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LEGANTI: Conglomerati Cementizi
https://bioslab.unile.it/courses.html dal Brisi-Borlera (pg. 172 - 267)
Corso di “Scienza e Tecnologia dei Materiali” A.A. 2010-2011
LEGANTI: Conglomerati Cementizi
CONGLOMERATI CEMENTIZI
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LEGANTI: Conglomerati Cementizi
CALCESTRUZZO (CLS) ARMATO L’unione di questi due materiali è resa possibile e vantaggiosa da alcune loro caratteristiche: • buona resistenza a compressione del CLS unita alla ottima resistenza a trazione dell’acciaio
• adeguata protezione offerta dal CLS all’acciaio rispetto agli incendi ed alla corrosione
• vantaggioso rapporto tra costo e prestazioni
• aderenza tra i due materiali aumentata dalla superficie corrugata delle armature
• coefficienti di dilatazione termica pressoché uguali
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LEGANTI: Conglomerati Cementizi
CALCESTRUZZO ARMATO (CCA) (I) I principali inconvenienti del CCA sono: • Notevole contenuto di energia incorporata per la produzione del CLS e dell’acciaio • Elevata densità (circa 2500 kg/m3) che rende le strutture piuttosto pesanti • Lentezza della costruzione (il disarmo delle cassaforme non avviene prima di 3 – 4 giorni dal getto e la piena agibilità delle strutture non prima di 28 giorni)
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LEGANTI: Conglomerati Cementizi
CALCESTRUZZO ARMATO (CCA) (II) I principali inconvenienti del CCA sono: • Impossibilità di realizzazione in condizioni climatiche estreme • Elevato coefficiente di dilatazione termica il che impone l’esigenza di realizzare giunti di frazionamento e/o dilatazione ogni 30 – 50 metri di costruzione • Elevata conducibilità termica • Ridotto assorbimento acustico dei rumori da impatto
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LEGANTI: Conglomerati Cementizi
CALCESTRUZZO ARMATO
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LEGANTI: Conglomerati Cementizi
CONGLOMERATI CEMENTIZI
Aggregato 60-78 % Acqua 14-22 % Cemento 7-14 % Aria 1-6 % + eventuali additivi
Sabbia, Ghiaia e Pietrisco, vengono definiti inerti perchè non partecipano alle
reazioni di idratazione del cemento.
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LEGANTI: Conglomerati Cementizi: gli Aggregati
GLI AGGREGATI Devono essere costituiti da inerti, privi di sostanze
organiche, limose, argillose o gesso
Devono presentare un buon assortimento granulometrico
Curva di Fuller
DdP 100=
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LEGANTI: Conglomerati Cementizi: gli Additivi
GLI ADDITIVI
• Acceleranti la presa e/o l’indurimento (cloruri – carbonati – silicati)
• Ritardanti la presa e/o l’indurimento (sostanze organiche come zuccheri e cellulose)
• Fluidificanti (sottoprodotti della lavorazione della cellulosa e polimeri di sintesi)
• Plastificanti (silice fossile – pozzolana finemente macinata – ceneri volanti )
• Schiumogeni (alluminio)
• Antigelo – Coloranti – Adesivi – Dilatanti - etc
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LEGANTI: Conglomerati Cementizi: gli Additivi
CALCESTRUZZO DI IERI E DI OGGI
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LEGANTI: Conglomerati Cementizi: Prove sugli Impasti
PROVE SUGLI IMPASTI
Spandimento della malta (slump test)
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LEGANTI: Conglomerati Cementizi: Prove sugli Impasti
PROVE SUGLI IMPASTI
Fattore di Compattazione
(<1)
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LEGANTI: Conglomerati Cementizi: Prove sugli Impasti
PROVE SUGLI IMPASTI
Consistometro VeBe
Sformato dal cono di Abrams
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LEGANTI: Conglomerati Cementizi: Prove sugli Impasti
PROVE SUGLI IMPASTI Misura del contenuto d’aria
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LEGANTI: Acqua Inerte e Lavorabilità
ACQUA, INERTE E LAVORABILITA’
• Per aumentare la lavorabilità (in termini di slump) occorre proporzionalmente aumentare il quantitativo di acqua di impasto (a)
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LEGANTI: Acqua Inerte e Lavorabilità
ACQUA INERTE E LAVORABILITA’
La quantità d’acqua occorrente dipende dall’inerte: • aumentando il diametro massimo (Dmax), si riduce l'area superficiale specifica dell'inerte e quindi l'acqua necessaria per bagnare la superficie
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LEGANTI: Acqua Inerte e Lavorabilità
ACQUA vs RESISTENZA CARATTERISTICA
La resistenza caratteristica Rck aumenta al diminuire del rapporto a/c
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LEGANTI: Acqua Inerte e Lavorabilità
ACQUA vs RESISTENZA CARATTERISTICA
La correlazione Rck - a/c (ricavata sperimentalmente misurando la resistenza meccanica media di calcestruzzi con rapporto a/c noto) dipende anche dal tipo e soprattutto dalla classe del cemento impiegato
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LEGANTI: Acqua Inerte e Lavorabilità
ACQUA vs RESISTENZA CARATTERISTICA
Nota la Rck richiesta, ed il tipo di cemento da utilizzare, si determina il valore di a/c massimo, (a/c)
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LEGANTI: Calcestruzzo Armato
CALCESTRUZZO ARMATO Il cemento è molto fragile nella sollecitazioni a trazione La fessurazione che si forma (cricca) si propaga molto velocemente In presenza di armatura metallica, lo sforzo di trazione viene propagato alla trave metallica, che regge il carico Non cambia molto il carico massimo, ma piuttosto la energia di frattura
