è quindi in questo momento che intervengono le tecniche di restauro. Con le comuni tecniche di restauro ho molti dubbi sulla durabilità futura dell’intervento stesso;invece con l’utilizzo di materiali compositi ad alte prestazioni l’intervento può risultare più economico se considero la cifra spalmata su tutto l’arco di vita utile della struttura.

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CAPITOLO QUINTO IL CALCESTRUZZO NEL RESTAURO:PROPRIETA’

5.1 PREMESSA

Fino ad ora abbiamo parlato di un problema e della sua relativa soluzione,ora andremo a conoscere più da vicino il materiale che è oggetto di tutta la nostra discussione elencandone le caratteristiche principali e le sue peculiarità. Come prima cosa andiamo ad analizzare la lavorabilità.

5.2 LAVORABILITA’

La lavorabilità è la caratteristica che indica la capacità del calcestruzzo fresco a muoversi ed a compattarsi,quindi finisce con il condizionare anche le prestazioni in servizio del materiale qui sopra menzionato.Ciò nonostante la prescrizione della lavorabilità è spesso disattesa in sede di progetto e ancora più spesso manipolata sul cantiere con aggiunte d’acqua. Per avere una misura di questa caratteristica disponiamo di diversi metodi quali lo slump test e il cosiddetto Vebè. Sicuramente molto più noto è lo slump test di cui daremo una rapida descrizione:si misura l’abbassamento del calcestruzzo sformato da un tronco di cono metallico (cono di Abrams)rispetto all’altezza dello stesso calcestruzzo costipato in modo standardizzato all’interno di un cono alto 300 mm. Da questo test andremo a definire la classe di consistenza,individuata dalla lettera S seguita da un numero che va da 1 a 5 che corrisponde ad un impasto sempre più fluido .

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Nella scelta della lavorabilità dobbiamo tener conto del tipo di struttura e della particolare tecnica esecutiva quindi la persona più indicata per scegliere la lavorabilità è il progettista. A parte alcune eccezioni la maggior parte delle opere in calcestruzzo è compresa tra le classi S3 ed S5. Su colui che deve scegliere la classe di lavorabilità è importante fare una considerazione e cioè che se dovesse tener conto della realtà della maggior parte dei cantieri ed in particolare del livello di qualificazione della manodopera oggi disponibile non potrebbe trascurare di specificare una classe di consistenza fluida o superfluida o addirittura imporre l’impiego di un calcestruzzo autocompattante per rendere il getto più affidabile,in quanto meno dipendente dalla qualità della manodopera del cantiere. Il concetto di lavorabilità è strettamente legato a quello di affidabilità dell’opera .Se si confrontano due calcestruzzi con stesso rapporto a/c e stesso tipo di cemento ma con classe di consistenza diversa (S5 eS2)per la presenza o meno di un additivo super fluidificante,si otterrà la stessa resistenza meccanica purchè i due calcestruzzi siano vibrati per un tempo sufficientemente lungo così da ottenere lo stesso grado di compattazione.

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Il significato del grafico lascia pochi dubbi:un calcestruzzo superfluido è molto più affidabile in quanto raggiunge il valore di resistenza meccanica max anche con tempi molto brevi,al contrario l’altro dipende fortemente dall’efficacia della vibrazione.

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Logicamente legato al concetto di tempo di vibrazione c’è il grado di compattazione( cg ).Esso si può calcolare dalla misura della massa volumica di una carota estratta dalla struttura( vm ) e confrontarla con quella del corrispondente calcestruzzo compattato a rifiuto( vom )di un provino confezionato in corso d’opera:

vo

vc m

mg =

Il grado di compattazione può essere al massimo eguale a 1. Qui sotto è riportato un grafico in cui si fa notare il rapporto fra il tempo di vibrazione la massa volumica e il grado di compattazione di un calcestruzzo a diversa consistenza(S2 e S5). Anche il grado di compattazione come la resistenza meccanica di un S5 dipende molto meno dall’efficacia della vibrazione rispetto ad un S2 e il grafico sotto riportato ne è la dimostrazione:

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Concludendo dalle considerazioni fatte possiamo dedurre che un calcestruzzo superfluido pur in assenza di vibrazione presenta un grado di compattazione e una resistenza meccanica elevata e questo grazie alla capacità autocompattante del calcestruzzo superfluido.

5.3 LA RESISTENZA MECCANICA

Molto importante per il calcestruzzo è il concetto di resistenza meccanica:il

massimo sforzo che pùo subire il materiale prima della rottura. Esistono diversi modi di applicare lo sforzo (a compressione cσ ,a trazione tσ ,a flessione fσ )a seconda del quale otteniamo un determinato risultato. La misura va effettuata su provini cubici ( cR )oppure su provini cilindrici( cf ) e la rispettiva relazione fra i due è:

cc Rf 80,0= Tornando alle varie forme di applicare lo sforzo diamo una rapida descrizione di essi:

5.3.1 Resistenza a compressione

I due fattori che influenzano maggiormente tale resistenza sono il rapporto a/c e il grado di idratazione α .Logicamente ciò che noi misureremo in opera sarà diverso da ciò che è stato fatto in laboratorio in quanto il grado di compattazione in opera non è mai lo stesso di quello ottenuto nel cantiere. Per evitare questa differenza vengono suggeriti calcestruzzi di maggiore classe di consistenza e quindi meno dipendenti dalla cura adottata nel compattare il calcestruzzo.

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5.3.2 Resistenza caratteristica Fu introdotta nel 1971 e fa riferimento alla stagionatura a 28 giorni.Tenendo

conto dello scarto quadratico medio δ e della penalizzazione che occorre adottare nel calcolo della ckR possiamo scrivere :

δ⋅−= kRR cmck 28 Per stare più sicuri è stato richiesto anche il valore minimo di 28mincR tra tutti i prelievi,ed esso deve soddisfare

MpaRR ckc 5,328min −≥ Di solito queste due osservazioni sono rispettate per lavori molto importanti,mentre generalmente si assume un valore di

MpaRR ckcm 5,328 +≥

5.3.3 Resistenza a trazione e flessione La resistenza meccanica a flessione ed a trazione dipendono oltre che dal

rapporto acqua cemento e dal grado di idratazione ,dal tipo di inerte che gioca un ruolo meno importante nella resistenza a compressione. A parità di a/c il calcestruzzo presenta una maggiore fR se l’inerte è di forma irregolare e di tessitura ruvida. Infatti rispetto all’inerte alluvionale di forma tondeggiante e tessitura liscia,si realizza un miglior giunto adesivo all’interfaccia inerte frantumato-pasta cementizia.Questo legame influenza molto più fR che non cR per le sollecitazioni di trazione che si generano proprio all’interfaccia inerte-pasta durante le prove di rottura a flessione o a trazione.

