Prestazioni del Nitrato di Calcio come acceleratore per cementi miscelati con loppa di altoforno

Loppa d'altoforno: cos'è

La loppa (scoria) d'altoforno granulata e macinata (GGBS – Ground Granulated Blast-Furnace Slag) è un sottoprodotto della produzione di ferro negli altiforni che se utilizzata come materiale cementizio supplementare nel calcestruzzo ne migliora le prestazioni in diversi modi. La GGBS è nota per migliorare la durabilità, ridurre l'impatto ambientale e migliorare alcune proprietà meccaniche del calcestruzzo.

Il ruolo del Nitrato di Calcio

Il documento disponibile in formato PDF , nella sezione allegati di questo articolo, studia gli effetti del Nitrato di Calcio (CN) sul cemento miscelato con loppa d'altoforno (GGBS).

I ricercatori hanno studiato l'influenza del Nitrato di Calcio (CN) al 2% e al 4% sull’accelerazione nel processo di sviluppo dell'idratazione di questi leganti utilizzando calorimetria isotermica, diffrazione dei raggi X e termogravimetria.

Hanno inoltre esaminato lo sviluppo della resistenza di malta e calcestruzzo con leganti miscelati con GGBS fatti maturare rispettivamente a 20°C e 5°C.

Risultati dello studio sugli effetti del Nitrato di Calcio

Il Nitrato di Calcio (CN) ha portato a una resistenza della malta inferiore a 1 giorno a 20 °C ma a una resistenza maggiore da 3 giorni in poi. Questo perché il CN agisce come acceleratore di presa piuttosto che come acceleratore di indurimento. L’inferiore resistenza a 1 giorno è probabilmente dovuta alla precipitazione immediata degli ioni idrossilici da parte del calcio in portlandite, che abbassa il pH e ostacola la reazione della loppa.

Malta con due diversi GGBS ha raggiunto la stessa resistenza a 7 e 28 giorni quando è stato aggiunto il 4% di Nitrato di Calcio (CN). Ciò suggerisce che il Nitrato di Calcio (CN) può accelerare efficacemente lo sviluppo della resistenza del cemento miscelato GGBS dopo la fase di presa iniziale.

Il Nitrato di Calcio (CN) ha aumentato la resistenza a 1 giorno del calcestruzzo fatto maturare a +5 °C. Ciò è previsto poiché il CN è noto per essere un acceleratore di presa più efficace a basse temperature. Ciò è particolarmente importante per migliorare le prestazioni dei cementi miscelati GGBS in climi freddi sia con il processo di idratazione che con lo sviluppo della resistenza alla compressione anticipata.

Il Nitrato di Calcio (CN) ha portato a una maggiore formazione di ettringite e alla formazione della fase AFm dopo 1 giorno di maturazione controllata. La maggiore formazione di ettringite è probabilmente dovuta alla reazione di CN con l'idrato di monosolfoalluminato di calcio, che porta alla formazione di AFm-nitrato. Anche la presenza di solfuro in GGBS può contribuire alla formazione di ettringite poiché il nitrato può ossidare il solfuro in solfato.

Il contenuto di idrossido di calcio è stato ridotto con l'aggiunta di CN. Ciò potrebbe essere dovuto a diversi motivi:

• Ridotta solubilità dell'idrossido di calcio dovuta all'effetto ionico comune dell’elevata concentrazione di calcio nell'acqua dei pori.
• Formazione di AFm-eminitrato, che consuma idrossido di calcio.
• Formazione di un composto con la formula Ca(NO₃)²⋅3Ca(OH)²⋅12H₂O, analogo al composto noto CaCl₂⋅3Ca(OH)²⋅12H₂O.
• Reazione pozzolanica della loppa con idrossido di calcio, sebbene ciò sia meno probabile data la riduzione iniziale del pH causata dal CN.

In conclusione questa ricerca fornisce approfondimenti sull'uso del Nitrato di Calcio come accelerante per cemento miscelato con loppa (scorie) d'altoforno. I risultati evidenziano i potenziali vantaggi e svantaggi dell'aggiunta di CN, incluso il suo impatto sullo sviluppo della resistenza iniziale e successiva, sui prodotti di idratazione e sul contenuto di idrossido di calcio. Questi risultati contribuiscono a una migliore comprensione del ruolo del CN nell'ottimizzazione delle prestazioni delle miscele di calcestruzzo sostenibili che incorporano GGBS.

Nel complesso, il Nitrato di Calcio (CN) accelera efficacemente l'idratazione e lo sviluppo della resistenza, in particolare a basse temperature.

Il Nitrato di Calcio è un acceleratore di presa e non un acceleratore di indurimento e a 20 °C ambiente se usato da solo può ridurre la resistenza iniziale a causa della riduzione del pH nella soluzione dei pori. Pertanto, per tali condizioni ambientali, si raccomanda l'uso combinato di acceleratori di presa e indurimento.