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LEGANTI: Calcestruzzo Armato
CALCESTRUZZO ARMATO L’acciaio è invece l’anello debole nei problemi di durabilità Copriferro: distanza tra il ferro di armatura e la superficie esposta della gettata Distanza tra i ferri: influenza la qualità del cemento da utilizzare
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LEGANTI: Proprietà meccaniche
Proprietà meccaniche: A Resistenza a compressione B Resistenza a trazione C Resistenza a flessione
PROPRIETA’ MECCANICHE
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LEGANTI: Proprietà Meccaniche
PROPRIETA’ MECCANICHE Il calcestruzzo è un materiale fragile
• Buona resistenza a compressione • Scarsa resistenza a trazione • Scarsa resistenza a flessione
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LEGANTI: Proprietà Meccaniche
PROPRIETA’ MECCANICHE
Cemento armato: Inserendo travi metalliche, si migliora la resistenza a trazione e flessione Se le travi vengono precompresse, il cemento aumenta la resistenza a trazione ed il modulo elastico
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
DEGRADAZIONE E DISTRUZIONE
Chimico Solfati e solfuri, Anidride carbonica, Cloruri, Alcali Fisico Gelo – disgelo, Ritiro, Incendio, Calore di idratazione, Meccanico Urto, scoppio, Erosione, abrasione, Sisma Vibrazioni
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
CARBONATAZIONE (I)
Consiste nell’ingresso di CO2 nella porosità del calcestruzzo con conseguente neutralizzazione della calce proveniente dall’idratazione dei silicati: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O La reazione ha come effetto la diminuzione del pH e dunque la creazione di condizioni per il processo di corrosione dell’acciaio
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
CARBONATAZIONE (II)
La carbonatazione è innocua per il calcestruzzo ma determina la cessazione dell’azione protettiva della matrice cementizia sul ferro di armatura Rimedi: Diminuire la porosità ad esempio minimizzando la quantità di acqua di impasto Proteggere l’armatura con copriferro o con tecniche elettrochimiche
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
CARBONATAZIONE (III) La velocità di carbonatazione dipende dalle condizioni ambientali e dalle proprietà del cemento Lo strato depassivato è
X = Kt1/2
K aumenta all’aumentare del rapporto a/c e dell’umidità relativa
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
ATTACCHI CHIMICI (I) Attacco delle ACQUE
Dilavanti Solfatiche
Viene asportata la calce presente nel manufatto lasciando microporosità con conseguente perdita delle proprietà meccaniche
Gli ioni Ca++ e SO4-- reagiscono
con gli alluminati già induriti per dare ettringite.
L’ettringite è più voluminosa degli alluminati e questo fa si che il manufatto si disgreghi
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
ATTACCHI CHIMICI (II)
Dilavamento
Le acque piovane contengono alti tenori di CO2 che le rende acide per la presenza di acido carbonico (H2CO3) L’acido carbonico determina la trasformazione da carbonato di calcio in bicarbonato più solubile e quindi facilmente dilavabile
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
ATTACCHI CHIMICI (III)
Sali disgelanti (e.g. NaCl)
Azione aggressiva nei confronti del calcestruzzo e dell’armatura La formazione dell’ossicloruro è accompagnata da un aumento di volume con effetto dirompente sulla matrice
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ATTACCHI CHIMICI (IV)
Attacco dei Solfati Attacco solfatico si esplica attraverso tre meccanismi distruttivi: • Formazione di gesso con aumento di volume • Formazione di ettringite Le ultime due reazioni provocano la distruzione del componentesilicato idrato che costituisce l’elemento legante più sisgnificativo
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
CORROSIONE
Se il pH del cemento è maggiore di 11.5 - 12, si forma uno strato protettivo di ossido sulla superficie dell’armatura di acciaio Questa è la situazione più comune nei cementi
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
DEPASSIVAZIONE La perdita di passività si può ricondurre ad attacchi di agenti esterni Se il pH scende a valori inferiori a 11.5, lo strato di film si rompe La diminuzione del tenore di calce porta ad un abbassamento del pH Depassivazione per carbonatazione
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
DEPASSIVAZIONE
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
DEPASSIVAZIONE
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
CORROSIONE Una volta che il pH è sceso ad un valore inferiore a 11.5, il metallo va incontro a corrosione L’aria umida trasporta ossigeno e acqua, che causano la corrosione • La ruggine è 5-6 volte più voluminosa del ferro di partenza • Il copriferro viene prima fessurato e poi espulso
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
CORROSIONE
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
GELO DISGELO Quando l’acqua liquida contenuta nei pori si trasforma in ghiaccio si verifica un aumento di volume del 9% circa che provoca un’azione dirompente Rimedi:
Riduzione della porosità tramite riduzone dell’acqua di impasto
Inglobamento di un sistema di microbolle (300 - 400
micron) tramite tensioattivi (ma con conseguente impoverimento della resistenza meccanica
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LEGANTI: Alterazione e Distruzione
Cause di corrosione su 10000 casi esaminati (Patterson, 1984)
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