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1 dal Brisi-Borlera (pg ) LEGANTI: Conglomerati Cementizi

2 CONGLOMERATI CEMENTIZI LEGANTI: Conglomerati Cementizi

3 CALCESTRUZZO (CLS) ARMATO L unione di questi due materiali è resa possibile e vantaggiosa da alcune loro caratteristiche: buona resistenza a compressione del CLS unita alla ottima resistenza a trazione dell acciaio adeguata protezione offerta dal CLS all acciaio rispetto agli incendi ed alla corrosione vantaggioso rapporto tra costo e prestazioni aderenza tra i due materiali aumentata dalla superficie corrugata delle armature coefficienti di dilatazione termica pressoché uguali LEGANTI: Conglomerati Cementizi

4 CALCESTRUZZO ARMATO (CCA) (I) I principali inconvenienti del CCA sono: Notevole contenuto di energia incorporata per la produzione del CLS e dell acciaio Elevata densità (circa 2500 kg/m3) che rende le strutture piuttosto pesanti Lentezza della costruzione (il disarmo delle cassaforme non avviene prima di 3 4 giorni dal getto e la piena agibilità delle strutture non prima di 28 giorni) LEGANTI: Conglomerati Cementizi

5 CALCESTRUZZO ARMATO (CCA) (II) I principali inconvenienti del CCA sono: Impossibilità di realizzazione in condizioni climatiche estreme Elevato coefficiente di dilatazione termica il che impone l esigenza di realizzare giunti di frazionamento e/o dilatazione ogni metri di costruzione Elevata conducibilità termica Ridotto assorbimento acustico dei rumori da impatto LEGANTI: Conglomerati Cementizi

6 CALCESTRUZZO ARMATO LEGANTI: Conglomerati Cementizi

7 CONGLOMERATI CEMENTIZI Aggregato % Acqua % Cemento 7-14 % Aria 1-6 % Sabbia, Ghiaia e Pietrisco, vengono definiti inerti perchè non partecipano alle reazioni di idratazione del cemento. + eventuali additivi LEGANTI: Conglomerati Cementizi

8 GLI AGGREGATI Devono essere costituiti da inerti, privi di sostanze organiche, limose, argillose o gesso Devono presentare un buon assortimento granulometrico Curva di Fuller P = 100 d D LEGANTI: Conglomerati Cementizi: gli Aggregati

9 GLI ADDITIVI Acceleranti la presa e/o l indurimento (cloruri carbonati silicati) Ritardanti la presa e/o l indurimento (sostanze organiche come zuccheri e cellulose) Fluidificanti (sottoprodotti della lavorazione della cellulosa e polimeri di sintesi) Plastificanti (silice fossile pozzolana finemente macinata ceneri volanti ) Schiumogeni (alluminio) Antigelo Coloranti Adesivi Dilatanti - etc LEGANTI: Conglomerati Cementizi: gli Additivi

10 CALCESTRUZZO DI IERI E DI OGGI LEGANTI: Conglomerati Cementizi: gli Additivi

11 PROVE SUGLI IMPASTI Spandimento della malta (slump test) LEGANTI: Conglomerati Cementizi: Prove sugli Impasti

12 PROVE SUGLI IMPASTI Fattore di Compattazione (<1) LEGANTI: Conglomerati Cementizi: Prove sugli Impasti

13 PROVE SUGLI IMPASTI Consistometro VeBe Sformato dal cono di Abrams LEGANTI: Conglomerati Cementizi: Prove sugli Impasti

14 PROVE SUGLI IMPASTI Misura del contenuto d aria LEGANTI: Conglomerati Cementizi: Prove sugli Impasti

15 ACQUA, INERTE E LAVORABILITA Per aumentare la lavorabilità (in termini di slump) occorre proporzionalmente aumentare il quantitativo di acqua di impasto (a) LEGANTI: Acqua Inerte e Lavorabilità

16 ACQUA INERTE E LAVORABILITA La quantità d acqua occorrente dipende dall inerte: aumentando il diametro massimo (Dmax), si riduce l'area superficiale specifica dell'inerte e quindi l'acqua necessaria per bagnare la superficie LEGANTI: Acqua Inerte e Lavorabilità

17 ACQUA vs RESISTENZA CARATTERISTICA La resistenza caratteristica R ck aumenta al diminuire del rapporto a/c LEGANTI: Acqua Inerte e Lavorabilità

