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1 Calcestruzzo Calcestruzzo Calcestruzzo - Meier

2 Calcestruzzo Il materiale più usato del secolo XX e probabilmente del XXI r edilizia / architettura r infrastrutture qualche cifra Calcestruzzo r 2 Gm 3 nel mondo r 2 m 3 /persona in Italia Calcestruzzo cementizio un materiale molto interessante r buon rapporto costo/prestazioni r connubio felice con l acciaio r versatilità diga in legno? pavimentazione in acciaio? trave in bitumato? r facilità di produzione pro contro

3 Calcestruzzo un calcestruzzo qualsiasi r o un calcestruzzo a qualità programmata? r processo al calcestruzzo: r l accusa? poco durevole Una cupola in cls di calce e pozzolana con laterizio e pomice E stato sempre così? 2 / 3 dei degradi a breve sono legati r a carenze di progettazione r a carenze di direzione lavori / di controlli r... il resto al cantiere

4 (secondo Olazabel & Traversa) 12% Altro 24% Cause strutturali prof. ing. Maurizio Costantini 22% Cause costruttive Si era già visto che... Cause tecnologiche 42% Cause tecnologiche: qualità scadente attacco chimico insufficiente copriferro inidoneità componenti Cause costruttive: scadente controllo posa insufficiente formazione degli operatori insufficiente copriferro inidoneità componenti Cause strutturali: calcolo inadeguato condizioni d uso non previste o variate Altro Altro(fondaz.. inadeguate, incendi) Che fare? Per vedere questa immagine occorre QuickTime e un decompressore Photo - JPEG. Gli scenari del degrado r passato: traumi r 50 anni: negligenza r 100 e più: vulnerabilità inerente

5 L acqua... Acqua + L acqua: risorsa... e agente patogeno gelo movimento acido forte azione meccanica (p) (a?) dilavamento (p) depassivazione (f) dilavamento accelerato depassivazione accelerata (p) pasta (f) ferri (a) aggregati CO 2 M ++ SO4 M n + Cl n SiO 2 reatt. carbonatazione (p) depassivazione (f) disgregazione (p) corrosione dei ferri (f) disgregazione (a) inserto... sui capitolati... sulle normative nazionali europee cogenti non cogenti

6 Costi di ripristino " di non durabilità 125 di recupero Al degrado r di elementi scadenti r si aggiunge il degrado di strutture mal riparate malte rigide! Le tecniche di intervento r metodologia di intervento r... il progetto di recupero

7 Un caso limite il viadotto del Polcevera r degradato da azione di cloruri anidride solforosa industriale r recupero: 40 GL (20 M ) r per un clsdi qualità: + 50 ML Le aggressioni... sono sostanzialmente aggressioni ambientali riconducibili a: azioni di tipo fisico-meccanico azioni di tipo chimico Come impedire il degrado r volontà / conoscenze r valutazione dei costi e dei benefici r prescrizioni capitolato per un cls durevole r controllo

8 r Proprietà tecnologiche Quali specifiche? lavorabilità rapporto a/c caratteristiche (classe esp, R ck, ritiro, etc) tempi indurimento curva di maturazione aspetto, colore, facciavista Quali specifiche? r Logistica disponibilità (distanze, ) condizioni ambientali pompabilità mezzi di costipazione condizioni di maturazione r Economia prezzi incidenze rapporti commerciali Quale obiettivo? rminimo 50 anni r senza manutenzione r quale valore contrattuale?

9 Calcestruzzi Sistemi ampiamente eterogenei, in tre fasi: r solida r liquida r gassosa della miscela di cls: I componenti... legante acqua inerti sabbia ( (f f < 5 mm) ghiaia ( (f > 5 mm) (2 pezzature) additivi (eventuali) cariche varie Durabilità del calcestruzzo Anticipiamo alcuni principi r la durabilità è correlata al rapporto a/c r non c è aggressione senza acqua

10 Il rapporto A/C... ha effetti vistosi su s c e m N/mm 2 m/s A/C Un cls durevole e e a bassa resistenza meccanica r non è ancora stato formulato Esame dei componenti un primo componente il cemento

11 Il quadro normativo di riferimento per i cementi: DM 13 set 1993 (GU 22 sett) Abrogazione di alcune disposizioni contenute nel DM 3 giu 68 concernente nuove norme sui requisiti di accettazione e modalità di prova dei cementi Il DM 13 set 93 abroga alcune disposizioni contenute in DM 3 giu68 e successive modifiche DM 20 nov 84 e successivo avviso di rettifica e le sostituisce con la norma CEN ENV 197/1 (Uni Env 197/1 Cemento. Compo- sizione, specificazione e criteri di conformità ) Le prescrizioni del restano valide per cementi alluminosi cementi per sbarramenti di ritenuta agglomerati cementizi calci idrauliche

12 Principali innovazioni rispetto alla normativa precedente trasparenza verso il mercato (requisiti e composizione) maggior numero di cementi riconosciuti migliore definizione delle classi (limiti di sovrapposizione) integrazione delle classi di resistenza con sottoclassi (rapidità di indurimento) (segue) segue Principali innovazioni garanzia di regolarità di caratteristiche (con limiti e criteri di conformità) miglioramento costanza qualità di prodotto europeizzazione e accesso alla marcatura CE elementi di abitudine al lavoro all estero verso il mercato Trasparenza carattere tipologia tipologia requisiti composizione vecchio generica no no nuovo specificata si si

