LA DURABILITA' DEL CALCESTRUZZO:TEORIA, PRATICA, PRESCRIZIONI.

geom. Ivano PIGNI - Coordinatore Comitato Tecnico ASSIAD -

1. - PREMESSA.Per molto tempo tutti abbiamo considerate eterne le strutture di calcestruzzo ma oggi è sufficienteguardarsi un po' intorno per accorgersi che non è così, le patologie che riguardano il calcestruzzosono di chiara e conclamata gravità e, se ancora oggi, è quasi impossibile prevedere conesattezza quanti anni resisterà in opera un calcestruzzo è però possibile fare molto per limitare lecause esterne ed interne del degrado.Ogni volta che si discute di degrado del calcestruzzo è atteggiamento comune riferirsi soprattuttoall'inquinamento o ad altri fattori esterni: la conoscenza dei materiali e lo studio accurato dellepatologie ci dimostrano invece che su 100 calcestruzzi precocemente degradati circa 45 lo sonoper un confezionamento non corretto (dosaggi di cemento troppo bassi, rapporti A/C troppoelevati, scarsa cura nel proporzionare le miscele, mix design errati, ecc.); 25 circa, per errori oimperfezioni nella messa in opera (scarsa o nulla compattazione, casserature non idonee,nessuna operazione di curing, ecc.); 25 circa, per una progettazione non corretta dell'opera(copriferro inadeguati, spazi interferro troppo limitati per consentire la posa di conglomerati diadatte caratteristiche, errata valutazione dell'ambiente di esposizione e delle sollecitazioni cheesso deve fronteggiare, ecc.): Solo 5 calcestruzzi, infine, risultano danneggiati da causeaccidentali e quindi totalmente imprevedibili.L'eccessivo e rapido degrado del calcestruzzo ha quindi responsabilità abbastanza nette e preciseed un primo rimedio è intuitivo, responsabilizzare e qualificare maggiormente i singoli operatori.(fig 1)

Un calcestruzzo durevole, infine, ha un costo superiore a quello di un calcestruzzocorrente mentre i prezzi di capitolato e di mercato delle strutture in c.a., quasi semprepoco remunerativi, tendono a far realizzare conglomerati di bassa qualità. Bassa qualitàche, tuttavia, ad un sommario controllo, sembra soddisfare le poche specifiche tecnicheprescritte. Il progresso tecnologico ed il miglioramento sensibile della qualità dei prodottioggi disponibili, sono diventati anch'essi, paradossalmente, causa di degrado. E' oggi

possibile: ridurre le sezioni resistenti, aumentare i tassi di lavoro delle strutture, eseguiregetti e mettere in esercizio le strutture in tempi brevissimi e, tutto ciò, come vedremo piùavanti, può essere molto pericoloso. (fig 2)

Si cercherà ora di esaminare più nel dettaglio le molteplici cause che provocano degrado e cheabbiamo cercato di sintetizzare nella tabella precedente ma possiamo affermare, fin d'ora, che lepossibilità di insorgenza di una alterazione sono proporzionali alla permeabilità del conglomeratocementizio. Un calcestruzzo impermeabile non consente la penetrazione a nessun elementochimico, neutro o aggressivo che sia. Al contrario, un calcestruzzo molto permeabile può esseresoggetto a qualsiasi attacco portatogli dall'ambiente circostante. Il calcestruzzo durevole devequindi possedere una caratteristica fondamentale: la compattezza. Un calcestruzzo sarà tanto piùcompatto quanto più accuratamente sarà stato progettato, eseguito, controllato e messo in opera.

2. - PROGETTO DELL'IMPASTO - MIX DESING.Il calcestruzzo come noi lo conosciamo è una miscela di particelle solide (cemento e aggregati)con acqua. Possiamo quindi dire che, allo stato fresco, la porosità dell'impasto, che è poi ilcontrario della compattezza, è uguale alla quantità d'acqua necessaria a riempire tutti i vuotirimasti tra i granuli. Ma qual'è il volume di questi vuoti?. In un sistema di sfere monogranulari ilvolume dei vuoti dipende da una legge fisica invalicabile il rapporto tra il volume del cubo e dellasua sfera che esso circoscrive. Via via che il numero delle sfere cresce cioè diminuisce il lorodiametro esse possono assumere una disposizione spaziale più complessa ed una porositàdecrescente. In un recipiente di dimensione infinita (senza pareti) la minima porosità raggiungibilecon sfere monogranulari è del 26%. Ciò significa che se in un sistema le sfere sono più di una,sono tutte uguali e non c'è "effetto parete", che esse siano grandi o piccolissime non importa:questa è la massima compattezza raggiungibile. I vuoti tra le sfere sono in grado, però, diaccogliere sfere più piccole: in un sistema di sfere assortite la porosità può quindi diminuireancora. Questo esercizio, puramente matematico, (introdurre una "sfera" più piccola nel vuotolasciato da quattro "sfere" più grandi affiancate), si potrebbe protrarre all'infinito ottenendo unalievissima diminuzione della porosità ad ogni "passaggio" (aggiunta di sfere più piccole) ma, inpratica, già alla quinta aggiunta, la possibile introduzione di nuovo materiale sarà così esigua darendere inutile il proseguire oltre. La porosità residua ultima è del 15%.Nella pratica di ogni giorno, per il nostro "esercizio", non abbiamo mai a disposizione sfereperfette ma solo uno o più insiemi di granuli di varia forma e vario assortimento. Le equazioni ed icalcoli, allora, si complicano un po'; sarà più pratico allora, affidarsi a delle convenzioni stabilitesulla base di risultati sperimentali. La minima porosità ottenibile sarà, in ogni caso, molto vicina aquella teorica e vi si giunge (è un metodo tra tanti ed è tra i più affidabili) componendo gliassortimenti granulometrici disponibili in modo che la distribuzione granulometrica risultantecoincida con una distribuzione teorica che assume la figura data dall'equazione 1:1) P% = d/D

Se a questa configurazione, disegnata su carta millimetrata, affiancheremo un minimo ditolleranza, la figura che otterremo sarà il famoso e famigerato "fuso granulometrico" entro cuidovremo tentare di rimanere con il nostro insieme se vorremo ottenere la miscela più compattapossibile. Tale fuso granulometrico è solo uno degli svariati metodi, sia grafici sia matematici,utilizzabili per ottenere il risultato voluto e si rifà alla teoria di Fuller. Non sarà il massima dellascienza matematica ma ha il pregio della semplicità esecutiva e della costanza di risultati. Unesempio valido di fuso granulometrico di riferimento costruito sulla base dei setacci della NormaUNI ha come equazioni 2 costitutive:

2) P% = (d/D)0,4 (limite max sabbia3) P% = (d/D)0,65 (limite max ghiaia

di cui quello che segue è un esempio significativo (fig. 3).

Nella distribuzione granulometrica così definita manca qualcosa: il cemento che è un insieme digranuli per la gran parte più fini del limite granulometrico posto al precedente diagramma; el'acqua. Entrambi questi materiali sarebbero teoricamente in grado di "saturare" la porosità residuadel nostro insieme di granuli ma c'è una complicazione. L'acqua serve per dare lavorabilità alcalcestruzzo: un insieme teoricamente perfetto di granuli non serve a nulla se non possiamometterlo in opera. L'acqua serve per idratare il cemento che altrimenti rimarrebbe "inerte". Ilcemento serve, se idratato bene a conferire resistenza e rigidezza (monoliticità) all'insieme.Occorre quindi proporzionare in modo corretto anche questi componenti senza per questo perderedi vista il risultato finale che deve essere quello della massima compattezza (o della minimaporosità, se preferite). Vediamo prima di proporzionare il cemento. Il cemento ha una finezza chenella sua parte più grossolana si confonde con la parte finissima degli aggregati; esistono materialidi finezza analoga al cemento o più fini ancora: sono estremamente utili. Meglio quindi dimenticareun attimo la parola cemento per sostituirla con il termine più generico: "Filler" o se volete “Binder”.Definendo filler, ogni particella solida al di sotto dei 125 micron.

