Pavimenti in calcestruzzo con lisciatura meccanica. Come contrastare la delaminazione e gli effetti del ritiro

Indicazioni per realizzare una miscela di base adatta al getto a terra o mediante pompaggio per caduta

Un'importante percentuale di pavimenti in calcestruzzo viene realizzata con applicazione di strato indurente a spolvero o pastina e successiva finitura.

Un corretto proporzionamento degli ingredienti è fondamentale per predisporre il calcestruzzo alle operazioni di messa in opera previste e contrastare delaminazioni coesive, fessurazioni e variazioni altimetriche conseguenti le deformazioni che avvengono lentamente nel tempo.

Nel seguito saranno consigliate alcune regole che consentono di generare una miscela di base adatta al getto a terra o mediante pompaggio per caduta, caratterizzata da un volume di pasta minimo e ideale con poca aria e la giusta sabbia.

Fra i dati in ingresso del progetto di miscela, infatti,  non vi è il pompaggio con tubazioni e neppure l’impiego di fibre. Questi due argomenti saranno trattati con separata attenzione in altri articoli.

La prima attenzione va posta  nella semplificazione del sistema calcestruzzo andando a focalizzare le due macro-fasi costituenti: la fase liquida e la fase solida.

La fase liquida può essere individuata con la pasta cioè tutto ciò che passa al setaccio 0,125 mm: i finissimi apportati dalla sabbia, eventuali polveri attive o inerti, il cemento, l’acqua e l’aria. La fase solida è rappresentata da tutto ciò che a 0,125 mm viene trattenuto.

La fase solida rappresenta lo scheletro del calcestruzzo (concrete skeleton).

Responsabile del ritiro è la pasta. La fase solida, invece, si oppone al ritiro in misura proporzionale al suo modulo elastico: maggiore è il modulo elastico degli aggregati e minore sarà il ritiro. 

Il volume degli aggregati deve essere almeno 700-750 L. Infatti, ad esempio, se il volume degli aggregati passa dal 65 al 75% il creep da essiccamento diminuisce del 10%.

Lo scheletro, a sua volta, è costituito da due fasi: la sabbia e la ghiaia. La ghiaia è individuata dal trattenuto a 5 mm mentre la sabbia è ciò che a quel vaglio passa.

Le prestazioni meccaniche ed elastiche degli aggregati sono fondamentali per la determinazione del comportamento deformativo del calcestruzzo.

Il valore del modulo elastico degli aggregati non è mai disponibile se non in rarissimi casi. Al fine di avere maggiore probabilità di prestazione è preferibile impiegare aggregati caratterizzati da elevata massa volumica ed elevata resistenza alla frammentazione. Quest’ultima prestazione è direttamente proporzionale alla resistenza a compressione e al modulo elastico dell’aggregato. Essendo il test molto facile e poco costoso, tutte le schede tecniche degli aggregati riportano il valore di resistenza alla frammentazione LA (Los Angeles). Essendo il risultato correlato ad una perdita di massa, la prestazione sarà tanto maggiore quanto più basso sarà il valore di LA. 

Ad  esempio, una ghiaia alluvionale calcarea può avere valori di LA compresi fra 21 e 25 (E ≈ 40.000N/mm²) mentre un basalto non lamellare può arrivare anche a 14-18 (E ≈ 90.000N/mm²).

La sabbia

Alcune frazioni della sabbia caratterizzano il comportamento reologico del calcestruzzo e la sua stabilità dimensionale:

• il passante a 0,125 è da sommare alle polveri ed al cemento in relazione anche all’adsorbimento di alcuni additivi. Tuttavia la frazione di sabbia passante a 125 può contenere agenti inquinanti (argille, limo , ecc.). Per questo motivo è importante che i valori di blu di metilene ed equivalente in sabbia siano performanti come più avanti indicato. Il passante a 0,125 mm ( compresi i filler) contrastano la formazione di aria.
• Modulo di finezza della sabbia: se è troppo alto il sistema tenderà ad diminuire la capacità di essudazione e ad aumentare la velocità con la quale si manifesta; se è troppo basso il rischio è la delaminazione.
• La porzione di sabbia compresa fra 0,150 mm e 0,300 mm può generare aria
• La porzione di sabbia passante a  1mm e trattenuta a 0,250 mm genera aria.
• Il passante a 2 mm caratterizza la capacità di movimento del calcestruzzo (Shilstone, 1990). 

