1. INTRODUZIONE

Le modalità esecutive e la situazione in servizio dei pavimenti industriali sono molto diverse da quelle tipiche delle altre costruzioni e ciò si tramuta, all’atto pratico, nell’impiego di un calcestruzzo peculiare per quanto attiene la composizione, la messa in opera e la stagionatura. Di seguito sono elencati alcuni aspetti che contraddistinguono il calcestruzzo per pavimenti industriali da quello per le altre costruzioni.

2. AGGREGATI PER PAVIMENTI INDUSTRIALI

Tra gli ingredienti che compongono il calcestruzzo, l’aggregato per i conglomerati destinati alla realizzazione dei pavimenti può presentare maggiori inconvenienti laddove contenga determinate impurità ancorché questi prodotti siano entro i limiti di accettazione imposti dalle norme.

A titolo di esempio, un problema frequente nelle pavimentazioni in calcestruzzo è l’emergere in superficie di elementi lignei apportati dagli aggregati impiegati per confezionare il calcestruzzo. Essendo più leggere degli altri componenti del calcestruzzo, le intrusioni lignee tendono a galleggiare e ad emergere sulla superficie del getto durante le operazioni di “staggiatura”, salvo essere poi ricoperte da un leggero strato di boiacca cementizia durante le operazione di finitura della superficie. Questo difetto nascosto “sotto la pelle” del pavimento è però destinato a rivelarsi rapidamente in quanto l’elemento ligneo tende a rigonfiare in servizio in presenza di umidità, dando vita a “sbollature” locali o anche semplicemente a cedere per effetto di un carico puntuale o di una pressione localizzata (come quelle prodotte dal piedino di uno scaffale, o dalla ruota di un carrello).

Per tener conto di questo problema specifico delle pavimentazioni industriali, la commissione che ha varato l’ultima versione della norma UNI 8520 parte seconda, nella quale vengono definiti, in ambito nazionale, i limiti di accettazione di particolari sostanze e impurità negli aggregati per calcestruzzo, ha dimezzato i limiti di accettabilità per le cosiddette “particelle leggere” negli aggregati da impiegare per il confezionamento di calcestruzzi destinati a pavimenti industriali rispetto a quelli ammessi per le costruzioni ordinarie (0.25% anziché 0.50% nelle sabbie; 0.05% anziché 0.1% nelle ghiaie).

Tuttavia, anche nelle pavimentazioni realizzate facendo uso di calcestruzzi realizzati con inerti che soddisfino questi limiti più severi è possibile che si verifichino difetti come quelli sopra descritti.

Infatti, considerando, a titolo di esempio, un calcestruzzo confezionato con 1000 kg/m³ di sabbia e 800 kg/m³ di ghiaia, si calcola facilmente che lo 0.25% di impurità lignee ammesso nella sabbia corrisponde a ben 2.5 kg per metro cubo di calcestruzzo e lo 0.05% ammesso nella ghiaia ad altri 400 gr/m3. Considerando un peso specifico di 500-600 kg/m³ del legno, si arriva ad avere, tollerato dalle norme specifiche per i pavimenti, un volume di intrusioni lignee di circa 5÷6 litri per metro cubo di conglomerato fornito. Ce n’è, evidentemente, abbastanza per creare seri problemi estetici e funzionali sulla superficie del pavimento.

In definitiva per confezionare calcestruzzi realmente idonei alla realizzazione di pavimenti industriali occorre impiegare aggregati selezionati e caratterizzati da quantità di impurità vegetali ben al di sotto dei limiti consentiti dalle norme in vigore.