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Analizzate le varie resistenze passiamo ora a definire le varie relazioni tra tfc RRR ,, :

cff RkR ⋅=

In cui fk è una costante che vale 0,7 per inerti alluvionali e 0,8 per quelli di frantumazione.La resistenza a trazione diretta tR può essere,a sua volta,calcolata dalla fR attraverso l’equazione :

ftt RKR ⋅= Dove tk è una costante che vale 0,6,per calcestruzzo con cmR >20MPa e 0,5 per quelli con cmR <20MPa.

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CAPITOLO SESTO ADDITIVI ANTIRITIRO ED AGENTI ESPANSIVI

6.1 SHRINKAGE REDUCING ADMIXTURES: UN PO’ DI

STORIA L’additivo noto con l’ fu studiato in primis dall’associazione di Nihon Cement e Sanyo Chemical industries in Giappone e precisamente verso il 1982. In seguito(circa due o tre anni dopo )il prodotto venne brevettato e circa dieci anni dopo fu sostituito con un prodotto di simile composizione. Ovviamente furono fatti vari studi e ciò che si evidenziò fu che le fessure dovute a ritiro sono inevitabili ma è possibile con il calcestruzzo adeguatamente progettato e realizzato ridurre il fenomeno attraverso:

• un rapporto a/c che sia in un range tra 0.45-0.55.

• l’aggiunta di SRA in percentuali che vanno dall’1 al 2% per contrastare il ritiro.

Nel convegno internazionale di Berlino sono stati presentati studi effettuati sul calcestruzzo con SRA che hanno dimostrato come l’additivo (SRA),inizialmente usato solo come riduttore del ritiro autogeno, (grazie agli eteri-poliglicoli) aggiunto all’impasto riduce le conseguenze del ritiro igrometrico in quanto ne abbassa l’entità iniziale,ma non è in grado di eliminarlo completamente. L’attuale prodotto a base di eteri-poliglicoli è stato riconosciuto e normato negli STATI UNITI dall’ ASTM 2012 R-ASTM C 666-ASTM C 494 e viene impiegato nella misura di 3 o 4 litri di prodotto per metro cubo con un costo elevato che si aggira intorno ai 15-20 euro (sempre per metro cubo). Da un analisi sommaria sul meccanismo di funzionamento dell’SRA potremmo dire che esso riduce l’evaporazione, ma l’unica spiegazione che si è potuta dare è che tale additivo provoca una riduzione della contrazione a seguito della diminuzione della tensione superficiale dell’acqua che rimane nei pori capillari; infatti a seguito della perdita di acqua in ambienti insaturi di vapore si formano menischi di acqua responsabili dell’attrazione tra le superfici dei pori capillari del solido cem entizio. Di conseguenza i prodotti chimici che costituiscono l’SRA sarebbero responsabili della riduzione della deformazione da ritiro senza modificare il trasferimento di acqua dal calcestruzzo verso l’ambiente insaturo di umidità.

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6.2 GLI AGENTI ESPANSIVI

In Italia non si prevedono cementi espansivi come prodotto finale a causa della variabilità dei suoi componenti,bensì si usano agenti espansivi nelle dosi e proporzioni verificate in accurati controlli di qualità. Stiamo parlando di ciò perché è necessario fare una distinzione:l’agente mescolato al cemento Portland in cementeria da luogo ai cementi espansivi mentre in Italia l’agente viene aggiunto in betoniera con tutti gli altri ingredienti nell’atto di confezionare l’impasto(norme UNI 8148). Sono due fondamentalmente gli agenti espansivi più usati:

- quelli basati sulla trasformazione di un ossido in un idrossido

22 )(OHCaOHCaO →+

- quelli basati sulla formazione di ettringite I tempi rispettivi di espansione sono di 1-2 giorni per il CaO e di 4-5 giorni per l’ettringite. Una considerazione importante da fare riguarda lo sviluppo contemporaneo dell’espansione con la resistenza meccanica: con uno sviluppo molto rapido entrambi i processi espansivi si verificano in un sistema già indurito mentre con uno sviluppo lento della resistenza meccanica l’espansione dovuta all’ossido di calcio avviene troppo presto,cioè quando il calcestruzzo è ancora plastico e quindi incapace di aderire ai ferri. Oltre alla velocità di espansione i vantaggi del CaO sono molteplici: 1)è molto più economico per la minore temperatura di cottura e per la semplicità del processo produttivo potendo essere prodotto in una tradizionale fornace a calce 2)si può modulare la velocità di espansione modificando la velocità di trasformazione del CaO attraverso il cambiamento della temperatura di cottura del calcare e della finezza di macinazione del CaO. 3)si richiede una stagionatura umida solo di 1-2 giorni. L’espansione contrastata va misurata proprio per capire meglio l’importanza della stagionatura,ovviamente bisogna seguire una norma che nel nostro caso è la uni 8148(tutte le procedure di misurazione e i relativi commenti saranno illustrati in seguito).

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Come tutte le misurazioni spesso la misura dell’espansione contrastata perde significato nella pratica esecutiva così da considerare i valori solo come indicazione del massimo potenziale espansivo di un calcestruzzo in condizioni standard. Le misurazioni che si ottengono ovviamente variano a seconda del tipo di stagionatura e ne è la prova il grafico qui sotto riportato: Grafico pag 207 Se si protegge il calcestruzzo per circa 4 giorni con teli impermeabili l’espansione si dimezza rispetto ad una stagionatura standard a contatto con acqua e addirittura si annulla in assenza di stagionatura. Come si può notare dal grafico per realizzare una qualche effettiva espansione occorre almeno lasciar maturare il calcestruzzo nelle casseforme per 4 giorni e applicare teli per 2-3 giorni dopo la scasseratura a 1-2 giorni. Usando gli agenti espansivi a base di CaO si riducono sicuramente i tempi di sformatura del calcestruzzo rispetto a quelli in cui si utilizzano i solfoalluminati,ciò nonostante l’espansione dentro i casseri si dimezza rispetto a quella teorica ottenuta con l’immersione del calcestruzzo in acqua dopo 6 ore (dopo la sformatura). Inoltre c’è da aggiungere il fatto che dall’esposizione all’aria scaturisce l’inizio del ritiro che va a contrastare l’espansione. Grossi passi avanti sono stati fatti combinando l’effetto dell’agente espansivo con un additivo riduttore del ritiro come l’SRA.

