Calcestruzzo indurito

Calcestruzzo indurito
Proprietà principali
• durabilità
• proprietà meccaniche
• scorrimento viscoso (creep)
• proprietà termiche
(a) proprietà meccaniche
• la elevata resistenza meccanica del calcestruzzo deriva
dalla capacità legante del gelo di cemento, ammasso
poroso di prodotti di idratazione (C-S-H) associato a
prodotti cristallini e granuli residuidi cemento anidro.
• a causa della elevata superficie specifica, tra le particelle di
gelo di cemento si instaurano numerosi legami deboli o
secondari (idrogeno e Van der Waals) responsabili della
resistenza meccanica della pasta di cemento indurita. Tale
valore è per questo molto superiore a quello tipico di altri
leganti quali gesso e calce.
• Il legame tra gelo di cemento e aggregati in malte
e calcestruzzi è di vario tipo:
meccanico (interlocking, interbloccaggio) dovuto a
compenetrazione tra gelo di cemento e
microsperità dell’ aggregato.
 formazione di prodotti di reazione all’interfaccia
tra aggregato e pasta di cemento
La zona di transizione
Di particolare importanza ai fini della resistenza è
la zona di transizione che corrisponde alla
interfaccia tra la pasta di cemento e gli elementi
di aggregato, la cui presenza nel calcestruzzo
induce notevoli variazioni nella struttura porosa
della pasta indurita formando attorno agli
elementi di aggrgegato regioni porose aggiuntive
di 15-25 mm.
Effetto è particolarmente accentuato per
aggregati di dimensioni elevate.
• Queste zone porose dette zone di transizione
interfacciali (ITZ) sono caratterizzate anche da
una microstruttura diversa dalla pasta di cemento
indurita: porosità di maggiori dimensioni, cristalli
grossolani di idrossido di calcio ed ettringite.
• se è alto il contenuto di aggregati grossi si crea
un network di ITZ che accresce la permeabilità del
conglomerato limitando molto la durabilità del
calcestruzzo.
Curva sforzo-deformazione
Modulo elastico del calcestruzzo
Valore del modulo elastico
• Il valore del modulo elastico dipende dai moduli
della pasta (Ep) e dell’aggregato (Ea), in base alla
relazione, ove Va e Vp sono rispettivamente le
frazioni volumiche di aggregato e pasta:
1/E = (Vp/Ep) + (Va/Ea)
Il modulo della pasta di cemento,aumenta al
diminuire del rapporto a/c, e varia circa tra
7000 e 28 000 N/mm2
Modulo aggregati
• Tabella
Resistenza a compressione
• Dosaggio
• Dmax, diametro massimo dell’aggregato
• condizioni di stagionatura
Dosaggio
• quantità e tipo dei componenti del calcestruzzo
ne determinano le caratteristiche meccaniche
• Relazione di Feret
Rc=kl2
l=c/(c+a+v)=1/(1+a/c+v/c)
Rc (resistenza a compressione), a (volume acqua), c (volume
cemento), v (volume aria inglobata), k (costante dipende tipo
cemento, tempo modalità stagionatura, caratteristiche aggregato)
Rc vs rapporto a/c
• Un determinato volume V di calcestruzzo è
costituito da a(acqua), c(cemento), v(aria),
i(inerte):
V=a+c+v+i
•
•
Rc inversamente proporzionale al quadrato del
volume di calcestruzzo non occupato dall’aggregato
e pari a (V-i)2
su questo si basa la ricerca di una distribuzione
granulometrica ottimale dell’aggregato caratterizzata dal
massimo peso specifico. Come già detto oltre alla
compattezza occore tenere conto della lavorabilità degli
impasti. La migliore curva granulometrica è quella che
fornisce la migliore combinazione delle due proprietà
Dmax
• A pari lavorabilità e dosaggio di cemento, un aumento
di Dmax comporta riduzione di acqua, minore rapporto
acqua/cemento, ed aumento di resistenza a
compressione
• per valori elevati di rapporto a/c la resistenza è
costante indipendentemente da Dmax, il grosso della
pasta ha Rc paragonabile a quello della zona di
transizione. Per bassi valori a/c il grosso della pasta
indurita ha Rc molto maggiore delle regioni di
transizioni che diventano il punto debole del
conglomerato, quindi aumentando Dmax crescono le
zone di transizione con forte riduzione della Rc
Rc vs Dmax
Condizioni di stagionatura
• Condizioni termoigrometriche dell’ambiente influiscono
fortemente sullo sviluppo delle resistenze meccaniche del
calcestruzzo.
