INTRODUZIONE

L’impiego di additivi superfluidificanti è ormai entrato nella pratica comune anche di calcestruzzi di medie prestazioni caratterizzate da Rck di 25-30 MPa. Durante gli ultimi decenni ci sono state notevoli progressi nel settore degli additivi superfluidificanti, passando dal primo introdotto sul mercato a metà degli anni ‘70 del secolo scorso (poli-naftalen-solfonato, PNS) per passare a quelli della ultima generazione come il policarbossilato a base di etere etilenico PE [1].

Nella Fig. 1 è schematicamente mostrato il meccanismo di azione del PNS basato sulla repulsione elettrostatica tra i granuli di cemento per effetto della carica negativa che si instaura su tutte le superfici dei granuli. Nella Fig. 2 è mostrato il meccanismo di azione del PE basato sull’ostacolo fisico (noto come impedimento sterico) tra i granuli di cemento per l’ingombro rappresentato dai “pendagli” a base di catene laterali molto lunghe.

Qualunque sia il meccanismo di azione, l’effetto che ne consegue è documentato dalla Fig.3 che mostra i granuli di cemento in presenza di acqua ed in assenza di additivo (agglomerati in una sorta di “microgrumi” che contengono centinaia di granuli di cemento* e la loro dispersione in agglomerati più piccoli o in singoli granuli di cemento quando alla pasta di cemento è aggiunto un additivo superfluidificante.

*L’agglomerazione dei granuli di cemento in acqua dipende dal fatto che, durante la macinazione del cemento nel mulino della cementeria, si vengono a creare delle cariche elettrostatiche di segno opposto su ogni singolo granulo a causa della frattura delle particelle più grosse che rompe i legami chimici di carattere coulombiano esistenti tra gli atomi dei composti del cemento.

A questo effetto a livello microscopico mostrato in Fig.3, corrisponde una variazione straordinaria a livello macroscopico: a seguito della rottura dei microgrumi di cemento, per effetto del fluidificante, la dispersione che ne deriva fa aumentare enormemente la fluidità dell’impasto sia se si tratta di una semplice pasta cementizia (Fig.4) sia se si tratta del più complesso calcestruzzo (Fig.5). Se nell’impasto additivato si riduce l’acqua, in modo da mantenere la lavorabilità originale dell’impasto senza additivo, si può ridurre il rapporto acqua-cemento (a/c) migliorando la resistenza meccanica, la durabilità,la impermeabilità, ecc.: in questo caso il nome più appropriato per questi additivi sarebbe quello di riduttori d’acqua. Esiste infine una terza possibilità di impiego degli additrivi superfluidificanti: ridurre sia l’acqua che il cemento a pari a/c ed a pari lavorabilità in modo da ridurre il dosaggio di cemento, aumentare il contenuto di aggregato e favorire quindi la formazione di calcestruzzi con meno ritiro igrometrico e minori tensioni di origine termica provocate dal calore di idratazione del cemento [2]. Si può anche fare una combinazione di questi effetti “spalmando” l’effetto degli additivi superfluidificanti sulla riduzione del rapporto a/c e sulla riduzione del dosaggio di cemento.

SCOPO DELLA RICERCA

Lo scopo principale della ricerca è stato quello di valutare se i vantaggi sopra descritti derivanti dall’impego degli additivi superfluidificanti potessero o meno essere enfatizzati da un mescolamento più efficace di quello usualmente adottato in una autobetoniera, cui si affida il compito di miscelare il calcestruzzo fresco anche se essa sia in effetti destinata al solo trasporto del calcestruzzo. Pertanto sono stati mescolati alcuni calcestruzzi, tutti additivati con superfluidificanti, in autobetoniera o in un mescolatore cosiddetto controcorrente nel quale alcune pale rotanti si muovono ad alta velocità e con movimento ciclico contrario al flusso dei materiali (Fig.6) .

RISULTATI E DISCUSSIONE

E’ stato impiegato un cemento di miscela al calcare CEM II-L 32.5 N ed inerti alluvionali con diametro massimo di 32 mm. Le composizione dei quattro calcestruzzi studiati sono mostrate nelle Tabelle 1 e 2. Sono stati impiegati due additivi superfluidificanti: uno a base di PNS in forma di una soluzione acquosa contenente il 40 % di sostanza attiva; il secondo a base di PE in forma di una soluzione acquosa contenente il 20% di sostanza attiva. Il mix realizzato in autobetoniera è contrassegnato con ABT. Quelli prodotti nel mescolatore controcorrente sono contrassegnati da MCC seguito da una lettera (A-B-C)
Il primo impasto (Mix ABT) è stato realizzato in autobetoniera con l’obiettivo di raggiungere una classe di consistenza plastica S2, impiegando circa 300 kg/m3 di cemento con un rapporto a/c di 0,60 e adottando come superfluidificante un additivo del tipo PNS a base di naftalina solfonata dosato all’1% sul peso del cemento (Tabella 1). Questo stesso calcestruzzo replicato nel mescolatore controcorrente è indicato in Tabella 1 come Mix MCC-A.