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6.3 EFFETTO COMBINATO SRA - CaO I conglomerati prodotti con l’aggiunta di SRA e di agente espansivo hanno molti più vantaggi tra i quali i più importanti sono la maggior efficacia prestazionale e la maggior semplicità di realizzazione. Dall’unione dell’SRA e del CaO è venuto fuori un risultato che va ben oltre le aspettative positive che si erano ipotizzate;infatti si è presentato il cosiddetto effetto sinergico,non prevedibile dalla conoscenza dei due processi studiati separatamente. Nel seguente grafico sono rappresentate diverse curve che mettono in relazione la variazione dimensionale ε con il tempo t di 4 diversi calcestruzzi: GRAFICO PAG. 213 A)calcestruzzo immerso in acqua dopo la sformatura a 36 ore dal getto e quindi lasciato all’aria con umidità relativa del 65% B)calcestruzzo avvolto dopo la formatura a 6 ore da una pellicola impermeabile rimossa dopo 36 ore dal getto C)calcestruzzo lasciato all’aria dopo la sformatura a 6 ore D)calcestruzzo contenente oltre all’agente espansivo l’additivo SRA,tale calcestruzzo è stato avvolto con pellicola impermeabile rimossa dopo 36 ore dal getto.

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Nella combinazione con il CaO ci si sarebbe dovuto attendere solo una riduzione del ritiro dopo l’iniziale espansione e invece l’SRA fa aumentare anche il processo espansivo durante la stagionatura iniziale. Il risultato complessivo dovuto all’aspansione inziale e alla diminuzione del ritiro è un’espansione contrastata residua di circa 300 Micron che preserva la struttura dal pericolo di eventuali fessure provocate dal ritiro igrometrico. L’SRA aggiunto ai solfoalluminati provoca un aumento di espansione più modesto e quindi non riesce ad evitare che la contrazione da ritiro annulli completamente l’espansione.

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CAPITOLO SETTIMO ADDITIVI SUPERFLUIDIFICANTI

7.1 PREMESSA Agli inizi degli anni 70 gli additivi fluidificanti furono sovrastati dai superfluidificanti i quali sono prodotti per sintesi chimica con conseguenze a livello prestazionali circa 4 volte superiori. I superfluidificanti sono basati su polimeri idrosolubili. I primi erano costituiti da poli-naftalen-solfonati(PNS) o da poli-melammin-solfonati(PMS) mentre solo ultimamente sono stati introdotti i poli-acrilati(PA) o poli-carbossilati(PC). Quest’ultimi costituiscono una famiglia molto vasta di nuovi polimeri tutti caratterizzati dall’assenza dei gruppi solfonici presenti nei PNS e PMS. Facendo delle considerazioni dal punto di vista delle prestazioni i superfluidificanti a base di PA o PC sono capaci di fluidificare il calcestruzzo molto di più che non quelli a base di gruppi solfonici. Ma soprattutto i superfluidificanti acrilici conservano meglio la lavorabilità durante il trasporto in climi caldi. Generalmente la quantità di additivo impiegata si aggira intorno all’1% ovviamente si possono fare delle variazioni intorno all’1% e di conseguenza si riduce o si incrementa l’effetto dell’additivo. Il punto rispetto al quale ruota l’effetto dell’additivo è l’effetto deflocculante sui granuli di cemento dispersi in mezzo acquoso. L’attrazione di natura elettrostatica fra i vari granuli di cemento a seguito delle cariche elettrostatiche di segno opposto che si sono formate sulle superfici dei granuli per effetto della macinazione durante il processo produttivo del cemento genera un fenomeno chiamato flocculazione. In presenza di additivi superfluidificanti i granuli sono deflocculati attraverso due possibili procedimenti: - adsorbimento sulla superficie dei granuli di cemento delle molecole di superfluidificante e formazione di cariche elettrostatiche dello stesso segno che provoca una repulsione elettrostatica tra i granuli di cemento - adsorbimento sulla superficie dei granuli di cemento delle molecole di superfluidificante PA che grazie all’ingombrante presenza delle catene laterali,impedisce ai granuli di cemento di avvicinarsi a causa dell’impedimento sterico .

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Qualsiasi sia il meccanismo di azione l’effetto deflocculante può essere utilizzato in tre modi: 1)a pari composizione del calcestruzzo 2)con riduzione di acqua e di a/c (a pari cemento e lavorabilità) 3)con riduzione di acqua e cemento (a pari a/c e lavorabilità)

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7.2 ADDITIVO GINIUS In una versione più moderna la molecola degli additivi SRA si presenta incorporata nella struttura degli additivi superfluidificanti di tipo policarbossilico capaci anch’essi di contribuire alla riduzione del ritiro grazie al loro effetto di riduzione dell’acqua di impasto per una data lavorabilità. Questo nuovo additivo si chiama GINIUS. Nel caso di questi Superfluidificanti particolari, con la molecola di SRA incorporata nella struttura molecolare dei policarbossilati, come si verifica negli additivi della serie GINIUS della G.A. ( GENERAL ADMIXTURES ), la molecola di SRA entra in azione gradualmente, rilanciata nella fase acquosa dagli additivi di tipo GINIUS con un ulteriore riduzione del ritiro grazie a due distinti benefici: - Trattengono l’umidità all’interno del calcestruzzo anche in ambienti insaturi di

vapore ( effetto anti-evaporante ) - Riducono la tensione superficiale dell’acqua ( effetto tensioattivo ) che rimane nei

pori capillari e fanno quindi diminuire la pressione capillare che spinge l’una verso l’altra le particelle di cemento idratato.

Dal grafico precedente si può notare il comportamento del ritiro in base alle diverse miscele considerate: - un cls non additivato (control) - un cls con meno acqua di impasto a seguito dell’aggiunta di un superfluidificante

acrilico policarbossilico capace di ridurre l’acqua di impasto (come ad esempio gli additivi della serie PRIMIUM della G.A.)