13 nei tipi carattere vecchio 9 Varietà nuovo 150 tipi 150 recenti dati Italia ( 95) 309 prodotti nazionali 37 tipi (25 % dei definiti) 65 % su 7 tipi meglio specificata Resistenza carattere resistenza a breve a 28 gg vecchio si si si nuovo si (R) si delle caratteristiche Regolarità carattere req meccanici MIN req meccanici MAX req meccanici MED vecchio si si no no nuovo si si si si

14 Costanza qualitativa con controllo alle spedizioni carattere meccanici fisico-meccanici solfati cloruri come vecchio 1 /sett 1 /mese np in produzione nuovo 2 /sett 2 /mese 1 /mese su merce avviata a cons Le disposizioni Uni-Env 197/1 sono integrate da riferimenti a prove: resistenza meccanica (UNI EN 196/1 ) analisi chimiche (UNI EN 196/2) tempo di presa (UNI EN 196/3) determinaz.. componenti (UNI EN 196/4) pozzolanicità (UNI EN 196/5)... etc (incluso det.. contenuto alcali) Tipi di cemento maggior numero di costituenti e maggior dettaglio di definizione hanno portato all aumento del numero dei tipi di cemento

15 I 5 tipi principali Tipo I Portland Tipo II Portland composito Tipo III d altoforno Tipo IV pozzolanico Tipo V composito Viene stabilita una siglatura semplice e immediata CEM + tipo + sottotipo + classe di resistenza + [X] r CEM I 42,5 R r Uni Env 197/1 I 42,5 R r Portland I 42,5 R Uni Env 197/1 Esempio Portland, classe resistenza 42.5 N/mm 2, resistenza iniziale elevata

16 Esempio r CEM II / A-S 32,5 r Uni Env 197/1 CEM II / A-S 32,5 r Portland alla loppa CEM II / A-S 32,5 Uni Env 197/1 Portland composito con loppa 6-20%, 6 classe resistenza 32.5 N/mm 2, resistenza iniziale normale Cemento Portland prodotto per macinazione di Clinker (silicati idraulici di calcio) con gesso o anidrite dosati nella quantità necessaria per regolarizzare il processo di idratazione Cemento pozzolanico miscela omogenea ottenuta con la macinazione di Clinker portland e di pozzolana o altro materiale a comportamento pozzolanico,, con etc

17 Caratteristiche dei cementi pozzolanici maggiore stabilità chimica indurimento lento ma costante conferimento di maggiore impermeabilità risparmio energetico in produzione Pozzolane r naturali rocce derivate da alterazione di materiali vulcanici r artificiale derivata da trattamento termico di argille e scisti trattamenti di ceneri volatili o residui di combustioni di carboni fossili Si usano anche cementi bianchi (nel faccia-vista) r sono Portland ottenuti a partire da caolino puro con materiali privi di sostanze cromofore (Fe, Mn,, Ti)

18 Composizione effettiva (!) Gli inerti... q3 CaO.. SiO 2 (C Cementi (C 3 S, alite) q2 CaO. Si O 2 (b-c 2 S,belite) q3 CaO. Al (C 3 A, celite) q4 CaO. Al 2 O 3. Fe 2 O 3 (C 4 AF, cst) Acqua di impasto qualunque acqua potabile va bene solfati non specificamente pericolosi cloruri pericolosi per i ferri solidi sospesi contenuti no sostanze organiche ph anomali: indice di inquinamento Acqua di impasto parametro che interessa le prestazioni a/c (N/N) parametro che interessa la lavorabilità a a(n) l acqua stech.. in eccesso risulta in porosità

19 Inerti: perché? GLI INERTI SONO UNA COMPONENTE ESSENZIALE DEI CLS RAGIONI ECONOMICHE RAGIONI TECNICHE 4 Limitare il ritiro 4 Aumentare la durabilità 4 Incrementare in genere tutte le caratteristiche Gli inerti... influiscono praticamente su tutte le prestazioni e le caratteristiche del cls Resistenza meccanica Modulo elastico Scorrimento viscoso Resistenza all abrasione Lavorabilità Gli inerti... influiscono praticamente su tutte le prestazioni e le caratteristiche del cls Resistenza meccanica Modulo elastico Scorrimento viscoso Resistenza all abrasione Lavorabilità

