MIX DESIGN

PROCEDIMENTO PER IL CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE DEL CLS IN TERMINI DI QUANTITA’ DI CEMENTO, DI ACQUA, E DI INERTI (SABBIA, GHIAIA,

GHIAINO, ETC) PER m3 CI CLS, A PARTIRE DA:

a) Proprietà ingegneristiche del materiale indurito (resistenza meccanica Rck, modulo elastico E, ritiro, scorrimento viscoso, durabilità, ecc) quali risultano dall’esigenza del progetto dell’opera;

b) Esigenze esecutive (lavorabilità, organizzazione del cantiere, modalità di getto, ecc;

c) I materiali disponibili (tipo di cemento, di inerti e di additivi).

ELEMENTI BASE DEL MIX DESIGN

CONVERTIRE IN TERMINI DI COMPOSIZIONE DEL CLS I SEGUENTI QUATTRO INDISPENSABILI REQUISITI CHE

RAPPRESENTANO GLI ELEMENTI BASE PER OGNI MIX-DESIGN:

1) Resistenza caratteristica (Rck);

2) Lavorabilità (L);

3) Il tipo di cemento (tc);

4) Diametro massimo dell’inerte disponibile (Dmax).

PROCEDURA

RckLavorabilità

a/ca

Vi=Vcls-Va-Vc-Va’

Durabilitàadditivi Inerte

(Dmax,tipo)

Tipo/classe cemento

Classe di esposizione

c= aa/c

a’

DIAGRAMMA DI FULLER Vg

Vs

Vi

Vg’

LAVORABILITA’- CLASSE DI CONSISTENZA

SUPER-FLUIDA

FLUIDA

SEMI-FLUIDA

PLASTICA

TERRA UMIDA

DENOMINAZIONE DENOMINAZIONE CORRENTECORRENTE

Strutture fortemente armate, di ridotta sezione e/o complessa geometria

Strutture mediamente armate

Strutture non armate o poco armate o con pendenze

Strutture circolari messe in opera con casseri rampanti

Pavimenti messi in opera con vibrofinitrici

APPLICAZIONIAPPLICAZIONI

>210S5

160-210S4

100-150S3

50-90S2

10-40S1

SLUMPSLUMP(mm)(mm)

CLASSI DI CLASSI DI CONSISTENZACONSISTENZA

(sigla)(sigla)

La lavorabilità del cls si misura con lo SLUMP TEST. Questo consiste nel misurare l’abbassamento (slump) del cls sformato da un tronco di cono metallico (cono di Abrams) rispetto all’altezza dello stesso cls costipato in modo standardizzato all’interno di un cono alto 300mm.

Lavorabilità – REGOLA DI LYSE

RICHIESTA DI ACQUA IN FUNZIONE DEL DIAMETRO MASSIMO DELL’INERTE E DELLA CLASSE DI CONSISTENZA

S5S4S3S2S1

22021020018016532

19018517515514063125

25

20

168

DIAMETRODIAMETRO(mm)(mm)

125

175

180

185195

140

190

195

200210

165

215

225

240250

170

225

230

245255

155

210

215

220230

RICHIESTA DI ACQUA (Kg/m3) RICHIESTA DI ACQUA (Kg/m3) PER CLASSE DI CONSISTENZAPER CLASSE DI CONSISTENZA

a (kg/ma (kg/m33) quantitativo di acqua) quantitativo di acquaN.B. i quantitativi di acqua cosN.B. i quantitativi di acqua cosìì calcolati devono però tener conto dl tipo di inerte utilizzato.calcolati devono però tener conto dl tipo di inerte utilizzato.In generale si opera nel seguente modo:In generale si opera nel seguente modo:--con inerte tondeggiante si riduce il quantitativo di acqua, dedocon inerte tondeggiante si riduce il quantitativo di acqua, dedotto dalla tabella, di 10 kg/mtto dalla tabella, di 10 kg/m33