Essendo la sabbia la frazione di aggregato caratterizzata da minori prestazioni meccaniche ed elastiche è bene limitare il suo contenuto ad un volume non superiore al 44% del totale degli aggregati.

Tale indicazione spesso è ignorata, nel senso che ... non la si conosce !

Succede poi di impiegare calcestruzzi con basso rapporto a/c, SRA ed espansivo in pavimenti che, dopo qualche mese, si imbarcano e si deformano spesso senza che i giunti di contrazione siano entrati in servizio. La causa è da ricercare negli effetti dello scorrimento viscoso da essiccamento fra le cui cause vi può essere un volume eccessivo di sabbia o l’impiego di sabbie non prestazionali.

La ghiaia

La frazione passante a 8 mm e trattenuta a 4 mm predispone il sistema al blocking in fase di pompaggio. E’ di gran lunga la frazione più critica della fase pompata. Rappresenta la porzione di ghiaia caratterizzata da maggiore superficie specifica. La percentuale di questa frazione è bene che non sia superiore al 16-22%. 

Le frazioni di ghiaia superiori si dividono in tre classi: passante a 16mm e trattenuto a 10 mm; passante a 20 mm e trattenuto a 16 mm; trattenuto a 20 mm. In relazione al diametro massimo del calcestruzzo, laddove possibile, è meglio che l’ultima ghiaia (più grossa) sia tondeggiante. Al fine di promuovere il minore impiego di acqua a parità di lavorabilità, è preferibile ridurre la superficie specifica degli aggregati impiegando ghiaia grossa. La forma degli aggregati grossolani non deve essere piatta siano essi naturali o frantumati.

Il cemento

Il contenuto di cemento è certamente fondamentale per le resistenze che bisogna ottenere. Uno scarso contenuto di cemento favorisce la segregazione e contrasta la mobilità del calcestruzzo. Un eccesso di cemento determina un aumento della viscosità ed aumenta il ritiro e gli effetti correlati alla temperatura di idratazione.

La macinazione e la composizione del cemento influiscono il creep. Cementi grossolani (32,5) favoriscono il creep. 

Secondo Neville il contenuto di C3A sarebbe inoltre  responsabile di deformazioni più marcate al passare del tempo. Per questo motivo è consigliabile che la miscela di cementi tenda a contenere bassi tenori di alluminato tricalcico soprattutto per spessori ridotti inferiori a 20cm.

I dosaggi di cemento maggiormente implementati variano fra 250 e 350 kg/m³. Non è raro l’impiego di agenti espansivi a base di ossido di calcio (CaO) o solfoalluminati (CSA).  Laddove siano impiegati CaO o CSA la sommatoria dei cementi e degli espansivi non dovrà superare i 350 kg/m³.

Tutti i materiali cementizi supplementari (SCM), i filler leggeri (carbonato) o i filler pesanti (basalto o scoria da arco elettrico) non sono considerati nel cemento. 

L’uso di filler (5% sul volume totale) con massa volumica superiore al cemento (basalto, scoria da arco elettrico) diminuisce gli effetti del creep da essiccamento e le efflorescenze.  

Il rapporto i/c

Oltre al rapporto a/c, il rapporto i/c è fondamentale per la previsione del ritiro. Tale frazione è riferita alla massa cioè al peso degli inerti e del cemento presenti nella miscela. Di conseguenza l’impiego di aggregati pesanti sarà da preferire a quelli di peso inferiore a favore di un rapporto più prestazionale. Si consiglia che tale valore sia superiore a 6.

