CALCESTRUZZI INNOVATIVI

Antonio Borsoi, Silvia Collepardi, Roberto Troli Enco, Engineering Concrete, Via Lazzaris 7, 31027 Spresiano (TV) info@encosrl.it

1. INTRODUZIONE
Rispetto ai calcestruzzi tradizionali, i nuovi conglomerati cementizi [1] grazie alla disponibilità di nuove materie prime, consentono di raggiungere prestazioni enormemente maggiori in termini di applicazioni sul cantiere e di vita utile in servizio, oltre che di resistenza meccanica.
Sono stati studiati tre specifici conglomerati:

a) SCC* per un'opera di architettura
b) HPC* per un'opera di ingegneria strutturale
c) RPC* per un'opera di ingegneria ambientale

* SCC:Self-Compacting Concrete; HPC: High Performance Concrete; RPC: Reactive Powder Concrete

1) elevata fluidità in termini di slump flow ³ 65 cm dopo 1 ora a 30°C;
2) resistenza caratteristica: R_ck ³ 35 MPa;
3) impermeabilità in termini di penetrazione di acqua secondo ISO DIS 7031 £ 20 mm;
4) ottimo facciavista del calcestruzzo messo in opera in assenza di vibrazione.

Per soddisfare tuttu questi requisiti è stata adottata la composizione riportata in Tabella 1.
Le prestazioni realmente ottenute sono mostrate nella Tabella 2 e sono tutte in grado di soddisfare i primi tre requisiti prestazionali richiesti dai progettisti dell'opera.

Tabella 1 - Composizione del materiale SCC. CEM II/B-L Bianco 400 kg/m3 Ghiaia 2-16 875 kg/m3 Sabbia 0-2 440 kg/m3 Sabbia fine 430 kg/m3 Filler calcareo 100 kg/m3 Acqua 180 kg/m3 Superfluidificante acrilico 9,6 kg/m3 Agente viscosizzante 0,12 kg/m3 RAPPORTO A/C 0,45 Tabella 2 -Prestazioni ottenute sull'SCC. Massa volumica a fresco 2417 kg/m3 Aspetto del calcestruzzo Coesivo Slump Flow nel tempo a 30°C (cm) 0 min 70 30 min 68 60 min 65 Resistenza meccanica a compressione a 20°C (MPa) in funzione del tempo in giorni 1 g 17,2 7 gg 35,3 14 gg 39,4 28 gg 43,0 Penetrazione d'acqua ISO-DIS 7031 6 mm Fig. 1 - Le vele bianche in SCC in fase di esecuzione per la Chiesa S. Pietro Apostolo di Pescara.

La Fig. 1 illustra esemplificativamente l'eccellente facciavista ottenuto con l'SCC messo in opera in assenza di vibrazione. Grazie alle particolari caratteristiche reologiche dell'SCC allo stato fresco, è quindi possibile soddisfare anche il quarto requisito richiesto dai progettisti.

3. HPC PER STRUTTURE ULTRARESISTENTI
Per il World Trade Center di S. Marino è stato richiesto un calcestruzzo che, accanto a quelle tipiche di un SCC illustrato nel paragrafo precedente, presentasse un'elevata resistenza meccanica a compressione. Questi sono i requisiti richiesti per l'opera:

1) elevata fluidità in termini di slump flow ³ 60 cm dopo 1 ora;
2) resistenza meccanica: ³ 65 MPa a 21 giorni e 80 MPa a 28 gg.;
3) modulo elastico ³ 40.000 MPa;
4) ritiro igrometrico £ 500 mm/m a due mesi dal getto;
5) uniformità in termini di massa volumica, modulo elastico e resistenza meccanica da valutare su "carote" estratte da un getto di campo.

La Tabella 3 mostra la composizione adottata e le prestazioni ottenute. Queste ultime sono tutte in linea ai primi quattro requisiti richiesti.
Su una "carota" estratta da un getto di calcestruzzo spesso 150 cm e messo in opera senza vibrazione sono state misurate la massa volumica M_v, il modulo elastico dinamico (E_d), determinato con la misura della velocità delle onde ultrasoniche, oltre che la resistenza meccanica R_cil a 21 giorni dal getto (Fig. 2).

Tabella 3 - Composizione e prestazioni dell'HPC. Cemento CEM I 42.5 R 465 kg/m3 Fumo di silice 65 kg/m3 Acqua 175 kg/m3 Ghiaia 15-22 195 kg/m3 Ghiaino 6-15 720 kg/m3 Sabbia 0-6 710 kg/m3 Superfluid. acrilico (% cem - f.s.) 4,6 a/(cem+fumo di silice) 0,33 Slump flow da 5 a 60 min (cm) 73-60 Rcm (MPa) a: 1 g 50 28 gg 95 Ritiro igrometrico a 60 gg (mm/m) 380 Modulo elastico dinamico a 28 gg 45.000 MPa Fig. 2 - Misura di massa volumica (Mv), di modulo elastico dinamico (Ed) e di resistenza meccanica (Rcil) su spezzoni di carota estratta dalla struttura a 21 gg. dal getto.