- Infine un cls con superfluidificante di tipo GINIUS.

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La tecnologia del calcestruzzo a ritiro nullo, anche in assenza di stagionatura raggiunge il massimo della prestazione se l’agente riduttore del ritiro SRA è incorporato nella molecola del dell’additivo GINIUS per la somma sinergica di tre effetti che partecipano alla eliminazione del ritiro: - riduzione dell’acqua d’impasto e riduzione del ritiro igrometrico - rilascio graduale della molecola di SRA da parte del polimero policarbossilico ed

eliminazione del ritiro per l’effetto tensioattivo. - presenza dell’agente espansivo che, in assenza di stagionatura umida, provoca

un’azione opposta a quella del ritiro igromerico grazie all’effetto anti-evaporante della molecola dei SRA.

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CAPITOLO OTTAVO LA CORROSIONE

1.1 PREMESSA La corrosione delle armature metalliche consiste nella trasformazione dell’acciaio in ruggine formata da ossidi ferrici:

22

2 )(OHFeOH

OFe ⇒⇒

- Fig.1 -

- Fig. 2 -

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Il processo è alimentato dalla presenza di aria umida che contiene gli ingredienti necessari alla corrosione. Tuttavia affinché si attivi il processo corrosivo dobbiamo avere un fenomeno che causi quello che abbiamo appena citato (carbonatazione del calcestruzzo’Fig.1’, penetrazione del cloruro’Fig.2’).

La corrosione delle armature nel calcestruzzo rappresenta una diretta conseguenza del vericarsi dei fenomeni di degrado del calcestruzzo. L’intensità dei danni che può subire un calcestruzzo dipende dalle sue caratteristiche e dall’intensità con la quale agiscono gli agenti deterioranti, ma in tutti i casi è strettamente collegata alla sua permeabilità. Quando ho soluzioni alcaline con PH >11,5 e non c’è presenza di cloruri il ferro si ricopre di un sottile strato di ossido e in queste condizioni dette di passività la velocità di corrosione è praticamente nulla. Se considero prima gli stati più interni e poi gli strati più esterni un calcestruzzo tende però a perdere le sue caratteristiche protettive, anche se molto lentamente nel tempo;i motivi che causano tale fenomeno sono: 1) l’alcalinità del calcestruzzo può venir neutralizzata dall’anidride carbonica proveniente dall’ambiente esterno,per cui l’estratto acquoso del calcestruzzo passa da PH>13 a PH<9 (carbonatazione) 2) a contatto con ambienti contenenti cloruri il calcestruzzo si può anche arricchire in questi anioni finchè sulla superficie delle armature si supera un tenore critico per la stabilità del film protettivo

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3) nel caso di strutture interessate da campi elettrici e quindi percorse da correnti che interferiscono con le armature,cioè passano in alcune zone dal calcestruzzo alle armature e in altre dalle armature al calcestruzzo,il film protettivo può venir distrutto nelle zone in cui la corrente esce dalle armature. Facendo riferimento alla vita di servizio di una struttura dotata di armature si possono distinguere due fasi: - la prima è quella d’innesco,in cui le armature operano ancora in condizioni di passività - la seconda è quella di propagazione più o meno veloce dell’attacco corrosivo. Successivamente termina anche la vita utile della struttura in quanto le sue condizioni di sicurezza non sono più accettabili.

8.2 IL MECCANISMO ELETTROCHIMICO DEL PROCESSO CORROSIVO Se vengono a mancare le condizioni di passività sulla superficie dell’armatura il processo corrosivo può aver luogo se nel calcestruzzo a contatto col ferro sono presenti ossigeno e acqua.Questo meccanismo di natura elettrochimica è costituito da quattro processi parziali: 1)una reazione anodica di ossidazione del ferro che rende disponibili elettroni nella fase metallica e dà luogo alla formazione di ossidi o idrossidi e di acidità sull’area anodica; 2)una reazione catodica di riduzione dell’ossigeno che invece consuma tali elettroni e produce alcalinità sull’area catodica; 3)il trasporto degli stessi elettroni all’interno del metallo dalle regioni anodiche,dove vengono resi disponibili,a quelle catodiche dove invece vengono consumati; 4)la circolazione di corrente nel calcestruzzo dalle aree anodiche a quelle catodiche. Un’ultima considerazione sul processo corrosivo riguarda la velocità:essa infatti è determinata dalla più lenta delle due reazioni di ossido-riduzione oppure dalla resistività del calcestruzzo(resistenza opposta al passaggio di corrente).

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- PARTE SPERIMENTALE -

CAPITOLO NONO LA SPERIMENTAZIONE

9.1 NORMATIVA Prima di andare a descrivere le varie prove che sono state effettuate dobbiamo dare una rapida descrizione delle norme che sono state usate. -UNI 8148 UNICEMENTO ASTM C845-90 Agenti espansivi non metallici per impasti cementiti -NORMA UNI 6127 provini di cls preparazione e stagionatura -NORMA UNI 6393 per il controllo del cls fresco -NORME UNI, Gazzetta ufficiale N° 180 del 17-07-1968 -NORME sui cementi UNI-EN 197/1 (tipi e composizione) -NORMA UNI 8520 parte 5°,7°sulla prova granulometrica per la confezione di cls -NORMA UNI EN 1008 caratteristiche delle acque

9.2 MATERIALI Per confezionare i cubetti e i travetti è stato fatto uso di diversi materiali: 1) Acqua L’acqua che è stata usata è la comune acqua potabile quindi priva di sostanze che possano compromettere i fenomeni di presa e di indurimento dei conglomerati.