•
se umidità relativa è minore del 95 %, la pasta di cemento perde
per evaporazione acqua della porosità capillare che non è più
quindi disponibile per l’ulteriore idratazione del cemento e lo
sviluppo delle resistenze.
•
norme UNI 9858 indica periodi minimi di maturazione umida del
calcestruzzoin funzione delle condizioni ambientali e del tipo di
sviluppo di resistenza del conglomerato. (es. calcestruzzo a lento
indurimento a 5-10 °C, tempo secco e soleggiato, maturazione
umida fino a 10 giorni; calcestruzzo a rapido indurimento, a 15 °C,
maturazione umida minima 1 giorno)
Creep
Deformazione che si manifesta progressivamente nel tempo
sotto carico.
Un carico costante produce su di un provino di calcestruzzo una
deformazione elastica istantanea seguita da una deformazione
progressiva nel tempo non completamente recuperable.
Per uno sforzo di trazione il creep è un allungamento per uno di
compressione è una contrazione.
Per il calcestruzzo il creep avviene a T ambiente
Il creep può essere considerato positivo poichè capace di
ridurre lo stato di tensione di una struttura.
Rimuovendo il carico applicato dopo un tempo abbastanza
lungo (6 mesi-1 anno):
• la deformazione elastiva viene recuperata istantaneamente, ma il recupero non coincide
con la deformazione elastica ma è minore perchè il modulo elastico del calcestruzzo nel
frattempo è aumentato per effetto della stagionatura, ad un aumento di E corrisponde
una diminuzione della deformazione elastica !
• una parte della deformazione da creep viene recuperata lentamente (recupero)
• rimane una deformazione residua permanente (creep)
Durabilità
• Capacità di mantenere nel tempo le sue
caratteristiche funzionali al livello richiesto.
• A seguito di azioni dell’ambiente, in partcolari
condizioni di esercizio, o per cause intrinsiche al
conglomerato si può manifestare in tempi più o
meno lunghi degradazione, cioè alterazioni che
ne riducono le caratteristiche funzionali fino a
richiedere interventi di ripristino o la messa fuori
servizio.
Cause di degradazioni
• azione esterna
 penetrazione di sostanze che causano la corrosione delle
armature

attacchi chimici a carico del calcestruzzo da parte
dell’ambente
 attacchi fisico-meccanici dovuto all’ambiente o al tipo di
esercizio
• cause intrinseche, conglomerato non progettato per essere
durevole porosità, fessure, sostanze nocive negli aggregati…
Permeabilità
• Rilevante per quei manufatti che destinati a
contenere liquidi. Prevenzione con controllo
della modalità di maturazione .
• es per un cls ben stagionato con a/c 0.45
bassa permeabilità 10-13 m/s; lo stesso cls
lasciato stagionare all’aria avrà permeabilità
molto maggiore fino a 10-9 m/s
Attacchi chimici
• Pasta di cemento ha scarsa resistenza all’azione di
acidi, quindi deve essere protetto dalla loro azione.
Acido solforico dalla dissoluzione in acqua delle corrispondenti
anidridi provenientei da gas di scarico di carburanti, forma solfato di
calcio!
Acido carbonico bacini montani, acque con vegetali in
decomposizione, reazione con Ca(OH)2, formazione di carbonati,
bicarbonati e dissoluzione
Aggressività di un’acqua
Attacchi fisico-meccanici
• Cicli gelo e disgelo, congelamento avviene con
incremento di volume di circa il 10%
• azioni meccaniche che possono danneggiare il
cls a seguito di sollecitazioni limitate alla
superficie dei manufatti.