I valori ottenuti su vari spezzoni della carota confermano la eccellente uniformità dei risultati ottenuti sul calcestruzzo della struttura, in accordo con quelli determinati sui provini del materiale.

4. RPC PER RIFIUTI NUCLEARI
Il conglomerato, studiato per una ricerca destinata ad individuare un materiale ultra-durabile (3 secoli) per ospitare affidabilmente le scorie radioattive di impianti nucleari dismessi, prevedeva i seguenti requisiti prestazionali particolarmente impegnativi soprattutto in termini di resistenza meccanica e duttilità:

1) resistenza meccanica a compressione (R_c) ³ 200 MPa;
2) resistenza meccanica a flessione (R_f) ³ 50 MPa;
3) modulo elastico statico a compressione (E_s) ³ 60 GPa;
4) energia di frattura (E_f) determinata dalla curva s-e ³ 40 kJ/m²;
5) durabilità in terreno solfatico.

La composizione adottata per il raggiugimento di questi obiettivi è mostrata in Tabella 4. Il cemento, di tipo ferrico a basso tenore di C₃A è stato prescelto per la sua intrinseca resistenza all'attacco dei solfati dell'ambiente. Questo cemento, unitamente al bassissimo rapporto acqua /(cemento+fumo di silice) di 0,20, è in grado di soddisfare lo speciale requisito della durabilità per almeno tre secoli.
I requisiti meccanici ottenuti sono tutti in linea con i requisiti richiesti.
La maggiore duttilità dell'RPC - in termini di elevata energia di frattura - rispetto all'HPC è dovuta principalmente alla presenza di fibre in acciaio con rapporto d'aspetto (Lunghezza/diametro = L/d=72) molto elevato disperse in una matrice cementizia con microstruttura priva sostanzialmente di microporosità capillare (Fig. 3).

Tabella 4 - Composizione e prestazioni dell'RPC.

5. CONCLUSIONI
I risultati mostrati in questo articolo presentano le straordinarie prestazioni conseguibili con i calcestruzzi "innovativi" sviluppati in questi recenti anni.
In particolare l'SCC, per la facilità di messa in opera indipendentemente dalla qualità della manodopera oggi disponibile in cantiere, si sta affermando in diverse applicazioni pratiche. Quella qui presentata rappresenta un caso particolare per la richiesta di una superficie molto pregiata dal punto di vista estetico.
Il calcestruzzo HPC e soprattutto quello RPC rappresentano, invece, dei materili da costruzione di "nicchia" per il settore dell'ingegneria civile, mentre potrebbero avere - soprattutto l'RPC - interessanti applicazioni come materiale per l'ingegneria meccanica, chimica ed ambientale.
L'RPC studiato in questo lavoro è appunto destinato al settore dell'ingegneria ambientale per la protezione delle scorie radioattive provenienti da impianti nucleari dispessi e da allocare in siti sicuri ed affidabili, ancorchè potenzialmente aggressivi per l'elevato tenore in solfato del terreno.

BIBLIOGRAFIA

1. M. Collepardi, Il Nuovo Calcestruzzo, 2^ Edizione, Ed. Tintoretto, pp. 1-284, 2000.
2. M. Collepardi, A Very Close Precursor of Self-Compacting Concrete (SCC), Symposium on Sustainable Development and Concrete Technology, S. Francisco (USA), pp. 431-450, Suppl. Vol., 2001.
3. S. Collepardi, L. Coppola, R. Troli and M. Collepardi, Mechanism of Actions of Different Superplasticizers for High-Performance Concrete, Proceedings of the Second CANMET/ACI Conference on "High-Performance Concrete. Performance and Quality of Concrete Structures", Gramato (Brazil), pp. 503-523, 1999.
4. S. Collepardi, L. Coppola, R. Troli and M. Collepardi, Mechanical Properties of Modified Reactive Powder Concrete, Proceedings of the Fifth Conference on Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, ACI Publication SP-173, Rome (Italy), pp. 1-21, 1997.
5. S. Collepardi, L. Coppola, R. Troli, P. Zaffaroni and M. Collepardi, Influenza del tipo di superfluidificante sulla resistenza a compressione delle malte a polvere reattiva, Atti del IV Congresso AIMAT, Cagliari, pp. 454-463, 1998.
6. S. Monosi, G. Pignoloni, S. Collepardi, R. Troli and M. Collepardi, Modified Reactive Powder Concrete with Artificial Aggregate, Proceedings of the Sixth CANMET/ACI Conference on Superplasticizers and Other Chemical Admixtures, Nice (France, pp. 447-459, 2000.
7. S. Collepardi, Calcestruzzi fibro-rinforzati a polvere reattiva con caratterizzazioni chimico-fisiche e strutturali, Tesi di Laurea, Relatori: Prof. Dina Festa e Prof. Antonio Bernardini, Università di Padova, 1996.