A naso, può sembrare che più filler si aggiunge maggiore sia la compattezza ottenibile; non ècosì. L'aggiunta di filler per percentuali anche significative aumenta effettivamente la compattezzama poi, oltre un certo limite ad ogni aggiunta di filler corrisponde un'aumento della porosità. Per ilfiller quindi esiste, dimostrato dalla pratica, un dosaggio ottimale (vedi diagramma allegato 1).Esso dipende principalmente dalla dimensione massima dei granuli presenti nell'insieme erisponde a precise equazioni, per semplicità, lo esponiamo sotto forma di tabella 11.

= Tolleranze)

L'acqua è l'elemento che ancora ci manca. Come abbiamo già accennato essa serve ad idratarecorrettamente il cemento ma questo è un fabbisogno minimo (8-9% del peso del cemento cioè 40-50 l/mc) e molto più per conferire all'impasto la giusta attitudine ad essere messo in operacorrettamente cioè a conferirgli lavorabilità. Qui non ci aiutano ne teoria ne equazioni; dobbiamonecessariamente affidarci a delle prove pratiche per stabilire quale sia il contenuto minimo diacqua necessario. Contenuto d'acqua che, ricordiamolo sempre, corrisponderà alla minimaporosità residua possibile nel nostro insieme. Appare ovvio come tale contenuto dipendaprincipalmente dai mezzi disponibili per la messa in opera ma è interessante osservare conattenzione i fenomeni che si verificano operando con l'insieme" che abbiamo più sopra definito.Intanto osserviamo che il comportamento degli impasti (ciò che finora avevamo definitogenericamente "insieme") è ripetibile una volta rispettate le definizioni date (distribuzionegranulometrica compresa nel fuso predefinito, contenuto di filler compreso nei limiti della tabella)non dipende quindi, in prima approssimazione, ne dalla natura e dalla forma dei granuli disponibiline dalla qualità e dal tipo di cemento utilizzato. Osserviamo poi che già a partire da un contenutod'acqua di 150 litri per metro cubo si possono ottenere ottimi valori di compattezza agendo conintense vibrazioni. Con medie intensità di vibrazione si ottengono risultati accettabili solo conalmeno 165 litri d'acqua per metro cubo. Oltre i 165 litri d'acqua per metro cubo non c'è vibrazioneche tenga, la porosità aumenta sempre in modo proporzionale al contenuto effettivo di acqua.Abbiamo così individuato il dosaggio ottimale del componente che mancava al nostro mix pertrasformarlo in un calcestruzzo utilizzabile e rispondente al requisito richiesto: la massimacompattezza possibile. Preparato l'impasto di calcestruzzo vediamo ora quali sono i fenomeni chesi verificano.

3. - L'IDRATAZIONE DELLA PASTA DI CEMENTO.Una lunga serie di ricerche, iniziate all'alba del secolo e tuttora in atto, perfezionate con l'adozionedi sempre nuove apparecchiature, ci consente di schematizzare così le trasformazioni cheavvengono nei costituenti principali del cemento in presenza di acqua:

C3S silicato tricalcico ---! !--- + Acqua ------> C-S-H + Ca(OH)2C2S silicato bicalcico ---! PORTLANDITE

C3A alluminato tricalcico + Acqua ------> C2AH8 + C4AH13 + C3AH6

C3A + Gesso + Acqua ------> C3A.3CaSO4.32H2O - C3A.CaSO4.12H2O - C4AH13 ETTRINGITE

C4AF alluminato ferrito tetracalcico + Acqua ------> C2(A opp.F)H8+C4(A opp.F)H13+ +C3(A opp.F)H6

C4AF + Gesso + Acqua ------> C3(A opp.F).3CaSO4.32H2O+C3(A opp.F).CaSO4.12H2O+ +C3(A opp.F)H13

I due silicati, C3S e C2S, portano alla formazione di uno stesso idrato, C-S-H. L'osservazione almicroscopio lo descrive come un insieme di fogli molto sottili che, avvolgendosi su se stessi, for-mano tubicini aperti, più o meno lunghi. Questa cristallizzazione lanceolata ricopre progressiva-mente i granuli di cemento anidri che assumono il classico aspetto di un "riccio". L'eccesso di cal-

cio lo ritroviamo dapprima sotto forma di idrossido Ca(OH)2 disciolto nell'acqua, in seguito questoeccesso precipita cristallizzando in placchette esagonali impilate tra i granuli di cementoparzialmente idratato: è la PORTLANDITE.L'idratazione del C3A provoca, nell'immediato, la formazione di un GEL (sostanza ad alta viscositàche può ancora configurarsi come una miscela di alluminato e acqua) poi, in rapida successione,la cristallizzazione di alluminati idrati (C3AH8 e C3AH13) che si presentano come placchetteesagonali e la cristallizzazione cubica dell'alluminato definitivo (C3AH6).La cristallizzazione degli alluminati che è una reazione che avviene in un tempo più breve di quellonecessario a descriverla, se non controllata, bloccherebbe completamente l'idratazione degli altricomponenti, in particolare del C2S. Per mantenerne il controllo viene sempre aggiunto unregolatore di presa: il Gesso (CaSO4.2H2O).La reazione del C3A in presenza di Gesso conduce alla formazione di una serie di solfoalluminati.Il Trisolfoalluminato o ETTRINGITE, in particolare, cristallizzato molto finemente, ricopre per uncerto tempo i granuli ancora anidri del cemento e li protegge da una reazione troppo rapida. Viavia che la reazione progredisce però l'ettringite assume una forma più stabile quella di bastoncelliprismatici. Contemporaneamente all'ettringite si formano piccole quantità di monosolfoalluminato edi alluminato idrato che assume l'aspetto di placchette. Analogamente si comporta l'alluminato-ferrito-tetracalcico (C4AF).Come abbiamo visto, le particelle solide disperse in acqua che costituiscono la pasta di cemento,sono dei granuli policristallini costituituiti da silicati e alluminati. Questi componenti presentanovelocità di idratazione molto differenti e di questo occorre tenere conto parlando di durabilità. Ogniloro reazione, poi, produce quantità abbastanza importanti di calore. L'analisi e lo studio delle variefasi di sviluppo del calore consente di seguire e giudicare lo stato di avanzamento e il progrediredell'idratazione. Si è potuto stabilire che la reazione del C3S e del C3A non evolve più, in manierasignificativa dopo i 28 giorni dall'introduzione dell'acqua. Tra i 28 giorni ed i 6 mesi si registraancora una sensibile attività residua da parte del C2S e del C4AF. Dopo i 6 mesi si registranoancora delle piccole evoluzioni ma è molto difficile stabilire se ciò sia attività primaria residua oreazione di cemento totalmente idratato con sostanze presenti nell'ambiente.Lo sviluppo del calore di idratazione del C3S, di gran lunga il componente principale degli attualicementi, presenta all'analisi, un segnale caratteristico: si verifica una produzione notevole dicalore nei primi istanti di idratazione a cui fa seguito un periodo, che dura parecchie ore, di inerziaquasi totale denominato "periodo dormiente", poi la temperatura riprende a salire in modo costanteper molte ore. Si attribuisce questo segnale così particolare alla reazione di adsorbimento da partedel C3S con conseguente formazione di gel, sarebbe quindi una reazione più fisica che chimica. Ilsecondo sviluppo di calore è invece legato alla reazione chimica vera e propria, cioè allaformazione dei silicati idrati C-S-H e alla precipitazione del Ca(OH)2. Il periodo "dormiente" ètuttora molto misterioso tuttavia è noto che l'uso degli additivi e le variazioni di temperaturaagiscono proprio sulla durata di tale periodo e sono quindi in grado di accelerare o ritardare lavelocità di indurimento della pasta di cemento. Diviene quindi chiaro che il periodo di idratazionedel cemento va seguito con cure particolari.

Prima tappa sulla strada dell'ottenimento della massima durata sarà quindi quella di avere curaassidua del calcestruzzo, se non fino al termine ultimo delle reazioni di idratazione, almeno fino aquando lo sviluppo delle resistenze non l'abbia reso sufficientemente robusto e compatto (3-5giorni). L'insieme degli accorgimenti da porre in atto in questa fase è conosciuto con il nome di"curing".

