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(Materiali da Costruzione - Capitolo 9) - Coggle Diagram
Materiali da Costruzione - Capitolo 9
Leganti
1.1. Definizione
Materiali capaci di legare insieme materiali "slegati"
1.2. Processo di indurimento
Massa fluida lavorabile
Irrigidimento nel tempo
Raggiungimento elevate resistenze meccaniche
1.3. Classificazione
Leganti aerei
Induriscono a contatto con aria
Calci aeree
Gesso
Cemento magnesiaco
Leganti idraulici
Induriscono a contatto con acqua
Calci idrauliche
Cementi
1.4. Caratteristiche comuni
Costituiti da polveri fini
Formano sospensioni plastiche con acqua
Mantengono forma del getto originario
Fase di presa (poche ore)
Fase di indurimento (mesi/anni)
Calcestruzzo
2.1. Definizione
Materiale composito: matrice (cemento) + rinforzo (inerte)
2.2. Ingredienti
Cemento Portland
Acqua
Inerti (aggregati)
Sabbia
Ghiaia
Pietrisco
Additivi
Aggiunte minerali (fibre)
2.3. Proprietà stato fresco
Lavorabilità (slump test)
2.4. Proprietà stato indurito
Resistenza a compressione
Resistenza a trazione
Resistenza a flessione
2.5. Cemento Armato
Migliora resistenza a trazione/flessione
Buona aderenza acciaio-cemento
Uguale dilatazione termica
Copriferro (distanza armatura-superficie)
Acciaio: anello debole per durabilità
Cemento Portland
3.1. Composizione
Clinker (97%)
Gesso (3%)
3.2. Produzione clinker
Materie prime: calcare (80%) + argilla (20%)
Macinazione e miscelazione
Cottura in forno rotante (70-120m, Ø3.5m)
→ 500°C: perdita acqua
→ 700°C: decomposizione CaCO₃
→ 800°C: inizio reazioni ossidi
→ 1300°C: silicato tricalcico, alluminati
→ 1500°C: alluminoferrito tetracalcico
Macinazione finale
3.3. Costituenti principali
C₃S (Silicato tricalcico - Alite)
C₂S (Silicato bicalcico - Belite)
C₃A (Alluminato tricalcico)
C₄AF (Alluminoferrito tetracalcico)
3.4. Notazione abbreviata
CaO = C
SiO₂ = S
Al₂O₃ = A
Fe₂O₃ = F
H₂O = H
3.5. Idratazione
Reazioni esotermiche (110-130 kJ/kg)
Formazione C-S-H e C-A-H (famiglie di composti)
C₃A: idratazione rapida, più calore
C₃S: contributo significativo al calore
Ruolo del gesso: regolatore di presa (forma ettringite)
Meccanismi: fibre nanometriche intrecciate
Tipi di Cemento (Normativa)
4.1. CEM I - Portland
≥95% clinker
4.2. CEM II - Portland di miscela
65-94% clinker
CEM II/A: 6-20% costituenti secondari
CEM II/B: 21-35% costituenti secondari
4.3. CEM III - Altoforno
CEM III/A: 36-65% loppa
CEM III/B: 66-80% loppa
CEM III/C: 81-95% loppa
4.4. CEM IV - Pozzolanico
CEM IV/A: 11-35% costituenti minerali
CEM IV/B: 36-55% costituenti minerali
4.5. CEM V - Composito
CEM V/A: 36-60% costituenti minerali
CEM V/B: 61-80% costituenti minerali
Classi di Resistenza
32.5N, 32.5R, 42.5N, 42.5R, 52.5N, 52.5R
Numero: Rmc minima a 28 giorni (MPa)
Lettera: N (normale), R (rapido)
Prove standard: a/c=0.5, s/c=3, T=20°C, UR≥95%
Presa e Indurimento
6.1. Presa
Mantenimento forma impartita
Dura poche ore
Responsabili: alluminati e alluminoferriti
6.2. Indurimento
Acquisizione proprietà finali
Dura mesi/anni
Responsabili: silicati di calcio
6.3. Meccanismi
Formazione fibre nanometriche intrecciate
Acqua non tutta nel reticolo cristallino
Parte evapora
Parte adsorbita su fibre e pori
Acqua nei pori evapora durante stagionatura
6.4. Effetto dimensioni polveri
Particelle più piccole → maggiore superficie → reazioni più rapide
Porosità
7.1. Tipi di pori
Interstiziali (pochi nm, 28-30% volume, poca influenza)
Capillari (10nm-5µm, influenza significativa)
Bolle d'aria (mm, aggiunti con agenti aeranti)
7.2. Valutazione porosità
Legge di Powers
Dipende da: rapporto a/c e grado di idratazione (α)
Aumenta con a/c
Diminuisce con α
7.3. Effetti
Resistenza meccanica: diminuisce all'aumentare della porosità
Diffusività: aumenta con porosità (dipende da natura pori)
Porosità aperta: alta diffusività
Porosità chiusa: bassa diffusività
7.4. Relazione con resistenza
R ∝ (1 - x_V)² (dove x_V = frazione vuoti capillari)
Lavorabilità
8.1. Definizione
Capacità di fluire (viscosità)