Il ritiro del calcestruzzo

Il lavoro che si può svolgere nella riduzione della superficie specifica degli aggregati contribuisce alla riduzione dell’aliquota di acqua libera con conseguente diminuzione del ritiro.

La riduzione del volume di pasta a favore del volume di aggregati riduce il ritiro.

Un rapporto i/c prestazionale riduce il ritiro.

La riduzione dell’aria contribuisce all’aumento del modulo elastico del calcestruzzo e, quindi, alla riduzione degli effetti deformativi lenti.

Il controllo di alcune frazioni problematiche della sabbia aiuta a diminuire gli effetti del ritiro igrometrico.

Le indicazioni sulle prestazioni fisiche ed elastiche degli aggregati contribuiscono a diminuire gli effetti del creep.

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Indicazioni composizionali

CEMENTO

250kg/m³ < Cem; 350kg/m³.
Compreso eventuale CaO oppure CSA.

Il cemento NON deve essere totalmente 32,5 perchè influenza negativamente il creep da essiccamento e può influire sulla velocità di essudazione (bleeding rate).

Per spessori 20< h < 25cm Cem 42,5 II-A/LL
Per spessori 15< h < 20cm miscela: 60% Cem 42,5 II-A/LL + 40% Cem ARS LH (riduzione del contenuto di C3A)
Per spessori 12< h < 15cm miscela 60% Cem ARS LH + 40% Cem 42,5 II/A-LL
Per spessori h < 12 cm solo Cem ARS LH con C3A< 3%

In relazione alla diminuzione di C3A totale della miscela legante può essere opportuno sostituire l’aliquota di cemento con fumo di silice (K=2) o Loppa finemente macinata (k=0,6) purché caratterizzata da un PSD D-90< 70μ.

L’uso di cenere volante (silicica) deve essere subordinato all’impiego di cemento pozzolanico al fine di avere la garanzia di una prestazione correlata al suo grado di finezza altrimenti incerto (Saggio di Chapelle, Fratini, ecc.).

Per questo motivo NON si consigliano i Cem II contenenti ceneri (II-A/V; II-B/V). Può essere utile, invece, l’impiego di Cem II contenenti loppa d’altoforno (II-A/S; II-B/S) laddove reperibile, anche usato singolarmente in sostituzione del II/A-LL.

L’uso di cementi pozzolanici contenenti pozzolane naturali deve essere subordinato alla valutazione del PSD D-90< 70μ e non alla superficie specifica Blaine non indicativa del diametro medio del granulo.

Ai fini della presa e dell’indurimento alle brevi, il comportamento del cemento d’altoforno non è paragonabile al comportamento di una miscela legante formata da Cemento + loppa finemente macinata. La Loppa utilizzata come aggiunta influirà i tempi di presa, le resistenze nel breve ed il ritiro in relazione al PSD ed al contenuto di CH non come prevedibile dal confronto con cementi d’altoforno.

VOLUME DEGLI AGGREGATI

Volume degli aggregati 700lt < Vagg < 750lt

Ad esempio, se il volume degli aggregati passa dal 65 al 75% il creep da essiccamento diminuisce del 10%. La massa volumica degli aggregati non deve essere inferiore a 2,65. Il valore di resistenza alla frammentazione Los Angeles deve essere inferiore a 25.

SABBIE

Sabbia 0-5mm (totale delle sabbie) < 44% del volume degli aggregati- Il MB (blu di Metilene) deve essere < 1,2 e il SE (equivalente in sabbia) > 70. Volumi di sabbia superiori al 40% incrementano la probabilità di deformazione corticale (imbarcamento) a causa della riduzione del Modulo di elasticità del calcestruzzo.

La M/V delle sabbie non può essere inferiore a 2,65.

VOLUME DI POLVERI

Si considerano polveri tutti i passanti allo 0,125m compreso il cemento.

117lt< P125< 125lt dove P125 è il passante a 125μ compreso il cemento.

VOLUME DI FINI

Si considerano fini i passanti allo 0,250mm compreso il cemento.