--con inerte frantumato invece si aumenta il quantitativo di acquacon inerte frantumato invece si aumenta il quantitativo di acqua dedotto dalla tabella di 10 kg/mdedotto dalla tabella di 10 kg/m33

Lavorabilità – Richiesta di acqua

Correlazione qualitativa tra lavorabilità (slump) e richiesta di acqua in calcestruzzi con aggregati tondeggianti in funzione deldiametro massimo

TIPI DI CEMENTO (norma UNI-EN 197/1)

SCISTO CALCINATO (T) 6-20%SCISTO CALCINATO (T) 21-35%

II/A-TII/B-T

CEMENTO PORTLAND ALLO SCISTO CALCINATO

CENERE VOLANTE SILICICA (V) 6-20%CENERE VOLANTE SILICICA (V) 21-35%CENERE VOLANTE CALCICA (W) 6-20%CENERE VOLANTE CALCICA (W) 21-35%

II/A-VII/B-VII/A-WII/B-W

CEMENTO PORTLAND ALLA CENERE VOLANTE

POZZOLANA NATURALE (P) 6-20%POZZOLANA NATURALE (P) 21-35%POZZOLANA INDUSTRIALE (Q) 6-20%POZZOLANA INDUSTRIALE (Q) 21-35%

II/A-PII/B-PII/A-QII/B-Q

CEMENTO PORTLAND ALLAPOZZOLANA

MICROSILICE (D) 6-10%II/A-DCEMENTO PORTLAND ALLA MICROSILICE

LOPPA D’ALTOFORNO (S) 6-20%LOPPA D’ALTOFORNO (S) 21-35%

II/A-SII/B-SCEMENTO PORTLAND ALLA LOPPA

II

CEMENTO COMPOSITO

CEMENTO POZZOLANICO

CEMENTO D’ALTOFORNO

CEMENTO PORTLAND COMPOSITO

CEMENTO PORTLAND AL CALCARE

CEMENTO PORTLAND

DENOMINAZIONE

CLINKER (K) 40-64 % +LOPPA (S) 18-30 % +(P+Q+V) 18-30%CLINKER (K) 20-39 % +LOPPA (S) 31-50 % +(P+Q+V) 31-50%

CLINKER (K) 65-89 % +(D+P+Q+V) 11-35 %CLINKER (K) 45-64 % +(D+P+Q+V) 36-55 %

CLINKER (K) 35-64 % +LOPPA D’ALTOF (S) 36-65 %CLINKER (K) 20-34 % +LOPPA D’ALTOF (S) 66-80 %CLINKER (K) 5-19 % +LOPPA D’ALTOF (S) 81-95 %

CLINKER (K) 80-94 % + (S-D-P-Q-V-W-T-L) 6-20 %CLINKER (K) 65-79 % + (S-D-P-Q-V-W-T-L) 21-35 %

CALCARE (L) 6-20 %CALCARE (L) 21-35 %

CLINKER (K) 95-100%

COSTITUENTE PRINCIPALE

II

V-AV-BV

IV

III

TIPO DI CEMENTO

IV-AIV-B

III-AIII-BIII-C

II/A-MII/B-M

II/A-LII/B-L

SIGLA

CLASSI DI RESISTENZA DEL CEMENTO

52,5-----3052,5R

52,5-----2052,5N

42,5-----2042,5R

42,5-----1042,5N

32,5-----1032,5R

32,516-----32,5N

Rck (N/mm2)28 giorni

Rck (N/mm2)7 giorni

Rck (N/mm2)2 giorni

CLASSI DI RESISTENZA(sigla)

