Tecnologia dei Calcestruzzi Università dell ˇAquila · Docente esterno in Tecnologia dei...

Roberto MarinoDocente esterno in Tecnologia dei Calcestruzzi, Facoltà di Ing. UNIV. L’Aquila

LE AGGIUNTE E GLI AGGREGATI

Tecnologia dei calcestruzziR. Marino

“Tecnologia dei Calcestruzzi”Università dell’Aquila

http://www.pdfcomplete.com/cms/hppl/tabid/108/Default.aspx?r=q8b3uige22


LE AGGIUNTE� DEFINIZIONE:” materiali inorganici finemente

suddivisi che possono essere addizionati al calcestruzzo per modificarne le caratteristiche o per ottenerne di speciali. � Esistono due tipi di aggiunte: quelle praticamente

inerti (tipo I) e quelle pozzolaniche o con proprietàidrauliche latenti (tipo II)”

UNI EN 206-1



LE AGGIUNTE� Questa categoria comprende tutti i prodotti

finissimi ottenuti da frantumazione delle rocce calcaree o silicee, o comunque delle rocce usate per ottenere aggregat i normali� Il materiale in polvere che ne risulta, detto

“filler”, pur non essendo del tutto inerte non possiede proprietà leganti; il suo impiego serve in genere a correggere la granulometria degli aggregati, quando mancano le frazioni fini

Tipo I



LE AGGIUNTE

� Ceneri volanti (il primo impiego industriale viene fattorisalire agli anni ‘30, anche se lo sviluppomaggiore si registra solo negli anni successivi)� Fumi di silice(prodotti prevalentemente in Norvegia e daalcuni anni utilizzati anche in Italia)

Tipo IIQuesti prodotti sono costituiti da materiali che esplicano una attività pozzolanica o hanno proprietà idrauliche



LE AGGIUNTE

� La norma EN 450 così definisce questa aggiunta: “Polvere fine di particelle essenzialmente sferiche e vetrose, derivanti dalla combustione di carbone polverizzato, avente proprietà pozzolaniche e costituito essenzialmente di SiO2 e Al2O3, con un contenuto di SiO2 almeno del 25%, definito e determinato secondo quanto indicato dalla norma EN 197/1

LE CENERI VOLANTI



LE AGGIUNTEREQUISITI CHIMICI (UNI EN 450)

Requisiti chimici Modalità di prova

Limiti di accettazione (% in massa)

Perdita al fuoco EN 196-2 7 %

Contenuto di cloruri EN 196-21 < 0,10 %

Contenuto di anidride solforica (SO3)

EN 196-2 < 3 %

Ossido di calcio libero EN 451-1 < 1,0 %



LE AGGIUNTE� La composizione chimica delle ceneri dipende da:

- qualità del carbone- provenienza del carbone- separazione adottata dalla diverse

centraliN.B. variazioni nella f inezza di macinazione del

carbone e nelle condizioni di combustione possono avere ampia inf luenza sia sul contenuto residuo di carbone che sulla superf icie specifica delle ceneri



LE AGGIUNTE� Composizione chimica media (%) delle ceneri volanti

provenienti da alcune centrali termiche in Itali a

Centraletermica

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO F2O Na2O SO3 p.a.f.

Vado Ligure 43.4 24.7 8.7 3.0 1.6 2.2 0.4 1.3 7.5Genova 44.4 28.3 6.3 2.7 1.1 1.7 0.4 1.3 8.3Brindisi 44.9 29.2 5.1 3.7 0.9 1.2 0.3 0.6 6.6La Spezia 43.1 28.2 5.4 4.5 1.6 1.5 0.3 1.4 6.3Monfalcone 44.5 30.8 4.1 5.0 1.1 1.1 0.3 0.7 7.8Marghera 44.4 28.8 3.9 5.6 1.2 0.9 0.4 0.6 12.3Fusina 45.7 29.7 4.2 4.8 1.1 1.1 0.3 0.5 5.5Sulcis 42.6 30.1 6.5 6.6 1.4 0.9 0.4 0.8 8.5



LE AGGIUNTE� La normativa americana ASTM C 618 prevede

una suddivisione delle ceneri in funzione della loro composizione:

LE CENERI VOLANTI

CLASSE CaO L.O.IF 4% 7C 24% 1

In Italia si utilizzano ceneri del tipo F (silico alluminose)



LE AGGIUNTEDistribuzioni granulometriche delle ceneri volanti

100 10 1 0.10

20

40

60

80

100

Cemento

Portland 325

Cenere volante tipo F

Cenere volante tipo C

DIMENSIONE DEI GRANULI (µm)

PASS

AN

TE C

UM

ULA

TIV

O (%

)