18 ACQUA vs RESISTENZA CARATTERISTICA La correlazione R ck - a/c (ricavata sperimentalmente misurando la resistenza meccanica media di calcestruzzi con rapporto a/c noto) dipende anche dal tipo e soprattutto dalla classe del cemento impiegato LEGANTI: Acqua Inerte e Lavorabilità

19 ACQUA vs RESISTENZA CARATTERISTICA Nota la R ck richiesta, ed il tipo di cemento da utilizzare, si determina il valore di a/c massimo, (a/c) LEGANTI: Acqua Inerte e Lavorabilità

20 MIX DESIGN (I) Scelta del proporzionamento degli ingredienti A) Scelta del quantitativo di acqua in kg/m 3 : dipende dalla lavorabilità del conglomerato fresco, oltre che dal tipo di inerte (tondeggiante o frantumato), dalla sua dimensione (diametro massimo), e dalla presenza di additivi (riduttori di acqua e aeranti); LEGANTI: Mix Design

21 MIX DESIGN (II) Scelta del proporzionamento degli ingredienti B) scelta del rapporto tra il quantitativo di acqua e quello di cemento (a/c): dipende dalla resistenza meccanica del conglomerato indurito (Rck), dalla durabilità del conglomerato indurito in relazione al grado di aggressione ambientale (classe di esposizione) cui la struttura è esposta, e dal tipo e dalla classe del cemento; LEGANTI: Mix Design

22 MIX DESIGN (III) C) scelta del contenuto di inerte: noto il valore di a (attraverso la correlazione A) e calcolato il valore di c si calcola il volume di inerte Vi per differenza attraverso un bilancio di volume sottraendo al volume del calcestruzzo Vcls, quelli degli altri ingredienti Va, Vc e Va', (rispettivamente i volumi di acqua, cemento ed aria: i primi due sono calcolati dalle masse a e c attraverso le corrispondenti masse volumiche, il terzo Va' è ricavato sperimentalmente in base al diametro massimo dell'inerte (Dmax) LEGANTI: Mix Design

23 MIX DESIGN (IV) D) scelta dell assortimento granulometrico il volume Vi dell'inerte totale viene ripartito in quello dei singoli inerti (per esempio sabbia e ghiaia) in base alle curve granulometriche di questi ultimi rispetto alla curva ottimale prescelta (metodo di Fuller) LEGANTI: Mix Design

24 CALCESTRUZZO ARMATO Il cemento è molto fragile nelle sollecitazioni a trazione La fessurazione che si forma (cricca) si propaga molto velocemente In presenza di armatura metallica, lo sforzo di trazione viene propagato alla trave metallica, che regge il carico Non cambia molto il carico massimo, ma piuttosto la energia di frattura LEGANTI: Calcestruzzo Armato

25 CALCESTRUZZO ARMATO L acciaio è invece l anello debole nei problemi di durabilità Copriferro: distanza tra il ferro di armatura e la superficie esposta della gettata Distanza tra i ferri: influenza la qualità del cemento da utilizzare LEGANTI: Calcestruzzo Armato

26 PROPRIETA MECCANICHE Proprietà meccaniche: A Resistenza a compressione B Resistenza a trazione C Resistenza a flessione LEGANTI: Proprietà meccaniche

27 PROPRIETA MECCANICHE Il calcestruzzo è un materiale fragile Buona resistenza a compressione Scarsa resistenza a trazione Scarsa resistenza a flessione LEGANTI: Proprietà Meccaniche

28 Cemento armato: PROPRIETA MECCANICHE Inserendo travi metalliche, si migliora la resistenza a trazione e flessione Se le travi vengono precompresse, il cemento aumenta la resistenza a trazione ed il modulo elastico LEGANTI: Proprietà Meccaniche

29 DEGRADAZIONE E DISTRUZIONE Chimico Solfati e solfuri, Anidride carbonica, Cloruri, Alcali Fisico Gelo disgelo, Ritiro, Incendio, Calore di idratazione, Meccanico Urto, scoppio, Erosione, abrasione, Sisma Vibrazioni LEGANTI: Alterazione e Distruzione

