Costanza di qualità
Il concetto di "qualità", o più precisamente di costanza
di qualità, è stato ampiamente recepito in Italia nel decennio
del 1990 in tutti i settori produttivi di beni materiali o di servizi.
Nella normativa UNI EN ISO 8402 del Giugno 1992 la qualità è
definita come la conformità agli obiettivi prefissati ed ai
requisiti concordati con i clienti (si veda
www.enco-journal.com => L'archivio: il meglio di Enco
Journal => Qualità vo' cercando).
Per rimanere nel settore della terminologia sulla qualità, e prima
ancora di entrare nel merito su come perseguire la costanza di
qualità nel settore del calcestruzzo, è opportuno chiarire il
significato di:
- Certificazione di prodotto
- Certificazione del sistema qualità
- Manuale di qualità
- Guide applicative
Secondo le norme della famiglia ISO 9000 la Certificazione
di Prodotto, verificata da un Istituto di Certificazione,
garantisce che il prodotto certificato soddisfa i requisiti di
accettabilità definiti dalle specifiche tecniche. Questo tipo di
certificazione offrirebbe al committente (impresa), che volesse, per
esempio, acquistare calcestruzzo preconfezionato o elementi
prefabbricati, la garanzia che le caratteristiche di ogni singolo
prodotto o fornitura siano rispondenti ai limiti di accettabilità
correlate con l'esigenza dell'opera nel suo insieme.
La certificazione del prodotto è attualmente una prassi largamente
consolidata in Olanda ("La Certificazione di Prodotto in
Olanda" di G. Montalti, C. Riva e C. Zampighi, In Concreto,
33, pp 40-42, 2000) ma non ancora adottata in Italia per la maggior
parte dei prodotti cementizi e per il calcestruzzo preconfezionato in
particolare.
Per questa categoria di prodotti si può applicare la Certificazione
del Sistema di Qualità che in realtà, rispetto alla Certificazione
di Prodotto, offre al committente molte minori garanzie sulla
effettiva costanza di qualità. Infatti la Certificazione del
Sistema di Qualità, anch'essa verificata da un Istituto di
Certificazione, garantisce soltanto che l'azienda produttrice
agisce nel rispetto di alcune regole di comportamento descritte nel Manuale
di Qualità, documento pubblico ed esigibile dai committenti, dove
l'azienda dichiara i propri obiettivi e le propria organizzazione per
applicare il suo specifico Sistema di Qualità.
Per fare un esempio estremo ed improbabile, un'azienda di calcestruzzo
preconfezionato potrebbe porsi come obiettivo nel suo Sistema di
Qualità, di far eseguire dal conducente dell'autobetoniera un
giro di valzer della durata di 60 secondi al termine del carico del
veicolo e prima di partire per il cantiere. L'Istituto di
Certificazione potrebbe in effetti garantire che l'azienda
produttrice agisce in perfetto accordo alla procedura descritta dal Manuale
di Qualità per quanto attiene al giro di valzer. Questo esempio (ripetiamo
estremo ed improbabile) serve ad illustrare che la Certificazione
del Sistema di Qualità è ben diversa, ed ovviamente meno
significativa per la costanza di qualità, che non la Certificazione
di Prodotto.
Proprio per colmare la lacuna esistente tra i due tipi di
certificazione, alcuni Istituti di Certificazione hanno emesso
e fatto adottare le Guide Applicative che introducono delle
prescrizioni particolari, in relazione a determinate specifiche di
riferimento, e fissano i requisiti minimi di accettabilità.
In sostanza se un'azienda ha adottato le Guide Applicative è
possibile, dalla lettura di questo documento come anche del Manuale
di Qualità, quantificare quale sia il grado di prestazione minima
garantita nella fornitura del calcestruzzo o nell'acquisto di un
elemento prefabbricato.