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2) Sabbia silicea di origine alluvionale,granulometria composita con φ =8 mm La sabbia una volta acquistata è stata disposta su un telo all’interno del laboratorio ed è stata inserita di volta in volta in un forno a 80° per 24 ore.Una volta asciugata veniva lasciata all’aria per favorire il raffreddamento. 3) Cemento Portland al calcare di tipo CEM II /A-L 42.5R Il cemento che è stato usato è caratterizzato dalla sigla CEM II,cioè fa parte dei cementi di miscela costituiti da clinker,gesso e un’aggiunta minerale che può variare da un minimo di 1% ad un massimo di 4%. 4) SRA L’additivo SRA è a base di eteri poliglicoli ed è stato usato con una percentuale pari al 2% sul legante. 5) Superfluidificante(ginius) L’additivo superfluidificante è un prodotto chimico che aggiunto in piccole quantità nella miscela di conglomerato fresco, modifica le proprietà del calcestruzzo,migliorando la lavorabilità a parità di acqua di impasto o consente di ridurre l’acqua di impasto e quindi il rapporto a/c,a parità lavorabilità. Nel caso in questione è stato provato un additivo che ha anche effetti sul ritiro oltre ai comuni benefici di un superfluidificante. 6) Espansivo a base di ossido di calcio CaO Per quel che riguarda il CaO è stata già fatta una trattazione in precedenza. 9.2.1 Analisi granulometrica Per avere una distribuzione granulometrica è necessario setacciare l’inerte con setacci o vagli di diversa apertura. L’inerte è separato in diverse frazioni granulometriche che successivamente verranno pesate.Queste espresse in percentuale rispetto al peso di tutto il campione analizzato consentono di calcolare il materiale trattenuto da ogni setaccio(trattenuto parziale);sommando per ogni setaccio tutti i trattenuti parziali dei setacci con apertura superiore si ottiene il trattenuto cumulativo mentre il complemento a 100 si chiama passante cumulativo. Una volta effettuata la setacciatura posso riportare su un grafico i valori del materiale passante in funzione di “d” così da ottenere la curva granulometrica del singolo aggregato. Esistono delle curve di riferimento che si ottengono da alcune equazioni ad esempio quella di Fuller o quella di Bolomey.Queste equazioni rappresentano le distribuzioni

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granulometriche ideali del sistema aggregato più cemento ma possono essere riferite anche al solo aggregato e in questo caso le loro espressioni sono:

100100

)(100 21

max ⋅−

−⋅=

c

cD

d

P 100100

)()100( 21

max ⋅−

−⋅−+=

c

cD

dAAP

9.2.2 Gli inerti Dopo una rapida descrizione delle norme di riferimento che sono state utilizzate torniamo a parlare dei materiali utilizzati ed in particolar modo dell’inerte. La caratteristica dell’inerte è la sua granularità,cioè il fatto che si presenta in granuli sciolti.Se ho delle dimensioni minori di 4-5 mm l’inerte è comunemente chiamato sabbia,quando invece i granuli hanno dimensioni maggiori allora ho la ghiaia,il pietrisco o l’inerte grosso. Spesso gli inerti non sono tutti idonei alla produzione del calcestruzzo in quanto non soddisfano i requisiti fondamentali tra i quali c’è l’assenza di sostanze nocive alla durabilità del calcestruzzo.(cloruro,solfato,ecc….). Abbiamo parlato di granularità,è quindi doveroso parlare di assortimento granulometrico(presenza delle varie frazioni).

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9.2.3 L’inerte umido

L’umidità dell’inerte può sensibilmente variare il quantitativo d’acqua nell’impasto variando così la lavorabilità con le conseguenze anche in termini di resistenza. L’inerte che noi comunemente utilizziamo si può presentare in quattro stadi:

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9.2.4 Acqua L’acqua ha un ruolo fondamentale in quanto responsabile dell’idratazione del cemento. Logicamente bisogna farne un uso ragionevole onde evitare un conglomerato troppo scadente cioè che non corrisponda a quello richiesto. La quantità d’acqua “giusta” per l’impasto si ottiene rispettando due fondamentali richieste e cioè la lavorabilità (per l’impresa) e la resistenza meccanica(per il progettista). Molto spesso il calcestruzzo viene ordinato ad una consistenza più bassa e solo successivamente in cantiere viene riaggiunta acqua per arrivare al livello di lavorabilità richiesta. A seguito di questa considerazione fatta qui sopra c’è da dire che la responsabilità della riaggiunta d’ acqua viene data all’impresa senza sapere che solo il progettista può tener conto di tale fenomeno in quanto conoscitore della destinazione del calcestruzzo.

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9.3 PREPARAZIONE DELLE MISCELE

9.3.1 Mix design per i cubetti

Le miscele utilizzate partono da alcune considerazioni iniziali ad esempio la classe di lavorabilità fissata pari ad S3 e il rapporto acqua cemento pari a a/c=0.5. Sulla base di queste due considerazioni è stata stabilito il quantitativo di acqua, cemento e inerte su 1metro cubo:

i=1480 Kg c=490 Kg a=248 l

oltre a queste componenti principali sono stati aggiunti agenti espansivi,superfluidificanti e additivi ottenendo le seguenti composizioni:

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STD STD+SRA STD+CaO CaO+SRA CaO+GENIUS INERTE 1480,00 1480,00 1480,00 1480,00 1480,00 ACQUA 248,00 248,00 245,00 240,00 242,00 CEMENTO 490,00 490,00 445,00 445,00 445,00 CaO 0,00 0,00 45,00 45,00 45,00 SRA 0,00 9,80 0,00 9,80 0,00 GENIUS 0,00 0,00 0,00 0,00 7,50

I valori riportati hanno come unità di misura il grammo e sono riferiti ad 1 litro di volume unitario

9.3.2 Confezionamento dei cubetti:procedimento I materiali sono stati mescolati in una maltiera (capacità 4,7 litri d’acqua)con una paletta rotante con tre velocità normate dalle UNI(Gazzetta Ufficiale n°180 del 17 luglio 1968).

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Le sequenze della preparazione della miscela vengono riportate nell’ordine in cui sono avvenute:

• si versa l’acqua nel recipiente (ovviamente nella quantità stabilita)

• si aggiunge, se prestabilito l’ SRA o il superfluidificante

• si versa il legante (o il legante con l’agente espansivo)

• si avvia il miscelatore a bassa velocità per trenta secondi

• si versa nella maltiera l’inerte tenendo presente che l’operazione va terminata entro trenta secondi

• si avvia il miscelatore ad alta velocità per altri trenta secondi dopo di che si

provvede ad arrestarlo per un minuto e mezzo;dopo aver accuratamente pulito la maltiera con una spatola si lascia riposare l’impasto

• si termina miscelando ad alta velocità per un minuto

Eseguite tutte queste operazioni l’impasto tolto dal recipiente e viene versato nelle apposite casseformecostituite da cubetti della grandezza di 5x5x5 cm.

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Le casseforme prima di essere riempite devono essere pulite ed oleate con disarmante per facilitare le operazioni di scasseratura e successivamente poggiate sulla tavola a scosse. Si versa il contenuto del miscelatore nelle casseforme fino a riempirle per metà,si avvia la tavola a scosse facendo eseguire sessanta colpi.