Ancora più problematica è la presenza di aggregati alcali-reattivi nel calcestruzzo per pavimenti industriali. È noto che aggregati contenenti minerali silicei amorfi o scarsamente cristallini possono reagire, a contato con gli alcali (sodio e potassio) del cemento, generando reazioni espansive. Nelle strutture ordinarie il degrado per reazione alcali-aggregato si manifesta, attraverso la formazione di profonde fessurazioni, quando il quantitativo di aggregati reattivi, ossia in grado di espandere a contatto con gli alcali, è superiore ad una certa soglia (Fig. 1). Nel caso specifico delle pavimentazioni industriali con finitura a spolvero,invece, il degrado dovuto a reazioni alcali-aggregato si manifesta più frequentemente (anche in presenza di piccole quantità di tali impurità) e assume una specifica peculiarità: gli aggregati reattivi prossimi alla superficie superiore del pavimento, venendo a contato con un calcestruzzo arricchito in cemento, per la presenza dello spolvero, e quindi di alcali, espandono provocando l’espulsione di conetti di materiale noti come pop-out che pregiudicano la funzionalità in servizio della pavimentazione esposta al traffico veicolare (Fig. 2).

Per limitare la possibilità che si generino fenomeni di pop out, soprattutto nelle aree geografiche dove più frequente è la possibilità di trovare negli inerti per calcestruzzo questi elementi reattivi, sarebbe opportuno realizzare, sia il calcestruzzo che la miscela dello spolvero, adottando un cemento a basso tenore di alcali. Questo tipo di cementi è, purtroppo, di difficile reperibilità sul mercato. Esiste, però un’altra alternativa di più facile attuazione che consiste nell’impiegare, sia per confezionare il calcestruzzo che lo spolvero, un cemento di tipo pozzolanico o d’altoforno. E’ stato ampiamente dimostrato, infatti, che le pozzolane o la loppa, reagendo a loro volta con gli alcali del cemento, limitano gli effetti degradanti di una reazione alcali-aggregato.

3. TEMPI DI PRESA DEL CALCESTRUZZO

Una seconda distinzione, rispetto alle altre costruzioni tradizionali, consiste nella necessità di regolare il tempo di presa del calcestruzzo entro valori ben limitati per evitare, da una parte, che il calcestruzzo non possa essere tempestivamente steso e frattazzato in superficie se la presa è troppo rapida, e dall’altra che il calcestruzzo si conservi fresco per tempo troppo lungo con sviluppo di acqua di bleeding che si protrae anche dopo la frattazzatura in superficie con possibile formazione di difetti superficiali descritti nel seguito.

Per ovviare a questi inconvenienti è, innanzitutto, opportuno adottare un calcestruzzo con classe di consistenza S5 (superfluida) nel caso di pavimentazioni realizzate mediante applicazione a mano, ed una classe di consistenza S3-S4 per getti applicati con vibro-staggiatura meccanica (laser screed).

La scelta di una corretta classe di consistenza, soprattutto nelle applicazioni eseguite a mano, infatti, previene l’eventualità che si effettuino delle aggiunte d’acqua in cantiere le quali, oltre a penalizzare le prestazioni meccaniche complessive del calcestruzzo, esaltano i fenomeni di bleeding e possono creare situazioni di tempi di presa non omogenei tra zona e zona. Inoltre, se nei getti per opere diverse dalle pavimentazioni industriali l’aggiunta di piccole quantità di additivo in cantiere, all’interno dell’autobetoniera, può contribuire a risolvere situazioni di lavorabilità inadeguata della fornitura, questa operazione può risultare pericolosa nel caso delle pavimentazioni in calcestruzzo in quanto esiste il rischio concreto di non riuscire ad ottenere una dispersione uniforme dell’additivo aggiunto all’interno dell’autobetoniera, con conseguenze non prevedibili sui tempi di fratazzabilità del pavimento tra zona e zona.

Ne consegue che nelle pavimentazioni in calcestruzzo il controllo della costanza dei parametri che influiscono sulla lavorabilità e sul suo mantenimento nel tempo è estremamente importante per garantire un buon risultato e prevenire il rischio di formazione di difetti superficiali.

Ovviamente anche la scelta del cemento è di vitale importanza ai fini del conseguimento di adeguati tempi di fratazzabilità del pavimento: in linea di massima è consigliabile l’utilizzo di un cemento di classe 32.5 R in tutte le stagioni salvo ricorrere ad un cemento di classe 42.5 R nel periodo invernale, nelle zone caratterizzate da clima più rigido.

