Enco Journal n. 59

 

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2013 quadrimestrale anno xviii numero 59 speciale additivi

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se vuoi conoscere come si migliora il calcestruzzo gli additivi per calcestruzzo come funzionano e come si impiegano mario collepardi aci honorary member enco srl via delle industrie 18/20 31050 ponzano veneto tv tel 0422 963 771 fax 0422 963 237 info@encosrl.it acquistabile dal sito www.encoshop.com

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quadrimestrale anno xviii numero 59 additivi del calcestruzzo questo numero di enco journal è completamente dedicato agli additivi del calcestruzzo la ragione di questa scelta è dovuta alla rilevante importanza assunta dagli additivi nel progresso delle prestazioni del calcestruzzo nonostante la piccola quantità di questi prodotti rispetto a quelle degli altri ingredienti tra tutti gli additivi due sono le categorie che sovrastano le altre per la loro influenza sulle prestazioni del calcestruzzo gli additivi superfluidificanti e quelli che riducono il ritiro e di essi si parlerà in questo editoriale fin dalla scoperta nel 1931 della legge di abrams -che correla l incremento della resistenza meccanica del calcestruzzo con la diminuzione del rapporto acqua/cemento molte ricerche furono indirizzate alla scoperta di prodotti chimici che consentissero di ridurre il rapporto acqua/cemento senza penalizzare la lavorabilità del calcestruzzo fresco queste ricerche portarono alla scoperta di un sottoprodotto industriale -ottenuto nella lavorazione per estrarre la cellulosa dal legno come agente capace di ridurre l acqua del 5-7 a pari lavorabilità del calcestruzzo o di aumentare la fluidità dell impasto di 4-5 cm di slump a pari quantità di acqua questo prodotto noto con il nome di ligninsolfonato è stato largamente impiegato come materia prima per produrre gli additivi riduttori d acqua o fluidificanti del calcestruzzo fresco impiegati nella misura dello 0,2-0,3 rispetto al peso del cemento spesso per compensare gli effetti collaterali eccessivo ritardo nell idratazione del cemento con rallentamento iniziale della resistenza meccanica al ligninsolfonato venivano aggiunte piccole quantità di trietanolammina per accelerare la presa e/o di cloruro di calcio per accelerare l indurimento fino a tutti gli anni 70 del secolo scorso il ligninsolfonato o altri sottoprodotti industriali ­come quelli derivati dalla produzione del gluconato o dalla lavorazione degli sciroppi d amido sono stati impiegati a questo scopo all inizio degli anni 80 apparvero sul mercato i primi prodotti polimerici di sintesi chimica scoperti in giappone polinaftalensolfonato o pns e in germania polimelamminsolfonato pms questi polimeri ­impiegati in forma di soluzione acquosa e dosati in misura di circa l 1 sul cemento consentivano di quadruplicare le prestazioni rispetto ai tradizionali fluidificanti in termini di riduzione d acqua e incremento della resistenza meccanica o di aumento nello slump del calcestruzzo fresco a questi prodotti venne assegnato il nome di superfluidificanti solo verso la fine degli anni 90 apparvero sul mercato nuovi polimeri ancor più efficaci del pns o pms in termini di maggior riduzione dell acqua di impasto e di conservazione della lavorabilità durante il trasporto anche in climi caldi con questi ultimi polimeri detti policarbossilici si è aperta una nuova strada e ogni giorno vengono proposti nuovi policarbossilati con prestazioni migliorate uno dei punti deboli del calcestruzzo è la sua vulnerabilità agli ambienti esterni solitamente insaturi di vapore che provocano il ritiro del calcestruzzo e la sua fessurazione al punto che si potrebbe dire il calcestruzzo è un ottimo materiale purché valutato tra due fessure alla fine degli anni 90 furono scoperti gli additivi che riducono il ritiro igrometrico noti con l acronimo inglese di sra shrinkage-reducing admixtures tuttavia solo in questo decennio si sono apprezzati questi additivi per ridurre o eliminare completamente le fessure provocate dall essiccamento del calcestruzzo soprattutto se impiegati in combinazione con i superfluidificanti policarbossilici mario collepardi aci honorary member in copertina influenza di un additivo superfluidificante su un impasto cementizio fresco enco srl

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cosa puÒ fare per voi diagnosticare il degrado e il dissesto delle costruzioni riparare le costruzioni danneggiate mettere a punto il calcestruzzo per le nuove costruzioni assistenza nelle contestazioni legali corsi di formazione e di specializzazione on line