30 CARBONATAZIONE (I) Consiste nell ingresso di CO 2 nella porosità del calcestruzzo con conseguente neutralizzazione della calce proveniente dall idratazione dei silicati: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O La reazione ha come effetto la diminuzione del ph e dunque la creazione di condizioni per il processo di corrosione dell acciaio LEGANTI: Alterazione e Distruzione

31 CARBONATAZIONE (II) La carbonatazione è innocua per il calcestruzzo ma determina la cessazione dell azione protettiva della matrice cementizia sul ferro di armatura Rimedi: Diminuire la porosità ad esempio minimizzando la quantità di acqua di impasto Proteggere l armatura con copriferro o con tecniche elettrochimiche LEGANTI: Alterazione e Distruzione

32 CARBONATAZIONE (III) La velocità di carbonatazione dipende dalle condizioni ambientali e dalle proprietà del cemento Lo strato depassivato è X = Kt 1/2 K aumenta all aumentare del rapporto a/c e dell umidità relativa LEGANTI: Alterazione e Distruzione

33 ATTACCHI CHIMICI (I) Attacco delle ACQUE Dilavanti Solfatiche Viene asportata la calce presente nel manufatto lasciando microporosità con conseguente perdita delle proprietà meccaniche Gli ioni Ca ++ e SO 4 -- reagiscono con gli alluminati già induriti per dare ettringite. L ettringite è più voluminosa degli alluminati e questo fa si che il manufatto si disgreghi LEGANTI: Alterazione e Distruzione

34 LEGANTI: Alterazione e Distruzione Corso di Materiali non Metallici A.A

35 ATTACCHI CHIMICI (II) Dilavamento Le acque piovane contengono alti tenori di CO 2 che le rende acide per la presenza di acido carbonico (H 2 CO 3 ) L acido carbonico determina la trasformazione da carbonato di calcio in bicarbonato più solubile e quindi facilmente dilavabile LEGANTI: Alterazione e Distruzione

36 ATTACCHI CHIMICI (III) Sali disgelanti (e.g. NaCl) Azione aggressiva nei confronti del calcestruzzo e dell armatura La formazione dell ossicloruro è accompagnata da un aumento di volume con effetto dirompente sulla matrice LEGANTI: Alterazione e Distruzione

37 ATTACCHI CHIMICI (IV) Attacco dei Solfati Attacco solfatico si esplica attraverso tre meccanismi distruttivi: Formazione di gesso con aumento di volume Formazione di ettringite Le ultime due reazioni provocano la distruzione del componentesilicato idrato che costituisce l elemento legante più sisgnificativo LEGANTI: Alterazione e Distruzione

38 CORROSIONE Se il ph del cemento è maggiore di , si forma uno strato protettivo di ossido sulla superficie dell armatura di acciaio Questa è la situazione più comune nei cementi LEGANTI: Alterazione e Distruzione

39 DEPASSIVAZIONE La perdita di passività si può ricondurre ad attacchi di agenti esterni Se il ph scende a valori inferiori a 11.5, lo strato di film si rompe La diminuzione del tenore di calce porta ad un abbassamento del ph Depassivazione per carbonatazione LEGANTI: Alterazione e Distruzione

40 DEPASSIVAZIONE LEGANTI: Alterazione e Distruzione

41 DEPASSIVAZIONE LEGANTI: Alterazione e Distruzione

42 CORROSIONE Una volta che il ph è sceso ad un valore inferiore a 11.5, il metallo va incontro a corrosione L aria umida trasporta ossigeno e acqua, che causano la corrosione La ruggine è 5-6 volte più voluminosa del ferro di partenza Il copriferro viene prima fessurato e poi espulso LEGANTI: Alterazione e Distruzione

43 CORROSIONE LEGANTI: Alterazione e Distruzione

44 CORROSIONE LEGANTI: Alterazione e Distruzione

45 GELO DISGELO Quando l acqua liquida contenuta nei pori si trasforma in ghiaccio si verifica un aumento di volume del 9% circa che provoca un azione dirompente Rimedi: Riduzione della porosità tramite riduzone dell acqua di impasto Inglobamento di un sistema di microbolle ( micron) tramite tensioattivi (ma con conseguente impoverimento della resistenza meccanica LEGANTI: Alterazione e Distruzione

46 Cause di corrosione su casi esaminati (Patterson, 1984) LEGANTI: Alterazione e Distruzione