1. INTRODUZIONE

I calcestruzzi a ritiro compensato possono essere vantaggiosamente impiegati per costruire strutture in c.a. senza giunti di contrazione purché venga adottata immediatamente una stagionatura umida. In particolare sono stati realizzati pavimenti industriali di circa 600 m² per esterni o di circa 900 m² per interni senza giunti di contrazione (1). Questa tecnologia è basata sulla espansione contrastata da armature metalliche che si produce per reazione con acqua dei cosiddetti agenti espansivi.

La reazione [1] mostra il processo chimico che si manifesta quando l’agente espansivo è costituito da ossido di calcio (CaO) cotto a temperature molto elevate (>1000 °C):

CaO + H₂O ==> Ca(OH)₂ [1]

L’espansione contrastata prodotta dalla reazione dell’ossido di calcio con l’acqua si trasforma in uno stato di trazione dei ferri di armatura e di compressione del calcestruzzo così come si verifica nelle strutture in c.a.p. Questo stato di coazione è gradualmente allentato per effetto del ritiro da essiccamento che inizia al termine della stagionatura umida come è schematicamente illustrato nella Fig.1.

In assenza di stagionatura umida questa tecnologia non funziona perché, in mancanza di umidità, il processo [1] non avviene e quindi l’espansione non si manifesta. Conseguentemente i giunti di contrazione sono indispensabili se si vuole ottenere una pavimentazione priva di fessure. Tuttavia questa stagionatura umida non è indispensabile se l’agente espansivo è impiegato in combinazione di un additivo anti-ritiro SRA (Shrinkage-reducing Admixture) che riduce il ritiro da essiccamento (2) come è schematicamente illustrato nella Fig.1.

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L’ influenza dell’SRA sulla variazione dimensionale di un provino armato di calcestruzzo è duplice: l’effetto ß mostrato in Fig. 2 è quello dovuto alla riduzione del ritiro quando un calcestruzzo contenente SRA è esposto all’aria con U.R. < 95%; l’effetto α è inatteso e si manifesta con una maggiore espansione contrastata del calcestruzzo con SRA + CaO rispetto a quella del calcestruzzo con solo CaO quando il provino è ricoperto con un telo di plastica per un giorno dal getto.

2. PARTE SPERIMENTALE

In questo articolo si presentano i risultati di una ricerca finalizzata all’impiego di un agente espansivo a base di CaO con un additivo superfluidificante poli-carbossilico (PCS), che contiene anche l’additivo antiritiro (SRA) che viene identificato con il codice PCS/SRA. Per evidenziare meglio questo effetto combinato CaO + PCS/SRA vengono mostrati i risultati del calcestruzzo nelle seguenti condizioni:

- calcestruzzo senza alcun additivo (Control);

- calcestruzzo con solo superfluidificante PCS;

- calcestruzzo con solo additivo anti-ritiro SRA;

- calcestruzzo con additivo PCS/SRA;

- calcestruzzo con CaO + PCS/SRA.

Le composizioni dei vari calcestruzzi sono mostrate in Tabella 1. Nei calcestruzzi con PCS, oppure PCS/SRA oppure PCS/SRA + CaO l’acqua di impasto che è 215 kg/m³ nel Control viene ridotta di circa il 20%. Conseguentemente a pari rapporto acqua/cemento (a/c) di 0,62 anche il dosaggio di cemento è ridotto della stessa percentuale. La diminuzione del volume di acqua e di cemento è compensata da un eguale aumento di volume di inerte, cosicché il rapporto inerte/cemento (i/c) nei calcestruzzi con PCS, PCS/SRA e PCS + PCS/SRA diventa circa 6,7 contro il valore di 5,1 nel calcestruzzo senza additivi.

La resistenza meccanica a compressione è stata misurata su provini conservati a 20°C con U.R. = 100% per stagionature comprese tra 1 e 28 giorni.

L’espansione contrastata è stata determinata in accordo con la norma UNI 8148, mutuata dalla norma ASTM C 878, adottando due procedure nel seguito descritte:

Procedura A: i provini di calcestruzzo (80 x 80 x 240 mm) armati con una barra di armatura con diametro di 6 mm sono stati sformati dopo la presa del conglomerato, (6 ore) protetti con foglio di polietilene per 1 giorno e quindi esposti permanentemente all’aria con U.R. = 55%;

Procedura B: i provini sformati dopo 6 ore dal mescolamento sono stati immediatamente esposti all’aria con U.R. = 55%, per simulare realisticamente la situazione dei pavimenti senza alcuna stagionatura.

E’ stata infine eseguita una prova di campo per realizzare due pavimenti industriali all’aperto con U.R. media del 60%.

3. RISULTATI

I risultati vengono suddivisi in quelli ottenuti nelle prove di laboratorio e prove di campo.