4. - REAZIONI DEI COMPOSTI IDRATATI CON L'AMBIENTE.Quando è fortemente compatto e ben dosato in cemento (le due cose purtroppo non sonosinonimi), il calcestruzzo resiste bene alla maggior parte degli attacchi fisici e chimici che glivengono portati dall'esterno. Troppo spesso però il calcestruzzo non è così e allora tutti i suoicomponenti (cemento, ferro, aggregati) possono subire alterazioni e queste alterazioni mettere inpericolo la stabilità stessa dell'opera.Le alterazioni della pasta di cemento possono essere causate da agenti esterni (soluzioni acide,terreni ricchi di gesso, aggressivi gassosi portati a contatto della pasta di cemento dall'acqua chepermea il calcestruzzo) o da agenti interni (idratazione della calce e del magnesio liberi nelcemento, reazione alcali e alcali-silice, solidificazione dell'acqua sotto l'azione del gelo ecc.).Queste alterazioni si manifestano in due modi contrari dagli effetti ugualmenti dannosi:

• con L'EROSIONE - alcuni dei componenti si trasformano in altri molto solubili che l'acquaallontana lasciando vuoti via via crescenti che diminuiscono progressivamente la resistenzameccanica. Una reazione questa, all'inizio lenta e quasi impercettibile ma, una volta innescata,sempre più rapida e distruttiva;

• con l'ESPANSIONE - alcuni dei componenti si trasformano in altri ancora insolubili ma divolume nettamente superiore. Ciò crea tensioni notevoli e quando tali tensioni superano laresistenza del conglomerato si assiste alla formazione di fessure che, seppure non sufficienti aindebolire in modo irrimediabile la struttura, sono una porta spalancata agli aggressivi chepossono completare in breve tempo la loro azione disgregatrice.

Di tutti i componenti del cemento idratato, la Calce (portlandite) è di gran lunga quello più deboleessendo molto facilmente solubile. La calce può poi emergere dalla struttura attraverso porosità omicrofessure e formare una efflorescenza bianca di Ca(OH)2 che all'aria carbonatatrasformandosi in CaCO3 insolubile. L'acqua che può permeare il calcestruzzo discioglie semprela calce sia essa acidula, salina o pura (acqua di ghiacciaio). Per l'importanza che rivestono e perla loro frequenza le azioni aggressive possono essere così schematizzate:

⇒ AZIONE DI ACIDO CARBONICO (H2CO3) E ANIDRIDE CARBONICA (CO2). L'acido carbonico in natura non esiste lo si deve considerare come una soluzione acquosa dianidride carbonica. l'Anidride carbonica in acqua è presente sotto diverse forme:• - CO2 libera sotto forma di gas e questa presenza è costantemente alimentata dalla massiccia

presenza di questo gas nell'aria• - CO2 semicombinata chimicamente Ca(HCO3)2-Bicarbonato solubile• - CO2 combinata chimicamente CaCO3 - Carbonato insolubile secondo la seguente reazione di

equilibrio (equazione 3):

A.1 - La CO2 è in difetto in rapporto al CaCO3: si stabilisce un equilibrio nel senso 2 <---- dellareazione (A) si ha precipitazione di CaCO3 insolubile (calcite o aragonite). Precipitati questi nonespansivi che otturano le porosità fungendo, spesso da protettivi del calcestruzzo. Siamo inpresenza di acqua incrostante

A.2 - La CO2 Š in eccesso in rapporto al CaCO3: I° - si stabilisce un equilibrio nel senso 1----> della reazione (A) con formazione di Ca(HCO3)2 solubile. II° - avviene l'attacco del Ca(OH)2 del cemento: CO2 + H2O + Ca(OH)2 ----> CaCO3 + 2H2O III° - il CaCO3 si trasforma come nel caso I° Siamo in presenza di un'acqua aggressiva si ha erosione.

L'attacco portato dalla CO2, trascurabile nel calcestruzzo, è estremamente dannoso per uno deicomponenti essenziali del cemento armato: il ferro d'armatura. L'ambiente che circonda learmature ha una funzione determinante sulla loro conservazione. Il calcestruzzo, o meglio ilcemento, realizza questa protezione grazie all'elevata alcalinità (pH almeno=12,5) che induce eche è dovuta principalmente all'idrossido di calcio che abbiamo visto formarsi in grande quantità almomento dell'idratazione. La CO2 reagendo come abbiamo appena visto proprio con la calceabbassa in breve tempo il pH sotto il valore 11 (Steel Corrosion Limit).Le armature in presenza dell'ossigeno e dell'umidità dell'ambiente possono subire unadegradazione consistente per la trasformazione molto rapida del ferro metallico (Fe) in ossido e inidrossido di ferro (ruggine) secondo la seguente reazione generale:

4Fe + 3O2 + 2H2O ----> 4Fe(OOH)

Tale reazione presenta sostanzialmente due fenomeni di degrado ugualmente importanti:I° Diminuzione della sezione del ferro metallicoII° Distacco del copriferro a causa del rigonfiamento del ferro nella sua trasformazione da ferro a ossido e poi a idrossido. (spalling) (fig 4)

L'idrossido di ferro esiste in varie forme: in particolare esiste la forma Ÿ.FeOOH denominatalapidocrocite che in ambiente molto basici (pH maggiore di 11 appunto) si presenta stabile, moltodenso, compatto e ben aderente al ferro sottostante. Questo idrossido forma una barrierapraticamente impenetrabile all'ossigeno e all'acqua e ciò preserva le armature da ulteriori danni: sidice allora che il ferro è "passivato".In ambienti meno basici (pH minore di 11), come si verifica quando la CO2 ha reagito con la calcepresente, l'idrossido superficiale diventa molto soffice, poroso e non più protettivo.Il ferro non più passivato è allora in grado di ossidarsi ulteriormente secondo le seguenti reazionischematiche:

ANODO (reazione anodica) 4Fe + 8H2O ----> 4FeOOH + 12H+ + 12e

CATODO (reazione catodica) 3O2 + 6H2O + 12e ----> 12 OH

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Come si può notare, affinché l'ossidazione del ferro possa proseguire occorre che sia presenteuna gran quantità di umidità e che sia ininterrotto il flusso di elettroni tra anodo e catodo,condizione quest'ultima estremamente facilitata dall'alta conducibilità elettrica del ferro.Vista la facilità con cui avvengono queste reazioni e l'estrema disponibilità delle "materie prime"necessarie, se dopo qualche anno dal getto, abbiamo ancora delle armature in opera ciò è dovutoal fatto che, per fortuna, si devono verificare alcune condizioni concomitanti: occorre, soprattutto,disponibilità di ossigeno e di acqua.In genere la diffusione dell'ossigeno e dell'acqua in un mezzo poroso non avviene incontemporanea e ciò perché l'ossigeno e i gas in genere si diffondono con estrema lentezzanell'acqua. Pori capillari pieni d'acqua (U.R. maggiore del 95%) non contengono ossigeno; poricapillari con U.R. minore del 50% non hanno tutta l'acqua necessaria alla reazione anche sedispongono di una grande concentrazione di gas aggressivo. Ne consegue che le strutture piùesposte all'aggressione sono quelle porose (veloce diffusione di gas e acqua) alternativamentebagnate da pioggia o spruzzi con intervalli di condizioni non sature (U.R. tra 50 e 80%) cioè tutte lestrutture esterne non protette dalla pioggia (coperture, pavimentazioni, strutture stradali, ecc.) e lezone soggette all'alternarsi delle maree o al rapido susseguirsi dei periodi di piena e di magra(moli, darsene, palificazioni, dighe, piloni di ponti, ecc). Ce n'è comunque a sufficienza perpreoccuparsi seriamente.

