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IL
RUOLO DELLA SILICE ATTIVA
Il problema dell'eliminazione del rischio di degrado per reazione
alcali-silice (Alkali-Silica Reaction, ASR) nelle pavimentazioni
industriali (Fig. 1) con strato antiusura non è di facile soluzione.
E' evidente che l'eliminazione del rischio potrebbe essere ottenuta
ricorrendo, per il confezionamento del calcestruzzo, all'impiego di
aggregati sani, privi di forme mineralogiche potenzialmente reattive.
Purtroppo, però, questo non sempre è possibile, in quanto
significherebbe approvvigionarsi di aggregati in cave distanti anche
diverse centinaia di chilometri con un sensibile aumento del costo
del calcestruzzo. Questa, tuttavia è una strada già
perseguita da alcuni produttori di calcestruzzo, soprattutto nell'area
riminese, che si riforniscono di aggregati via mare dalla vicina Croazia,
dove fortunatamente le formazioni geologiche sono costituite da calcari
quasi puri non contenenti selce amorfa reattiva.
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Fig.
1 - Frammenti di calcestruzzo (pop-out) espulsi dalla superficie
di pavimenti contenenti aggregati reattivi: i frammenti sono
stati capovolti rispetto alla loro posizione nei pavimenti.
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Al di
là del costo aggiuntivo per l'approvvigionamento di aggregati
alternativi più costosi, occorre mettere in evidenza la pratica
impossibilità di stabilire, mediante prove preliminari (analisi
petrografica, prove di espansione su prismi di malta o calcestruzzo),
l'assoluta assenza di rischio di reazione di un determinato aggregato
in un ambiente ad alto tenore di alcali come quello che si realizza
tra strato antiusura e pavimento in calcestruzzo. Infine, la maggior
parte delle prove più attendibili per la valutazione della
potenziale reattività dell'aggregato richiedono tempi piuttosto
lunghi (almeno tre mesi).
E' possibile, quindi, che in occasione di una variazione della geologia
del banco di estrazione (il contenuto di selce può variare
con estrema erraticità), non ci sia la pratica possibilità
di stabilire se gli aggregati siano o meno reattivi prima che essi
vengano impiegati nel calcestruzzo.
Per i motivi sovraesposti, il problema dell'eliminazione della reazione
alcali-aggregato deve essere risolto ricorrendo ad uno sforzo congiunto
delle varie figure coinvolte nella realizzazione delle pavimentazioni
in calcestruzzo antiusura.
IL RUOLO DELL'UMIDITA'
Una soluzione al problema della reazione alcali-aggregato può
ricercarsi in quei provvedimenti che consentono di mantenere asciutta
la pavimentazione. L'assenza di acqua, infatti, consentirebbe "una
pacifica convivenza" degli aggregati reattivi con gli alcali.
Nella pratica questa condizione può essere ottenuta predisponendo
al di sotto della lastra di calcestruzzo una barriera a vapore, in
forma di fogli di polietilene, in grado di impedire la risalita capillare
di umidità nella pavimentazione. E' evidente che questo provvedimento
risulterà efficace solo se gli ambienti circostanti la pavimentazione
non sono caratterizzati da lavorazioni che determinano un'elevata
U.R. dell'aria oppure presenza di acqua a contatto con la superficie
del pavimento. Allo stesso modo, l'impiego della sola barriera a vapore
non risulterebbe sufficiente se la normale pulizia della pavimentazione
venisse effettuata mediante lavaggi con acqua (di solito i pop-out
si manifestano proprio in concomitanza con questi lavaggi). In queste
situazioni la soluzione al problema della reazione alcali-aggregato
è rappresentata dalla predisposizione tra sottofondo e lastra
di una barriera a vapore (eventualmente coperta da uno strato di sabbia)
unitamente all'applicazione sulla superficie della pavimentazione
di un rivestimento epossidico (Fig. 2). In questo modo la risalita
di umidità dal sottofondo viene impedita dalla barriera a vapore
mentre il rivestimento epossidico evita il contatto con l'acqua e
l'umidità dell'ambiente circostante la superficie della pavimentazione.
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Fig.
2 - Tipici sollevamenti (pop-out) dello strato di antiusura
provacati dalla reattività dell'aggregato nel substrato
di calcestruzzo
("Il nuovo calcestruzzo, M.Collepardi, Ed. Tintoretto).
