Comportamenti fisico-chimici di cementi con differenti contenuti di clinker

L’articolo di recente pubblicazione su INGENIO dal titolo "Durabilità dei calcestruzzi progettati con cementi a bassi tenori di clinker", si dimostra interessante e meritevole di alcune osservazioni.

L’obiettivo degli autori, Canonico, Gastaldi e Demaria, della Built di Vercelli, è stato quello di analizzare alcune miscele di calcestruzzo, confezionate con cementi aventi percentuali diverse di clinker e di contenuti d’aria, per la verifica della durabilità che gli stessi autori dichiarano:

Sono stati scelti 3 cementi, CEM II A LL 42,5, CEM IV/B (P) 32,5R e CEM II/C-M (S-LL) 42,5R, con contenuti di clinker decrescenti, confezionando 6 impasti di calcestruzzi variando solo il contenuto di aria per la verifica del comportamento al gelo e disgelo (scaling factor)) e la diffusione degli ioni cloro all’interno della matrice cementizia.
Naturalmente, l’articolo riporta anche i conteggi relativi alla quantità della CO2 in kg/equivalente, per ogni tipologia di impasto, e con relativi riferimenti ai CAM.

Lo scopo della presente nota è quello di fornire alcune osservazioni e commenti riguardante i comportamenti fisico meccanici delle miscele esaminate dagli autori dell’articolo, corredato da alcune elaborazioni, basate, soprattutto, sullo sviluppo delle resistenze e delle ipotetiche curve di correlazione Rc vs a/c: cioè, come si sviluppa la curva esponenziale per ogni tipologia di cemento impiegato.

Le miscele sono state confezionate con un rapporto a/c pari a 0,5, con 340 kg di cemento e 175 litri di acqua efficace.
Questo significa che è stata effettuata una ricerca di tipo deterministico, mirata ad analizzare il comportamento fisico meccanico delle miscele impiegate unitamente all’aspetto della durabilità, focalizzandosi sulle prove precedentemente descritte.

L’articolo ha dato un contributo importante alla conoscenza dei nuovi cementi e va dato atto agli autori di averci fornito alcuni parametri piuttosto significativi, che vado ad esporre brevemente.

Osservazioni sui mix design

Si riportano di seguito le miscele esaminate tratte dall’articolo.

Non entro nel merito dei mix design, dal momento che, come ho scritto, e detto, in numerosi articoli e corsi di formazione, i mix design sono “espressione” dei tecnologi del calcestruzzo, con la loro esperienza, la loro conoscenza dei materiali impiegati e le differenti idee circa il loro impiego.
Mi permetto solo di esprimere il mio modesto parere su alcuni punti riassunti nelle tabelle precedenti.
In primo luogo, trovo estremamente interessante il fatto che tutte le miscele abbiamo un diametro massimo superiore di 22 mm.
Come molti sanno, la riduzione del diametro massimo superiore, generalmente prescritto e richiesto con Dmax 32 mm, è una scelta giusta per molti motivi.
A tale proposito, ho interrogato l’intelligenza artificiale, COPILOT della Microsoft, circa la diminuzione del diametro massimo, e così mi ha risposto:

In ulteriore sintesi, ritengo che la riduzione del Dmax porti ad una “robustezza” superiore del calcestruzzo.
Altra importante considerazione è quella relativa alla classe di consistenza.
Sono sempre stato fedele ai principi dei mix design così come sono stati enunciati dalla SINTEF, il laboratorio di ricerca di Trondheim, Norvegia.

I ricercatori, e normatori, della SINTEF hanno stabilito una teoria secondo la quale il calcestruzzo moderno viene identificato come un materiale bifasico: una fase solida, rappresentata dagli aggregati, con le proprie curve di combinazione granulometriche, e una fase fluida, rappresentata dal Volume della Matrice, opportunamente calcolata sulla base della classe di consistenza che si deve progettare a fronte di una specifica.

In pratica, la classe di consistenza che delinea il passaggio da una fase solida ad una fase fluida, è il cedimento del cono di Abrams corrispondente a S3: al di sotto di S3 il mix design viene calcolato facendo opportuno riferimento alle curve granulometriche, se al di sopra di S3 il mix design viene “governato” dal “Volume della Matrice”, calcolata come sommatoria in litri, di cemento, acqua, additivi, aria inglobata o intrappolata, aggiunte minerali e filler unitamente ai passanti al setaccio 0,125 delle sabbie fini.

Sulla base di quanto detto, sarebbe stato più opportuno, trattandosi di calcestruzzi in S5, dove non è la fase solida che governa la classe di consistenza, ma la fase fluida, l’impiego della tavola a scosse, in conformità alla UNI EN 216: in pratica F5.
La tavola a scosse permette un’analisi visiva del calcestruzzo, e di conseguenza qualitativa e composizionale dei componenti e della loro combinazione, molto migliore rispetto al cono di Abrams.
La stessa UNI EN 206 sottolinea che la classe di consistenza S5 subisce una perdita di sensibilità, quindi, sarebbe bene ricorrere all’impiega della tavola a scosse.

Essendo particolarmente favorevole all’impiego (sempre!!!) dei filler calcarei, personalmente, li avrei usati in tutti gli impasti al posto della sabbia Po, tipica sabbia mono granulare che viene spesso impiegate dai produttori di calcestruzzo ma è palese ricordare che ha un contenuto di fini passanti al setaccio 0,125 praticamente nullo: in sintesi non aumenta il Volume della Matrice come si dovrebbe fare.

Infine, sono anch’io dell’idea, come scrivono gli autori dell’articolo, che rimane purtroppo complessa e problematica la gestione dei calcestruzzi aeranti: alcuni impasti con un contenuto di aria dell’8% sono anche al limite previsto, in termini di tolleranza, dalla UNI 11104.

L’impasto S2 (10% di aria) non è stato valutato dalla presente nota.
Trattandosi comunque di ricerca scientifica, il risultato ci fornisce comunque indicazioni utili.

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