E' DUTTILE E TENACE
IL CALCESTRUZZO DEL 2000
Cronaca di un successo annunciato
Silvia Collepardi
     

Alle soglie del XXI secolo, il calcestruzzo mette le ali prendendo le forme di mega-edifici alti più di un chilometro, di contenitori ad elevata affidabilità per lo stoccaggio di fluidi o solidi altamente tossici ed infiammabili, di manufatti anti-scoppio e anti-proiettile, di stampi destinati alla formatura di pezzi meccanici in metallo o in plastica, di traversine ferroviarie o basamenti per macchine particolarmente sollecitate a fatica. Queste sono solo alcune tra le più eclatanti applicazioni ipotizzabili per l’ultimo nato tra i calcestruzzi ad altissime prestazioni, l’RPC 200 (Reactive Powder Concrete), che non mancherà di attirare presto l’attenzione sulle sue strepitose "misure": 200 N/mm2, 30 N/mm2, 30000 J/m2 (rispettivamente per la resistenza meccanica a compressione, a flessione e per l’energia di frattura).
Certo non si mostrerebbe oggi troppo stupito, di fronte a tali numeri, lo scienziato americano T.C. Powers che già negli anni ‘50 teorizzò, e quindi preannunciò, la possibilità di raggiungere una resistenza meccanica a compressione di 250 N/mm2, attraverso l’eliminazione totale della porosità con rapporti acqua-cemento (a/c) inferiori a 0.36. All’epoca, però, due insormontabili barriere separavano la teoria di Powers dalla pratica applicativa: la scarsa lavorabilità ed i problemi di bleeding all’interfaccia matrice cementizia- aggregato lapideo, con conseguente aumento locale della porosità.
L’utopia di Powers cominciò a non apparire più come tale quando, dopo un primo passo avanti negli anni ‘70 con l’invenzione degli additivi melamminici e naftalinici (Rck fino a 60-80 N/mm2), si scoprì, negli anni ‘80, l’effetto sinergico della combinazione tra additivi superfluidificanti e fumo di silice: i superfluidificanti permisero di eliminare l’inconveniente della maggiore richiesta d’acqua in conseguenza dell’elevata area superficiale specifica del fumo di silice. Fu così possibile, senza alcun aumento di a/c, ottenere un addensamento microstrutturale, riempiendo i vuoti interstiziali tra i granuli di cemento con le sferette di 0.01-1 mm di fumo di silice e sfruttare inoltre la loro reazione pozzolanica per ottenere prodotti d’idratazione secondaria.
D’altra parte, il fumo di silice permetteva di abbassare il valore di a/c fino a 0.25 grazie ad un surdosaggio di superfluidificanti fino al 4-9% sul cemento, senza conseguenti fenomeni di bleeding nella zona di tran-sizione aggregato lapideo-matrice cementizia.
Nascevano così i materiali DSP (Densified with Small Particles) ed in particolare gli ormai diffusi HPC (High Performance Concrete) capaci di raggiungere una resistenza meccanica a 28 gg. di 100 N/mm2, ma, proprio per la loro accresciuta compattezza e durezza, caratterizzati da problemi di fragilità e da valori di energia di frattura attorno a 100-300 J/m2.
I materiali RPC 200, studiati per la prima volta dai francesi Richard e Cheyrezy, si presentano oggi come un superamento di questi limiti e come un potenziamento delle qualità degli HPC grazie alle seguenti caratteristiche:
  • INCREMENTO DELLA DENSITA’ attraverso la riduzione del valore di a/c fino a 0.15, grazie ai nuovi superfluidificanti acrilici più efficaci di quelli tradizionali.
  • MIGLIORAMENTO DELLA OMOGENEITA’ sostituendo gli aggregati di medio-grosso diametro con sola sabbia fine (diametro 0.15-0.40 mm).
  • MIGLIORAMENTO DELLA MICROSTRUTTURA impiegando fumo di silice combinato con silice di precipitazione altamente reattiva; utilizzando un alto dosaggio di cemento a basso tenore di C3A; prevedendo una maturazione, oltre che a 20°C, anche a 90°-160°C e completando il processo d’idratazione dopo la presa immergendo il materiale in acqua.
  • AUMENTO DELLA DUTTILITA’ mediante l’inserimento di microfibre metal-liche con rapporto d’aspetto (lunghezza/diametro) uguale a 72.
Rispetto alla proposta iniziale di Richard e Cheyrezy, gli studi più recenti, condotti presso il laboratorio della Enco, hanno rivelato che i risultati migliori si ottengono variando il tipo di fumo di silice in funzione del trattamento termico, del tipo di cemento o della quantità di additivo. La ricerca italiana, inoltre, ha rivelato che possono essere conseguiti migliori risultati sostituendo parte della sabbia fine con inerti più grossi, smentendo così la teoria dei francesi di un’accresciuta resistenza del materiale legata alla eliminazione di zone di tensione concentrate attorno agli inerti di maggiore diametro. Si riscontrano infine migliori risultati con cementi di classe 42.5 R piuttosto che con cementi di classe 52.5 R come quello utilizzato nella ricetta originaria.
E’ stato confermato, invece, il grande ruolo giocato dalle microfibre metalliche per il conseguimento di un’elevatissima duttilità e tenacità: l’energia di frattura, che in un calcestruzzo ordinario è di 100-200 J/m2, può arrivare fino a 40000 J/m2 con i calcestruzzi RPC 200.

Per approfondimenti consultare gli articoli "Materiali cementizi innovativi: dagli HPC verso gli RPC", parte I e II, pubblicati rispettivamente nel numero di marzo 1995 e di febbraio 1996 della rivista "L’Industria Italiana del Cemento".