0.01

Fumo di silice



LE AGGIUNTE� Le ceneri volanti non possiedono capacit à

leganti autonome ma, se mescolate in presenza di acqua con calce, si comportano da “legante”. Questa proprietà è dovuta alla presenza della silice e dell’allumina, in grado di reagire con la calce presente nei materiali di contatto formando dei silico-alluminati di calcio idrati, simili a quelli prodotti nell’idratazione del cemento Portland

LE CENERI VOLANTI



LE AGGIUNTE� Inizio presa

� Lavorabilità

� Bleeding

� Richiesta d’acqua

� L’aumento della temperatura del cls fresco

� Introduzione d’aria

Effetti del fly-ash sulle proprietà del cls fresco



LE AGGIUNTE� Inizio e fine presaL’aggiunta di cenere volante al calcestruzzo determina generalmente un aumento del tempo di inizio presa. Pertanto la quantità di cenere da aggiungere al calcestruzzo deve essere tenuta in considerazione anche sotto questo punto di vista



LE AGGIUNTE� Le ceneri volanti plasticizzano il cls, riducono

la segregazione ed il bleeding:Bl

eedi

ng, %

Tempo, minuti

012345678

0 20 40 60 80 100 120 140

cls con fly ash

riferimento



0

10

20

30

40

50

0 4 8 12 16 20 24

cls di riferimento

cls con fly ash

Tempo dopo il getto, in giorni

∆Τ, °C

COMPORTAMENTO DEL CALCESTRUZZO CON E SENZA CENERE AL CALORIMETRO ADIABATICO



LE AGGIUNTE� Calcestruzzi aeratiNel caso di calcestruzzi aerati è necessario verificare la quantità di additivo aerante in quanto la cenere volante tende ad assorbire l’additivo e ridurne di conseguenza la capacità aerante



LE AGGIUNTE

� Il contenuto di ceneri volanti nella miscela di calcestruzzo viene definito mediante l’applicazione del fattore di efficienza k

� Il parametro k fornisce, se moltiplicato per il contenuto di ceneri, il “cemento equivalente”per la realizzazione di un calcestruzzo senza ceneri, ma con uguale resistenza a 28 gg di stagionatura

LE CENERI VOLANTI



LE AGGIUNTE

� Al fattore k è assegnato un valore che dipende dalla qualità della cenere volante; valori correnti di k si aggirano intorno a 0,3� E’ possibile applicare il coefficiente di equivalenza nel

calcolo del rapporto a/c, per verificarne la rispondenza al requisito del massimo valore richiesto ai fini della durabilità. A tal fine il rapporto a/c si può valutare in base alla seguente espressione:

LE CENERI VOLANTI

ac + kf



LE AGGIUNTE� La norma UNI EN 206 E uni 11104 consente di

determinare il rapporto a/c con il coefficiente k di equivalenza delle ceneri in base al tipo di cemento� Al momento la norma ha normalizzato solo i cementi

del gruppo A (esempio CEM II ALL)� Il valore del k da utilizzare è 0,2



LE AGGIUNTE

Le ceneri volanti influenzano:� lo sviluppo delle resistenze� il modulo elastico� il creep� la durabilità: intesa come resistenza agli agenti

atmosferici, all’attacco dei solfati, dei cloruri, riduzione del pericolo di espansione dovuta alla reazione AAR

Effetti del fly-ash sulle proprietà del cls indurito



LE AGGIUNTE� La resistenza meccanica è influenzata da

diversi fattori :- dalle proprietà del fly-ash- dalla composizione chimica- dal volume delle particelle- dalla reattività- dalla temperatura e dalle altre condizioni di

curing

RESISTENZA MECCANICA



LE AGGIUNTE� L’aggiunta di ceneri volanti determina un

notevole aumento delle resistenze meccaniche alle lunghe stagionature, mentre comporta una riduzione della resistenza a compressione del cls indurito durante i primi sette giorni di confezionamento. Questo è dovuto al fatto che le ceneri, a tempi brevi, esibiscono capacit àcementanti molto basse e agiscono piuttosto come aggregato fino




LE AGGIUNTE

Calcestruzzo con fly ash

Calcestruzzo di riferimento

Resi

sten

za a

com

pres

sion

e

Tempo



LE AGGIUNTE� Permeabilità

Alcune prove effettuate in funzione del tempo di maturazione hanno evidenziato una maggiore permeabilità nei calcestruzzi contenenti fly ash, durante i primi mesi di stagionatura; dopo sei mesi, dal confronto con un calcestruzzo di riferimento, la situazione risulta notevolmente migliorata

DURABILITA’ DI UN CALCESTRUZZO CON FLY ASH



LE AGGIUNTE

� Azione dei solfatiLa resistenza all’attacco dei solfati aumenta nelle paste (nei calcestruzzi) contenenti ceneri volanti, poichè diminuisce la Ca(OH)2 disponibile per le reazioni con i solfati ed inoltre rendono inattivi i componenti alluminosi. E’ comunque opportuno che i conglomerati cementizi contenenti ceneri volanti abbiano già avuto una sufficiente stagionatura affinchè si completino le reazioni tra cenere, acqua e cemento




