RIASSUNTO

In questo lavoro viene presentato uno studio comparativo sull’aderenza alla matrice cementizia degli aggregati naturali e di quelli riciclati da calcestruzzo demolito. L’obiettivo principale è quello di ottenere informazioni sui livelli di aderenza matrice-aggregato per analizzare a posteriori i meccanismi di frattura nel calcestruzzo con inerti riciclati. Questo studio fa parte di un progetto più ampio che tiene conto del crescente interesse nel riutilizzo dei materiali da costruzione. Le variabili analizzate includono, tra le altre, la superficie di aderenza (fratturata o liscia) ed i livelli di resistenza meccanica della nuova matrice cementizia e quella del calcestruzzo riciclato per produrre gli aggregati.

Il calcestruzzo è un materiale eterogeneo in cui una matrice cementizia porosa circonda un complesso di materiali lapidei (aggregati) di diversa rigidità e dimensione, e distribuito in forma aleatoria. Tra la matrice e gli aggregati esistono zone di transizione (interfaccia) le cui proprietà sono diverse da quelle della matrice. Queste zone di transizione costituiscono le zone di maggior debolezza del calcestruzzo, che controlla il processo di frattura del materiale sollecitato.

Vari lavori hanno dimostrato il ruolo delle zone di transizione nel comportamento meccanico del calcestruzzo e la influenza della resistenza delle materie prime che compongono il conglomerato (malta e aggregato).

Gli effetti della zona di transizione giustificano le differenze nel meccanismo di rottura del calcestruzzo convenzionale e di quello ad alta resistenza (1-2).

L’adesione tra matrice ed aggregato dipende dalle caratteristiche della matrice. Questa influenza dipende anche dal tipo di aggregato e dalla sua tessitura superficiale, dalla presenza di aggiunte minerali e additivi chimici, dall’aria inglobata, ecc. Nel caso degli aggregati con superficie liscia le fessure, a seguito di sollecitazione, si propagano principalmente lungo la superficie degli aggregati stessi. Nel caso di aggregati con tessitura superficiale più ruvida, le fessure possono svilupparsi anche attraverso la matrice e, in alcuni casi, anche attraverso i granuli dell’aggregato. Le superfici degli aggregati frantumati hanno, in genere, maggiore adesione alla matrice cementizia che non quelle lisce degli aggregati alluvionali, anche se i valori variano ampiamente con il tipo di roccia (3-5).

In aggregati con maggiori assorbimento, come la pietra quarzitica o le argille espanse, l’adesione può aumentare in forma considerevole. Rispetto a questo argomento, gli aggregati ottenuti a partire dal calcestruzzo riciclato presentano un maggiore assorbimento di acqua per la presenza di malta che aderisce all’aggregato originale (6-7). Per questo motivo si è trovato che l’adesione alla nuova matrice cementizia degli aggregati da calcestruzzo riciclato è molto elevata (8).

Lo studio del comportamento del calcestruzzo con aggregati riciclati acquista interesse in quanto la migliore adesione alla nuova matrice cementizia nella zona di transizione è controbilanciata dalla minore resistenza meccanica degli aggregati riciclati. Alcuni ricercatori indicano che nel calcestruzzo con aggregati riciclati, le fessure si propagano con pari frequenza attraverso le interfacce malta-aggregato o attraverso la stessa. Nei calcestruzzi con basso rapporto a/c la resistenza meccanica e l’adesione del giunto malta-aggregato con la nuova matrice cementizia supera la resistenza della vecchia malta riciclata e delle interfacce malta-aggregato, provocando la formazione di fessure attraverso gli aggregati riciclati (8).

L’obiettivo di questo lavoro è quello di ottenere informazioni sui livelli di adesione ottenibili con aggregati riciclati al fine di analizzare i meccanismi di frattura nel calcestruzzo con riciclati aggregati rispetto a quelli conseguibili con aggregati naturali.


ESPERIENZE

In accordo all’obiettivo del lavoro, si è valutata l’adesione di una malta di resistenza normale e di una malta ad alta resistenza meccanica a diversi aggregati riciclati, tenendo contro delle varie tessiture superficiali. Inoltre gli aggregati sono stati caratterizzati in termini di resistenza meccanica, assorbimento e densità.