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IL
RUOLO DEL CONTENUTO DI ALCALI
L'eliminazione del rischio della reazione alcali-aggregato, invece,
non può essere conseguita soltanto attraverso l'impiego di
un cemento a basso tenore di alcali nella miscela utilizzata per la
realizzazione dello strato antiusura. Infatti, pur ricorrendo all'impiego
di un cemento con un tenore di alcali (ad esempio 0,5% come Na2O
equiv.) inferiore allo 0,6% (limite suggerito dalle norme britanniche)
il quantitativo di alcali nello strato antiusura (4 kg/m3)
risulterebbe comunque superiore al limite (2-3 kg/m3) di
sicurezza per la reazione alcali-aggregato a causa dell'alto tenore
di cemento nello strato anti-usura (700-800 kg/m3).
E' evidente, quindi, che la soluzione alla reazione alcali-aggregato
va ricercata attraverso un'azione "combinata" che coinvolga
- in termini di provvedimenti da adottare - sia lo strato indurente
che la sottostante pavimentazione in calcestruzzo.
Nell'ipotesi di non assoluta certezza dell'assenza di aggregati alcali-reattivi
nella lastra di calcestruzzo, l'obiettivo che si deve perseguire per
diminuire il rischio dell'alcali-reazione è quello di ridurre
la concentrazione di alcali in prossimità dei granuli di aggregato
che si trovano all'interfaccia strato antiusura-pavimento in conglomerato
cementizio.
IL RUOLO DELLA POZZOLANA
In quest'ottica, un primo provvedimento da adottare è quello
di confezionare il calcestruzzo impiegando pozzolana, cenere volante,
loppa d'altoforno, etc., in sostituzione di parte della sabbia. In
questo modo gli alcali dello strato indurente - che in assenza della
pozzolana nel calcestruzzo della pavimentazione sono impegnati esclusivamente
nella reazione con la silice amorfa degli aggregati reattivi (Fig.
3a) - vengono in parte impegnati con la silice della pozzolana o della
loppa (Fig. 3b) omogeneamente distribuita nella matrice cementizia.
Tuttavia, questo provvedimento potrebbe da solo non risultare sufficiente
per eliminare la manifestazione del degrado in quanto, se il quantitativo
di alcali nello spolvero è elevato, ancorché parte di
questi siano impegnati nella reazione con la silice della pozzolana,
la concentrazione di alcali in prossimità degli aggregati potenzialmente
reattivi potrebbe risultare ancora sufficiente per dar luogo al fenomeno
del pop-out. Pertanto, per diminuire ulteriormente il rischio
di degrado per ASR, è necessario che, oltre a confezionare
il calcestruzzo della lastra con pozzolana, lo strato indurente venga
realizzato con un cemento a basso tenore di alcali (Fig. 2c). In questo
modo, gli alcali presenti nello spolvero in concentrazione ridotta
risulteranno per lo più impegnati nella reazione con la silice
della pozzolana, riducendo la loro presenza in prossimità degli
aggregati reattivi e, conseguentemente, limitando il pericolo di degrado
della pavimentazione per formazione dei dannosi ed antiestetici pop-out
(Fig. 1). Tuttavia, la soluzione migliore - quella cioè che
offre le maggiori garanzie - per la risoluzione del problema dell'alcali-reazione
consisterebbe (Fig. 3d):
· nel confezionamento del calcestruzzo con cenere volante in
sostituzione di parte della sabbia;
· nell'aggiunta di cenere volante alla miscela (cemento Portland/aggregato
duro) per la realizzazione dello strato antiusura.
Questa soluzione consentirebbe di "impegnare" gli alcali
(sia quelli dello strato antiusura che quelli del calcestruzzo) con
la cenere volante sottraendoli, quindi, alla reazione con gli aggregati
del calcestruzzo contenenti eventuali forme pericolose di silice amorfa.
Si ritiene che il rischio della reazione alcali-aggregato venga annullato
allorquando nell'impasto siano presenti almeno 50 grammi (circa) di
cenere per ogni grammo di alcali (espressi come Na2O equiv.)
in eccesso rispetto allo 0,5%. E' utile segnalare che la soluzione
proposta sembra incontrare qualche resistenza da parte dei pavimentisti,
i quali sostengono che gli spolveri contenenti cenere volante non
sarebbero di pratico utilizzo, in quanto caratterizzati da una velocità
di indurimento minore rispetto alle miscele di solo cemento Portland
e quarzo. Gli spolveri con pozzolana, cioè, rischierebbero
di allungare i tempi di incorporo nella lastra in calcestruzzo con
il pericolo di dover effettuare queste operazioni a notte inoltrata.