La principale differenza nelle prestazioni del Mix ABT e del Mix MCC-A consiste nella classe di consistenza che passa da S2 ad S4. L’aumento di slump da 80 a 200 mm è ovviamente dovuto ad un maggior effetto disperdente del superfluidificante PNS quando la miscelazione avviene in un sistema più efficace quale è il mescolatore controcorrente rispetto all’autobetoniera. La Fig. 7 mostra comparativamente due porzioni di pasta cementizia prelevate dal Mix ABT e dal Mix MCC-A e collocate su un vetro trasparente per essere osservate al microscopio ottico : si può osservare come il cemento nella pasta prelevata dal calcestruzzo del mescolatore controcorrente si presenti molto più disperso che non quello presente nella pasta del calcestruzzo mescolato in autobetoniera. Poiché il tipo di mescolamento è il solo parametro cambiato per passare dal Mix-ABT al Mix-MCC-A si deve concludere che il maggior effetto fluidificante è collegato ad un maggior effetto disperdente che si genera con il mescolamento controcorrente: è come se, per effetto del movimento delle pale in controcorrennte al movimento dell’impasto, si generassero sforzi di taglio capaci di rompere più efficacemente i microgrumi di cemento.

Le prestazioni dei calcestruzzi ABT ed MCC-A non presentano significative differenze per l’adozione dello stesso rapporto a/c. Nella Fig. 8 è mostrata la resistenza meccanica a compressione in funzione del tempo per i due calcestruzzi: non si registrarno significative differenze ed entrambi i calcestruzzi potrebbero essere assegnati alla classe di resistenza C15/20. Anche la prova di penetrazione all’acqua in pressione secondo la norma UNI EN 12390-8 mostra che si tratta di due calcestruzzi permeabili (Tabella 1).

Sono stati confezionati altri due impasti ,entrambi nel mescolatore controcorrente, differenziati per il tipo di additivo: quello a base di PNS nel Mix-MCC-B e quello a base di PE nel Mix-MCC-C (Tabella 2). Entrambi i calcestruzzi presentano,rispetto al calcestruzzo di riferimento ABT a pari lavorabilità di circa 80 mm di slump, i seguenti vantaggi:

- una leggera riduzione nel dosaggio di cemento di circa il 5% (da circa 290 a circa 275 kg/m³);
- una significativa riduzione nel rapporto a/c di circa l’8% (da circa 0,60 a 0,55);
- una minore di penetrazione di acqua in pressione (da 30 a 20 mm) proprio in considerazione della riduzione nel valore di a/c;
- una riduzione nel ritiro igrometrico a 1 mese in ambiente con U.R. del 55% da circa 250 a circa 200 mm/m per la diminuzione di a/c e per l’aumento nel rapporto inerte/cemento (i/c) da circa 6,7 a circa 7,3.

Entrambi i calcestruzzi (Mix-MCC-B e Mix-MCC-C) miscelati nel mescolatore controcorrente presentano anche un discreto aumento nella resistenza caratteristica da 25 a 30 MPa come è testimoniato dai risultati mostrati in Fig. 9.

Per evidenziare la migliore prestazione del superfluidificante PE rispetto al PNS i dosaggi dei due additivi sono stati adeguatamente fissati per avere lla stessa classe di consistenza (S2), e lo stesso valore di a/c (0,55): l’additivo PNS pur essendo più concentrato dell’additivo PE (40% contro 20%) richiede un maggior dosaggio di additivo (2,7 kg/m3 contro 1,5 kg/m3) per compensare la sua intrinseca minore prestazione.


CONCLUSIONI

Sono stati confezionati calcestruzzi (tutti di media prestazione per la Rck di 25-30 MPa) in una tradizionale autobetoniera e in un mescolatore i che funziona sul principio della controcorrete. Quelli prodotti con questo mescolatore presentano significativi vantaggi rispetto al calcestruzzo miscelato in autobetoniera:

- maggior lavorabilità (da consistenza plastica S2 a consistenza fluida S4),quando il confronto è fatto a parità di composizione;
- maggiori prestazioni in termini di resistenza meccanica e di impermeabilità, oltre che risparmio nel dosaggio di cemento,quando il confronto è fatto a parità di consistenza (slump di 80 mm).

L’effetto del tipo di miscelazione è stato attribuito alla maggiore dispersione dei granuli di cemento che si realizza nel mescolatore controcorrente con una azione che enfatizza quella dei superfluidificanti.

Sarebbe molto interessante estendere questo tipo di indagine a calcestruzzi più prestazionali con rapporti a/c molto più bassi per confermare i risultati ottenuti in questa ricerca.

BIBLIOGRAFIA

[1] Mario Collepardi, “Admixture-Enhancing Concrete Performances”, Proceedings of the 6th International Congress «Global Constructions : Ultimate Concrete Opportunities», Dundee, Scotland, pp.217-230, 2005.

[2] Mario Collepardi, “Il Nuovo Calcestruzzo”, Terza Edizione, pp. 190-205, Edizioni Tintoretto Villorba, 2003.