4. APPLICAZIONE DELLO SPOLVERO INDURENTE

Si è già accennato al problema del bleeding del calcestruzzo e alle possibili conseguenze legate ad un suo protrarsi dopo o durante le operazioni di finitura.

È noto che la risalita d’acqua sulla superficie di un getto per pavimenti dovuta al bleeding provoca un indebolimento meccanico proprio nella zona esposta al traffico e quindi alle sollecitazioni in servizio a causa dell’aumento locale del rapporto acqua/cemento (a/c).

Per ovviare a questo inconveniente in passato, nel getto delle pavimentazioni si impiegava un calcestruzzo a consistenza di terra umida che richiedeva però notevoli sforzi applicativi*.

*Tali manufatti venivano spesso chiamati “battuti” a sottolineare il tipo di operazione necessaria per la loro corretta posa in opera.

Con l’avvento dei primi additivi fluidificanti è stato possibile rendere più agevole l’applicazione con calcestruzzi più lavorabili senza aumentare il rapporto a/c, ma il potere fluidificante e, quindi riduttore di acqua, di tali prodotti non era ancora sufficiente ad eliminare completamente il rischio del bleeding. Pertanto, per sfruttare appieno le potenzialità, in termini di produttività, dell’impiego di un calcestruzzo fluido eliminando, nel contempo, le conseguenze negative del bleeding, venne ideata, circa trent’anni fa, la cosiddetta finitura “a spolvero” che consiste, come è noto, nel cospargere sulla superficie del getto, interessata dal bleeding, una miscela secca di cemento e inerti duri (Fig. 3) e nell’ottenerne l’inglobamento nel calcestruzzo mediante l’uso di macchine fratazzatrici (Fig. 4).

Tale stratagemma, in sostanza, consiste nell’arricchire la quantità di cemento (e di aggregati) sulla superficie del pavimento per bilanciare l’arricchimento in acqua causato dal bleeding e mantenere, così, inalterato il rapporto a/c o, addirittura, ridurlo con conseguenze benefiche sulla durezza e sulla resistenza all’usura della superficie stessa.

Con l’avvento di additivi superfluidificanti sempre più efficaci, la quantità d’acqua necessaria per realizzare calcestruzzi superfluidi (S5) è andata riducendosi e con essa, i fenomeni di bleeding per correggere i quali era stata introdotta la lavorazione “a spolvero”. In conseguenza di ciò, in molti pavimenti in calcestruzzo odierni, non si verifica alcun fenomeno apprezzabile di bleeding per cui si arriva al paradosso che l’applicatore è costretto a bagnare la superficie del getto per fare in modo che questa sia in grado di “ricevere” lo spolvero.

È, pertanto, evidente che con l’evolversi della tecnologia del calcestruzzo è necessario pervenire ad un “ripensamento” delle tecniche di esecuzione e finitura delle pavimentazioni in calcestruzzo chiedendosi se sia tuttora necessario eseguire, almeno nelle pavimentazioni comuni e poco sollecitate ad usura, l’applicazione dello spolvero o se non sia, invece, sufficiente procedere alla finitura della superficie con le fratazzatrici meccaniche senza alcuna aggiunta.