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Fig.
3 - Tipici rischi di ASR nelle pavimentazioni industriali:
a) Elevata concentrazione di alcali ed alto rischio di degrado
per ASR in prossimità degli aggregati reattivi in presenza
di strato antiusura ad alto tenore di alcali e pavimento in
calcestruzzo di cemento Portland;
b) Alta concentrazione di alcali e rischio medio-alto di reazione
per ASR in prossimità degli aggregati in presenza di
strato antiusura ad alto tenore di alcali e calcestruzzo di
cemento Portland con pozzolana in parziale sostituzione delle
sabbia;
c) Bassa concentrazione di alcali e rischio medio-basso di degrado
per reazione ASR in prossimità degli aggregati reattivi
in presenza di strato antiusura a basso tenore di alcali e calcestruzzo
di cemento Portland con pozzolana in parziale sostituzione della
sabbia;
d) Basso rischio di degrado per reazione ASR in prossimità
degli aggregati reattivi in presenza di strato antiusura in
cui parte del cemento Portland ad alto tenore di alcali è
sostituito dalla cenere volante e calcestruzzo di cemento Portland
con pozzolana in parziale sostituzione della sabbia.
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A tal
proposito, tuttavia, si possono fare le seguenti considerazioni:
- attualmente
vengono impiegate per gli spolveri miscele aggregato:cemento Portland
in rapporto variabile da 1:1 (50% quarzo e 50% cemento Portland)
a 2:1 (67% quarzo e 33% cemento);
- ad
esempio, l'impiego di una miscela costituita circa dal 60% di quarzo
e 7% di cenere volante e 33% di cemento consentirebbe di lasciare
immutata la velocità di indurimento dello strato antiusura,
essendo la miscela caratterizzata da un contenuto di cemento uguale
a quello contenuto in uno spolvero "usuale" (ad esempio
con rapporto aggregato: cemento di 2.1) rispondendo, quindi, alle
necessità dei pavimentisti di incorporare lo strato antiusura
entro la giornata lavorativa.
La miscela
contenente la cenere volante, però, avrebbe il vantaggio di
rendere "innocui" gli alcali apportati dal cemento Portland
utilizzato per la miscela indurente. Infatti, lo strato antiusura
sarebbe caratterizzato (circa) dalla seguente composizione:
· cemento Portland 700 kg/m3
· cenere volante 150 kg/m3
· quarzo 1.250 kg/m3
Nell'ipotesi che il cemento Portland utilizzato contenesse lo 0,9%
di alcali (valore plausibile per i cementi italiani), gli alcali in
eccesso rispetto allo 0,5%, apportati dallo spolvero risulterebbero
pari a: 700 kg/m3 (0,9 - 0,5)/100 = 2,8 kg Þ
2.800 g
Ne consegue che il quantitativo di cenere volante necessario per bloccare
gli alcali in eccesso risulta: 50 g x 2.800 g = 140.000 g Þ
140 kg di cenere volante. Come si può notare, quindi, il quantitativo
di cenere nello strato indurente sopra suggerito (150 kg/m3)
sarebbe sufficiente a neutralizzare l'effetto degli alcali nello spolvero
nei confronti degli aggregati eventualmente reattivi presenti nel
calcestruzzo.
ASPETTI
LEGALI DELLA REAZIONE ALCALI AGGREGATO
Da un
punto di vista strettamente legale la responsabilità del manifestarsi
del fenomeno dell'alcali-reazione nelle pavimentazioni non può
essere attribuita al pavimentista (inteso come figura che realizza
il solo strato antiusura) in quanto non esiste alcuna limitazione
normativa relativamente al contenuto di alcali del cemento utilizzata
per lo spolvero per la realizzazione del calcestruzzo. Per contro,
la normativa relativamente al calcestruzzo delle lastre di pavimentazione,
sia pur non esplicitamente, specifica nel D.M. del 9 Gennaio 1996
al "Punto 2.1 - Calcestruzzo: per quanto non in contrasto
con le presenti norme si potrà fare utile riferimento alla
norma UNI 9858". Quest'ultima a sua volta rimanda - per quanto
attiene alle proprietà degli aggregati - alla norma UNI 8520,
la quale stabilisce che i criteri per la idoneità degli aggregati
debbono essere presi in considerazione anche per il rischio di reazione
alcali-silice.
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