Si completa il riempimento e si assestano altri sessanta colpi così da eliminare i macrovuoti che si vengono a formare. La parte superiore viene poi rasata con un’apposita spatola.

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9.3.3 Stagionatura dei cubetti

Una volta confezionati i cubetti vengono avvolti con il cellofan per evitare l’evaporazione dell’acqua.Durante la conservazione è necessario tenere le casseformi con le rispettive miscele alla temperatura di 20°C . La scasseratura avviene dopo ventiquattro ore dalla data di confezionamento;ogni provino deve essere catalogato e riposto nella camera a 20°C fino alle prove di resistenza a compressione (il cellofan va tolto dopo due giorni dalla data di confezionamento).Una parte di questi cubetti viene lasciata all’aria aperta mentre la seconda metà viene immersa in acqua per poter valutare l’effetto della differente stagionatura sulle prestazioni meccaniche.

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9.3.4 Prove di resistenza meccanica Le prove di resistenza meccanica a compressione sono state effettuate con una pressa idraulica dotata di un micrometro che registra i valori trovati tramite un computer (permette di visualizzare le deformazioni verticali del provino).

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Il carico di rottura viene visualizzato in KN,quindi viene successivamente trasformato in Mpa dividendolo per l’area della superficie sottoposta a compressione. Le rotture a compressione sono state fatte a 1g,3gg,7gg,14gg e 28gg dalla data di confezionamento sia per i provini esposti all’aria sia per quelli tenuti in acqua. Dalla prova di rottura compressione sono risultati i seguenti valori di resistenza:

VALORI RILEVATI ESPRESSI IN KN

STA STA+SRA STA+CaO CaO+SRA CaO+GENIUS

1g 55,607 37,071 52,115 26,057 42,981

3gg 97,513 53,200 92,947 80,000 74,680

7gg 83,545 81,127 113,631 92,142 89,455

14gg 126,790 102,000 121,000 107,000 114,437

28gg 110,945 123,570 118,735 110,139 126,523

I valori sopra riportati si riferiscono alla stagionatura all’aria

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VALORI RILEVATI ESPRESSI IN KN

STA STA+SRA STA+CaO CaO+SRA CaO+GENIUS

1g 62,054 37,271 50,771 37,340 41,907

3gg 90,260 49,980 73,068 70,910 69,307

7gg 70,650 77,903 93,753 84,880 81,396

14gg 112,020 99,125 97,500 106,500 116,588

28gg 89,455 119,273 93,215 113,631 128,943

I valori sopra riportata si riferiscono alla stagionatura in acqua

VALORI RILEVATI ESPRESSI IN Mpa

I valori sopra riportati si riferiscono alla stagionatura all’aria

STA STA+SRA STA+CaO CaO+SRA CaO+GENIUS

1g 22,243 14,828 20,846 10,423 17,192

3gg 39,005 21,280 37,179 32,000 29,872

7gg 44,000 32,451 45,452 36,857 35,782

14gg 50,716 40,800 48,400 42,800 45,775

28gg 52,000 49,428 49,494 44,056 50,609

- 49 -

VALORI RILEVATI ESPRESSI IN Mpa

STA STA+SRA STA+CaO CaO+SRA CaO+GENIUS

1g 24,822 14,908 20,308 14,936 16,763

3gg 36,104 19,992 29,227 28,364 27,723

7gg 40,000 31,161 37,501 33,952 32,558

14gg 44,808 39,650 39,000 42,600 46,635

28gg 46,000 47,709 41,000 45,452 51,577

I valori sopra riportata si riferiscono alla stagionatura in acqua

Analisi dei risultati ottenuti. 9.3.5 Differenze fra le diverse stagionature

Miscela standard Dai risultati ottenuti possiamo notare che a 1g e 3gg i valori ottenuti con stagionatura in acqua sono leggermente più alti ,circa 3-4 Mpa,ma raggiunta la prima settimana la stagionatura all’aria è quella che fornisce i maggiori valori di resistenza. Miscela standard con aggiunta di SRA A parte il primo giorno in cui si hanno risultati pressoché identici per le altre resistenze si verifica che all’aria si hanno dei valori leggermente superiori,così da rendere le due stagionature simili nei risultati. Miscela standard con aggiunta di agente espansivo CaO Anche per questa miscela i risultati ottenuti a 1g sono pressoché identici ma per le altre resistenze il miglior comportamento lo otteniamo per stagionatura all’aria e questa volta la differenza tra i valori è maggiore della precedente miscela.

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9.3.6 Differenze fra le varie miscele

Stagionatura all’aria

Come possiamo notare dal grafico la miscela composta da agente espansivo da dei valori molto alti di resistenze ed essi sono sempre maggiori della stessa miscela unita con l’additivo antiritiro. L’ effetto negativo dell’SRA è proprio quello di diminuire le resistenze meccaniche alle brevi stagionature. Per quanto riguarda l’unione del CaO con il superfluidificante ginius possiamo notare un andamento del tutto simile per quanto riguarda la crescita delle resistenze con la stagionatura rispetto alla miscela CaO+SRA con aggiunta di superfluidificante acrilico. L’unica differenza riguarda le lunghe stagionature dove sembra che la miscela che fluidifica con il ginius risulti leggermente migliore.Molto probabilmente le differenze rientrano nella variabilità da errore sperimentale.

0

20

40

60

1g 3gg 7gg 14gg 28gg

STA

STA+SRA STA+CaO CaO+SRA CaO+GINIUS

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Stagionatura in acqua

Nel caso in questione la miscela CaO+SRA ha come resistenze valori pressoché simili a quelli della miscela con CaO+GINIUS fatta eccezione per le lunghe stagionature in cui le differenze sono maggiori in quanto nella miscela contenente GINIUS si ottengono valori più alti di resistenza. Inoltre come possiamo notare dal grafico,per brevi stagionature si ottengono dei buoni valori per la miscela con solo espansivo. 9.4 Confezionamento dei travetti 9.4.1 Procedimento Mentre per cubetti sono state preparate 5 miscele,per i travetti le mescole preparate sono 4 e più precisamente:

• standard

• standard+SRA,

• CaO+SRA,

0

20

40

60

1g 3gg 7gg 14gg 28gg

STA

STA+SRA STA+CaO CaO+SRA CaO+GINIUS

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• CaO+GINIUS.