N o R stanno ad indicare il comportamento meccanico alle brevi stagionature. Per esempio il cemento di classe 32,5N e 32,5R devono superare entrambi a 28 gg Rck di 32,5 N/mm2, ma quello 32,5R deve anche superare la Rck 10 N/mm2 a 2 gg.La determinazione della resistenza meccanica di un cemento segue una procedura standardizzata in cui alcuni parametri devono rimanere costanti. In particolare si lavora sempre con una miscela (malta) con rapporto acqua/cemento pari a 0,5 e rapporto sabbia/cemento pari a 3. E’ standardizzata anche la forma dello stampo con cui realizzare i provini (4x4x16) le condizioni termiche (T=20°C – U.R.>=95%).Esempio:se i risultati ottenuti fossero di 8 N/mm2 a 2gg, 30 N/mm2 a 7gg e 48 N/mm2 a 28gg la classe di resistenza assegnata a questo cemento sarebbe 32,5N

RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE Rckcorrelazione Rck - a/c

correlazione Rck - a/c

15

25

35

45

55

65

75

85

95

105

115

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

a/c

Rck

(MPa

)

IV/B 32,5 II/A-L 42,5R I 52,5R

RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE Rckcorrelazione Rc - a/c

CLASSE DI ESPOSIZIONEsecondo le norme ENV 206 e UNI 9858

Requisisti per un calcestruzzo durevole per le classi di esposizione

SCELTA DEL RAPPORTO a/c

DAI DATI INIZIALI DI NATURA INGEGNERISTICA ED

AMBIENTALE (Rck e CLASSE DI ESPOSIZIONE) RICAVIAMO DUE

VALORI DEL RAPPORTO a/c;

TRA I DUE SI SCEGLIE QUELLO PIU’ BASSO PER GARANTIRE UNA

MAGGIORE SICUREZZA;

INFATTI RAPPORTO a/c BASSO SIGNIFICA ALTO QUANTITATIVO

DI CEMENTO CON MAGGIORI GARANZIE DI BUONA RIUSCITA

DEL MIX-DESIGN

SCELTO IL VALORE DEL RAPPORTO a/c E NOTO a DALLA

REGOLA DI LYSE SI RISALE AL PRIMO PARAMETRO

IMPORTANTE DEL MIX-DESIGN VALE A DIRE IL QUANTITATIVO

c DI CEMENTO NECESSARIO A GARANTIRE QUELLE PROPRIETA’

MECCANICHE (Rck) E DI LAVORABILITA’ RICHIESTE

ARIA INTRAPPOLATA NEL CLS

aria intrappolata nel cls

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

4 8 12 16 20 24 28 32Dmax (mm)

a' (%

)

Il valore di a’ per classi di esposizione XF (gelo-disgelo) viene desunto dalla tabella; per tutte le altre classi di esposizione a’ si ricava dal grafico sopra riportato.

Il volume Va’ di aria in litri intrappolata per volume unitario di cls è posto pari a 10 volte la % di aria nel cls ricavata dal grafico sopra riportato.

INERTE

NOTI I VALORI DI a ED a/c SI PASSA AL CALCOLO DEL VOLUME TOTALE DI INERTE Vi PER BILANCIO DI VOLUME TRA QUELLO DEL CALCESTRUZZO Vcls DA UNA PARTE E QUELLI DEI SINGOLI INGREDIENTI DALL’ALTRA:

Vi = Vcls –Va – Vc –Va’

Va = VOLUME DI ACQUA

Vc= VOLUME DI CEMENTO

QUESTI VOLUMI SI RICAVANO FACILMENTE DALL CORRISPONDENTI MASSE VOLUMICHE (1kg/L PER ACQUA E 3,1 kg/L PER CEMENTO).

POSTO Vcls PARI A 1m3 E RIPORTANDO TUTTO IN LITRI SI AVRA’:

Vi = 1000 –a – (c/3,1) –10a’N.B. IL VALORE DI Vi COSI’ OTTENUTO E’ IN L/m3 , PER RIPORTARLO IN kg/m3 BASTA CONSIDERARE CHE LA DENSITA’ µ DELL’INERTE E’ DEL TIPO :

µ= 2,6-2,7 kg/L

CURVA DI FULLER distribuzione granulometrica dell’inerte

L’inerte o più correttamente aggregato, gioca sia quantitativamente (mediamente due terzi del volume totale di cls è costituito dall’inerte) che qualitativamente (è uno dei principali responsabili delle proprietàmeccaniche del cls confezionato) un ruolo di primaria importanza nel confezionamento del calcestruzzo.