Per entrare nello specifico tecnico della produzione del calcestruzzo,
di seguito sono esaminati i parametri di processo che più
significativamente possono influenzare la costanza di prestazioni del
prodotto, queste ultime intese come classe di resistenza (Rck)
e classe di consistenza (slump).
I parametri che verranno nel seguito esaminati, anche per ragioni di
brevità, riguardano tutte le caratteristiche dell'inerte ed in
particolare:
- umidità
- assorbimento
- diametro massimo
- granulometria
L'umidità dell'inerte
Il parametro che presenta la maggiore
incidenza sulla costanza di qualità del calcestruzzo, in termini di Rck
e di slump, è rappresentato dall'umidità
dell'aggregato. Questa, infatti, può radicalmente modificare l'acqua
di impasto (a) realmente immessa nel calcestruzzo e quindi,
attraverso questa variazione, può provocare modifiche nella
lavorabilità che dipende proprio dal valore di a (si veda Enco
Journal N° 1: ""A" come Acqua. Fatti e
misfatti sui cantieri" oppure si consulti www.encojournal.com=>
Archivio: il meglio di Enco Journal=>L'ABC..... del
calcestruzzo") e può condizionare la Rck
attraverso la variazione nel rapporto a/c (si veda Enco
Journal N° 11: ""M" come Mix Design"
oppure si consulti www.encojournal.com=> Archivio: il
meglio di Enco Journal=>L'ABC..... del calcestruzzo").
L'influenza della umidità dell'inerte sulle proprietà del
calcestruzzo, attraverso le variazioni di a e di a/c, è
piuttosto complessa e deve tener anche conto dell'umidità capace di
saturare la porosità aperta dell'aggregato definita come
assorbimento.
L'umidità (u) viene determinata misurando la diminuizione
percentuale di massa, a seguito del riscaldamento a 105°C per
essiccare completamente il materiale, rispetto alla massa
dell'aggregato completamente secco:
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m - mo |
|
|
| u = |
-------------- |
100 |
[1] |
|
mo |
|
|
dove m ed mo sono
rispettivamente la massa dell'aggregato così come disponibile e
quella dell'aggregato completamente essiccato.
L'assorbimento è quella particolare umidità (ua)
che si trova nell'aggregato quando si trova ad essere saturo a
superficie asciutta, s.s.a. (Fig. 1):
|
ms.s.a. - mo |
|
|
| ua = |
-------------- |
100 |
[2] |
|
mo |
|
|
dove ms.s.a. è la massa dell'aggregato
conservato sotto acqua fino a completa saturazione ed asciugato in
superficie.
Nella Fig. 1 sono rappresentate schematicamente le quattro possibili
situazioni nelle quali può trovarsi un aggregato nei confronti del
contenuto di umidità (u): asciutto, insaturo, s.s.a. e
bagnato.
|
Influenza dell'umidità
dell'inerte sulle prestazioni del calcestruzzo
Nella pratica di cantiere l'aggregato si
troverà spesso nella situazione di insaturo, qualche volta
(dopo una pioggia) in quello di bagnato, raramente in quella di
asciutto (dopo lunga permanenza in clima secco, caldo e
ventilato), ed ancor più raramente, e solo transitoriamente, in
quella di s.s.a.
La condizione di s.s.a. tuttavia, è di grande importanza
pratica oltre che teorica, perché è quella in cui vengono a trovarsi
gli inerti all'interno del calcestruzzo subito dopo l'impasto, ed è
anche la situazione in cui si calcola la massa volumica (peso
specifico) della sabbia e della ghiaia per tramutare i volumi dei
singoli inerti nelle corrispondenti masse (si veda l'articolo
""M" come Mix-Design sul N° 11 di Enco
Journal").