Il procedimento per ottenere le miscele è lo stesso di quello fatto per i cubetti,le differenze stanno nelle casseformi che hanno dimensioni diverse. Lo stampo per la confezione dei travetti ha dimensioni 5x5x300cm3, ed è munito in ogni scomparto di una barra d’acciaio filettata (con filettatura metrica M6 UNI 4535) avente lunghezza circa 28 cm. Quest’ultima serve ad ottenere il ritiro contrastato. Tale barra viene vincolata a due piastre terminali(in accciaio)ad una distanza interna di 24,5 cm e fissate con dadi. 9.4.2 Stagionatura dei travetti

Appena riempite le casseformi e finite le operazioni di rasatura si avvolge il tutto nel cellofan tenendo presente il fatto che la temperatura di stagionatura deve essere di 20°. Secondo la UNI 8148 i travetti sono stati scasserati a 6 ore dal confezionamento;tale operazione deve essere eseguita con la massima cautela in quanto il calcestruzzo è ancora morbido.

- 53 -

I travetti una volta catalogati(di ogni tipologia ne sono stati eseguiti due )sono stati posizionati all’aria e in acqua proprio per avere un confronto (a livello deformativo)fra le varie tipologie e all’interno delle stesse fra le due diverse condizioni di stagionatura. Per i travetti stagionati all’aria a 20°C il cellofan è stato tenuto per due giorni a partire dal confezionamento.

9.4.3 Letture sul micrometro I travetti sono stati confezionati per studiare la deformazione contrastata delle varie miscele.Lo strumento che si è adoperato è il micrometro qui sotto riportato

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Le letture sono state effettuate a 6 ore, cioè dopo la scasserazione per avere un riferimento iniziale,e durante la prima settimana tutti i giorni in quanto è in questo periodo che si hanno le maggiori reazioni.Successivamente si è passati a controllare le deformazioni a 14gg, 28gg, 35gg, 42gg, 49gg, 60gg ottenendo dei valori che come abbiamo detto prima servono per il confronto fra le varie tipologie di miscele. Dalle letture effettuate sono venuti fuori i seguenti valori:

valori relativi alla stagionatura in aria

CaO+SRA STA+SRA CaO+GENIUS STA

0 0 0 0 742 41 884 421 800 29 942 387 783 4 896 321 750 -45 879 283 721 -79 854 241 688 -95 825 179 537 -262 638 -10 329 -366 525 -100 291 -387 471 -120 262 -429 454 -135 233 -429 442 -139 221 -450 408 -139

I valori sopra riportati sono Micron

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Valori relativi alla stagionatura in acqua CaO+SRA STA+SRA CaO+GENIUS STA

0 0 0 0 721 91,74 1105 54 775 95 1188 54 821 108 1242 62 821 104 1276 50 813 112 1276 20 808 133 1280 0 700 100 1276 -50 650 133 1284 -58 595 120 1280 -58 548 112 1276 -45 500 104 1255 -58 488 91 1217 -66

I valori sopra riportati sono Micron

9.4.4 Tipologie dei travetti:discussione e risultati Analisi differenziata Dopo aver esposto la tipologia del lavoro eseguito andiamo a fare una più attenta analisi dei risultati ottenuti,analizzando le varie miscele.

Standard

Aria Acqua

STA

-200

-100

0

100

200

300

400

500

0 1 2 4 5 6 7 14 28 35 42 49 60

STA

STA

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 2 5 7 28 42 60

STA

Valori relativi alla stagionatura all’aria Valori relativi alla stagionatura in acqua

Le due miscele sono identiche,l’unica cosa che le differenzia è la stagionatura.

- 56 -

La prima considerazione da fare riguarda il range di valori: nel caso “ARIA” abbiamo nell’arco dei 60 giorni sia maggior espansione sia maggior ritiro,mentre per l’ACQUA i valori sono più contenuti. L’andamento del grafico relativo alla stagionatura in acqua è molto più lineare, ma la differenza sostanziale sta nel fatto che il valore massimo di espansione si ha,per l’ARIA a 1g mentre per l’ ACQUA a 4gg;ciò dimostra che se stagioniamo all’aria i provini composti da miscela standard essi espandono molto più velocemente degli altri. L’ aspetto però che più ci interessa è il ritiro contrastato: per la stagionatura all’aria il ritiro comincia dopo due settimane ed aumenta fino a un mese per poi stabilizzarsi,mentre in acqua ha inizio dopo una settimana aumenta fino a 14gg e successivamente tende a stabilizzarsi.Ovviamente come si nota dal grafico in acqua il ritiro contrastato è un fenomeno molto limitato.

Standard+SRA

Aria Acqua

STA+SRA

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

0 2 5 7 28 42 60

STA+SRA

STA+SRA

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 5 7 28 42 60

STA+SRA

Valori relativi alla stagionatura all’aria Valori relativi alla stagionatura in acqua

Nel caso di miscela standard con aggiunta di additivo antiritiro i comportamenti variano al cambiare della stagionatura. All’aria è possibile osservare una piccola espansione, ma già al 5 gg possiamo notare un sensibile ritiro che aumenta leggermente fino alla prima settimana per poi scendere fino al valore finale di -450 Micron del 60gg. Ben diverse sono le cose in acqua: nell’arco dei 60gg non si sono registrati valori di ritiro,infatti è stata rilevata solo una leggera espansione.

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CaO+GENIUS

Aria Acqua

CaO+GENIUS

0

200

400

600

800

1000

0 2 5 7 28 42 60

CaO+GENIUS

CaO+GENIUS

0200

400600

8001000

12001400

0 2 5 7 28 42 60

CaO+GENIUS

Valori relativi alla stagionatura all’aria Valori relativi alla stagionatura in acqua

Dai grafici si nota che l’aggiunta del genius alla miscela standard+CaO da il miglior risultato in termini di ritiro infatti; dal confezionamento all’ultima lettura del micrometro non si è registrato alcun ritiro,sia per la stagionatura in acqua sia per quella in aria. Nonostante però non ci sia ritiro i due comportamenti (aria,acqua)non sono gli stessi: per la stagionatura in acqua osserviamo una notevole espansione fino a 1g, un leggero aumento fino al primo mese per avere infine una piccola flessione dal 42gg in poi. Ben diverse sono le cose nel caso all’aria:dopo aver raggiunto valori abbastanza alti a 1g e 2gg c’è un calo che diventa abbastanza rilevante dopo la prima settimana (300 Micron in 14gg)per poi stabilizzarsi attorno ai 400 Micron.

