Calcestruzzo: i vantaggi del Nitrato di Calcio nel mitigare il fenomeno della reazione alcali-silicati (ASR)

Reazione Alcali-Silicati (ASR): che cos'è e quali sono le sue conseguenze

La reazione alcali-silicati (ASR) è una reazione chimica che avviene nel calcestruzzo tra gli idrossidi alcalini (principalmente del cemento) e alcune forme reattive di silicati presenti in alcuni aggregati. Questa reazione determina la formazione di un gel espansivo, che assorbe l'umidità e si gonfia.

La pressione esercitata da questo gel rigonfiante provoca sollecitazioni interne nel calcestruzzo, spesso causando crepe e una riduzione dell'integrità strutturale riducendo pertanto la durabilità del materiale.

Il calcestruzzo interessato dal fenomeno dell'ASR spesso mostra un caratteristico schema di "cracking a forma di mappa" sulla superficie.

Il ruolo del Nitrato di Calcio

È stato dimostrato che il Nitrato di Calcio (CN: Ca(NO₃)₂) attenua la reazione alcali-silicati (ASR) nel calcestruzzo. Si è ipotizzato che tale attenuazione dell'ASR sia dovuta all'inibizione della dissoluzione indotta dalla formazione di precipitati (ad es. strato di barriera o passivazione) delle superfici degli aggregati reattivi/in dissoluzione.

In questo articolo, esaminiamo la capacità del Nitrato di Calcio (CN) ​​di attenuare l'ASR in due cementi (cemento di tipo I/II e cemento calcareo Portland), per aggregati di diversa reattività e in diversi tipi e dosaggi di SCM (materiali cementizi supplementari/supplementary cementitious materials, ad es. scorie di acciaio amorfe/loppa altoforno e ceneri volanti di classe C e classe F).

Risultati e discussioni

Sulla base delle misurazioni di espansione effettuate secondo il metodo ASTM C1260/C1567, si osserva che il Nitrato di Calcio (CN), in funzione del dosaggio, attenua sostanzialmente l'ASR nelle formulazioni di malte con qualsiasi tipo di aggregati.

Esami microstrutturali accurati, studi di dissoluzione e calcoli termodinamici indicano che il Nitrato di Calcio induce la formazione di miscele di precipitati di C–S–H, portlandite (Ca(OH)2) e calcite (CaCO3), che si formano sulle superfici degli aggregati a spese dei tipici gel ASR. Tali precipitati creano una barriera di dissoluzione e inibiscono l'ASR sia nelle formulazioni prive di SCM che in quelle contenenti SCM.

Additivi a base di Nitrato di Calcio contribuiscono alla mitigazione dell'ASR

Utilizzando un vetro frantumato altamente reattivo e due aggregati naturali reattivi all'ASR, questo studio ha esaminato l'effetto di mitigazione dell'ASR con additivi a base di Nitrato di Calcio in formulazioni di malta tecnica e diversi tipi di cemento (ad es., OPC e PLC di tipo I/II) e con vari tipi e dosaggi di SCM (ad es., SG amorfo e ceneri volanti di classe C e classe F). Questo lavoro, per la prima volta, mostra che il Nitrato di Calcio (CN) combinato con gli SCM comuni, fornisce un effetto sinergico e mitiga sostanzialmente l'ASR in funzione del dosaggio dell'additivo a base di CN.

Il meccanismo di funzionamento è attribuito alle elevate concentrazioni di calcio fornite dall'aggiunta di additivi a base Nitrato di Calcio, una condizione che, quando gli aggregati si dissolvono, favorisce termodinamicamente la formazione di C–S–H, portlandite e calcite a spese dei gel ASR.

Questi prodotti di precipitazione passivano i siti di dissoluzione reattiva sulle superfici degli aggregati, ostacolando così la dissoluzione. Pertanto, la dissoluzione è significativamente inibita a un livello tale per cui la crescente concentrazione di Si (silicati) non agevola la precipitazione dei gel ASR.

I risultati indicano che il Nitrato di Calcio (CN) è un promettente e conveniente additivo di soppressione dell’ASR, in particolare relativamente alla minore disponibilità di ceneri volanti ed al prezzo inaccessibile del litio.

Di seguito, è disponibile il testo completo dell'articolo che dimostra quanto qui riportato. L'articolo è in lingua inglese.