Metodologia di prova
Per la determinazione dell’adesione matrice-aggregato, sono stati impiegati prismi di sezione da 25 mm, formati da matrice (malta) e aggregato naturale o riciclato con differenti tessiture superficiali; i prismi sono stato sottoposti a flessione con carico centrale, con una luce fra appoggi di 63 mm. Nella Fig. 1 è mostrato lo schema della prova del carico applicato (3-5).
Il provini sono stati stagionati in acqua satura di calce fino al tempo della prova (14 giorni). Inoltre, allo stesso tempo delle prove di aderenza si è misurata la resistenza a flessione della malta (matrice). Precedentemente era stata determinata la resistenza dell’aggregato usando prismi di uguali dimensioni. Tutte le prove sono state realizzate applicando una deformazione controllata impiegando una velocità di deflessione di 0,2 mm/min.

Fig. 1 - Prove di aderenza matrice-aggregato.

Materiali e miscele
Gli aggregati sono stati ottenuti a partire dal calcestruzzo riciclato e da pezzi di roccia (granito). Sono stati selezionati aggregati naturali e diversi aggregati riciclati. Fra loro questi: un calcestruzzo riciclato di origine sconosciuta; due calcestruzzi riciclati con rapporto a/c di 0,30 e 0,50; due malte riciclate con rapporto a/c di 0,35 e 0,50. Sono state inoltre determinate la resistenza meccanica, l’assorbimento di acqua a 24 ore, la densità dei materiali in condizione di saturazione a superficie asciutta (s.s.a.). Nella Tabella 1 sono mostrate le caratteristiche dei diversi tipi di aggregati utilizzati.
Per quanto attiene ai valori di assorbimento e di densità (s.s.a.), si osserva un maggiore assorbimento di acqua negli aggregati riciclati ed una maggiore densità nell’aggregato naturale (granito). Analizzando gli aggregati riciclati, si osserva che l’assorbimento è minore nel calcestruzzo che nella malta, mentre il contrario avviene per la densità. Come era prevedibile si osserva un maggiore modulo di rottura nell’aggregato granitico.
Nel caso dei calcestruzzi e delle malte riciclate i prismi con sezione da 25 mm sono stati ottenuti per mezzo di un taglio con sega diamantata. Anche i blocchi di granito sono stati così riprodotti per ottenere i provini prismatici.
I prismi di roccia di calcestruzzo o di malta riciclata sono stati successivamente selezionati con il proposito di ottenere le differenti tessiture superficiali. Per ottenere una determinata tessitura superficiale sono state applicate differenti tecniche: taglio, sabbiatura e frattura. Per i calcestruzzi sono state utilizzate superfici tagliate e fratturate. Le superfici tagliate (T), ottenute per mezzo di taglio con disco diamantato, sono caratterizzate da una superficie liscia. I provini fratturati (F) sono stati ottenuti dalla prova di flessione dei prismi. Nel caso dei calcestruzzi riciclati sono state osservate superfici con tessitura ruvida che cambiava per la presenza degli aggregati originali. Nel caso delle malte sono stati utilizzati provini con superfici fratturate, anche essi risultanti dalla prova di flessione; non si sono registrati gradi di ruvidità molto diverse. Nel caso del granito (3) sono state ottenute superfici con una ruvidità simile alla pietra originale per mezzo della sabbiatura delle superfici dei provini previamente tagliati con sega (S).
Per la confezione dei provini formati da aggregato sono state utilizzate due tipi di malta: uno con rapporto a/c = 0,50 (malta di resistenza normale) e altro con rapporto a/c = 0,35 (malta di alta resistenza). In entrambi i casi si è usato un cemento con filler calcareo. Nel caso della malta con rapporto a/c di 0,35, si è raggiunta la fluidità desiderata utilizzando un additivo superfluidificante, ed un agente viscosizzante destinato alla produzione di calcestruzzo autocompattante.
La Tabella 2 mostra le composizioni delle malte per ogni rapporto a/c. Sono state impiegate una sabbia fina (modulo di finezza di 1,49) ed una sabbia grossa (modulo di finezza di 2,69). Nella malta convenzionale è stata utilizzata una miscela con 80% di sabbia grossa e 20% di sabbia fina, per ottenere un modulo di finezza di 2,45. Nella malta più fluida si è utilizzata una proporzione di 60% di sabbia grossa e 40% di sabbia fina.