CaO+SRA

Aria Acqua

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CaO+SRA

0100200300400500600700800900

0 2 5 7 28 42 60

CaO+SRA

CaO+SRA

0100200300400500600700800900

0 2 5 7 28 42 60

CaO+SRA

Valori relativi alla stagionatura all’aria Valori relativi alla stagionatura in acqua

L’andamento di questa miscela è pressoché simile a quello della precedente (CaO+GENIUS).Le uniche differenze stanno nei valori relativi all’espansione che in questo caso sono più bassi.Anche qui la stagionatura in acqua favorisce la maggiore espansione rispetto a quella fatta all’aria.Con questo caso abbiamo chiuso l’analisi di tutte le miscele usate per i travetti;fin qui le osservazioni sono state fatte singolarmente evidenziando all’interno della stessa malta le differenze fra le due diverse stagionature,ora andremo a fare un’analisi evidenziando le diversità tra le mescole. 9.4.5 Analisi delle miscele

Stagionatura all’aria

Prima di descrivere i vari comportamenti delle diverse miscele riportiamo i valori su grafico che ci da una visione d’insieme degli andamenti:

- 59 -

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

0 1 2 4 5 6 7 14 28 35 42 49 60

CaO+SRASTA+SRACaO+GENIUSSTA

Come potevamo immaginare le miscele che hanno evidenziato di essere meno soggette al ritiro sono quelle che hanno in combinazione l’agente espansivo con l’additivo riduttore di ritiro e l’agente espansivo in combinazione con il superfluidificante GINIUS. Mentre per la prima (CaO+ GINIUS) tale fenomeno sembrerebbe scontato in quanto è stato usato l’SRA il cui scopo è quello di ridurre il ritiro, per la seconda (CaO+GINIUS) il tutto è spiegabile dal fatto che il GINIUS, oltre ad essere un superfluidificante , possiede delle molecole che combinate fra loro favoriscono la riduzione del ritiro. Per quanto riguarda le altre due miscele possiamo subito notare che non essendoci il CaO dopo una leggera espansione si verifica il fenomeno del ritiro che raggiunge quasi i 500 Micron.

Stagionatura in acqua

- 60 -

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 1 2 4 5 6 7 14 28 35 42 49 60

CaO+SRASTA+SRACaO+GENIUSSTA

Nella stagionatura in acqua possiamo notare che solo la miscela standard è soggetta a fenomeni di ritiro, e ciò avviene dopo la prima settimana.Dai 28gg in poi i valori assumono un andamento costante fino alla fine dei 60gg aggirandosi sui - 58 Micron. Per quanto riguarda il CaO + SRA osserviamo che l’andamento è uguale alla stagionatura in aria con una leggera differenza nel valore finale che in questo caso è di 488 Micron. Per il CaO+ GENIUS possiamo affermare che il comportamento, una volta raggiunti i valori massimi di espansione, presenta un andamento pressoché costante stabilizzandosi nell’arco dei 60gg intorno ai 1200, 1300 Micron,mentre nell’altro tipo di stagionatura c’era un abbassamento dei valori dal 7gg in poi. Complessivamente tutte le miscele stagionate in acqua presentano un comportamento migliore (per quanto riguarda il ritiro)di quelle stagionate all’aria.

CAPITOLO DECIMO CONCLUSIONI

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Uno dei problemi fondamentali delle strutture è la variabilità dimensionale con conseguente innesco del fenomeno fessurativo. Ovviamente stiamo parlando di piccole variazioni che allo stesso tempo sono in grado di provocare gravi danni. Lo studio del degrado esige uno sviluppo ampissimo in quanto sono molteplici le cause e allo stesso tempo ci sono innumerevoli fattori su cui lavorare per ridurre il problema. In questa tesi dopo un analisi generale iniziale sul degrado e sui vari interventi possibili si è preferito andare ad esaminare le varie tipologie di miscele al fine di trovare un più corretto uso delle componenti e dei dosaggi. Tutte le analisi effettuate hanno portato a delle conclusioni che basano le loro diversità su due punti fondamentali quali la stagionatura e gli agenti antiritiro. La prima grande e sostanziale differenza riguarda la stagionatura in acqua:tutte le tipologie di miscele hanno evidenziato un miglior comportamento nei confronti del ritiro riducendolo ai minimi termini e in alcuni casi annullandolo. Ai fini della riduzione del degrado nelle strutture sarebbe quindi opportuno stagionare in acqua ma sappiamo benissimo che tale pratica è impossibile per la maggior parte dei casi se non per le strutture immerse. Comunque non è solo la stagionatura l’unico fattore di cui tener conto,ma anche l’uso di agenti espansivi:il CaO, infatti evidenzia una notevole capacità nel contrastare il ritiro grazie all’espansione iniziale. Nelle nostre letture si è potuto constatare che il CaO ottiene risultati migliori se unito con un’altra componente e cioè il GENIUS(superfluidificante). In particolare esso ha proprietà molto particolari che vanno oltre il normale aumento della lavorabilità:infatti al suo interno contiene molecole che unite fra loro fanno si che si crei un qualcosa di molto simile all’SRA,cioè un additivo che riduce il fenomeno del ritiro. Anche in termini di resistenza il comportamento della miscela con aggiunta di GINIUS ha dato dei buoni risultati, e tutto questo da maggior risalto all’esito positivo della sperimentazione di questo nuovo additivo.

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Oltre che sugli espansivi e sul superfluidificante sono state effettuate prove anche sull’additivo antiritiro sopracitato(SRA). Sebbene si notino effetti positivi di riduzione del ritiro,non si sono raggiunti risultati al pari delle altre miscele, soprattutto nel caso di stagionatura all’aria. Dopo aver fatto delle osservazioni generali sul lavoro eseguito possiamo concludere che le prove sul nuovo additivo GINIUS hanno dato esito positivo,e cioè hanno dimostrato che allo stesso tempo possiamo sia migliorare la lavorabilità,sia limitare o controllare il fenomeno del ritiro: Ora è opera dei progettisti stabilirne un corretto uso facendo sempre attenzione ai rispettivi dosaggi.