⇒ AZIONE DI CLORO E CLORURI. Sostanzialmente analogo a quello appena visto in dettaglio è l'attacco portato al calcestruzzo ealle armature da parte del cloro e dei cloruri. L'unica differenza è data dal fatto che il Clororeagisce con l'idrossido di ferro trasformandolo in cloruro facilmente solubile. L'attacco all'armaturaè quindi sempre ed esclusivamente di riduzione della sezione disponibile (pitting). Nel caso deicloruri (sali disgelanti, acqua di mare, ecc) è poi necessario distinguere qual'è il tipo di cloruropresente perché nel caso di presenza importante di cloruro di calcio (CaCl2) si può verificare anchela formazione di fessure per effetto dell'espansione provocata dall'ossicloruro di calcio(3CaO.CaCl2.15H2O).

La diffusione del cloro, purtroppo, non è del tutto inibita dalla forte presenza d'acqua perciò l'unicaprotezione a questo tipo di attacco è quella offerta dalla massima compattezza del calcestruzzo edalla composizione del cemento impiegato.La diffusione del cloro è governata dalla formula (fig 5):

⇒ AZIONE DEGLI ACIDI.Per acidi si vuole qui intendere soprattutto degli acidi deboli o degli acidi forti molto diluiti perchél'attacco degli acidi forti in concentrazioni elevate richiederebbe misure appropriate e nessuno,salvo incidenti, credo e spero, si sogna di costruire contenitori per tali materiali esclusivamente incemento armato. Si ha allora:I° Caso - La calce passa in soluzione senza reagire. La pasta di cemento si decalcificaprogressivamente per la dissoluzione della calce degli idrati Ca(OH)2; C-S-H; C4AH13. Lo stadioultimo della degradazione è la formazione di SiO2.nH2O ed Al2O3.nH2O cioè ossidi semplici idrati.Questo è un gel e la cui resistenza è nulla. I volumi residui sono via via sempre minori si ha perciò:EROSIONE.II° Caso - La calce passa in soluzione e partecipa a ulteriori reazioni chimiche: A) Si avrà uno strato protettivo se si formeranno composti nuovi insolubili p.es. H2CO3 (acido carbonico) + Ca(OH)2 ----> CaCO3 + 2H2O

B) Ci sarà erosione se si formeranno composti nuovi solubili p.es. 2HNO3 (acido nitrico) + Ca(OH)2 ----> Ca(NO3)2 + 2H2OA questo ultimo caso appartengono tutti gli attacchi degli acidi organici (Acetico, Tannico, Lattico,Formico, ecc.). Questi sono acidi deboli e poco aggressivi ma sono presenti quasi sempre in forteconcentrazione: si pensi, ad esempio, ai luoghi di conservazione dei prodotti agricoli o allestrutture di stoccaggio e smaltimento degli scarti di lavorazione e dei rifiuti.Anche gli acidi grassi provenienti dagli olii e grassi vegetali o animali, certi acidi derivanti dallozucchero, l'acido umico e fulvico provenienti dai vegetali (terreno agricolo) sono acidi deboli e pocoaggressivi ma sono presenti pressoché ovunque.L'azione dell'acido solforico conduce a formazione di solfati di calcio pochissimo solubili. Nonrientra nel caso II° A) perché questi solfati provocano reazioni secondarie con altri componenti delcemento e sarà, per questo, descritta a parte.

⇒ AZIONE DEI SALI:E' questa una reazione di scambio ionico e pertanto può avvenire solo dopo che è iniziata ladissoluzione della calce e in presenza d'acqua.A) In presenza di sali coerenti in Ca(OH)2 si ha formazione di prodotti insolubili che formano uno strato protettivo p.es. Azione del cloruro di magnesio: lo ione Mg++ sostituisce lo ione Ca++ cioè: MgCl2 + + Ca(OH)2 ----> Mg(OH)2 + CaCl2 Insolubile Solubile

B) In presenza di sali non coerenti in Ca(OH)2 si ha formazione di sali solubili e gas volatili si hacioè EROSIONE

p.es. due ioni NH4+ del cloruro d'ammonio sostituiscono lo ione Ca++ cioè:

2NH4Cl + Ca(OH)2 ----> 2NH3 + 2H2O + CaCl2 Gas Solubile

Uno schema di questo tipo si applica a tutti i cloruri e a tutti i nitrati. Questi sali sono presenti ingrande concentrazione in tutti i materiali disgelanti e in molti fertilizzanti così come negli eluati deirifiuti sia civili sia industriali.In ogni caso perché‚ ci sia aggressione devono essere presenti contemporaneamente due fattori:l'aggressivo e l'acqua. Un calcestruzzo sarà aggredibile solo se permeabile all'acqua e se sarà incondizioni di umidità variabili di frequente nel tempo. Un calcestruzzo compatto è pressochéimpermeabile e quindi poco o nulla aggredibile dagli acidi e dai sali così come li abbiamo definiti.

⇒ AZIONE DEI SALI SOLFATICIAnche in questo caso si tratta di una reazione di scambio ionico e quindi può avvenire solo inpresenza di calce in dissoluzione e di acqua. Non rientra negli schemi proposti perchè lo scambioionico conduce alla formazione di CaSO4 (solfato di calcio) cioè lo stesso materiale che vieneutilizzato come regolatore di presa. Con il C3A del cemento il solfato genera solfoalluminati: cristalliinsolubili che occupano un volume molto maggiore di quello dei composti di partenza(ricordate l'ettringite?). In quantità giuste tali cristalli sono componenti essenziali in quantitàeccessiva generano una notevole e pericolosa ESPANSIONE.La reazione chimica la conosciamo già ma forse vale la pena di ricordarla (equazione 4):

Esistono ancora due tipi di attacchi cui può essere soggetto il calcestruzzo uno di tipo fisico e unodi tipo chimico che nell'introduzione di questa relazione abbiamo definito come: "cause interne didegrado". Riteniamo sia opportuno evidenziarle.

⇒ REAZIONE ALCALI-SILICE E ALCALI-AGGREGATO.Avviene per reazione degli alcali presenti nel cemento (K2O, Na2O, CaO) o in alcuni aggregati(p.es. feldspati) con i componenti più reattivi degli aggregati stessi. Si possono citare due casi:A) Aggregati contenenti silice attiva (solubile). Si ha formazione di un gel CaO-K2O-Na2O-nH2O che può portare a conseguenze diverse a seconda che: A.1) Il CaO sia in forte eccesso. Il gel che si forma non è espansivo ma si deposita sulla superficie degli aggregati e ne annulla la coesione con la pasta di cemento. A.2) Vi sia eccesso di alcali (K2O, Na2O). Il gel che si forma diviene fortemente espansivo per adsorbimento d'acqua. L'espansione è notevole e porta sempre alla comparsa di fessure molto caratteristiche.B) Aggregati dolomiaci (Ca.Mg(CO3)2). Si ha formazione di Mg(OH)2 insolubile e di CaCO3, K2CO3,Na2CO3 altrettanto insolubili ma di volume molare nettamente superiore ai costituenti. Si ha anchequi un'espansione ma i danni sono sempre notevolmente minori che nel caso precedente. A questitipi di aggressione, purtroppo, non c'è rimedio. Occorre solo accertarsi bene della natura degliaggregati prima di utilizzarli per la confezione del calcestruzzo. E' comunque buona regola,peraltro codificata dalle norme vigenti (UNI 8520), sottoporre sempre tutti gli aggregati percalcestruzzo a prove di laboratorio atte ad escludere ogni loro potenziale reattività.

⇒ ATTACCO DEL GELO.I fenomeni criogenici in sistemi capillari (quali appunto il calcestruzzo) sono materia di studiovastissima che, tuttavia, in prima approssimazione, si può così sintetizzare.L'aumento di volume dovuto alla formazione del ghiaccio crea delle sovrappressioni che spostanol'acqua interstiziale, generando, nel contempo, modeste quantità di calore (dovute al comprimersidell'aria presente). Tale calore abbassa il punto di congelamento dell'acqua contenuta nei capillaripiù interni (acqua di saturazione). Chiamando "t0" la temperatura di congelamento dell'acqua apressione atmosferica e "t1" la temperatura di congelamento dell'acqua di saturazione possiamodistinguere due casi:1) GELO MODERATO - Si ha quando la temperatura dell'aria è compresa tra "t0" e "t1" (di solito tra0° e -5°C). Il fronte del gelo avanza molto lentamente dall'esterno verso l'interno. L'acquainterstiziale viene spinta lentamente verso la superficie dove a sua volta gela. Si creano dellesovrappressioni molto modeste che tuttavia sono in grado di innescare numerose microfessure.