La caratteristica più evidente del cls è la granularità, cioè il fatto che si presenta in forma di granuli sciolti. In particolare si può distinguere in :

-Sabbia granuli più grossi non superano 4-5 mm;

-Ghiaia granuli più grossi > 4-5 mm (di origine alluvionale e forma tondeggiante);

-Pietrisco granuli più grossi > 4-5 mm (proveniente dalla frantumazione della roccia e forma irregolare).

La granularità dell’inerte è connessa al suo assortimento granulometrico, cioè alla presenza delle varie frazioni, da quelle più fini a quelle più grosse passando per quelle intermedie. Un buon assortimento comporta che i granuli più fini si allocano nei vuoti interstiziali presenti tra quelli dei granuli più grossi, con conseguente formazione di una struttura con pochi vuoti che potranno essere riempiti dalla pasta di cemento.

La determinazione della distribuzione granulometrica di un aggregato si effettua tramite separazione mediante vagliatura, attraverso l’uso di setacci di diversa apertura delle maglie. L’inerte è così separato in diverse frazioni granulometriche ciascuna delle quali è compresa dimensionalmente tra l’apertura del setaccio attraverso cui il materiale è passato e quella del setaccio dove l’inerte è trattenuto; si pesano, a questo punto le quantità delle singole frazioni granulometriche e vengono espresse percentualmente rispetto al peso totale del campione analizzato. Si arrivano a costruire le curve granulometriche del singolo aggregato o riportando in ascissa l’apertura del setaccio (d) ed in ordinata la percentuale di aggregato trattenuto (curva granulometrica dei trattenuti) oppure riportando in ordinata la percentuale di aggregato che riesce ad attraversare ciascun setaccio (P%) (curva granulometrica dei passanti cumulativi).

Si può dimostrare che per ottenere un conglomerato cementizio con max densitàpossibile, cioè con minor contenuto di vuoti, la curva granulometrica deve seguire l’equazione di FULLER:

P=100 (d/Dmax)1/2 curva di FullerP=passante al setaccio di apertura d e Dmax diametro massimo dell’ inerte più grosso.

DISTRIBUZIONE GRANULOMETRICA DELL’INERTE

38,2mm

2,38mm

1,19mm

0,595mm

19,1mm

9,52mm

4,76mm

0,149mm

0,074mm

0,297mm

328→ MF=328/100 Modulo di Finezza

100

010030,074

39790,149

1288230,297

3565240,595

5941191,19

7822122,38

901089,52

982219,1

1000038,2

Passante cumulativo (%)

Trattenuto cumulativo (%)

Trattenuto parziale (%)

Apertura setaccio (mm)

CURVA DI FULLER distribuzione granulometrica dell’inerte

granulometria

0

20

40

60

80

100

d (log mm)

P (%

)

Pfuller sabbia ghiaia ghiaino

0,074 4,76 9,52 19,1 38,20,595 1,19 2,380,149 0,297

61

25

Sabbia 0-5 mm; ghiaino 5-20 mm; ghiaia 10-38 mm

Scegliere le proporzioni per la miscela del calcestruzzo con cuirealizzare una soletta in c.a. in un ambiente esterno senza problemi di gelo.

Il progettista richiede

la classe di resistenza C30/37,

la classe di consistenza S3

un diametro massimo degli aggregati Dmax di 25 mm.

Esempio di mix design

Scelta del rapporto acqua/cemento

Esempio di mix design

Scelta della quantità di acqua

Esempio di mix design

Esempio di mix design

Determinazione del contenuto di cemento e di aggregati