Calcestruzzo architettonico: come mantenere un ottimo aspetto e limitare le infiltrazioni d'acqua

Articolo tratto dal sito americano Concrete Construction

Il calcestruzzo facciavista è un rivestimento architettonico altamente richiesto in tutto il mondo. Tuttavia, la mancanza di adeguata conoscenza dei requisiti sia di progettazione che di costruzione spesso permette all'acqua di infiltrarsi. Per avere successo con un calcestruzzo facciavista, i strutturisti, gli architetti e i costruttori devono lavorare in team per ottenere contemporaneamente le necessarie prestazioni strutturali e di impermeabilizzazione, e la finitura estetica desiderata.

Questo articolo si concentra sui fattori che nel processo di progettazione e costruzione influenzano la manutenzione, l’impermeabilità e l'aspetto del calcestruzzo architettonico, delineando le strategie per migliorarne le prestazioni.

Il calcestruzzo facciavista è così chiamato perchè viene esposto in modo permanente per essere ammirato. Pertanto, si richiede particolare cura nella scelta delle materie prime, delle casseformi, delle tecniche di finitura per ottenere l'aspetto e le prestazioni desiderati e durante il getto. In aggiunta ai requisiti strutturali tipici quali resistenza e destinazione d’uso, il calcestruzzo architettonico deve anche mantenere l'aspetto estetico desiderato ed essere a tenuta stagna. Il calcestruzzo agisce come un muro di barriera ed è l'unica linea di difesa contro la penetrazione dell’acqua.
L'aspetto del calcestruzzo facciavista è funzione delle caratteristiche specificate come il colore e la tessitura superficiale. Tuttavia, se non correttamente progettato e posato, l'aspetto può essere influenzato da sbagli di finitura, presenza di crepe ed eccessive deformazioni. Se il calcestruzzo architettonico non è progettato per impedire infiltrazioni d'acqua, il risultato può essere danni agli elementi strutturali delle pareti.
Progettare un calcestruzzo architettonico prevede lo studio di un mix-design specifico, di un layout delle barre d’armatura e dei giunti, della progettazione per limitare le flessioni edel le specifiche di controllo.

Mix design
Le prestazioni soddisfacenti di un calcestruzzo architettonico iniziano con un buon mix design che specifichi tutte le parti costituenti il calcestruzzo, tra cui il cemento, l’acqua, gli aggregati, gli additivi e il contenuto d’aria. I componenti critici della miscela di calcestruzzo comprendono il rapporto acqua-cemento, l’assortimento granulometrico, gli additivi ed eventuali aggiunte.

Il rapporto acqua-cemento (a/c) del mix rimane un aspetto critico sulle prestazioni del calcestruzzo: da un lato un minore rapporto a/c tende a fornire un calcestruzzo più resistente e durabile, ma anche meno lavorabile ma l’impiego di additivi riduttori d’acqua migliora la lavorabilità del calcestruzzo. Per cui il rapporto a/c in un calcestruzzo facciavista è critico perché influenza la permeabilità. Generalmente, più è basso il rapporto a/c e meno permeabile è il calcestruzzo: la permeabilità aumenta esponenzialmente con un rapporto a/c maggiore di 0,55. Per diminuire la permeabilità del calcestruzzo mantenendolo lavorabile, l’ideale sarebbe un rapporto a/c tra lo 0,45 e lo 0,60: un range più restrittivo rispetto allo 0,40÷0,70 generalmente consentito per calcestruzzo strutturale.

L’assortimento granulometrico impatta sulla stabilità dimensionale e, quindi, sull'estetica del calcestruzzo. Naturalmente, una curva ben distribuita, è un passo fondamentale per la buonuscita del manufatto. Laddove invece ci sono sbalzi dimensionali sulla curva degli aggregati, si corre il rischio di avere una segregazione del calcestruzzo fresco. Poiché l’aspetto è una caratteristica fondamentale per un calcestruzzo facciavista, la presenza nell'aggregato di impurezze dannose, come selce, ferro e argilla dovrebbe essere eliminata o almeno ridotta. Se il mix-design prevede cemento bianco, il colore dell'aggregato allora diventa fondamentale per l'aspetto del facciavista: un aggregato grosso scuro può far capolino attraverso la pasta di cemento, se l'aggregato si trova vicino alla superficie del calcestruzzo. Anche gli aggregati fini influenzano il colore del calcestruzzo in modo significativo, così per ottenere un faccia a vista bianco, il colore degli aggregati fini dovrà essere scelto opportunamente e accuratamente controllato.

L'utilizzo di materiali cementizi supplementari (aggiunte) è auspicabile per la sostenibilità, la durabilità e la lavorabilità. Tuttavia tali materiali possono alterare il colore e la consistenza del calcestruzzo. Poiché i materiali cementizi supplementari sono materiali riciclati, la loro composizione chimica è variabile e può alterare le reazioni chimiche del cemento durante la stagionatura del calcestruzzo. Generalmente in un calcestruzzo architettonico le aggiunte dovrebbero essere evitate quando possibile; ma se venissero utilizzate, sono necessari prototipi, un accurato collaudo e un rigoroso controllo della sorgente.