In altre parole un inerte bagnato cede l'acqua in eccesso (u>ua)
rispetto alla situazione di s.s.a. che va a sommarsi all'acqua
introdotta in betoniera, facendo aumentare il valore dell'acqua totale
di impasto (a). D'altra parte, un inerte insaturo (u<ua)
ed ancor più un inerte asciutto (u=0) comporterà una suzione
di acqua da parte dell'inerte fino a portare l'inerte stesso in
condizione di s.s.a. con conseguente diminuzione della
effettiva acqua di impasto.
Le conseguenze di questi scambi di acqua tra inerti e calcestruzzo
sono schematicamente sintetizzate in Fig. 2.
Per prevenire queste oscillazioni nelle prestazioni del calcestruzzo (Rck
e slump) è necessario compensare le variazioni di umidità
apportate o sottratte dall'inerte rispettivamente con minori o
maggiori aggiunte di acqua in betoniera.
A tale scopo è necessario controllare quasi quotidianamente
l'umidità (u) degli inerti (soprattutto in relazione alle
variazioni igrometriche dell'ambiente) e tenere sotto controllo il
valore dello assorbimento (ua) soprattutto in
relazione ai cambi di cava e quindi di porosità della roccia minerale
caratteristica dell'inerte.
|
Modifica delle pesate
degli ingredienti rispetto al mix-design
Nel seguito è descritto un esempio
numerico per le variazioni nelle pesate degli ingredienti, a parità
di diametro massimo della ghiaia, rispetto a quelle desunte dal mix-design,
a seguito dei controlli di u ed ua.
| Mix-design: |
|
|
|
|
| c = 300 kg/m3 |
|
 |
=> a/c = 0,67 =>
Rck = 25 MPa |
| a = 200 kg/m3 |
 |
| g = 1100 kg/m3 |
slump = 150 mm |
| s = 800 kg/m3 |
|
|
|
|
I valori delle masse g (ghiaia) ed s
(sabbia) sono riferiti come al solito alla situazione standard di s.s.a..
Si supponga che in seguito ad una giornata di pioggia, le umidità
della ghiaia (ug) e della sabbia (us)
risultino:
ug = 3%
us = 6%
a fronte di valori di assorbimento costanti che sono:
uga = 1%
usa = 0,5%.
Essendo per entrambi gli inerti l'umidità maggiore dell'assorbimento
si verificherà una cessione di acqua all'impasto da parte degli
inerti bagnati. La quantità di acqua ceduta dalla ghiaia è:ù
| 101 |
: |
103 |
= |
1100 |
: |
g' |
[3] |
| (ssa) |
|
(bagnata) |
|
(ssa) |
|
(bagnata) |
dove:
- 101 è la massa di ghiaia in ssa per 100 kg di ghiaia
secca (questo è infatti il significato di uga = 1%
secondo l'equazione [1])
- 103 è la massa di ghiaia bagnata per 100 Kg di ghiaia secca
(questo è infatti il significato di ug = 3% secondo
l'equazione [2])
- 1100 è la massa di ghiaia s.s.a. per 1 m3 di
calcestruzzo secondo il mix-design, cioè g;
- g' è la massa di ghiaia come disponibile (cioè bagnata)
che dovremo introdurre in 1 m3 di impasto per
assicurare la presenza di 1100 kg/m3 di ghiaia in
condizione di s.s.a. come richiesto dal mix-design.
Calcolando g' attraverso la proporzione [3] si ottiene:
|
|
|
103 |
|
103 |
= 1122 kg/m3 |
|
|
g' |
= |
g |
----- |
= 1100 |
----- |
[4] |
|
|
|
101 |
|
101 |
|
In altre parole occorre pesare 1122 Kg di ghiaia bagnata per
introdurre 1100 Kg di ghiaia s.s.a. come da mix-design; la
differenza 1122-1100 = 22 Kg rappresenta l'acqua introdotta
surrettiziamente attraverso la ghiaia bagnata.