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additivi per il calcestruzzo additivi per il calcestruzzo mario collepardi enco ponzano veneto tv info@encosrl.it questo numero di enco journal è interamente dedicato agli additivi per calcestruzzo gli additivi sono prodotti chimici aggiunti solitamente in piccole quantità agli altri ingredienti del calcestruzzo al fine di migliorarne una o più prestazioni i più importanti progressi realizzati nel calcestruzzo negli ultimi 30 anni sono dovuti all impiego degli additivi a seconda della funzione coinvolta nel miglioramento gli additivi possono essere classificati in vari tipi i più importanti dei quali in ordine alfabetico sono acceleranti aeranti anti-ritiro battericidi o fungicidi fluidificanti o riduttori di acqua idrofobizzanti inibitori di corrosione ritardanti superfluidificanti o super-riduttori di acqua nel seguito sono descritti i più importanti additivi esistenti in commercio i loro funzionamenti e i modi di impiego un eccellente manuale sugli additivi concrete admixtures handbook properties science and technology noyes publication 2nd edition 1995 è stato scritto da v s ramachandran un altro ottimo libro sugli additivi è stato scritto da m.r rixom e noel p mailvaganam intitolato chemical admixtures for concrete e&fn spon 1999 recentemente m collepardi ha pubblicato gli additivi per calcestruzzo come funzionano e come si impiegano edizioni tintoretto dicembre 2012 additivi acceleranti gli additivi acceleranti hanno la funzione di modificare il grado di idratazione del cemento cioè la frazione di cemento idratato solo alle brevi stagionature e modificano quindi le prestazioni del calcestruzzo in corso di esecuzione ma non le prestazioni delle strutture in esercizio gli acceleranti fanno aumentare il grado di idratazione del cemento durante le prime ore in modo da accorciare i tempi di presa ­ additivi acceleranti di presa ­ o di incrementare la resistenza meccanica nei primi giorni ­ additivi acceleranti di indurimento ­ soprattutto nei climi invernali quando la bassa temperatura rallenta il decorso della reazione iniziale tra l acqua ed il cemento soprattutto se esiste il rischio di gelo l effetto accelerante serve per esempio all impresa per stagionare e rifinire più in fretta un pavimento in calcestruzzo che presenta tempi di presa troppo lunghi o per scasserare più in fretta i getti di calcestruzzo senza immobilizzare troppo a lungo le casseforme gli additivi acceleranti non modificano la resistenza meccanica del calcestruzzo alle lunghe stagionature cioè in servizio e pertanto le prestazioni delle strutture in opera non risentono beneficamente dell eventuale presenza di acceleranti le materie prime più impiegate per formulare gli additivi acceleranti di indurimento sono il nitrato di calcio il tiocianato di sodio e la trietanolammina nota come tea particolarmente interessanti sempre per ragioni esecutive sono gli acceleranti di presa per il calcestruzzo proiettato ­ noto come shotcrete in inglese o spritz beton in tedesco ­ detto anche gunite dall inglese to gun che significa sparare questi additivi consentono di spruzzare un betoncino caratterizzato da inerti con una pezzatura massima di 8-10 mm in galleria con uno sfrido minimo grazie all accelerazione della presa essi consentono inoltre di accelerare anche l indurimento nelle prime 24 ore senza penalizzazione delle prestazioni meccaniche in servizio purché si impieghino acceleranti privi di alcali alkali-free gli acceleranti alcalini infatti quelli a base di silicato o alluminato o carbonato di sodio ­ oltre ad essere molto caustici per i danni che provocano all epidermide ed alle mucose degli operai ­ penalizzano le resistenze meccaniche alle lunghe stagionature cioè le prestazioni in servizio gli acceleranti alkali-free a base di solfato ferrico o di alluminio invece non riducono le prestazioni 5

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in servizio e proprio per l assenza di alcali non sono caustici per chi lavora con il calcestruzzo spruzzato p zaffaroni c pistolesi e dal negro l coppola and m collepardi calcestruzzi proiettati ad alte prestazioni/high performance shotcrete industria italiana del cemento n 756 luglio/agosto 2000 pp 598-605 la figura 1 mostra le tipiche prestazioni ottenibili con acceleranti alkali-free e con quelli a base di silicato di sodio in un calcestruzzo proiettato 100 resistenza meccanica a compressione mpa 50 40 30 20 cemento iii a 42.5 accelerante control 6 alkali-free 8 silicato 12 silicato 10 5 2 fig 2 ­ micro-bolle 100-300 m d aria disperse nella pasta di cemento che avvolge gli inerti da il nuovo calcestruzzo per gentile concessione di tiziano cerulli e davide salvioni mapei 1 0.5 comportamento del calcestruzzo quando è esposto a cicli di gelo-disgelo gli additivi aeranti aggiunti in quantità piccolissima 0,04-0,06 sul peso del cemento modificano la tensione superficiale dell acqua e per questo sono detti anche tensioattivi cosicché per effetto dell agitazione meccanica nella miscelazione del calcestruzzo si formano micro-bolle d aria con diametro di circa 100-300 m quindi la formazione delle bolle d aria è dovuta ad un fenomeno fisico come quello che provoca la formazione di schiuma allorquando si agita acqua in presenza di detersivi anch essi prodotti tensioattivi ancorché di tipo diverso rispetto agli additivi aeranti un azione collaterale ma benefica degli additivi aeranti consiste nella riduzione di circa il 5 nell acqua di impasto a per ottenere una determinata classe di consistenza d altra parte occorre tener conto che la presenza delle bolle d aria comporta un aumento di circa il 4 nella porosità e quindi una penalizzazione di circa il 20 nella resistenza meccanica a compressione del calcestruzzo alla quale si può far fronte riducendo il rapporto acqua/cemento a/c additivi anti-ritiro gli additivi anti-ritiro sono noti anche come sra da shrinkage-reducing admixtures in inglese a base di eteri poliglicoli e polioli che hanno la capacità di ridurre il ritiro igrometrico e quello plastico provocati dall evaporazione dell acqua dal calcestruzzo nello stato rispettivamente indurito e fresco gli additivi sra riducono 0.2 0.1 5 20 4060 min 4 tempo 12 1 ore 7 giorni 28 fig 1 ­ influenza degli additivi acceleranti di presa sulla resistenza meccanica del calcestruzzo proiettato additivi aeranti gli additivi aeranti air-entraining agents aea in inglese modificano le prestazioni del calcestruzzo in servizio migliorandone la resistenza al ghiaccio cioè le prestazioni in servizio delle strutture che si trovano in classe di esposizione xf la formazione del ghiaccio che avviene con aumento di volume spinge l acqua non ancora congelata verso l esterno e determina una forte pressione idraulica se il percorso è molto lungo è capace di danneggiare il calcestruzzo la presenza di micro-bolle d aria tra loro non molto distanti con una spaziatura spacing in inglese di 300-400 m consente di allentare la pressione idraulica perché l acqua sotto pressione per la formazione del ghiaccio è ospitata nelle micro-bolle l aria inglobata in forma di micro-bolle sferiche fig 2 si sviluppa per effetto degli additivi aeranti mentre l aria intrappolata in forma di macro-vuoti di forma irregolare è dovuta alla incompleta compattazione del calcestruzzo durante la messa in opera solo l aria inglobata e non quella intrappolata ha un influenza positiva sul 6