5. IL CALCESTRUZZO E LE DELAMINAZIONI

L’applicazione dello spolvero indurente e la successiva frattazzatura sono operazioni che richiedono una rigorosa tempestività in relazione alla consistenza del calcestruzzo in superficie: esse non debbono essere eseguite troppo presto, né troppo tardi. Infatti, se lo spolvero viene applicato troppo tardi, su un calcestruzzo già in fase di presa, non è possibile ottenere un adeguato incorporamento dei due materiali per cui si ha la tendenza al formarsi di due strati diversi e sovrapposti che tendono facilmente a distaccarsi dando vita ad una delaminazione o “scartellamento” dello spolvero. Se, invece, l’applicazione dello spolvero viene eseguita prematuramente, ossia, su un calcestruzzo troppo fresco, l’acqua di bleeding, che ancora seguita a risalire dal basso, viene bloccata dallo strato di calcestruzzo superficiale in cui è stato incorporato lo spolvero indurente che, grazie alla sua impermeabilità, impedisce all’acqua di bleeding di fuoriuscire. Sotto tale strato di calcestruzzo e spolvero indurente si possono formare delle zone piatte lenticolari di acqua che, nel tempo, viene riassorbita dal calcestruzzo circostante con formazioni di zone estese di vuoti; a seguito anche di lievi sollecitazioni veicolari tale strato superficiale cede per la presenza del vuoto sottostante e si distacca dando vita a delaminazioni profonde che coinvolgono, cioè, anche uno strato superficiale di calcestruzzo (Fig. 5).

Si fa notare, però, che il fenomeno delle delaminazioni superficiali è più complesso e non può essere ricondotto, in tutti i casi, ad un problema di “timing” ossia di erronea tempistica di esecuzione. In effetti, fenomeni di delaminazione profonda si sono manifestati, in questi ultimi anni, con una frequenza molto maggiore che in passato e soprattutto a partire dall’avvento degli additivi superfluidificanti policarbossilici: questi additivi richiedono la presenza di agenti anti-schiuma nella loro formulazione per evitare la formazione di aria indesiderata in forma di macrobolle. Alcuni di questi additivi – mal formulati per un difetto di agente anti-schiuma o per la loro separazione nel tempo durante lo stoccaggio nel serbatoio – possono provocare la formazione di aria nel calcestruzzo la quale, risalendo verso la superficie superiore, rimane intrappolata sotto lo strato corticale di calcestruzzo nel quale è stato incorporato lo spolvero, con conseguente formazione di delaminazioni profonde analoghe a quelle sopra descritte.

L’esistenza di una precisa correlazione tra sviluppo di aria e alcuni fenomeni di delaminazione è stata dimostrata da indagini eseguite con microscopia ottica su sezioni verticali di carote estratte dai pavimenti interessati. Tali indagini hanno permesso di individuare una notevole concentrazione di aria nell’intorno delle superfici lungo le quali si è verificato il distacco. Da quanto sopra consegue che un calcestruzzo da impiegare per la realizzazione di pavimentazioni industriali deve essere caratterizzato da un basso contenuto di aria. Secondo alcune indicazioni fornite da esperienze maturate negli Stati uniti, tale contenuto non deve superare il 3%. Questo pone qualche problema nella realizzazione di piazzali esterni in zone soggette a cicli di gelo-disgelo dove, come è noto, le esigenze di durabilità del calcestruzzo imporrebbero l’impiego di conglomerati con un contenuto di aria inglobata superiore al 3% (classi di esposizione XF3 e XF4 secondo la UNI 11146).

In effetti, ancorché sia ampiamente dimostrato che la micro-aria appositamente prodotta in forma di bolle con diametro di circa 100 µm per garantire la durabilità del calcestruzzo sia tendenzialmente stabile e non tenda a risalire verso l’alto, si sono avuti casi nei quali la lavorazione superficiale prodotta dalle fratazzatrici abbia richiamato verso l’alto parte dell’aria inglobata ai fini della durabilità favorendo l’aggregamento delle micro-bolle in bolle di maggiori dimensioni con conseguenze formazione di delaminazioni. Per questo motivo il Report dell’ACI 302.1R Guide for Concrete Floors and Slam Construction consiglia di non utilizzare calcestruzzi con aria inglobata nei pavimenti che richiedano una finitura con frattazzatura meccanica.

6. RITIRO IGROMETRICO DEL CALCESTRUZZO

Un’altra significativa distinzione tra le pavimentazioni industriali e altre strutture convenzionali riguarda la grande estensione della superficie esposta all’aria che comporta un’elevata evaporazione dell’acqua dal calcestruzzo, nella fase di presa ed indurimento, e di conseguenza, un sensibile ritiro igrometrico che può provocare la nascita di fessure e di deformazioni da imbarcamento (quest’ultime dovute al ritiro differenziale tra la parte corticale e quella inferiore della lastra).