L’impiego di additivi introduce ulteriori prodotti chimici che vanno ad interagire nelle reazioni chimiche del cemento e influisce sull’esito dell'opera. Dal momento che il colore del calcestruzzo è sensibile agli additivi, gli effetti devono essere attentamente valutati in fase di progettazione del mix design ed essere rigorosamente annoverati nei risultati dei campioni di prova.

Il calcestruzzo colorato può essere ottenuto con l'uso di pigmenti e additivi di colore che reagiscono con gli altri componenti del calcestruzzo o utilizzando prodotti direttamente applicati alla superficie. Il colore desiderato deve essere raggiunto e mantenuto nel tempo tenendo conto di queste reazioni: i provini e i test sono essenziali per garantire che tutte le reazioni determinino il colore desiderato. Il dosaggio del pigmento, espresso come percentuale sul cemento, in genere non migliora la qualità del colore se si supera il 5%: oltre tale limite il pigmento può influire negativamente sulla qualità del calcestruzzo.

I requisiti per un calcestruzzo architettonico di successo vanno al di là di un mix design di qualità: la consistenza del calcestruzzo dipende dalla uniformità del materiale oltre che dalle proporzioni definite dal mix design. Poiché ogni lotto di calcestruzzo presenta reazioni chimiche uniche, per massimizzare l'uniformità del colore, le materie prime devono essere standardizzate ovvero provenire dalla medesima fonte: il cemento dovrebbe essere dello stesso tipo e marca, gli aggregati provenire dallo stesso bacino di estrazione. Per raggiungere questo obiettivo, il produttore di calcestruzzo dovrebbe acquistare e stoccare materie prime omogenee sufficienti per completare il lavoro.
Inoltre, la purezza e la pulizia delle materie prime è importante per l'aspetto e la durabilità del calcestruzzo. La purezza di acqua, inerti e cemento deve essere assicurata per sviluppare calcestruzzi durabili dall’aspetto uniforme. Tuttavia la maggior parte delle aggiunte sono prodotti di scarto e controllare la loro purezza diventa davvero impegnativo.

Da non trascurare le caratteristiche di ritiro di un calcestruzzo faccia a vista: generalmente il progettista indica i limiti di ritiro e richiede uno studio di miscela che preveda nei verbali di prova un ritiro accettabile. L’impiego di additivi anti-ritiro con comprovati risultati può essere utile nel ridurre il ritiro e deve essere preso in considerazione per un calcestruzzo architettonico in cui è davvero importante ridurre al minimo la contrazione e la presenza di crepe.

Gli additivi impermeabilizzanti

Gli additivi impermeabilizzanti per il calcestruzzo sono commercializzati per evitare infiltrazioni d'acqua attraverso il manufatto. Gli additivi impermeabilizzanti si dividono in due categorie: idrofobi e idrofili. I prodotti idrofobi utilizzano un polimero che riduce la necessità di acqua aggiunta in fase di getto e, di conseguenza, limita la presenza di una rete capillare nel calcestruzzo: tale polimero funge anche da idrorepellente lungo i pori e le crepe. I prodotti idrofili invece consentono la formazione di una matrice cristallina (attraverso la presenza di acqua, tra i sottoprodotti di idratazione del cemento e il componente idrofilo) all'interno dei pori capillari del calcestruzzo per bloccare potenziali vie di fuga dell'acqua.
In generale, i prodotti idrofobi sono raccomandati per un calcestruzzo facciavista come le pareti fuori terra per le quali è prevista solo un’esposizione all'acqua intermittente.
Se si usano additivi impermeabilizzanti, questi possono influenzare la costruzione, nonché altri aspetti delle prestazioni del calcestruzzo. Il produttore dell’additivo deve rivedere il design e il layout delle armature e tenere sotto controllo tutti i getti che prevedono quell'additivo. A causa della probabilità dell’additivo di influenzare il progetto della miscela di calcestruzzo e di ritardare il tempo di presa, i provini di calcestruzzo con additivo impermeabilizzante devono essere testati per assicurare che la resistenza a compressione non venga influenzata. Una stagionatura minima di sette giorni è necessaria prima di rimuovere le casseforme. 
La preoccupazione principale nell’utilizzare gli additivi impermeabilizzanti è la loro incapacità di sigillare le fessure di larghezza superiore a 1,5 mm, spesso anche meno. Poiché le crepe sono comunque presenti nel calcestruzzo, l'uso di additivi impermeabilizzanti nel facciavista non deve essere visto come una soluzione definitiva, ma come limitazione della permeabilità del calcestruzzo e riduzione in una certa misura del grado di fessurazione.

Acciaio d’armatura

Il rinforzo in acciaio è fondamentale per la resistenza del calcestruzzo e la sua durata. Per aiutare a limitare la fessurazione, il progettista deve propendere verso l'utilizzo di barre più piccole e più ravvicinate.

In conclusione il calcestruzzo architettonico richiede un coordinamento delle specifiche e dei dettagli durante la fase di progettazione dello strutturista. Associare miglioramenti strutturali e l’impermeabilità durante la fase di progettazione con i metodi di costruzione, dall'inizio dell’opera, contribuisce a migliorare le prestazioni del calcestruzzo facciavista diminuendo il rischio di infiltrazioni d'acqua.