8.2. Misura
Prova di slump (cono di Abrams)
8.3. Classi di consistenza
S1, S2, S3, S4, S5 (in funzione dello slump)
8.4. Fattori influenzanti
Aumenta con rapporto a/c (legge di Lyse)
Diminuisce con aggregati più fini (maggiore superficie)
Diminuisce con aggregati frantumati (vs tondeggianti)
Influenzata da umidità aggregato
8.5. Legge di Abrams
R = K₁ / (K₂^(a/c))
8.6. Importanza
Riempimento forme complesse
Affidabilità del getto
Compattabilità (espulsione aria)
Grado di compattazione
Additivi
9.1. Acceleranti
Migliorano proprietà a tempi brevi
Acceleranti di presa
Acceleranti di indurimento (trietanolammina, formiato di calcio)
9.2. Ritardanti
Aumentano tempo di presa (getti massivi o clima caldo)
9.3. Aeranti
Formano bolle d'aria (migliorano resistenza gelo/disgelo)
9.4. Fluidificanti/Superfluidificanti
Aumentano fluidità a parità di acqua
Riducono acqua a parità di lavorabilità
Polimeri assorbiti su superficie particelle
Aumentano forze repulsive tra particelle
Inerti (Aggregati)
10.1. Funzioni
Migliorare rigidezza
Abbassare costi
Ridurre ritiro e riscaldamento
10.2. Tipi
Naturali (eruttive, sedimentarie, metamorfiche)
Artificiali
Riciclati
10.3. Proprietà
Forma (sfericità, angolarità)
Tessitura superficiale
Dimensioni e assortimento
Porosità
Densità
Caratteristiche meccaniche
Assorbimento acqua
Caratteristiche chimico-mineralogiche
Caratteristiche termiche (CTE, calore specifico, conducibilità)
10.4. Stati di umidità
Asciutto/Insaturo
Bagnato
Saturo a superficie asciutta (SSA)
Effetti sul calcestruzzo fresco
Durabilità
11.1. Corrosione armature
Passivazione (pH > 11.5, strato protettivo ossido)
Depassivazione
Carbonatazione (diminuzione pH)
Cloruri (penetrazione ioni Cl⁻)
Cinetica corrosione
11.2. Attacco solfatico
Formazione ettringite secondaria (DEF)
Ettringite primaria (EEF) vs secondaria (DEF)
Esterno (terreni/acque)
Interno (aggregato/gesso in eccesso)
11.3. Reazione alcali-silice
Silice amorfa reattiva negli inerti
Effetto espansivo
Migliorata con cementi di miscela
11.4. Gelività
Formazione ghiaccio nei pori (+9% volume)
Saturazione critica
Miglioramenti: ridurre a/c, aumentare pori grandi
11.5. Classi di esposizione (UNI-EN 206)
X0: Nessun rischio
XC: Corrosione carbonatazione
XD: Corrosione cloruri (non mare)
XS: Corrosione cloruri (mare)
XF: Gelività
XA: Attacco chimico
11.6. Aggressione acque
Decalcificazione C-S-H
Perdita potere legante
Mix Design
12.1. Fasi
Scelta rapporto a/c
Base resistenza: (a/c)R
Base durabilità: (a/c)D
a/c = min[(a/c)R, (a/c)D]
Determinazione acqua (a)
Da lavorabilità e Dmax
Calcolo cemento (c = a / (a/c))
Contenuto minimo cemento
Base resistenza: c_min,R
Base durabilità: c_min,D
c = max[c, c_min,D]
Volume aggregati
Volume totale = 1 m³
V_cemento = c / ρ_c
V_acqua = a / ρ_a
V_aria (da additivi)
V_aggregati = 1 - (V_c + V_a + V_aria)
Massa aggregati
M_aggregati = V_aggregati * ρ_agg
12.2. Esempi applicativi
Caso A: Rck=37MPa, S3, XC2
Caso B: Rck=25MPa, S3, XC4
Caso C: Rck=37MPa, S4, XS3
Caso D: Rck=37MPa, S4, XF4
Caso E: Rck=57MPa, S1, XA3
12.3. Ottimizzazioni
Uso cementi meno performanti
Uso fluidificanti
Riduzione acqua/cemento
Aumento inerti
Calcestruzzi Speciali
13.1. HPC (Alte Prestazioni)
Bassa porosità (a/c=0.2-0.35)
Additivi: fumo di silice (5-15%), superfluidificanti
Rottura possibile negli inerti
13.2. Leggeri
Densità < 2200-2500 kg/m³
Ottenuti con: aggregati leggeri, additivi aeranti, solo aggregato grosso
Ridotte proprietà meccaniche
Migliori proprietà isolamento
13.3. Autocompattanti
Elevatissima lavorabilità (>S5)
Alta resistenza segregazione
Altri dosaggi cemento/pozzolane (500-600 kg/m³)
Fluidificanti acrilici
Ridotta Dmax aggregato
13.4. Fibrorinforzati
Fibre di vetro/carbonio per tenacità e resistenza urto
13.5. Ritiro compensato
Agenti espansivi (ossido di calcio) bilanciano ritiro
13.6. Polimerici
Resine termoindurenti
Latex
Bassa porosità
13.7. Bassa resistenza controllata
Slump >20 cm
R=0.3-2 MPa
Basso cemento (80-120 kg/m³)
Alto a/c (fino a 2)