L'attacco è debole e superficiale ma può diventare importante se i cicli di gelo-disgelo si ripetonoper molte volte ad intervalli ravvicinati di tempo. Il materiale subisce i danni più gravi dallefessurazioni dovute alla: "fatica" (sollecitazioni ripetute e ravvicinate).2) GELO INTENSO - Si ha quando la temperatura dell'aria è sensibilmente minore di "t1". Il frontedel gelo aggredisce simultaneamente anche le parti più interne. L'aumento di volume dovuto alghiaccio che si forma è rapido e molto netto (l'acqua non ha il tempo di migrare all'esterno) ecausa nel materiale fessurazioni e disgregazioni profonde già dopo pochi cicli di gelo-disgelo.A questi carichi già piuttosto gravosi dobbiamo aggiungerne altri forse meno conosciuti maaltrettanto importanti. All'acqua interstiziale sono (praticamente sempre) associate quantitànotevoli di sali disciolti e quindi alle sovrappressioni del gelo dobbiamo aggiungere quelle di tipoosmotico e, cosa ancora più importante, quelle derivanti dalla ricristallizzazione dei sali discioltiall'interno del sistema capillare. Il gelo, in ogni caso, non agisce allo stesso modo su tutti icalcestruzzi: la sua azione sarà diversa a seconda dell'età di maturazione e a seconda dellaresistenza meccanica che il calcestruzzo presenta. Quando il gelo colpisce prima della presa delcemento genera, gelando l'acqua d'impasto, una miscela di cemento aggregati e cristalli dighiaccio più o meno grandi; c'è un aumento di volume che il calcestruzzo ancora plastico èperfettamente in grado di assorbire; la presa non avviene quindi, mi raccomando, non scasserate!.Al cessare dell'azione del gelo ci sono ottime probabilità che il calcestruzzo riprenda ad indurirecomportandosi poi in modo normale.

Quando il gelo colpisce un calcestruzzo "giovane" cioè già indurito ma con resistenze ancoramodeste allora la distruzione è pressoché totale ed irrimediabile. Il calcestruzzo sarà quindimassimamente vulnerabile dal momento di fine presa fino a che non abbia raggiunto almeno 5MPa di resistenza meccanica. In questa fase si può solo proteggerlo mantenendo la temperaturadel getto se non calda almeno non inferiore a 0°C. Poiché risulta pressoché impossibile impedirela saturazione con acqua del sistema capillare: "calcestruzzo" l'unico rimedio a tanta forzadistruttiva risulta essere quello di introdurre dei vuoti d'aria atti ad interrompere il sistema capillarecon spazi sufficienti ad annullare le sovrappressioni più sopra descritte.

5. PRATICA E PRESCRIZIONI.Fin qui abbiamo solo parlato di "disgrazie" cercando di analizzare ciò che può succedere ad uncalcestruzzo esposto nell'ambiente. E' ora necessario fornire qualche suggerimento per tentare diminimizzare i danni e prolungare la vita del calcestruzzo: dobbiamo cioè provare a gestire ladurabilità.Al termine del capitolo precedente abbiamo accennato al "Sistema Capillare Calcestruzzo" bene èproprio il sistema capillare il maggior responsabile di tutte le reazioni che possono avvenire,ricordiamo ancora una volta a costo di essere monotoni che perché ci sia aggressione accorre checi sia l'aggressivo e soprattutto che ci sia l'acqua. Bisognerebbe quindi annullare (impossi-bile) oquantomeno minimizzare fino a renderla innocua la porosità presente nell'impasto.Il cemento, che è una delle componenti del calcestruzzo, sarebbe perfettamente capace diottenere questo risultato ma dobbiamo aiutarlo e favorirlo. Per comprendere come, è opportuno, emi scuso per il tedio, fare ancora un po' di teoria.Ritorniamo un attimo all'inizio quando parlavamo di idratazione della pasta di cemento; ormaisappiamo che il cemento è composto da numerosi silicati e alluminati la tabella seguente allora èabbastanza chiara:

Tabella 1

Come si può vedere, e come forse avevamo già detto, l'idratazione del cemento porta ad unaumento importante del volume dei solidi. L'acqua di lavorabilità però è sempre molto maggiore

dell'acqua di reazione o combinata e, per evaporazione, lascia nella pasta una porosità notevoleche verrà solo parzialmente riempita da questo aumento.La curva di distribuzione della porosità infatti mostra che la sua diminuzione avviene soprattutto aspese dei pori di maggiore dimensione cioè del sistema capillare.Per esempio in una pasta di cemento con rapporto A/C = 0.5, tra i 2 ed i 28 giorni, il volume deicapillari di diametro superiore a 0,1 µ passa dal 24% al 4% solamente. Il riempimento progressivodei capillari porta ad una sostanziale diminuzione della permeabilità e tale diminuzione è funzionedell'età di maturazione della pasta.

TABELLA 2

Lcrs

T

AugaS

a tabella che segue fornisce, invece, il tempo di maturazione necessario alla pasta di cementoonfezionata con differenti rapporti A/C perché avvenga l'interruzione del reticolo capillare. Per unapporto A/C superiore a 0.7 tale interruzione non può mai avvenire, il reticolo capillare restaempre aperto qualunque sia l'età del cemento: un calcestruzzo così non sarà mai durevole.

AB.3

quanti stanno pensando: "si! ma io calcestruzzi così... non ne farò mai" offro un piccolo esempio:n calcestruzzo dosato 300 kg di cemento al metro cubo, con lavorabilità fluida, con aggregati dirano max 25 mm; ha bisogno di 230 litri d'acqua per metro cubo (acqua totale ovviamente cioècqua aggiunta+umidità degli aggregati) ciò significa 230/300 = A/C = 0.77... e addio durabilità!.e quanto detto vi sembra esagerato proviamo a dare un'occhiata alla tabella seguente:

Tabella 4

Prima regola del gioco quindi calcestruzzi a basso rapporto A/C ma come ottenere questo risultatoin pratica?. Intanto utilizzando sempre additivi riduttori d'acqua e non speculando troppo suidosaggi di cemento. Ricordando che i valori di tabella si riferiscono a calcestruzzi non additivaticon l'uso dell'additivo possiamo utilizzare le seguenti equivalenze:• Con additivi fluidificanti (0,4 - 0,6% del peso del cemento) acqua totale = -8%• Con additivi polivalenti (0,4 - 1,2% del peso del cemento) acqua totale = da -8 a -15%• Con additivi superfluidificanti (1 - 2,5% del peso cemento) acqua totale = -20%L'esempio precedente in presenza di un buon riduttore d'acqua (-20%) avrebbe fornito uncalcestruzzo 185/300 = A/C = 0.62. Non saremmo ancora in una zona di sicurezza ma avremmogià migliorato in modo significativo le prestazioni del calcestruzzo (330 Kg di cemento avrebberoportato il rapporto A/C ben al di sotto di 0.6 quindi in buona sicurezza). In buona sicurezza e a tuttovantaggio della resistenza meccanica del calcestruzzo che, infatti, è funzione del rapporto A/C (fig6)

Bene ha fatto quindi la normativa italiana (UNI 9858) ed europea (prEN 206) a legare la durabilitàa dei dosaggi minimi di cemento, a rapporti A/C massimi e ad una resistenza minima. Nellenormative citate, poiché come abbiamo visto a tutti gli attacchi si può rispondere migliorando laqualità del calcestruzzo, si è voluto legare la durabilità alla effettiva presenza degli agentiaggressivi e alla loro concentrazione. Sono state così create le cosiddette classi di esposizione.(vedi tabelle di UNI 9858). Sulla base delle classi di esposizione si sono poi dettate delleprescrizioni minime. E' immediatamente chiaro che il nostro concetto usuale di prestazione diresistenza è stato abbastanza ribaltato, Un calcestruzzo durevole offre quasi sempre prestazioni diresistenza superiori a quelle richieste dal progetto. Il dosaggio e il tipo di cemento devono esserescelti, per questo, non in funzione della resistenza ma soprattutto in funzione della classe diesposizione. La classe di esposizione però non la decidiamo noi deve essere una richiesta diprogetto. Occorre allora sensibilizzare tutti i progettisti con cui siamo in contatto affinché siano piùprecisi e fiscali in questo senso. Con rapporto A/C compreso tra 0.5 e 0.55 possiamoragionevolmente affrontare ogni classe di esposizione (eccetto la 5c ma questa riguarda in effetticondizioni estremamente gravose riscontrabili solo, a mia memoria, ciminiere industriali e torricondizionamento gas, getti in mare nella zona di bagnasciuga e qui è ragionevole e magarieconomico pensare a qualche protezione supplementare).