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inoltre il ritiro autogeno che si manifesta anche in assenza di evaporazione di acqua nei calcestruzzi confezionati con rapporto a/c molto basso 0,40 l iniziale stagionatura del calcestruzzo subito dopo la rimozione delle casseforme è un operazione tanto importante quanto disattesa sui cantieri di tutto il mondo la stagionatura consiste nel proteggere la superficie del calcestruzzo dall evaporazione dell acqua l asciugamento avviene se l umidità relativa u.r dell ambiente è minore del 95 ed è aggravato in condizioni di vento e di caldo che favoriscono l evaporazione dell acqua se la parte corticale della superficie a vista delle strutture in c.a cioè il copriferro si asciuga si verifica una serie di inconvenienti che comprendono a blocco del grado di idratazione del cemento per mancanza di acqua con conseguente arresto del processo di indurimento sulla superficie del calcestruzzo b maggiore permeabilità agli agenti aggressivi come la co2 l aria l umidità ed i cloruri con conseguente maggior rischio di corrosione dei ferri di armatura c fessurazione superficiale ­ che coinvolge soprattutto il copriferro ­ provocata dalla sollecitazione di trazione t indotta dal ritiro igrometrico sulla parte corticale contrastato dalla stabilità dimensionale del calcestruzzo interno ancora umido e quindi non esposto ancora a ritiro con conseguente fessurazione ed accelerazione esponenziale del processo di degrado se si verifica t r · e rt dove r è il ritiro igrometrico libero e è il modulo elastico a trazione ed rt è la resistenza a trazione del calcestruzzo per impedire questi inconvenienti e soprattutto la fessurazione del copriferro occorre impedire l evaporazione dell acqua soprattutto nei primi giorni che seguono la rimozione dei casseri quando maggiore è la spinta ad evaporare dell acqua non ancora combinata e quindi maggiore è il ritiro r ed ancora troppo bassa è la resistenza meccanica a trazione rt del calcestruzzo nel caso delle superfici non casserate come avviene tipicamente nelle superfici delle pavimentazioni industriali in calcestruzzo il fenomeno dell asciugamento e del conseguente ritiro è ancor più grave in quanto coinvolge un materiale ancora nello stato plastico e quindi privo di qualsiasi resistenza meccanica a trazione rt =0 la protezione della superficie del calcestruzzo in fase plastica nelle pavimentazioni o appena indurita nelle strutture appena sformate può avvenire con una delle seguenti metodologie applicate immediatamente e protratte permanentemente per qualche tempo da 3 a 7 giorni finché il calcestruzzo non abbia raggiunto un adeguata t 1 mpa · spruzzare acqua nebulizzata sulla superficie dopo aver rimosso le casseforme · coprire con teli impermeabili le superfici appena scasserate · proteggere subito la superficie con teli di iuta bagnati · applicare una membrana anti-evaporante nota anche come agente stagionante oppure curing compound in inglese l applicazione a spruzzo del curing compound è sicuramente il procedimento più semplice ed economico in quanto ­ una volta applicato ­ non richiede il controllo e l impegno continuo di manodopera previsti con gli altri sistemi di stagionatura per mantenere umida la superficie del calcestruzzo tuttavia il suo intervento complica e rallenta comunque il processo produttivo sul cantiere dovendosi utilizzare subito dopo la rimozione dei casseri le impalcature dalle quali appunto si procede all applicazione della membrana anti-evaporante la stagionatura è disattesa anche dalla maggior parte delle imprese per la semplice ragione che essa qualunque sia la sua specifica modalità esecutiva ha un costo d altra parte la stagionatura non potrà essere mai apprezzata fino a quando in presenza di un accurato controllo immediato dello stato fessurativo non ci si renderà conto della sua importanza ai fini della durabilità delle opere pertanto a meno che la stagionatura non venga specificamente prescritta controllata e rimborsata con un costo ad hoc previsto in capitolato e disgiunto dagli altri costi esecutivi la stagionatura viene ignorata le cause della mancata stagionatura sono in sostanza imputabili alla complicazione esecutiva al mancato riconoscimento del costo ed all assenza di controllo da parte del direttore dei lavori una soluzione al problema della stagionatura iniziale più gradita dalle imprese ­ per il minor 7