Per ovviare a questo inconveniente, che nelle pavimentazioni appare più grave per la loro funzionalità in servizio rispetto ad altre costruzioni, si ricorre, come è noto, alla realizzazione di giunti di contrazione secondo maglie di circa 4 x 4 metri nelle due direzioni che “guidano” la formazione delle fessure e riducono le frecce dei fenomeni di imbarcamento.

Nonostante ciò, la formazione di fessure da ritiro e la perdita di planarità dovuta all’imbarcamento risultano essere tra i difetti più ricorrenti nelle pavimentazioni industriali ai quali si può, però, porre rimedio adottando un calcestruzzo caratterizzato da un basso ritiro igrometrico.

Questo risultato può essere ottenuto impiegando additivi superfluidificanti di elevata efficacia, i quali consentono di ridurre il quantitativo di acqua necessario per ottenere una data lavorabilità. Riducendo la quantità d’acqua è possibile ridurre il rapporto acqua/cemento (a/c), oppure, a parità di a/c, ridurre il dosaggio di cemento. In entrambi i casi si ottiene una riduzione del ritiro igrometrico a parità di resistenza meccanica e di lavorabilità del calcestruzzo.

Un ulteriore modo per ridurre il ritiro igrometrico del calcestruzzo, a parità delle altre caratteristiche, è rappresentato dall’impiego dei cosiddetti SRA (Shrinkage-Reducing Admixtures), additivi di introduzione relativamente recente in grado di ridurre del 30-50% il ritiro igrometrico se impiegati con dosaggi dell’ordine di circa 4 kg/m³.

Fino ad oggi l’impiego di questi additivi nel settore dei pavimenti è stato piuttosto limitato a causa del costo relativamente alto che caratterizza la maggior parte dei prodotti di questo tipo presenti sul mercato. Nei pochi casi in cui se n’è fatto uso, però, sono stati ottenuti risultati estremamente interessanti con totale assenza di fessure e notevole riduzione dell’imbarcamento anche in pavimenti di basso spessore, maggiormente soggetti a questo fenomeno.

Si segnala infine la possibilità di eliminare completamente il ritiro del calcestruzzo mettendo a punto speciali conglomerati a ritiro compensato mediante l’impiego congiunto di agenti espansivi a base di ossido di calcio e di additivi SRA. In questo modo è possibile realizzare pavimentazioni prive di giunti di contrazione per 1000 m² in ambiente chiuso o protetto e per 600 m² in ambienti aperti o con forti escursioni termiche.

7. CONCLUSIONI

Il calcestruzzo destinato alle pavimentazioni industriali richiede alcuni accorgimenti che riguardano:

• la scelta di aggregati privi di impurità, in particolare di elementi lignei o alcali-reattivi;

• tempi di presa controllati e compresi entro certi limiti per evitare problemi di posa e difetti superficiali;

• contenuto di aria intrappolata o inglobata inferiore al 3%;

• additivi superfluidificanti a base policarbossilica di qualità controllata in termini di agente anti-schiuma stabile per evitare anomali e deleteri inglobamenti d’aria;

• basso ritiro igrometrico ottenuto impiegando additivi superfluidificanti di elevata efficacia e riduttori di ritiro in eventuale combinazione con agenti espansivi e per arrivare a realizzare pavimenti di 600-200 m2 senza giunti di contrazione.

BIBLIOGRAFIA

M. Collepardi, “Il Nuovo Calcestruzzo” V Edizione, Ed. Tintoretto Villorba, 2009.

S. Collepardi, L. Coppola e R. Troli, “Pavimentazioni Industriali in Calcestruzzo”, Ed. Tintoretto, Villorba, 2006.

M. Collepardi, S. Collepardi, J.J. Ogoumah Olagot, F. Simonelli e R. Troli, “Diagnosi e Restauro delle Strutture in C.A.” II Edizione, Ed. Tintoretto, Villorba, 2010