Gli additivi riduttori d'acqua ci aiutano a contenere entro termini ragionevoli i dosaggi di cementosenza penalizzare la lavorabilità. Assolutamente non proponibile il diminuire il rapporto A/Cdiminuendo l'acqua d'impasto e di conseguenza la lavorabilità. A nulla vale tentare di interrom-pere il reticolo capillare se poi per difficoltà di posa e di assestamento lasciamo vacuoli, nidi dighiaia e quant'altro. Resta ancora una raccomandazione: il curing. Dalla tabella III rileviamo chel'interruzione del sistema capillare avviene, per i rapporti A/C appena citati, in tempi compresi tra i7 ed i 14 giorni dal getto. In questo periodo occorre proteggere il getto dall'evaporazione tropporapida dell'acqua. Non dobbiamo però bagnare o meglio non dobbiamo bagnare e poi lasciareasciugare e poi bagnare e poi... perché abbiamo visto che questa è la condizione più favorevoleper la dissoluzione della calce.Come fare allora? Beh per le strutture in cui il rapporto superficie volume è modesto (travi, pilastri,muri, ecc.) basta lasciare casserato per un tempo ragionevolmente lungo (quello previsto per lamaturazione da 7 a 14 giorni sarebbe l'ideale ma possiamo anche farci qualche sconto) diciamoalmeno 5 giorni e proteggere la superficie di getto con fogli di polietilene, con stracci o stuoieumide (anche bagnare va bene, intendiamoci, solo bisogna prevedere una nebbia, un aerosol, nonuna secchiata d'acqua e via). Per le superfici grandi (solai, pavimenti, ecc) esiste la possibilità diutilizzare fogli di polietilene ma esiste anche l'alternativa di vaporizzare su tutta la superficieprodotti antievaporanti e in questo campo c'è solo l'imbarazzo della scelta.E qui non possiamo farci sconti.La pena è grave: sono le FESSURAZIONI.Avremo chiuso una porta piccola per aprire un varco immenso nelle difese che volevamoapprestare.Abbiamo ormai ripetuto alla nausea che il pericolo più grande è la dissoluzione della calce.Impedire questo fenomeno e dare sicurezza al costruito è oggi possibile grazie ad un prodottoforse poco noto ma che certamente merita una riflessione attenta: Il Fumo di Silice condensato oSilica Fume. A rigor di logica questo non può essere considerato un additivo: gli additivi loricordiamo sono quei prodotti aggiunti al massimo in ragione del 5% del peso del cemento (UNI7101-prEN 934-2) tuttavia il fumo di silice è, senza alcun dubbio, uno dei materiali più stimolanti èdi maggior soddisfazione sia per i ricercatori che per gli utilizzatori. Trattandosi di un sottoprodottodi lavorazioni industriali, è importante che esso sia sottoposto ad attento controllo di qualità perevitare che la presenza di materiali deleteri superi determinati livelli. A questo provvedonocostantemente i nostri fornitori.

⇒ ORIGINE COMPOSIZIONE E CARATTERISTICHE DEL FUMO DI SILICE.Il fumo di silice (in inglese SILICA FUME o CONDENSED SILICA FUME) è una polvere che siottiene come sottoprodotto della lavorazione all'arco elettrico del silicio, del ferro-silicio e di altreleghe metalliche a base di silicio. Chimicamente il fumo di silice è in prevalenza costituito da silicela cui percentuale può variare da circa l'85% fino al 98%. Gli altri costituenti minori (ossidi dialluminio, ferro, calcio, magnesio, ecc.) possono essere presenti in quantità più o meno trascurabilia seconda del tipo di lega di silicio prodotta. tab 5 e tab 52

Per le applicazioni nel calcestruzzo, il fumo di silice si pres1. sotto forma di polvere "tout venant" (cosi com'è scaricat

che la producono),2. sotto forma di polvere compatta (Silica fume densificato3. sotto forma di fango o slurry al 50% di solido.

Il fumo di silice è mineralogicamente un materiale commicroscopio elettronico mostra la presenza di sferette ragggrappolo" la cui dimensione arriva anche a diverse decindosaggio. I legami tra le sferette all'interno del grappoll'agitazione meccanica necessaria alla preparazione del ctrasformare il fumo di silice nel materiale finissimo che in e

⇒ MECCANISMO DI AZIONE DEL FUMO DI SILICE NEIl fumo di silice possiede, in relazione alla sua natura funzione di filler e quella pozzolanica. Entrambe si collocanquello di altri materiali molto noti quali: le ceneri volanti e le1. La funzione di filler è legata alla finezza estrema pos

come diametro medio dei granuli che come superficiecemento. Questo consente ai granuli di fumo di silicecemento creando una struttura estremamente compatuno spazio molto ridotto (DSP - Densified with small pmai disgiunto dal contemporaneo impiego di buoni addi

2. La funzione pozzolanica è legata alla composizione granuli di silice sono altamente reattivi. La misura dell'normalmente usato per i cementi pozzolanici, confermadosaggi di silice che sono meno di un terzo di quelli deQuesto prodotto è quindi in grado di garantire, in temdella calce presente nelle pasta di cemento.

Il fumo di silice poi è prodotto indispensabile in tutti quei pozzolanici o d'alto forno. Per queste ragioni il fumo dconsiderato un aggregato o un aggiunta ma parte integranpresente nella miscela. Non si deve trascurare, inoltre, chedi silice, fornisce, ai ferri d'armatura, una notevole proteelevati valori di resistività elettrica (reciproco della conduciresistività del calcestruzzo modificato con fumo di silice ècalcestruzzo di pari rapporto A/C. Questa proprietà permel'innesco della "pila elettrica" che è, in definitiva, la vera Sperimentalmente si dimostrato che le resistenze meccanall'aggiunta di fumo di silice. Il calcestruzzo con fumo all'abrasione e all'erosione.

Abbiamo così risposto ad un gran numero di attacchi. Tudella calce per la presenza d'acqua sono scongiur

enta:a dai filtri di abbattimento delle polveri

),

pletamente amorfo. L'osservazione alruppate a formare degli agglomerati "ae di micron. Ciò facilità molto l'uso ed ilo sono però molto tenui: è sufficientealcestruzzo per rompere questi legami effetti è.