LE AGGIUNTE� Carbonatazione

come è noto questo fenomeno dipende da: - a/c- contenuto di cemento- resistenza del calcestruzzo

I cls con fly ash presentano una profondit àmaggiore di carbonatazione ma solo durantei primi mesi di stagionatura




LE AGGIUNTE

� DurabilitàI calcestruzzi contenenti ceneri volanti, avendo

una più bassa porosità aperta, e una maggiore resistenza all’attacco chimico, hanno una migliore impermeabilità all’acqua e di conseguenza piùdifficilmente tendono a saturarsi. Si deve considerare però che nelle ceneri sono presenti delle particelle di carbone incombusto che tendono ad assorbire gli additivi aeranti e quindi a mitigarne l’azione




LE AGGIUNTE

� E’ una polvere finissima costituita essenzialmente da silice amorfa� E’ un sottoprodotto della lavorazione all’arco

elettrico del silicio e leghe a base di silicio�Materiale di eccellente qualità, modifica le

proprietà di malte e calcestruzzi in misura determinante� Svolge una attività pozzolanica molto efficace

(in misura maggiore rispetto alle p.f.a)

FUMO DI SILICE (silica fume)



LE AGGIUNTE

� Caratteristiche fisicheTale materiale è caratterizzato da un contenuto di silicio molto alto (normalmente più del 90 %), da particelle di dimensioni variabili da 0,5 a 5 µm, da una superficie specifica assai elevata ( fino a 25 - 30 m2/g ) e da una struttura non cristallina

FUMO DI SILICE



LE AGGIUNTEGranuli di cemento (A) i cui vuoti interstiziali (B) sono riempiti dalle piccolissime particelle di s.f.

cemento cemento fumo di silice

A B



LE AGGIUNTE

� L’aggiunta di tale prodotto nel calcestruzzo porta essenzialmente a due effetti:- il primo è dovuto alle dimensioni molto piccole delle particelle, che sono in grado di completare la distribuzione granulometrica della miscela e di ridurre e omogeneizzare la porosità- il secondo effetto è quello pozzolanico, cioè la capacitàdi reagire con l’idrossido di calcio, presente in percentuali elevate nel cemento Portland, sostituendo a questo prodotto, inefficace dal punto di vista della resistenza meccanica, un silicato di calcio idrato avente ottime caratteristiche di legante

FUMO DI SILICE



LE AGGIUNTE� Lavorabilità/richiesta d’acqua� Bleeding/segregazione� Ritiro plastico� Tixotropia� Comportamento con additivi

fluidificanti/superfluidificanti� Comportamento con additivi aeranti� Tempi di presa

INFLUENZA DELLA S.F. SULLE PROPRIETA’ DEL CLS FRESCO



LE AGGIUNTE

� Calore di idratazione/Gradienti termici� Resistenza meccaniche� Permeabilità� Durabilità (permeabilità e resistenza alla reazione

alcali-aggregati)

I fumi di silice, anche per l’elevato costo, sono destinati a calcestruzzi speciali

COMPORTAMENTO DELLA S.F. SULLE PROPRIETA’ CLS INDURITO



LE AGGIUNTE� La resistenza meccanica del calcestruzzo

dipende principalmente dal rapporto a/c� Nel caso di impiego di S. F può essere valida

l’equazione seguente:


ac + k S.F

dove k è il “fattore di efficienza” già utilizzato per le ceneri volanti ma con valori superiori

a/c =



LE AGGIUNTE

� L’incremento di resistenza ottenuto con i fumi di silice non è evidente ai brevi tempi di stagionatura e dipende anche dal tipo di cemento impiegato nella miscela.




LE AGGIUNTE

� La combinazione dei suddetti effetti fa sì che la porosità, oltre a ridursi come volume, si riduca molto di dimensioni, rendendo la pasta di cemento meno permeabile; a questo è dovuto il sensibile aumento di resistenza agli agenti aggressivi chimici e fisici ottenuto con questa aggiunta

FUMO DI SILICE: LA MICROSTRUTTURA



LE AGGIUNTEPERMEABILITA’ DEL CLS CON S.F.

0

20

40

60

80

100

1 10 100 1000

Silica fume (%)

010

20

Raggio dei pori (µm)

% d

i vol

ume

intr

uso Paste di

cemento con

a/(c +s.f.)=0,6

a 60 giorni



LE AGGIUNTE

senza pozzolana

con p.f.a (30%)

con fumo di silice (10%)

Tempo (giorni 1/2)

Pene

traz

ione

del

clo

ruro

(mm

)

0

25

50

0 10 100 200 500 1000

Rapporto a/c =0.50


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