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intralcio delle fasi esecutive ­ appare l impiego di additivi anti-ritiro sra in questo caso infatti il prodotto viene aggiunto nell impasto e non già applicato sulla superficie come avviene per la membrana anti-evaporante con qualche ulteriore complicazione sul cantiere per la sua applicazione ovviamente anche per l impiego dell additivo sra deve essere inserita una specifica voce nel capitolato che preveda il rimborso all impresa per questo costo aggiuntivo inoltre il calcestruzzo che ne risulta che può essere definito calcestruzzo auto-stagionante self-curing concrete in inglese non appare ancora una soluzione tecnicamente accettabile e definitiva infatti in un calcestruzzo contenente sra in confronto a quello di un calcestruzzo di riferimento privo di questo additivo si registra una discreta riduzione del ritiro soprattutto quello iniziale durante i primi mesi ma non una sua totale eliminazione come è mostrato nella fig 3 0,02 0,00 0,02 sra 0,04 riferimento 0,06 0 100 200 300 400 tempo giorni 500 600 a/c 0,40 dosaggio di cemento 390 kg/m3 ur=99 ur=65 espansione µm/m 600 400 200 0 cao+sra cao ritiro µm/m -200 -400 0 2 4 6 8 tempo giorni 10 12 fig 4 ­ espansione-ritiro in un calcestruzzo a ritiro compensato con sra 1 sul cemento cao 10 sul cemento come agente espansivo agenti espansivi a base di cao nel campo dei calcestruzzi a ritiro compensato per quanto concerne il meccanismo di azione l sra sorprendentemente non riduce l evaporazione dell acqua l evaporazione dell acqua infatti rimane sostanzialmente la stessa nel calcestruzzo con sra ed in quello di riferimento senza sra m collepardi a borsoi s collepardi j.j ogoumah olagot r troli effects of shrinkage reducing admixture in shrinkage compensating concrete proceedings of vii aimat congress ancona italy 26 june 2 july 2004 come è mostrato nella fig 5 40 30 e g/m2 20 10 0 0 10 20 tempo giorni 30 sra riferimento fig 3 ­ variazione dimensionale in funzione del tempo per calcestruzzi con e senza sra stagionati a umido durante la prima settimana e quindi lasciati in ambiente insaturo di vapore con u.r 60 quest obiettivo può invece essere utilmente conseguito purché l sra sia impiegato in combinazione con gli agenti espansivi a base di cao per eliminare completamente gli effetti del ritiro igrometrico nella fig 4 si vede come l azione combinata di sra con un agente espansivo a base di cao presenti due benefici una maggiore efficacia dell agente espansivo consistente in una maggiore espansione all interno dei casseri u.r 99 ed una minore riduzione dell espansione nella successiva esposizione all aria insatura u.r 65 questi benefici rendono particolarmente interessante l impiego congiunto di sra ed ritiro fig 5 ­ il calcestruzzo con e senza additivo sra presenta la stessa evaporazione di acqua e in ambiente asciutto una spiegazione di questo singolare comportamento riduzione del ritiro da essiccamento senza però ridurre l essiccamento stesso del calcestruzzo è stata trovata attribuendo l effetto dell sra alla riduzione della contrazione da ritiro igrometrico r a seguito della diminuzione della 8

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laboratorio prove materiali autorizzato dal ministero delle infrastrutture e trasporti ente iscritto all albo dei laboratori murst ministero dell università e della ricerca scientifica e tecnologica diretto dal prof mario collepardi honorary member of the american concrete institute corsi di formazione permanente online sono iniziati i primi due corsi telematici enco per il conseguimento del diploma di tecnico del calcestruzzo senza spese di trasferta e soggiorno è possibile frequentare i corsi comodamente da casa senza obblighi di orari il corso può essere frequentato nell arco di un mese decidendo quali e quante lezione seguire per giorno e possibile comunicare con i docenti tramite e-mail per avere chiarimenti e suggerimenti se si desidera conseguire il diploma di tecnico del calcestruzzo occorre a frequentare i corsi tecnologia del calcestruzzo e calcestruzzi speciali b per ciascun corso sostenere un esame on-line preliminare in data da concordare c per ciascun corso sostenere un esame diretto finale in data e sede da concordare per entrambi gli esami è possibile consultare il materiale didattico e normativo così come avviene nella usuale attività professionale in caso di insuccesso il test on-line e l esame finale sono ripetibili programmi i programmi dei corsi di tecnologia del calcestruzzo e di calcestruzzi speciali sono disponibili sul sito www.encosrl.it cliccando su corsi on line materiale didattico materiale didattico agli iscritti al primo corso verrà recapitato il libro il nuovo calcestruzzo v edizione di m collepardi s collepardi e r troli con gli allegati sulle norme tecniche per le costruzioni la circolare ministeriale esplicativa delle norme il software easy&quick per le prescrizioni di capitolato sulle opere in ca e cap e il video sul degrado del calcestruzzo costi costo del primo corso 350,000 iva esclusa costo del secondo corso 200,000 iva esclusa iscrizione ai corsi si può effettuare l iscrizione e il pagamento via internet al sito www.encoshop.com sezione corsi on line nella fase di completamento dell ordine precisazione dei dati dell acquirente nome e cognome ragione sociale carta di credito ecc andare alla voce tipologia in rosso scegliere l opzione corsi on line per iscriversi al corso e completare il pagamento oppure mandare una e-mail con tutti i dati all indirizzo info@encosrl.it per maggiori informazioni www.encosrl.it oppure enco srl ­ via delle industrie 18/20 ­ 31050 ponzano veneto tv ­ tel 0422 96 37 71 ­ fax 0422 96 32 37 ­ info@encosrl.it