20 Sostanze estranee devono essere assenti: carbone scorie gesso scisti felspati,, miche calcari teneri sostanze organiche Fasi di sviluppo dell'attività - 1 modalità di prevendita PROPRIETÀ Fasi di Proprietà sviluppo DEGLI delle INERTI degli attività inerti TIPICHE DELLA ROCCIA TIPICHE DELL AGGREGATO aspetto dopo l emanazione dimensione comp. Press chimica Announcement by forma Microsoft dei granuli comp. mineralogica angolarità CAP Conference, San Jose caratt. petrografiche tessitura superficiale massa Direct volumica Mail by Microsoft assorbimento porosità Through Genigraphics Centers resistenza meccanica Centro Servizi VALUTAZIONE QUALITATIVA DELLA RESISTENZA Fasi di sviluppo dell'attività MECCANICA - 1 modalità di prevendita DEGLI Fasi INERTI di modalità sviluppo delle di attività prevendita s c cresce con: dopo l emanazione massa volumica Press finezza Announcement di granaby Microsoft CAP Conference, uniformità di San struttura Jose colore scuro Direct Mail by Microsoft Through Genigraphics Centers Centro Servizi

21 Fasi di sviluppo dell'attività - 1 modalità di prevendita Influenza Fasi di delle sviluppo modalità proprietà delle di attività prevendita degli inerti sul calcestruzzo dopo l emanazione resistenza mecc. = resistenza mecc. angolarità Press Announcement lavorabilità by Microsoft =.. angolarità CAP Conference, = San Jose resistenza mecc. durezza = resistenza all usura deformabilità Direct Mail by Microsoft = deformabilità deformabilità Through Genigraphics = Centers ritiro deformabilità = deformazione viscosa Centro Servizi Criteri di scelta gli inerti dovranno conferire... Massima densità del cls Minimo dosaggio di cemento Massima lavorabilità Resistenza all abrasione Minima segregazione Durezza degli inerti Macchina di Los Angeles (ASTM) tamburo rotante a 30 giri/m inerte e sfere di acciaio rotazione per 500 giri (sabbia) o 1000 giri essiccazione & setacciatura pesatura e calcolo perdita

22 Sabbia per cls argille e parti finissime limitate al 2 3 % in peso PROVA: r becker da 2000 cc 1 kg inerte + H 2 0 r agitare - attendere 1 ora r leggere il deposito (d<1/4) Gli inerti... 2 ALTRO METODO (UNI 7466): 100 ml soluz. flocculante (CaCl formalina) 120 g di sabbia Sabbia per calcestruzzi CaCl,, glicerina, 90 agitazioni orizzontali, rilievo do 20 Granulometria degli inerti OBIETTIVI Disporre di aggregato ben assortito Tenere costante la granulometria STRUMENTI Metodi di caratterizzazione Criteri di scelta dell ottimo Metodi di calcolo per il dosaggio

23 Curve granulometriche ottimali secondo Füller : p = 100 secondo Bolomey: d D p = Tipo di inerte A - (100 - A) Cls consist. plastico fluido tondeggiante angolare d D Obiettivi dello studio r massima lavorabilità r minima segregabilità r massima compattezza compatibile col dosaggio dato correzioni: sovrasabbiatura per effetto parete Segregazione degli inerti Criteri per la limitazione d D < 25 mm Limitazione della frazione di inerte grosso Granulometria continua aumento frazione inerte fine inerti regolari 69 prof. ing. Maurizio Costantini

24 Betoniere: Gli inerti... ad asse verticale 30 " (8 10 giri) ad asse orizzontale 60 " (20 giri) ad asse inclinato Tempi di impasto 120 " (40 giri) 70 prof. ing. Maurizio Costantini Reazioni di idratazione (1) 2 (3CaO.SiO 2 ) + 6 H 2 O fi fi 3CaO.2SiO 2.3 H 2 O + 3 Ca(OH) 2 2 (2CaO.SiO 2 ) + 4 H 2 O fi fi 3CaO.2SiO 2.3 H 2 O + Ca(OH) 2 Reazioni di idratazione (2) 3CaO.Al 2 O H 2 O + Ca(OH) 2 fi fi 3CaO.Al 2 O 3.Ca(OH) 2.12H 2 O

25 Reazioni di idratazione (3) 3CaO.Al 2 O H 2 O + + CaSO 4.2 H 2 O fi fi 3CaO.Al 2 O 3.CaSO 4.10H 2 O Reazioni di idratazione (4) 4CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O H 2 O Ca(OH) 2 fi fi 6CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O 3.12H 2 O Aggressione da cloruri: perché i cloruri? Uso deliberato Uso di acqua di mare nell impasto Uso di sabbia marina

26 Aggressione da cloruri: meccanismi I cloruri sono importanti: nell acqua di impasto nell acqua di contatto Aggressione da cloruri: rischi Corrosione delle armature Efflorescenze Presentano criticità speciale: i calcestruzzi precompressi i calcestruzzi stagionati a vapore Cosa Cosa accade? Solfati: Cosa accade? r Poco importanti nell'acqua di impasto r Deleteri nell'acqua di dilavamento o di falda r L'aggressività si manifesta sopra 200 ppm r Gli effetti sono gravi:degradazione espansiva per formazione di gesso e/o ettringite

27 Ca(OH) 2 + M ++ + SO H 2 O CaSO 4.2H 2 O+ M ++ +2OH - C 3 AH 6 + 3Ca ++ + SO H 2 O Aggressione solfatica C 3 AH 2 O.3CaSO 4.H 32 In presenza di solfato di magnesio: gel di silice (S.xH( S.xH), gesso, idrossido di magnesio MIX DESIGN

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