STAGIONATURA (MATURAZIONE) DEL CALCESTRUZZO
La stagionatura, o maturazione, del calcestruzzo - maturazione dei getti o post-trattamento del calcestruzzo - è quella fase in cui vengono eseguite delle operazioni finalizzate alla protezione del calcestruzzo durante la sua fase di riposo nelle casseforme, in cui l'impasto sviluppa le reazioni tra i suoi costituenti incomincia ad acquisire le sue proprietà di resistenza. Queste protezioni hanno l'obiettivo di mantenere l'impasto caldo e umido, impedendo l'evaporazione dell'acqua del calcestruzzo e proteggendolo dal calore esterno, dal vento, dal gelo, dalla grandine e dalla forte pioggia.
La durata della maturazione è influenzata da diversi fattori. I principali sono:
1) la composizione del calcestruzzo, si tratta del famoso rapporto A/C (acqua/cemento).
Questo rapporto indica il grado di lavorabilità del conglomerato fresco e la resistenza alla compressione di quello indurito. Questa dipendenza è spiegata da due leggi:
- Legge di Duff Abrams, che ci mostra come all'aumentare del valore a/c diminuisca la resistenza meccanica del calcestruzzo. Infatti:
R = a1/(a2^a/c)
dove:
R = resistenza media a compressione
a1 e a2 sono costanti che dipendono dal tipo di cemento, dal tempo di stagionatura (per esempio 28 giorni), dalla temperatura in cui questa avviene e dalla forma del provino.
- Regola di Lyse, indica che all'aumentare della quantità di acqua aumenta anche la lavorabilità. Questa regola viene spiegata con due enunciati tra loro equivalenti:
Più aumenta il diametro massimo degli aggregati più diminuisce l'acqua di impasto necessaria al raggiungimento di una lavorabilità sufficiente del calcestruzzo fresco, indipendentemente dal dosaggio del calcestruzzo;
Una volta fissato il diametro massimo di un aggregato è necessario aumentare l'acqua di impasto in modo da accrescere la lavorabilità del calcestruzzo fresco.
Di conseguenza, a parità di cemento sarà più resistenza un impasto con minor contenuto d'acqua.
A livello teorico il contenuto ottimale di acqua nell'impasto sarebbe quello stechiometrico - un rapporto stechiometrico esprime i rapporti molari con cui le sostanze coinvolte nella reazione reagiscono. Il calcolo stechiometrico permette di determinare matematicamente le quantità di reagenti e prodotti coinvolti in una reazione chimica- pari a 0,28 (cioè una composizione al 28% di acqua del peso del cemento) che sarebbe equivalente solamente all'acqua necessaria all'idratazione del legante. Tuttavia, tale rapporto non è realistico, infatti non permetterebbe l'idratazione di tutta la massa di cemento non garantendo il contatto di ogni granello di cemento con ogni particella di acqua. Questo comporterebbe degli impasti decisamente troppo asciutti e perciò non lavorabili.
Il rapporto A/C utilizzato, e corretto, è più alto e può essere tra lo 0,45 e 0,65. In questo intervallo di valori, come già spiegato, avremo un aumenta della durabilità in caso di rapporto basso, al contrario un aumento della lavorabilità in caso di rapporto alto.
Questa proprietà porta ad utilizzare, in caso di a/c elevati, degli specifici additivi chimici che hanno lo scopo di rendere più fluidi gli impasti a pari quantità di acqua, ottenendo entrambi i vantaggi.
Il rapporto, come detto all'inizio, influisce sulla stagionatura (o maturazione) del calcestruzzo. Infatti, un valore a/c elevato (>0,60) potrebbe provocare una forte evaporazione durante la fase di presa del legante, rischiando la creazione di una superficie porosa, scarsa idratazione del calcestruzzo e la possibilità di creazione di micro lesioni. Esistono, anche in questo, degli specifici additivi per impedire questa possibilità.
2) Grado di idratazione del calcestruzzo, indicata dalla formula di Powers che indica la resistenza di una pasta di cemento Portland in funzione sia del grado di idratazione del cemento α:
R = K(0,6790α/(0,3185α+a/c))^3 MPa
dove K = 250 MPa (Il megapascal (MPa) è usato per misurare la resistenza a pressione dei materiali) quando la porosità capillare è nulla.