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tensione superficiale dell acqua che rimane nei pori capillari e noto infatti che a seguito della perdita di acqua in ambienti insaturi di vapore con u.r 95 si formano i menischi di acqua responsabili dell attrazione tra le superfici del solido costituito prevalentemente da fibre di c-s-h l attrazione delle fibre di c-s-h ­ e quindi la contrazione da ritiro ­ riguarda soprattutto i pori con diametro tra 2,5 e 50 nm ed è tanto maggiore quanto maggiore è la tensione superficiale come è mostrato nella seguente equazione pc 2 cos /r dove pc è la pressione capillare che spinge le particelle di cemento idratate l una verso l altra provocando il ritiro igrometrico è la tensione superficiale dell acqua contenuta nei menischi r è il raggio di curvatura dei menischi e l angolo di bagnatura dell acqua a contatto del cemento idratato conseguentemente i prodotti chimici che costituiscono l sra che provocano una riduzione nella tensione superficiale dell acqua sono responsabili della riduzione del ritiro igrometrico senza modificare il trasferimento di acqua dal calcestruzzo verso l ambiente insaturo di umidità additivi battericidi o fungicidi sebbene la deturpazione estetica sia andata crescendo nel tempo finora si sono trovate poche soluzioni al problema che pregiudica soprattutto il facciavista delle strutture di pregio architettonico un aspetto spesso trascurato in letteratura è la formazione di alghe e funghi fortemente condizionata dal microclima solitamente sulla superficie del calcestruzzo esposto a nord più umido si for mano macchie o striature scure che non appaiono invece sulla corrispondente superficie esposta prevalentemente al sole come è mostrato nella fotografia della fig 6 viste da vicino le macchie scure mostrano il carattere biologico del muschio come è mostrato nella foto della fig 7 questo è confermato dalle osservazioni al microscopio elettronico che evidenziano anche il carattere incoerente della superficie di calcestruzzo probabilmente provocato dai prodotti chimici rilasciati dal metabolismo dei batteri e dei funghi fig 7 ­ osservazione al microscopio ottico della superficie deturpata dal muschio l impiego di additivi battericidi o fungicidi a base di benzoato sodico fenoli polialogenati sali di rame o di arsenico è in grado di garantire il blocco della crescita delle alghe e dei funghi purché le superfici siano preliminarmente sottoposte a lavaggio con detergenti purtroppo soprattutto nelle superfici ruvide anche laddove si impiegano additivi l effetto è di breve durata un trattamento superficiale con rivestimento flessibile in cemento-polimero soprattutto se ben finito in modo da ottenere una superficie liscia preserva l attecchimento di questi microrganismi tuttavia laddove si vuole conservare l effetto del calcestruzzo a facciavista originale questo procedimento non è accettabile forse il metodo più efficace nell impedire la formazione delle alghe e dei funghi sul calcestruzzo a vista è basato sul trattamento in massa sotto forma di additivo o sull applicazione in superficie sotto forma di trattamenti con additivi idrofobizzanti capaci di impedire la bagnatura della corteccia superficiale e quindi la crescita delle popola fig 6 ­ sulla superficie dell edificio a sinistra si nota la tipica deturpazione scura provocata dall umidità mentre a destra sulla superficie esposta al sole la deturpazione è assente 10

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zioni algali additivi fluidificanti o riduttori di acqua fino agli inizi degli anni `70 la famiglia degli additivi fluidificanti era costituita principalmente da una soluzione acquosa a base di circa il 30 di ligninsolfonato noto anche come lignosolfonato un residuo dell estrazione della cellulosa dal legno m collepardi a marcialis v solinas l influenza del lignosolfonato di calcio sull idratazione dei cementi il cemento 70 pp 3-14 1973 in presenza di 0,2-0,3 rispetto al peso di cemento questi additivi erano capaci di far aumentare lo slump di circa 5 cm a pari rapporto a/c o di ridurre l acqua di impasto di circa il 5-7 a pari lavorabilità uno dei vantaggi del ligninsolfonato nella manifattura degli additivi fluidificanti consiste nel basso costo di produzione poiché proviene dal rifiuto di un processo industriale cionondimeno sono stati impiegati anche altri prodotti quali il gluconato sodico e il glucosio solitamente più costosi ma anche più efficaci del ligninsolfonato recentemente anche per questi prodotti sono state rinvenute fonti di sottoprodotti da processi industriali a metà degli anni 1970 i fluidificanti furono sovrastati dai superfluidificanti molto più efficaci in quanto capaci di trasformare un calcestruzzo asciutto a slump di circa 1-2 cm in un calcestruzzo a consistenza superfluida s5 con slump oltre 21 cm o di ridurre l acqua di impasto del 20-30 a seconda del dosaggio di additivo oggi gli additivi fluidificanti come tali sono di fatto scomparsi dal mercato ma non dal loro impiego potendosi adottare gli additivi superfluidificanti ad un minor dosaggio circa 0,3 per ottenere le stesse prestazioni un tempo ottenute dai fluidificanti additivi idrofobizzanti gli additivi idrofobizzanti a base di alchil-alcossi-silani detti anche silani presentano la seguente formula chimica ch3-o-si-cnh2n+1 essi sono solitamente impiegati come prodotti applicati sulla superficie per rendere idrorepellente l epidermide del calcestruzzo o di altri materiali da costruzione inorganici pietra mattone malta come è mostrata in figura 8 fig 8 ­ la parte destra della muratura non trattata con silano assorbe l acqua piovana mentre la parte sinistra trattata in superficie a rullo con il silano diventa idrorepellente e le gocce d acqua scivolano dalla superficie del mattone e della malta senza penetrare il materiale sono stati tuttavia studiati gli stessi prodotti silanici come veri e propri additivi aggiunti nell impasto circa 1 sul peso del cemento per rendere il calcestruzzo idrofobizzato in tutta la sua massa e non solo nella superficie il gruppo alcossico ch3 o si si idrolizza nell acqua di impasto ch3 o si cnh2n+1 h2o ho si cnh2n+1 ch3oh il gruppo ho si così formato si può fissare stabilmente sulla superficie delle particelle solide di cemento idratato attraverso il gruppo ossidrilico oh affine al cemento idratato d altra parte il gruppo alchilico a base di atomi di carbonio e idrogeno non affini all acqua cnh2n+1 per esempio c3h7 rende la superficie idrofoba e respinge quindi le molecole di acqua il trattamento in massa con additivi silanici appare molto promettente nelle applicazioni di calcestruzzi esposti alle classi di esposizione particolarmente aggressive per la presenza dei cloruri in forma di sali disgelanti nella classe di esposizione xf4 oppure come acque marine nelle zone 11