Applicando gli stessi calcoli alla sabbia anch'essa bagnata (s')
si ottiene
|
|
106 |
|
106 |
= 844 kg/m3 |
|
|
s1 |
= s |
----- |
= 800 |
----- |
[5] |
|
|
100.5 |
|
100.5 |
|
Anche in questo caso è necessario introdurre più sabbia bagnata
(844 Kg) per assicurare la presenza di 800 Kg di sabbia in condizione
di s.s.a.. La differenza 844-800 = 44 Kg rappresenta l'acqua
introdotta con la sabbia bagnata.
Pertanto l'acqua introdotta con l'impiego degli inerti bagnati
diventa:
22 + 44 = 66 kg/m3
e questo quantitativo dovrà essere sottratto a quello previsto dal
mix-design (200 kg/m3) con l'impiego di inerti in
condizione di s.s.a.; l'acqua da introdurre come liquido in
betoniera (a') sarà pertanto 200 - 66 = 134 kg/m3.
A seguito di questi calcoli, fondamentalmente basati sulle misure di
umidità dei due inerti (3% e 6%) la composizione del calcestruzzo per
rispettare le prestazioni previste dal mix-design diventa:
Come si può vedere la costanza di qualità, in termini di Rck=
25 MPa e di slump = 150 mm, si può ottenere tenendo sotto
costante controllo l'umidità degli inerti per apportare le necessarie
modifiche nelle pesate di acqua, di sabbia e di ghiaia finalizzate al
mantenimento effettivo nella quantità di a e di a/c, e
quindi delle prestazioni.
Modifica delle pesate degli
ingredienti rispetto al mix-design
Anche il diametro massimo e la granulometria dell'inerte
possono influenzare la richiesta d'acqua (a) per ottenere una
determinata lavorabilità.
La correlazione tra diametro massimo e contenuto di acqua (a)
per una determinata lavorabilità va sotto il nome di "regola
di Lyse" (si veda Enco Journal n° 1: la Tabella 2
dell'articolo ""A come Acqua: fatti e misfatti sui
cantieri") è così sintetizzabile: maggiore è il
diametro massimo dell'aggregato, minore è la richiesta di acqua per
una determinata lavorabilità. Ciò significa, ai fini della
costanza di qualità, che la diminuzione del diametro massimo a
seguito, per esempio, di un cambiamento nella fornitura di inerti deve
comportare l'aumento nell'acqua di impasto (a) per tener
costante la lavorabilità e conseguentemente, a pari a/c per tenere
costante Rck, un proporzionale aumento nel dosaggio
di cemento (c).
A parità di diametro massimo, la variazione di curva granulometrica
può comportare una modifica nell'acqua (a) e quindi anche di c
per mantenere costanti rispettivamente la lavorabilità e la
resistenza meccanica.
Fig.3 - Variazione granulometrica nell'inerte.
Nella Fig. 3 è mostrato schematicamente la variazione di
granulometria rispetto alla curva A assunta come riferimento per la
produzione costante di calcestruzzo. Se, per esempio a seguito
dell'impiego di una sabbia più fine, la curva granulometrica diventa B,
anziché A in Fig. 3, ci si può aspettare una maggiore
richiesta d'acqua e quindi un maggior contenuto di cemento (a pari a/c)
per mantenere costante la Rck oltre allo slump.
Per contro, l'adozione di una sabbia più grossa comporta una curva
granulometria C, anziché A in Fig. 3: diminuirà allora
la richiesta d'acqua (a) e si potrà anche ridurre il dosaggio
di cemento (a pari a/c) per mantenere costanti slump ed Rck
purché non si manifestino fenomeni di segregazione e bleeding
con conseguenze negative sulle caratteristiche di pompaggio e di getto
(si veda il capitolo finale dell'articolo ""B come
Bleeding: acqua in superficie ma anche sotto" in Enco
Journal N° 2 oppure si consulti www.enco-journal.com=>L'archivio:
il meglio di Enco Journal =>L'ABC...... del calcestruzzo).
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