Da questo si intuisce che a parità di rapporto acqua/cemento la resistenza del calcestruzzo aumenterà con l'aumentare del grado di idratazione;
3) Grado di compattazione del materiale e, in presenza di cicli di gelo-disgelo, anche dalla presenza di macrobolle generate da additivi areanti. Nei manuali, in particolare quelli più datati, per il confezionamento di un metro cubo di calcestruzzo si trova indicata una miscela composta all'incirca da 0,4 m³ di sabbia, 0,8 m³ di inerti grossi (ghiaia o pietrisco), dai 200 ai 400 kg di cemento a seconda delle caratteristiche meccaniche richieste e acqua nella misura del 40-50% in peso del cemento;
4) Qualità del cemento, il tipo di cemento è infatti classificabile in base alla resistenza caratteristica del legante. Questo valore è espresso in kg/cm² (o, nel Sistema Internazionale in N/mm²), per il cemento convenzionale va dal valore 3,25 al valore 5,25.
Maggiore è questo valore, maggiore sarà la resistenza del calcestruzzo a 28 giorni (dosando saggiamente inerti e acqua), e maggiore sarà il costo complessivo delle opere;
5) Temperatura del calcestruzzo, che dipende a sua volta da temperatura e dosaggio dei costituenti del calcestruzzo, tipo e classe di cemento, dimensione del getto e il livello di isolamento termico fornito dalle casseforme;
6) Condizioni ambientali, umidità troppo bassa, esposizione al sole e al vento provocano l'accelerata essiccazione del calcestruzzo, impedendo (o rallentando) al contempo l'idratazione del cemento, oppure possono provocare lesioni da ritiro plastico.
E' importante, inoltre, prevenire eventi dannosi quali:
- dilavamento, causato dalla pioggia e dal ruscellamento dell'acqua;
- vibrazioni che possono danneggiare il calcestruzzo e interferire con la sua aderenza all'armatura;
- rapido raffreddamento;
- eccessive differenza di temperatura interna;
- temperature esterne troppo elevate.
GETTI EFFETTUATI IN PRESENZA DI ELEVATE TEMPERATURA AMBIENTALI
Per ottenere una presa ed un indurimento regolari è necessario che il calcestruzzo abbia una temperatura né troppo alta né troppo ridotta per tutto il periodo di stagionatura, sopratutto nella fase finale.
Solitamente un aumento anomalo della temperatura comporta una maggiore velocità di presa e di indurimento dei getti, che di norma non pregiudicherebbe l'ottenimento della qualità prevista del calcestruzzo. Tuttavia, in caso di aumento elevato della temperatura (>35°) può verificarsi un'eccessiva evaporazione che, sottraendo acqua all'impasto, comporterebbe la non completa idratazione del cemento. Le norme, difatti, prescrivono espressamente di mantenere la superficie dei getti umidi per almeno due giorni. In ogni caso, a causa anche delle reazioni esotermiche tra cemento ed acqua, un aumento della temperatura da 20° a 35° comporterebbe il raddoppio della velocità di indurimento.
Queste condizioni comportano la comparsa di pulverulenza superficiale nel calcestruzzo e valori di resistenza minori da parte del calcestruzzo, insieme ad una possibile screpolatura del calcestruzzo.
Per prevenire questi inconvenienti, durante la stagione estiva o in ambienti troppo caldi è bene:
- bagnare abbondantemente, prima del getto, i blocchi forati dei solai e le casseforme (se di legno). In questo modo non sottrarranno acqua all'impasto;
- effettuare frequenti ed abbondanti spruzzature, dopo la presa del getto, o coprire con materiali imbevuti di acqua, in modo da mantenere il più possibile umida la superficie del calcestruzzo;
- spruzzare i getti con prodotti che formano una pellicola protettiva, o in alternativa coprire con fogli di plastica che prevengano l'evaporazione dell'acqua;
- eseguire i getti nelle ore meno calde.
CLASSI DI STAGIONATURA DEL CALCESTRUZZO
La normativa UNI EN indica 4 classi di stagionatura. Ad ognuna di esse corrispondono dei tempi minimi per la stagionatura protetta dei getti di calcestruzzo, in funzione di una temperatura superficiale e dello sviluppo della resistenza a 20°. Quest'ultimo dato è indicato dal rapporto
r = fcm,2/fcm,28 dove:
fcm,2 è la resistenza media del calcestruzzo dopo 2 giorni a 20 °C;
fcm,28 è la resistenza media del calcestruzzo dopo 28 giorni; a 20 °C.