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ciclicamente bagnate ed asciugate nella classe di esposizione xs3 in entrambi i casi gli ioni cloruro diffondono attraverso la fase acquosa che riempie i pori capillari per effetto della suzione capillare se però il calcestruzzo è trattato in massa con gli additivi idrofobizzanti l acqua ambientale che trasporta i sali disgelanti e gli ioni presenti nel mare viene respinta dalla matrice cementizia perché l angolo di bagnatura diventa maggiore di 90° e quindi la pressione capillare pc diventa negativa in altre parole la suzione capillare dell acqua non può avvenire se la fase acquosa non riempie i pori capillari ed i cloruri non possono nemmeno diffondere in assenza di acqua nei pori attraverso il copriferro verso le armature metalliche in accordo alla seconda legge di fick m collepardi a marcialis e r turriziani penetration of chloride ions in cement pastes and concretes journal of american ceramic society 55 pp.534-535 1972 purtroppo il benefico effetto di un additivo idrofobizzante perde la sua efficacia in caso di calcestruzzo fessurato in questo caso infatti l additivo idrofobizzante rispetto al calcestruzzo non additivato accelera il processo di corrosione dei ferri di armatura in quanto consente il passaggio di aria umida attraverso le micro-fessure non sature di acqua proprio per l effetto idrorepellente r fratesi g moriconi f tittarelli and m collepardi the influence of hydrophobized concrete on the corrosion of rebars proceedings of the fifth canmet/aci international conference on superplasticizers and other chemical admixtures sp 173 pp 105-122 1997 additivi inibitori di corrosione gli inibitori di corrosione sono additivi aggiunti all impasto cementizio con l obiettivo di prevenire la corrosione dei ferri di armatura promossa dai cloruri d rosignoli f rosignoli nuova generazione di inibitori di corrosione enco journal n° 35 pp 26-28 2006 tra i vari inibitori di corrosione quelli a base di nitrito di calcio sono i più diffusi esso viene aggiunto in forma di una soluzione acquosa che può contenere anche altri componenti secondari per controbilanciare eventuali effetti collaterali negativi per esempio accelerazione della presa del cemento da parte del nitrito e perdite di lavorabilità del calcestruzzo in realtà anche il nitrito di sodio nano2 molto più economico del sale calcico potrebbe agire da inibitore da corrosione ma la presenza del sodio potrebbe provocare danni innescando la reazione alcali-silice in caso nel calcestruzzo siano presente aggregati alcali-reattivi per risultare efficace l aggiunta di nitrito deve rispettare un certo rapporto tra nitrito e cloruro no2¯/cl¯ che deve rimanere sempre al di sopra di 1,25 con questo rapporto l azione corrosiva del cloruro nei confronti delle armature metalliche viene inibita se il contenuto di cloruro nel calcestruzzo non supera il 3 del cemento in assenza di nitrito anche una quantità di cloruro molto bassa 0,4 sul peso del cemento può innescare la corrosione dell acciaio l aggiunta del nitrito di calcio non può essere disgiunta da una bassa permeabilità un adeguata durabilità del calcestruzzo correlata con un basso rapporto a/c non superiore a 0,50 assenza di fessure adeguato spessore del copriferro 30 mm infatti se il calcestruzzo è molto poroso o fessurato parte del nitrito può essere dilavato dalle acque piovane provocando un abbassamento del rapporto no2¯/cl¯ al di sotto di 1,25 m collepardi l coppola c corradetti r fratesi g moriconi use of nitrite salts as corrosion inhibitor admixtures in reinforced concrete structures immersed in sea-water proceedings of the international rilem symposium admixtures for concrete improvement of properties pp 279288 barcelona spain 1990 più recentemente è stato scoperto che anche il più economico nitrato di calcio cano32 funge da inibitore di corrosione h justnes il nitrato di calcio come additivo multifunzionale per il calcestruzzo enco journal n 50 pp.6-9 2010 sono disponibili anche inibitori di corrosione di natura organica in forma di ammine alcanolammine ed i loro sali con acidi organici t pastore m cabrini l coppola s lorenzi p marcassoli a buoso evaluation of the corrosion inhibition of salts of organic acids in chloride contaminated concrete special number of materials and corrosion dedicated to the memory of pietro pedeferri materials and corrosion wiley-vch verlag gmbh co kgaa weinheim 2010 gli inibitori organici possono essere aggiunti 12

