I normali leganti idraulici si presentano con granuli di dimensione variabile compresa tra 1 e 100 μm. Quando si prepara, con questi cementi, una sospensione acquosa molto fluida (rapporto acqua/cemento = 2) da iniettare all’interno di un sistema poroso (roccia, terreno, letto di sabbia, muratura, calcestruzzo fessurato, ecc.) il riempimento dei vuoti è funzione fondamentalmente di due parametri:

● distribuzione dei vuoti del sistema da riempire;
● distribuzione dei granuli del cemento.

Se la dimensione dei granuli di cemento è maggiore di quella dei vuoti, non si realizza ovviamente un soddisfacente riempimento. In queste condizioni si ricorre molto spesso alle iniezioni di sistemi liquidi organici formati da un monomero liquido capace di impregnare il sistema poroso e successivamente di indurire formando un polimero dopo un certo tempo che è stato iniettato all’interno dei vuoti: si sono impiegate a questo scopo resine epossidiche, poliacriliche, ecc.

Tuttavia, in molte delle applicazioni alle quali queste iniezioni sono destinate, si possono verificare gravi problemi di contaminazione del sistema da consolidare (per esempio i terreni e le relative acque di falda) a causa della tossicità dei monomeri organici, o di incompatibilità fisico-meccanica tra il prodotto iniettato ed il sistema da impregnare (per esempio murature) per la impermeabilizzazione delle strutture che impedisce un naturale scambio igrometrico del sistema consolidato con l’ambiente.
Nella Tabella che segue sono riassunti i vari inconvenienti provocati dall’iniezione di monomeri organici:

L’inquinamento provocato dai liquidi organici è stato risolto, almeno in parte, con l’avvento dei cosiddetti “microcementi”, che si differenziano dai tradizionali cementi per una dimensione sensibilmente minore (circa dieci volte) dei loro granuli (M.C. Santagata, G. Bonora and M.Collepardi “ Superplasticized Microcement Grouts”, Proceedings of the Fifth CANMET/ACI International Conference on Superplasticizers and Other Chemical Admixtures, SP173, pp. 909-936,1997; M C. Santagata and E. Santagata, Proceedings of 3rd International Conference on Grouting and Ground Treatment, pp. 1221-1224, New Orleans, USA, 2003).

I microcementi possono essere definiti leganti idraulici speciali che si distinguono fondamentalmente dai tradizionali cementi per la ridotta dimensione dei granuli che, attualmente, raggiunge al massimo il valore di 10-15 μm.

Nella Figura che segue sono mostrate comparativamente due microfotografie di un cemento Portland I 52.5R e di un microcemento, entrambi dispersi in acqua ed osservati al microscopio ottico:

Nella Figura che segue sono mostrate le distribuzioni granulometriche di un microcemento, di un cemento ordinario (CEM II A/L 32.5 R), e di un cemento Portland a rapido indurimento (CEM I 52.5 R). Si può osservare che il microcemento è per la maggior parte (98%) compreso tra 1 e 10 μm, il cemento 32.5 R tra 1 e 100 μm, il cemento 52.5 R tra 1 e 80 μm.

Nella Tabella segue sono riassunte le principali caratteristiche granulometriche e superficiali del microcemento e degli altri cementi.

In particolare il valore di D_x rappresenta la dimensione in μm in corrispondenza della quale il materiale risulta essere passante per x %: così per esempio se D₅₀ = 4 μm significa che il materiale in esame passa al 50% ad un ipotetico vaglio di 4 μm:

D₅₀ = 4 μm ⇒ Passante a 4 μm = 50%

Al valore di D₈₅ per il cemento viene attribuito, nelle applicazioni geotecniche per il consolidamento dei terreni sabbiosi, un particolare significato. Esso, congiuntamente con il valore di D₁₅ per il letto sabbioso da impregnare, viene assunto come parametro per determinare il cosiddetto rapporto di iniettabilità (I) definito come:

I = D_15,s/ D_85,c

dove s e c si riferiscono rispettivamente alla sabbia da impregnare, ed al cemento (o microcemento) da iniettare. In prima approssimazione, l’iniezione con una sospensione acquosa di cemento per consolidare un terreno ha successo solo se I è maggiore di 25.

Pertanto assumendo per D_85,c i valori riportati nella precedente Tabella si può calcolare, per ogni cemento da iniettare, quale è il valore minimo di D_15,s del terreno impregnabile con successo.

Così, per esempio, i terreni indicati da I a V, le cui curve granulometriche sono riportate nella Figura che segue, sono impregnabili o meno con successo a seconda del legante impiegato: i terreni sono tutti iniettabili con microcemento avente D_85,c di 6 µm ad eccezione del terreno contrassegnato con I per il quale si richiederebbe un D_85,c non superiore a 3-4 µm. Il cemento 52.5 R, invece, potrebbe essere impiegato solo per il terreno V costituito da sabbia grossa e ghiaia.

Un altro criterio per valutare preliminarmente la possibilità di successo di impregnazione di un sistema poroso, e di un terreno in particolare, si basa non tanto e non solo sul rapporto di iniettabilità (I), ma piuttosto sul coefficiente di permeabilità (K) all’acqua del sistema da impregnare. La Tabella che segue mostra l’iniettabilità dei terreni in funzione del coefficiente di permeabilità e del sistema iniettante.

Per terreni ghiaiosi o murature a sacco molto permeabili (K = 10^-3 m/s) è possibile realizzare con successo l’impregnazione anche con sospensioni acquose di cemento Portland 52.5 R. Per sistemi porosi meno permeabili (K = 10^-4 - 10^-5 m/s), costituiti per esempio da terreni di sabbia fine o murature più compatte, è necessario ricorrere all’iniezione di microcementi, mentre per i sistemi porosi ancor meno permeabili (K = 10^-5 - 10^-6 m/s) si deve ricorrere all’iniezione di liquidi monomerici.