L CALCESTRUZZO.chimico-fisica, due distinte funzioni: lao ad un livello di gran lunga superiore a pozzolane naturali.seduta da questo materiale che è, sia specifica, circa 100 volte più fine del

di collocarsi tra i granuli più grossi delta che lascia a disposizione dell'acquaarticles). L'uso del fumo di silice non è

tivi superfluidificanti.

chimica ed alla natura morfologica deiattività pozzolanica con il saggio Fratini, che si ottengono risultati eccellenti conlla miglior pozzolana disponibile in Italia.pi brevi, la completa insolubilizzazione

luoghi ove non siano disponibili cementii silice non viene e non deve esserete, a tutti gli effetti, della quota cemento l'uso di calcestruzzi modificati con fumozione dalla corrosione in virtù dei suoibilità). Numerosi test confermano che la da 3 a 7 volte maggiore di quella di untte di ritardare molto, se non di bloccare,responsabile della corrosione del ferro.iche aumentano in misura proporzionaledi silice ha, inoltre, migliori resistenze

tti quelli che richiedono la dissoluzioneati perché abbiamo confezionato un

calcestruzzo che, grazie al basso rapporto A/C e alla maturazione corretta, non presenta più unreticolo capillare attivo. Con la silice abbiamo reso impossibile ogni ulteriore dissoluzione dellacalce. Resta ancora un piccolo rischio: la corrosione delle armature per effetto della progressivacarbonatazione che abbiamo rallentato moltissimo ma che non potremo fermare. Possiamo edobbiamo aumentare i copriferro. Con ciò rispondendo anche ad un'altro motivo di degrado cheessendo artificiale e casuale non tratteremo qui: L'INCENDIO.Vogliamo ricordare, molto velocemente, che il copriferro minimo è prescritto dalle norme(Eurocodice 2 p.es.); utilizziamo quei valori e saremo a posto!. Attenzione però perché lalegislazione Italiana (legge 1086 e regolamenti di applicazione) ammette, in realtà, copriferro moltominori e soprattutto parla solo di ferro principale. Seguendo quelle prescrizioni si rischia di avere lestaffe a 8-10 mm dalla pelle del calcestruzzo e ciò vanificherebbe tutti i nostri sforzi. Possiamo soloauspicare che tali leggi vengano al più presto modificate. Ci auguriamo anche che si tornino adusare i buoni vecchi distanziali in cemento che i nostri padri si confezionavano nelle giornate dipioggia.Abbiamo ancora un nemico da combattere, si è affacciato più volte in questa trattazione ed ètempo di affrontarlo:

LE FESSURAZIONI.Le fessurazioni sono indotte nel conglomerato cementizio da sollecitazioni meccaniche derivantiessenzialmente da:• Variazioni dimensionali igrometriche• Variazioni dimensionali dovute a cause termiche

queste ultime possono essere:◊ Naturali (gelo e disgelo)◊ Artificiali (incendio) non trattate qui.

- Variazioni igrometriche.Le variazioni di umidità relativa possono generare, attraverso l'insorgere di variazioni dimensionali,uno stato tensionale nel calcestruzzo: - quando l'umidità relativa scende al disotto del 95% ilcalcestruzzo tende ad essicarsi e a contrarsi (ritiro) il contrario avviene se il materiale si trova inambienti saturi di umidità o sott'acqua (rigonfiamento) - In presenza di vincoli (armature metalliche,attriti con la base d'appoggio, ecc) il rigonfiamento genera tensioni di compressione che ilcalcestruzzo assorbe molto bene.Il ritiro invece genera tensioni di trazione che possono causare stati fessurativi e ciò purtroppo nonè facilmente prevedibile sulla base di un calcolo teorico. Da un punto di vista pratico è utiledistinguere il ritiro in "Plastico" ed "Igrometrico" a seconda che esso si manifesti nel periodo in cuiil calcestruzzo è ancora plastico o quando è già indurito anche se in realtà, in entrambi i casi, lacausa del ritiro rimane l'evaporazione dell'acqua dal calcestruzzo verso l'ambiente. Quando èancora allo stato plastico il calcestruzzo presenta un modulo elastico estremamente basso, letensioni che si creano sono molto modeste ma la resistenza a trazione è nulla. Le fessurazioni inquesta fase sono da ritenere molto probabili. Va precisato subito che questo tipo di fessureriguarda solo le superfici non casserate ed esposte ad ambienti asciutti (pavimentazioni, solai,massetti, rivestimenti di galleria e di scarpate in calcestruzzo spruzzato, ecc.). La prevenzione puòessere sostanzialmente di due tipi:• Prevenire l'evaporazione dell'acqua interponendo una barriera (teli di polietilene, membrane

anti-evaporanti, ecc.) cioè facendo quello che abbiamo chiamato curing.• Umidificare con acqua nebulizzata in modo da mantenere sempre satura di umidità la superficie

di contatto.Tali misure, ancorché previste ed esplicitamente raccomandate dalle normative (UNI 9858 - ENV206), sono spesso disattese date le obiettive difficoltà che si incontrano nel realizzarle soprattuttoquando le dimensioni da trattare sono effettivamente importanti o quando si opera con climaavverso (alta temperatura, bassa U.R., forte vento, ecc.).Può allora essere utile, anzi indispensabile, ricorrere all'impiego di fibre polimeriche. Il compitodelle fibre polimeriche (0,6-1,5 kg per mc di calcestruzzo; diametro 10-20 micron; lunghezza 5-25mm) è quello di aumentare la resistenza a trazione della matrice cementizia. I risultati di controllodelle fessurazioni sono sempre ampiamente garantiti.Il ritiro del calcestruzzo allo stato indurito coinvolge le strutture per un lungo periodo di tempo.Teoricamente si protrae anche per decine di anni dal getto se l'ambiente è costantemente secco.All'atto pratico però la gran parte del ritiro igrometrico si manifesta entro i primi sei mesi dal getto.

Purtroppo, mentre il ritiro plastico può essere facilmente contrastato impedendo l'evaporazionedell'acqua o utilizzando fibre polimeriche, il ritiro igrometrico può solo essere ridotto cercando diportarlo al di sotto della resistenza a trazione del calcestruzzo. Le misure necessarie per ridurre ilritiro igrometrico (meno di 500 µ/m a 6 mesi è ritenuto un limite sufficiente ad evitare fessurazioni)riguardano essenzialmente la composizione del calcestruzzo: E' necessario :• ridurre al massimo il rapporto A/C• aumentare al massimo possibile la pezzatura degli inerti per• diminuire il fabbisogno d'acqua di lavorabilità• impiegare sempre additivi riduttori d'acqua.• aumentare il rapporto Aggregato/cemento

Rapporti aggregato/cemento maggiori di 5 e rapporti A/C inferiori a 0.5 forniscono, di norma,calcestruzzi sufficientemente sicuri.

Nei casi più difficili (restauro di strutture degradate, ancoraggio di macchinari, ecc.) può esserenecessario e opportuno ricorrere ad agenti espansivi. Questi additivi sono in grado,adeguatamente contrastati dalle armature, di indurre sollecitazioni che annullano il ritiro.

- Variazioni dimensionali dovute al gelo.Dell'attacco del gelo abbiamo già parlato diffusamente ci limitiamo quindi a riprendere il capitolodei rimedi quando dicevamo che l'unica protezione possibile e prescritta dalle norme (UNI 9858 eENV 206) è l'introduzione di pori d'aria.Nel calcestruzzo indurito possiamo distinguere pori di vario genere:• Pori di costipamento "aria intrappolata", costituiti dai vani rimasti tra i grani di inerte di

dimensione maggiore di 1 mm. In un calcestruzzo di buona granulometria e ben costipato talipori sono vicini a 0%.

• Pori dei grani, cioè presenti negli aggregati; la loro influenza è del tutto trascurabile quando siutilizzano aggregati sottoposti a controllo e definibiti: "resistenti al gelo".