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all impasto di calcestruzzo o applicati sulla superficie del calcestruzzo indurito per favorirne una diffusione verso i ferri di armatura su questa seconda applicazione esistono risultati controversi e non tutti gli sperimentatori sono d accordo circa l efficacia di questi inibitori se questi inibitori organici sono invece impiegati come additivi aggiunti nell impasto occorre tener conto del loro effetto collaterale agiscono da ritardanti mono e di -etanolammine oppure da acceleranti tri-etanolammina della presa del cemento e pertanto la formulazione dell additivo deve compensare questi effetti con altri prodotti ritardanti o acceleranti un altro interessante additivo potenzialmente capace di inibire la corrosione si basa su un prodotto a base di silano impiegato per formulare additivi idrofobizzanti che rende la superficie idrorepellente e quindi impedisce al mezzo acquoso corrosivo acqua di mare o acqua con sali decongelanti entrambi contenenti cloruro di penetrare attraverso i pori capillari e quindi di innescare la corrosione dei ferri di armatura resta infine da segnalare l impiego di superfluidificanti come additivi riduttori di acqua capaci di impermeabilizzare il calcestruzzo del copriferro e quindi di rallentare o impedire l accesso degli agenti corrosivi in forma di cloruri aria umidità e anidride carbonica fino ai ferri di armatura come è mostrato nelle classi di esposizione xs e xf m collepardi r fratesi g moriconi the use of superplasticizers as steel corrosion reducers in reinforced concrete proceedings of the international rilem symposium admixtures for concrete improvement of properties barcelona pp 269-278 1990 additivi ritardanti gli additivi ritardanti hanno la funzione di ridurre il grado di idratazione del cemento nelle prime ore soprattutto in climi caldi quando l alta temperatura accelera l idratazione del cemento provocando un eccessiva perdita di lavorabilità e ostacolando il trasporto del calcestruzzo le operazioni di getto e quelle di finitura anche questi additivi aiutano l impresa a risolvere qualche problema in fase esecutiva ma non modificano sostanzialmente le prestazioni del materiale in servizio gli additivi ritardanti sono prevalentemente costituiti da prodotti organici gluconato glucosio zuccheri ecc e l effetto ritardante è spesso accompagnato da un effetto fluidificante molto spesso si tratta di combinazioni di prodotti fluidificanti che presentano tipiche caratteristiche ritardanti a base di ligninsolfonato e zuccheri m collepardi v s ramachandran effect of admixtures 9th international congress on the chemistry of cement pp 529-570 new delhi india 23-28 novembre 1992 o di fosfonati oggi i prodotti sono prevalentemente impiegati in combinazione con gli additivi superfluidificanti quando occorre ridurre la perdita di lavorabilità del calcestruzzo prodotto nella centrale di betonaggio fino al getto in un cantiere soprattutto in condizioni favorevoli alla perdita di lavorabilità tempo di trasporto lungo 30 min temperature elevate 30°c cementi reattivi cioè con alta classe di resistenza 42.5r 52.5n 52.5r un applicazione speciale degli additivi ritardanti adeguatamente surdosati è quella di bloccare la presa del calcestruzzo preconfezionato che ritorna dal cantiere in centrale di betonaggio per mantenere l impasto fluido fino al successivo re-impiego che può avvenire anche il giorno dopo in questo caso il calcestruzzo viene attivato nell autobetoniera con aggiunta di un additivo accelerante ­ noto come activator in inglese ­ che neutralizza l additivo ritardante e rimette in moto il processo di idratazione del cemento additivi superfluidificanti o super-riduttori di acqua tutti i superfluidificanti sono basati su polimeri idrosolubili i primi ad essere immessi sul mercato erano basati su poli-naftalen-solfonati pns o su poli-melammin-solfonati pms inventati rispettivamente dal giapponese hattori e dal tedesco aignesberger successivamente verso l inizio del 1990 sono stati introdotti i poli-carbossilati pc detti anche polimeri acrilici pa che formano una famiglia molto vasta di nuovi polimeri tutti caratterizzati dall assenza dei gruppi solfonici che sono presenti nei pns e pms in linea di massima con un dosaggio dell 1 di additivo si può ridurre l acqua del 20 o 30 con pns e pms o con pa rispettivamente in fig 9 sono mostrate le molecole di questi tre polimeri 13

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ch 2 ch c oona ch 2 ch c=o o­ r m r radicale organico di un gruppo estere n och2 hn n n nhch 2 superfluidificante policarbossilico pc n nh n superfluidificante melamminico pms ch 2 so3 na so 3 na ch 2 o superfluidificante naftalinico pns n fig 9 composizione delle molecole dei tre più importanti polimeri impiegati per produrre additivi superfluidificanti da un punto di vista prestazionale i superfluidificanti a base di pc sono capaci di fluidificare il calcestruzzo molto di più che non quelli a base di gruppi solfonici ma soprattutto i superfluidificanti policarbossilici conservano meglio la lavorabilità durante il trasporto in climi caldi a borsoi s collepardi l coppola r troli and m collepardi progressi nei superfluidificanti per calcestruzzi advances in superplasticizers for concrete mixtures industria italiana del cemento n.° 741,1999 pp 234-245 tuttavia coppola e collaboratori hanno trovato che provando diversi cementi gli additivi a base naftalinica nsf sono più costanti nelle prestazione che non gli additivi a base acrilica di tipo etereo pce l coppola s lorenzi p marcassoli an experimental evaluation of the compatibility of nsf and pce superplasticizers with different cement types proceedings of ninth canmet aci intl conference on recent advances in concrete technology aci sp-243 pp.127-139 warsaw may 29 ­ june 1 2007 in linea di massima la quantità di additivo impiegata rispetto alla massa del cemento si aggira sull 1 ovviamente diminuendo o aumentando l additivo di solito non oltre il 2 si riduce o si incrementa l effetto dell additivo dosaggi diversi possono essere adottati in calcestruzzi contenenti cenere volante o fumo di silice in presenza di cenere volante si richiede meno additivo in presenza di fumo di silice enormemente più fino del cemento si richiede un maggior dosaggio di additivo superfluidificante m collepardi s monosi m valente optimization of superplasticizer type and dosage in fly ash and silica fume concretes third international conference on superplasticizers and other chemicals in concrete ottawa canada october 4-6 pp 425-443 1989 i torresan r magarotto n zeminian comparative study of different fly ashes characterization and performances in sustainable concrete construction proceedings of the 5th international congress challenges of concrete construction dundee uk september 5-11 ed r.k dhir t.d dyer and j.e halliday pp 33-46 2002 il dosaggio ottimale degli additivi superfluidificanti è anche condizionato dal tenore di solfato presente nel cemento come gesso regolatore della presa e non sempre questo corrisponde al migliore effetto degli additivi r magarotto f moratti n zeminian influence of sulfates content in cement on the performances of superplasticizers proceedings of the 8th canmet/aci international conference on superplasticizers and other chemical admixtures in concrete sorrento italy ed v.m malhotra pp 215-230 october 29-november 1 2006 più recentemente sono stati scoperti prodotti superfluidificanti a base di fosfonati che consentono di mantenere costante la lavorabilità fino a 18 ore l impiego dei superfluidificanti ha rivoluzionato il mondo delle costruzioni in c.a e c.a.p È possibile infatti a seconda di una delle tre modalità di impiego illustrate nel seguito migliorare tutte le prestazioni del calcestruzzo 1 migliorare la lavorabilità e l affidabilità delle strutture in opera a pari a/c 2 aumentare la classe di resistenza cioè la rck e la classe di esposizione cioè migliorare la durabilità riducendo l acqua di impasto a senza modificare il dosaggio di cemento c e quindi riducendo il rapporto a/c a pari lavorabilità 3 ridurre il ritiro igrometrico il calore di idratazione e la deformazione viscosa riducendo sia l acqua di impasto a che il dosaggio di cemento c a pari a/c e a pari lavorabilità a seconda del modo di impiego il calcestruzzo con superfluidificante può presentare rispetto al corrispondente calcestruzzo privo di additivo determinati miglioramenti prestazionali i tre pos 14