3.1 Prove di Laboratorio

La Fig.3 mostra i risultati delle misure di espansione contrastata secondo la Procedura A. Si osserva che il calcestruzzo con l’additivo SRA presenta un ritiro da essiccamento inferiore rispetto al calcestruzzo Control senza additivi: la riduzione del ritiro è del 50% alle brevi stagionature (meno di 2 settimane) e del 30 % alle stagionature più lunghe. Questo effetto è dovuto alla riduzione della tensionesuperficiale dell’acqua contenuta nei pori capillari della pasta cementizia causata dalla presenza dell’additivo SRA (3).

L’aggiunta dell’additivo PCS provoca una riduzione del 16% nell’acqua di impasto e nel contenuto di cemento con conseguente aumento del rapporto i/c da 5,1 a 6,7 (Tabella 1). Diminuisce in sostanza la quantità del componente responsabile del ritiro (pasta cementizia) e aumenta quella del componente che si oppone al ritiro (inerte). A seguito di queste variazioni si registra una riduzione di circa il 40% nel ritiro da essiccamento (Fig. 3).

In presenza dell’additivo PCS/SRA la riduzione del ritiro è più evidente rispetto a quella registrata in presenza di uno solo dei due additivi (PCS oppure SRA). Si sommano i due effetti dovuti all’additivo PCSA (riduzione della pasta di cemento e aumento dell’inerte) e all’additivo SRA (riduzione della tensione superficiale dell’acqua nei pori capillari).L’effetto combinato del PA con quello dell’SRA comporta una riduzione del ritiro di circa 80% rispetto a quello del calcestruzzo Control (Fig. 3).

In presenza dell’agente espansivo CaO con l’additivo PCS/SRA si registra una considerevole espansione (700 µm/m) durante il primo giorno (Fig.3) ancorché non sia stata applicata alcuna stagionatura umida ma sia stata adottata una semplice protezione dei provini con foglio di plastica in polietilene. Dopo la rimozione di questo foglio, durante la conservazione all’aria (U.R.= 55%) l’espansione contrastata permane anche dopo 1 anno dal mescolamento del calcestruzzo. Se la protezione con foglio di plastica viene rimossa l’espansione misurata in accordo alla Procedura B viene ridotta rispetto a quella misurata secondo la Procedura A (Fig. 4).

La resistenza meccanica dei calcestruzzi con SRA o PCS/SRA è leggermente inferiore a quella del Control (Fig. 5) che raggiunge circa 30 MPa a 28 giorni: l’effetto è dovuto alla presenza dell’additivo SRA. Questa diminuzione non appare quando l’additivo PCS/SRA viene impiegato congiuntamente con l’agente espansivo: è probabile che l’influenza negativa dell’SRA sulla resistenza meccanica sia controbilanciata dal minor rapporto a/c effettivo quando si impiega l’agente espansivo a seguito del consumo di una parte dell’acqua secondo la reazione [1].

Sono stati studiati due calcestruzzi per pavimentazioni industriali all’aperto e quindi esposte a variazioni dimensionali maggiori di quelle che si possono registrare in pavimentazioni industriali al coperto.

Il primo calcestruzzo contiene un agente espansivo a base di CaO e di un superfluidificante (PCS/SRA) capace di ridurre l’acqua di impasto e di ridurre il ritiro a seguito della diminuzione della tensione superficiale dell’acqua. Con questa combinazione il calcestruzzo conserva l’espansione iniziale anche in assenza di stagionatura umida purché venga protetto con telo di plastica per un giorno dal mescolamento. Con questo calcestruzzo si è realizzato un pavimento industriale di circa 700 m² senza giunti di contrazione, in assenza di stagionatura umida e protetto con telo in plastica per 1 giorno dal getto.

Con il secondo calcestruzzo si è impiegato un additivo PCS/SRA per realizzare un pavimento industriale all’aperto con giunti di contrazione ogni 6 metri, in assenza di stagionatura umida e protetto con telo di polietilene subito dopo la frattazzatura superficiale.
In entrambi i pavimenti, a distanza di un anno, non sono state osservate fessurazioni ad eccezione di una cavillatura lungo una cordonatura adiacente al pavimento realizzato con calcestruzzo contenente CaO + PCS/SRA.

RINGRAZIAMENTI

Si ringrazia il Geologo Dott. Ennio Strazzer per la preziosa collaborazione all’esecuzione dei pavimenti industriali presso la Società General Beton di Colle Umberto (TV).

BIBLIOGRAFIA

(1) American Concrete Institute 223-93, “Standard Practice for the Use of Shrinkage-Compensating Concrete”, Manual of Concrete Practice, Part I: Materials and General Properties, pp 26, Detroit,1994.

(2) M. Collepardi, A. Borsoi, S. Collepardi, J.J. Ogomah Olagot, R.Troli. “Effects of Shrinkage-Reducing Admixture in Shrinkage-Compensating Concrete Under Non-Wet Curing Conditions”, Cement and Concrete Composites, 6 , pp704-708, 2005.

(3) N.S. Berke, L. Li, M.C. Hicks and J. Bal, “Improving Concrete Performance with Shrinkage-Reducing Admixtures”, Proceedings of the Seventh CANMET/ACI International Conference on Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Editor V.M. Malhotra, pp.37-50, Berlin, 2003.