• Pori della pasta di cemento indurita, cioè pori di gel e pori capillari.I pori del gel si formano nel momento dell'idratazione e il loro diametro varia da 0.001 a 0.1 µ e, dinorma, non hanno inflenza sulla durabilità in quanto inattivi riguardo alle forze di capillarità.I pori capillari invece sono, quasi esclusivamente, il risultato di un eccesso di acqua di impasto illoro diametro è compreso tra 0.1 a 1 µ e sono quelli che abbiamo cercato di otturare con tutte lenostre precedenti prescrizioni. Il loro volume è, all'incirca, se siamo stati bravi, 30 l/m3 con A/C 0.5e 60 l/m3 con A/C 0.6. Sono filiformi e costituiscono una rete più o meno ben collegata e fine.Secondo il grado di asciugamento del calcestruzzo contengono in parte aria ed in parte acqua e,di solito, non bastano ad assorbire l'aumento di volume dell'acqua che gela ne la pressione deicristalli di sale in formazione. Occorre perciò creare pori d'aria di dimensione giusta, al momentogiusto e nel posto giusto; ecco perchè vanno introdotti artificialmente.I pori introdotti artificialmente "aria inglobata" sono ripartiti in modo regolare nella pasta dicemento, sono sferici e sensibilmente più grandi dei pori capillari (20-300 µ) e interrompono icanali della rete capillare creando i necessari spazi di espansione. Il tenore di aria inglobataminimo è prescritto per norma ed è funzione della dimensione del grano massimo dell'aggregato:

Tabella 6 –

Nel calcestruzzo fresco i pori d'aria artificiali, in quanto sferici, esercitano un'azione lubrificante equindi migliorano la lavorabilità consentendo di ridurre il rapporto A/C. Nell'ambito granulometricosono da considerarsi come componenti finissimi e, nel caso di granulometrie carenti di finissimi,

correggono efficacemente questo difetto. I pori d'aria artificiali, rallentano la trasudazionedell’acqua e allora occorre porre attenzione alle superfici molto ampie perché potrebberoasciugare troppo rapidamente (l'acqua non affluisce più dal basso per mantenerle umide) creandosituazioni di ritiro igrometrico differenziale (imbarcamenti - curling). In genere le superfici dicalcestruzzo a vista hanno un migliore aspetto grazie ai pori d'aria.Nel calcestruzzo indurito i pori d'aria diminuiscono la resistenza meccanica in proporzione alla loroquantità. Questo calo, parzialmente compensato dalla maggior lavorabilità che consente riduzionid'acqua, vale approssimativamente circa il 3% per ogni percento di aria introdottaLa produzione dei calcestruzzi aerati può presentare qualche difficoltà e ciò perché l'azione degliadditivi aeranti è influenzata da numerosi fattori:• curva granulometrica degli aggregati.• modulo di finezza della sabbia• dosaggio e tipo di cemento• consistenza del calcestruzzo• temperatura del calcestruzzo• tipo di miscelatore• durata della miscelazione, ecc.• additivazione: spesso gli additivi superfluidificanti hanno azione disaerante oppure introducono

essi stessi dei vuoti d'aria non desiderati.

In prima approssimazione possiamo dire che l'aria inglobata nel calcestruzzo è proporzionale alrapporto tra (g) particelle inferiori a 0.1 mm (cemento e silica fume) e (s) sabbia 0/4 mm; secondola seguente formula: gX = ------- g + s

Quando X è molto vicino a 1 (0.9 -1 = paste di cemento e filler) l'effetto aerante degli additivi èquasi nullo mentre è massimo con X compreso tra 0.2 e 0.4 (normali calcestruzzi). Tutti gli additiviaeranti del commercio presentano, a questo riguardo, comportamenti abbastanza simili chepossono quindi essere tabellati così: (tab 7)

dcC•

•

P(pgptd(lng

ove A è il rapporto tra la percentuale d'aria del campione additivato e la percentuale d'aria delampione di riferimento.ome tutte le regole che si rispettino anche questa ha le sue brave eccezioni: Additivi a base di resine Vinsol-alcali sembrano poco sensibili alla granulometria della sabbia e

quindi danno sempre buoni risultati. Additivi a base di alchilsulfonati e trietanolamina sono invece sensibilissimi e, per questo, poco

usati.er questo, pur sottolineando come per calcestruzzi normali anche ad alto dosaggio in cemento

prefabbricazione), (X) sia sempre inferiore a 0.6 non possiamo che consigliare l'esecuzione dirove preliminari orientative. E ancora: i pori d'aria inglobati hanno una loro distribuzioneranulometrica abbastanza caratteristica che comprende pori molto piccoli (inferiori al micron) eori molto grandi (superiori a 300 µ). Questi pori ( sia quelli molto piccoli sia quelli più grandi) sono

otalmente ininfluenti ai fini della resistenza al gelo ma devono essere accettati. Per ottenere ilesiderato quantitativo d'aria in modo continuo e ripetibile è possibile ricorrere alle microsfere caveMSC). Si tratta di minuscole sfere di plastica dal diametro di 10-60 µ il cui involucro elasticoasciandosi comprimere sotto pressione svolge egregiamente la funzione di ammortizzatore ed è,el contempo, sufficientemente robusto da non essere danneggiato in fase di mescolazione eetto. Per ogni percento di volume d'aria inglobata, queste microsfere, richiedono un volume di

pori inferiore (l'aria inglobata è solo quella data dai pori di dimensione adeguata) consentonoquindi di ottenere resistenze migliori e impasti più regolari. Questi prodotti, commercializzati anchein Italia, sono molto utilizzati in Svizzera e in Germania, soprattutto nel campo dellaprefabbricazione e della realizzazione di piste stradali e aeroportuali in calcestruzzo.

Bene! adesso siamo pronti a combattere la battaglia della durabilità con buone prospettive divincerla; proviamo allora a riassumere quanto detto in una sorta di decalogo:

1) Il calcestruzzo durevole è un calcestruzzo progettato con cura, controllato ad ogni passaggio,curato nella sua messa in opera e nella sua maturazione. E' un prodotto di pregio, è costoso edeve essere pagato il giusto.

2) Occorrono molti giorni per progettare architettonicamente una costruzione, occorre tempo per leverifiche statiche, la progettazione è un costo notevole nel bilancio di un'opera. Perché nonperdere qualche minuto a progettare un mix design che ci garantisca la durabilità?

3) I cementi e gli additivi hanno qualità note e controllate, ci garantiscono da ogni sorpresa. I nostrifornitori hanno tecnici qualificati che seguono l'utilizzazione dei prodotti. Perché non approfittarne?

4) Ogni kg di cemento ed ogni lira di additivo risparmiate sono anni di vita sottratti al calcestruzzoche confezioniamo o mettiamo in opera. E' un risparmio vero?

5) Poiché poi verremo chiamati a rispondere delle difettosità del nostro calcestruzzo sarebbe benededicare un po' di tempo a verificare le sue condizioni di messa in opera e la disposizione dei ferri.Una cattiva progettazione e una cattiva esecuzione pregiudicano anche il calcestruzzo migliore.

6) Il calcestruzzo a prestazione garantita è in prima approssimazione un calcestruzzo durevole.Prescriviamo e facciamo prescrivere solo questo tipo di calcestruzzo.

7) Il calcestruzzo verde è un materiale estremamente vulnerabile nei primi giorni dal gettoproteggiamolo e controlliamolo bene. Pochi giorni di attesa in più sono la differenza tra un pessimocalcestruzzo ed uno ottimo .

8) Gli additivi non sono medicine ne vaccini, sono prodotti che permettono di ottenere prestazionialtrimenti non raggiungibili. Se anche non vediamo subito un risparmio in termini economicipensiamo al contenzioso che ci affligge e alle grane che abbiamo avuto.

9) Un buon calcestruzzo è sempre anche un bel calcestruzzo. Molti problemi di faccia a vistapotrebbero essere risolti semplicemente eseguendo un calcestruzzo corretto in ogni suaprestazione.

10) Gli aggregati sono una parte importante, e come volumi e come costo, del calcestruzzo checonfezioniamo dedichiamo anche a loro un poco di cura e di controlli. Avremo certamente vita piùfacile.

7. BIBLIOGRAFIA:

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- M.COLLEPARDI - Pubblicazione attività di ricerca ENCO 1989-1993

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- AA.VV. - LE BETON HYDRAULIQUE - Edizioni Ecole National des Ponts et Chausses - 1^ edizione 1982

- F.FINZI - Progettazione e durabilità del c.a. - Estratto da "Industria Italiana delle Costruzioni"

- UNICEMENTO - Normative varie; CEN-TC-104 prEN 206

- G.TOGNON - Dispense per i corsi di aggiornamento C.T.E.

- M.BERRA - S.TAVANO - Proprietà delle miscele cementizie contenenti fumo di silice. Estratto da "Il Cemento" - 1986

- M.BERRA - G.FERRARA. - S.TAVANO - Corrosione delle armature. Influenza di alcuni materiali con attività pozzolanica: Fumi di Silice e Ceneri Volanti. - Convegno AITEC - Padova 1987