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sibili modi di impiego sono tra loro strettamente correlati e tutti dipendenti da un unico effetto dell additivo sul sistema acqua-cemento l influenza degli additivi superfluidificanti può essere quindi utilizzata seguendo tre modalità 1 a pari composizione del calcestruzzo 2 con riduzione di acqua a e di a/c a pari di dosaggio di cemento c e lavorabilità 3 con riduzione di acqua e cemento a pari a/c e lavorabilità modalità 1 essa consiste nell aggiungere l additivo ad una miscela cementizia pasta malta o calcestruzzo senza alcuna modifica nella composizione ed in particolare del rapporto acqua-cemento a/c la fig 10 illustra esemplificativamente le variazioni di prestazioni nella trasformazione di un calcestruzzo in classe di consistenza s1 terra umida in un calcestruzzo a consistenza superfluida s5 slump 24 cm a seguito dell aggiunta di un superfluidificante 1 sul cemento senza modifica della composizione c 320 kg/m3 a 144 kg/m3 s 800 kg/m3 g 980 kg/m3 maggiore lavorabilità c 320 kg/m3 a 144 kg/m3 s 820 kg/m3 g 960 kg/m3 struttura reale che presenterà un maggior grado di compattazione indipendentemente dalla costipazione in questo esempio si è mostrato il comportamento dell additivo da vero e proprio superfluidificante perché fa aumentare la fluidità del sistema verrà ora illustrato l esempio di impiego dell additivo in forma di super-riduttore di acqua ­ high-range water reducer hrwr ­ più che di superfluidificante vero e proprio modalità 2 si tratta di un diverso modo di impiego dell additivo se è vero che il superfluidificante fa aumentare la classe di consistenza come si è visto nella figura precedente si può aggiungere l additivo e contemporaneamente ridurre l acqua di impasto a in modo da lasciare immutata la lavorabilità senza modificare il dosaggio di cemento c in sostanza si approfitta del potere superfluidificante dell additivo per ridurre l acqua di impasto a pari lavorabilità e ­ a parità di dosaggio di cemento ­ riducendo anche il rapporto a/c nella fig 11 è illustrata una riduzione del rapporto a/c del 20 con un aumento di resistenza caratteristica rck da 35 a 45 mpa c 305 kg/m3 a 168 kg/m3 s 820 kg/m3 g 1010 kg/m3 minore porosità e permeabilità migliore durabilità maggiore rck superfluidificante 1 acqua 20 c 305 kg/m3 a 134 kg/m3 s 860 kg/m3 g 1060 kg/m3 superfluidificante 1 slump 2 cm a/c 0,45 rck 45 mpa slump 24 cm a/c 0,45 rck 45 mpa slump 12 cm a/c 0,55 rck 35 mpa fig 10 aggiunta di superfluidificante 1 senza modifica nella composizione se non per un leggero maggior rapporto sabbia/ghiaia al fine di ridurre bleeding e segregazione slump 12 cm a/c 0,44 rck 45 mpa a dire il vero nel passare da s1 a s5 conviene aumentare il rapporto sabbia/ghiaia per ridurre la segregazione infatti l aumento di lavorabilità comporta l adozione di una costante di bolomey maggiore e conseguentemente un maggior contenuto di inerte fine ed un minor contenuto di inerte grosso nella combinazione ottimale degli inerti il vantaggio nell impiegare l additivo con queste modalità cioè per migliorare la lavorabilità comporta una maggiore affidabilità del getto della fig 11 aggiunta di superfluidificante 1 a un calcestruzzo di slump 12 cm e riduzione del 20 di acqua di impasto in modo che la lavorabilità rimanga costante e la rck aumenti da 35 a 45 mpa se ci si limita a ridurre l acqua senza modificare il dosaggio di cemento e compensando il volume di acqua ridotto con un eguale aumento del volume di inerte il risultato finale sarà una diminuzione del 20 nel rapporto a/c a pari lavorabilità del calcestruzzo come è esemplificato nella fig 11 l impiego degli additivi superfluidificanti in prefabbricazione consente di produrre calcestruz 15

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