165lt < P250 <182lt dove P250 è il passante a 250μ compreso il cemento.

MODULO DI FINEZZA DELLA SABBIA

Modulo di finezza della sabbia o della sabbia risultante come sopra indicato.
Modulo di finezza della sabbia

                        2,65< M.f. < 2,80 ideale

se F.M. <2,5 rischio delaminazione.
se F.M. >3,1 bleeding.

AIR FACTOR

Somma dei trattenuti % da 0,125 a 0,500 (compresi) < 25

PASSANTE A 1mm

24%<P1mm<32% dove P1mm è il passante % a 1mm sul totale degli aggregati.

WORKABILITY FACTOR

Fattore di lavorabilità

32%<P2mm<42% sul volume degli aggregati

 dove P2mm è il passante% a 2mm

PASSANTE A 10mm

P10mm target 30% solo sul volume di ghiaia cioè l’aggregato > 5mm (combined gravel) dove P10mm è il passante % a 10mm.

Il valore di resistenza alla frammentazione (ponderata) LA di P10mm deve essere <25 (LA25). Valori decrescenti di LA comportano incrementi del Modulo Elastico del calcestruzzo e riduzione del ritiro a 28gg e del ritiro standard a 6 mesi (S0).

PASSANTE A 16mm

P16mm target 45% solo sul volume di ghiaia cioè l’aggregato > 5mm (combined gravel) dove P16mm è il passante % a 16mm.

Il valore di resistenza alla frammentazione (ponderata) LA di P16mm deve essere <25 (LA25). Valori decrescenti di LA comportano incrementi del Modulo Elastico del calcestruzzo e riduzione del ritiro a 28gg e del ritiro standard a 6 mesi (S0).

PASSANTE A 20mm

P20mm target 90% solo sul volume di ghiaia cioè l’aggregato >5mm (combined gravel) dove P20mm è il passante% a 20mm.

Il valore di resistenza alla frammentazione (ponderata) LA di P20mm deve essere <25 (LA25). Valori decrescenti di LA comportano incrementi del Modulo Elastico del calcestruzzo e riduzione del ritiro a 28gg e del ritiro standard a 6 mesi (S0).

RAPPORTO i/c

Il rapporto in massa i/c deve essere superiore a 6. La massa degli aggregati diventa importante in questo caso.

RAPPORTO FRA GLI AGGREGATI GROSSOLANI

si faccia una tabella con i trattenuti percentuali del proporzionamento complessivo (overall grading)

I trattenuti percentuali sopra i 4mm devono essere compresi fra 8 e 18.

POMPAGGIO

Si considerino simultaneamente il volume di pasta (compresa l’aria), il MF della sabbia risultante e la somma dei trattenuti % da 4mm a 8mm compresi:

• 300lt < Vpasta < 350lt
• 2,4 < MF sabbie < 3,0
• 4-8mm < 16-22%

VOLUME DI ACQUA

Si consideri una presenza di acqua sufficiente a generare un minimo di bleeding. Gli accorgimenti sopra esposti propendono per una corretta determinazione della capacità di bleeding del sistema. Nel controllo del rapporto a/c è importante non influenzare negativamente (rallentandola) la velocità con la quale esso si manifesta.

Si impieghino preferibilmente additivi con marcato effetto sulla riduzione di acqua.

Il rapporto a/c dovrà essere compreso fra 0,6 e 0,5 preferibilmente verso lo 0,5. Eventuali prestazioni di durabilità correlate a prestazioni meccaniche richiedenti un rapporto a/c inferiore devono essere raggiunte con l’impiego di SCM e/o agenti cristallizzanti con prestazioni attese nel lungo periodo non necessariamente a 28gg.

L’azione accelerante o ritardante degli additivi dovrà compensare gli effetti introdotti dall’impiego di polveri reattive.

Conclusioni

Sarà difficile che tutte le condizioni siano contemporaneamente soddisfatte. Il tecnologo esperto saprà definire il giusto compromesso per l’ottenimento della prestazione attesa.