Questi valori devono, tassativamente, essere forniti dal produttore. Ad ogni classe di stagionatura, con eccezione della classe 1, corrispondono tre tipi di sviluppo della resistenza:
rapido r ≥ 0,5
medio 0,3 ≤ r < 0,5
lento 0,15 ≤ r < 0,3
A questi corrispondono altrettanti tempi minimi di stagionatura.
- classe di stagionatura 1: è previsto un tempo minimo unico di stagionatura pari a 12 ore;
- classe di stagionatura 2: assicura una resistenza meccanica della superficie del calcestruzzo del 35% Rck: in relazione alla temperatura superficiale il tempo di stagionatura può variare da 1 a 2,5 giorni per 25° a 2/11 giorni in caso di temperature di a 5°;
- classe di stagionatura 3: assicura una resistenza meccanica della superficie del calcestruzzo pari al 50% Rck: in relazione alla temperatura superficiale il tempo di stagionatura può variare da 1,5 a 3,5 giorni per 25° a 3,5/18 giorni in caso di temperature di 5°;
- classe di stagionatura 4: assicura una resistenza meccanica della superficie del calcestruzzo pari al 70% Rck: in relazione alla temperatura superficiale il tempo di stagionatura può variare da 3 a 6 giorni per 25° a 9/30 giorni in caso di temperature di a 5°.
MATURAZIONE ACCELERATA DEL CALCESTRUZZO
La maturazione del calcestruzzo, come detto sopra, avviene in circa 28 giorni dalla data del getto (così come disposta anche dalla normativa di riferimento) nel caso di impasti comuni maturati in condizioni ambientali normali.
Spesso, tuttavia, questi tempi risultano troppo lunghi nell'economia di cantiere e si deve ricorrere a degli espedienti per accelerare la maturazione del calcestruzzo mediante tecniche di maturazione accelerata del calcestruzzo. Queste tecniche consento di raggiungere livelli di resistenza adeguate (anche se non saranno le stesse di quelle di una maturazione normale) in minor tempo.
La stagionatura accelerata può essere eseguita eseguenti i seguenti accorgimenti:
- riduzione dell'acqua nell'impasto, in questo modo si avranno resistenze maggiori, sopratutto nei primi giorni dopo il getto;
- adozione di additivi acceleranti della presa del cemento, o in alternativa di additivi plastificanti che permettano la riduzione del rapporto a/c a parità di lavorabilità;
- costipamento dei getti, una vibrazione eseguita a regola d'arte contribuisce a migliora la compattezza e a ridurre, anche se in modo limitato, l'acqua presente nel getto;
- riscaldamento dei componenti dell'impasto, il modo più semplice consiste nel riscaldare l'acqua (che però non può superare i 60°) anche se i risultati non sono notevoli. In alternativa si può provare a riscaldare gli inerti, tuttavia il risultato è imprevedibili in quanto poco affidabili a causa della non uniforme distribuzione del calore;
- riscaldamento del getto di calcestruzzo, eseguito a vapore oppure aria calda, raggi infrarossi o ancora di resistenze elettriche.
Nel caso si utilizzi il sistema di maturazione accelerata a vapore si devono rispettare i seguenti accorgimenti:
1) il getto deve essere riscaldato gradualmente, con un gradiente di temperatura inferiore a 20°C per ora e, alla fine del trattamento, lasciato raffredare con gradiente inferiore a 10°C per ora;
2) la temperatura del calcestruzzo deve rimanere entro i 30°C nelle prime tre ore successive all'impasto e arrivare successivamente a un massimo di 60°C.
Altri articoli correlati:
Il calcestruzzo a vista o faccia a vista
armatura metallica e disarmo delle casseforme del calcestruzzo armato
getti di calcestruzzo effettuati a basse temperature
calcestruzzo e calcestruzzo armato - trasporto, getto e costipamento del getto nelle casseforme
confezionamento degli impasti del calcestruzzo armato - immagazzinamento, dosatura e miscelazione
Le casseforme per il getto del calcestruzzo armato - casseforme in legno e casseforme metallica
Il calcestruzzo armato (cemento armato) - cos'è e le sue caratteristiche principali
Scrivi commento