Programma di prove

Sono stati prodotti i provini di malta M1 (resistenza convenzionale) e di tutti gli aggregati disponibili, per valutare sia il diverso comportamento degli aggregati naturali e di quelli riciclati, sia l’influenza sul comportamento delle diverse tessiture superficiali (principalmente T/F). Analogamente sono stati prodotti i provini con malta di elevata fluidità (M2-1 ed M2-2) ed i diversi tipi di aggregati (G, Cs, Ca e Cb), senza valutare in questo caso l’effetto della tessitura superficiale. La Tabella 3 mostra il programma di prove.

RISULTATI ED ANALISI

Aderenza matrice-aggregato
Nella Tabella 4 sono mostrati i risultati di resistenza meccanica a flessione delle malte (MMR), di modulo di rottura delle interfacce (IMR), e l’adesione tra le interfacce che è calcolata come il modulo di rottura dell’interfaccia (IMR) diviso il modulo di rottura delle malte (MMR). I valori sono la media di un minimo di 10 determinazioni. E’ mostrato il coefficiente di variazione (COV), che è sotto il 10% nel caso di MMR e molto maggiore nel caso delle interfacce. Sono anche mostrati i rapporti dei valori di adesione sulle superfici tagliate rispetto a quelle fratturate (T/F).
I valori indicati evidenziano la maggiore debolezza dell’interfaccia tra le due fasi componenti (malta ed aggregato), evidenziata attraverso un minore modulo di rottura (IMR): Per quanto concerne il tipo di aggregato, si osservano maggiori valori di adesione all’interfaccia nel caso degli aggregati riciclati.
Valutando i rapporti IMR/MMR si evidenzia che l’adesione matrice-aggregato oscilla fra 0,35 e 0,76 a seconda della natura dell’aggregato e della loro tessitura superficiale. Con gli aggregati riciclati le superfici fratturate sviluppano una maggiore adesione che non quelle tagliate, e ciò è dovuto alla maggiore ruvidità delle prime rispetto alle seconde. I valori tra l’adesione delle superfici tagliate (T) e quelle fratturate (F) si trovano fra 0,69 e 0,80, e questi valori risultano maggiori di quelli determinati (0,40) con l’aggregato granitico naturale in un precedente lavoro (5).

CONCLUSIONI

Lo studio sperimentale ha evidenziato che l’adesione matrice cementizia-aggregato da calcestruzzo riciclato è maggiore o uguale a quella determinata con gli aggregati naturali maggiormente impiegati nella regione (granitici). Con le superfici tagliate si sono trovati valori di adesione minori rispetto a quelli delle superfici fratturate, e questa differenza è maggiore di quella incontrata per gli aggregati di granito naturale.

BIBLIOGRAFIA

(1) Zerbino, R. “Adherencia matriz-agregado, mecanismos de deformación y rotura en hormigón”, 1er Cong. Int. Tecnología del Hormigón, Argentina, AATH, 1998, pp. 135-148.

(2) Giaccio, G. and Zerbino, R., “Failure mechanism of concrete: Combined effects of coarse aggregates and strength level”, Advanced Cement Based Materials, Evanston Illions, Elsevier Ed., USA, vol. 7, Nº 1, 1998, pp. 41-48.

(3) Giaccio, G., Giovambattista, A. y Zerbino, R., “Adherencia en las interfaces agregado-matriz”, Revista Hormigón 18, AATH, 1990, pp. 19-30.

(4) Giaccio, G. y Zerbino, R., “Interfaces en el hormigón: Efecto de la textura del agregado”, Revista Hormigón 31, AATH, 1997, pp. 23-33.

(5) Giaccio, G., Zerbino, R. y Giovambattista, A., “Adherencia agregado-matriz”, Colloquia 85, Memorias “A”, Tecnología de Materiales, Tomo I, 1985, pp. 251-262.

(6) Cúneo Simián, H. y Durán, G., “Propiedades mecánicas y físicas de hormigones con agregados reciclados”, Proc. XII Reunión Técnica AATH, La Plata, 1995, pp. 291-304.

(7) Di Maio, A:, Giaccio, G. y Zerbino, R. “Hormigones con agregados reciclados”, Ciencia y Tecnología del Hormigón, N° 9, 2002, pp. 5-10.

(8) Rasheeduzzafar and Khan, A., ”Recicled Concrete - A Source for New Aggregate”, Journal Cement, Concrete and Aggregates, ASTM Journal, Vol. 6, Nº 1, 1984, pp. 17-27.