Dizionario enciclopedico del calcestruzzo – Sezione 1
Questo libro è una versione aggiornata di precedenti edizioni che furono pubblicate tra il 1990 e il 2004. Il libro, dopo una introduzione al Principio del Mix Design, si suddivide in 9 Sezioni ciascuna delle quali contiene più Moduli. Il Modulo rappresenta una autonoma informazione, generalmente contenuta in una sola pagina, eventualmente accompagnata da esercizi numerici per illustrare le applicazioni pratiche.Il libro è stato aggiornato tenendo conto della norma nazionale UNI 11104 che, unitamente alla norma europea UNI-EN 206-1, determina, in accordo al DM del 14 Gennaio 2008, le proprietà e le composizioni dei calcestruzzi durabili in relazione alla loro classe di esposizione ambientale.
AA.R.S. Acronimo di altissima resistenza ai solfati → vedi Cemento resistente ai solfati.
Abbassamento al cono di Abrams → vedi Cono di Abrams.
Abrams, Duff Andrew. (Illinois 1880, New York 1965). Dal 1930 al 1931 fu Presidente dell’ACI (←) acronimo di American Concrete Institute. Abrams è stato uno dei massi- mi ricercatori nel settore della scienza e della tecnologia del calcestruzzo. Alcuni dei principali risultati delle sue ricerche riguardano: la definizione del modulo di finezza (←), un metodo sperimentale per la misura della lavorabilità del calcestruzzo fresco mediante il cosiddetto cono di Abrams (←), la definizione del rapporto acqua/cemento (←). Nel 1918 pubblicò i primi risultati sulla correlazione tra il rapporto acqua/cemento e la resistenza meccanica a compressione (←) nota come Legge di Abrams (←). In realtà su questo argomento Abrams fu preceduto dal Francese R. Ferét (←) che nel 1892 pubblicò un articolo sul rapporto a/c (←) dove si tiene conto anche dell’influenza dell’aria intrappolata (←) (a’) provocata da una incompleta compattazione sulla resistenza meccanica a compressione. Nella Legge di Abrams, invece, non si tiene conto dell’aria intrappolata a’ in quanto la correlazione tra a/c e resistenza meccanica è determinata in condizioni di compattazione completa.
Abrasimetro di Amsler. Noto anche come tribometro di Amsler (←) è uno strumento impiegato per misurare l’abrasione del calcestruzzo (←).
Abrasimetro di Tabler → vedi Abrasione del calcestruzzo.
Abrasione del calcestruzzo. Il calcestruzzo può esse- re sottoposto ad usura per effetto di azioni meccaniche superficiali come l’attrito, lo scivolamento, la raschiatura, la percussione,ecc. Questo fenomeno nelle strutture idrauliche si manifesta in forma di erosione (←) o cavitazione (←). I metodi per misurare l’abrasione sono numerosi e tutti descritti dall’ASTM (←) e si basano sulla perdita di massa del calcestruzzo in superficie a seguito dell’applicazione delle sollecitazioni usuranti. I vari metodi dipendono dal tipo di abrasione che si vuole simulare. Tra i metodi più frequenti si possono menzionare quello (ASTM C 418-90) basato sull’applicazione di sabbiatura standardizzata che provoca una scarifica della superficie tanto più profonda quanto minore è la resistenza all’abrasione. Altri tre metodi, tutti basati sull’asportazione del materiale in superficie per effetto di una parte meccanica rotante a contatto con la superficie del calcestruzzo (abrasimetro di Tabler), sono descritti dall’ASTM C 779-89a. Un metodo speciale ASTM (C 944-90a) è impiegato se si deve determinare la resistenza all’abrasione su carote di piccole dimensioni.
L’abrasimetro di Amsler (←) noto anche come tribometro di Amsler (←) realizza tra i materiali a contatto sia un rotolamento puro, sia un rotolamento accompagnato da strisciamento, sia ancora un’usura di puro strisciamento.
I metodi per migliorare la resistenza all’abrasione prevedono diverse opzioni:
– l’aumento della resistenza meccanica a compressione (←): se si passa da 50 a 100 MPa si aumenta la resistenza all’abrasione del 50%;
– la riduzione del rapporto a/c (←), una completa compattazione del calcestruzzo fresco (←) e una prolungata stagionatura umida (←), capace di ridurre le fessure, migliorano la resistenza all’abrasione;
– i calcestruzzi a ritiro compensato (←) si comportano meglio dei calcestruzzi ordinari per l’assenza di fessure in superficie;
– miscele con 350 kg/m3 di cemento (←) si comportano bene ma un aumento del dosaggio di cemento oltre questo valore non fa migliorare la resistenza all’abrasione per l’aumento della componente meno resistente che è la pasta cementizia (←);
– l’inclusione nel calcestruzzo di sabbia frantumata ed aggregati grossi duri migliorano la resistenza all’abrasione;
– nel caso delle pavimentazioni industriali in calcestruzzo (←) l’applicazione di uno spolvero indurente.
Cemento Portland di miscela. Il cemento Portland di miscela comprende 17 sotto-tipi dove il clinker (←) è ancora predominante (almeno 65%) e dove gli altri costituenti (escluso il fumo di silice (←) impiegabile solo nell’intervallo 6-10%) possono oscillare entro due intervalli: 6-20% oppure 21-35%; nel primo caso apparirà nella sigla corrispondente la lettera A, mentre se l’intervallo composizionale è maggiore apparirà la lettera B. → vedi Cementi di miscela: Tabella che mostra le composizioni dei cementi.
La sigla di questi cementi è formata da CEM II, seguito dalla lettera A oppure B a seconda della quantità di costituente minerale, ed infine da una lettera che individua lo specifico costituente minerale: (S per loppa (←), P per pozzolana naturale (←), Q per pozzolana industriale (←), L per calcare (←), T per scisto calcinato (←) come è mostrato nella Tabella riportata nella voce Cementi di miscela (←). Per esempio la sigla II/A-S sta ad indicare un cemento Portland di miscela (II), contenente loppa (S) in una proporzione variabile dal 6 al 20% (A), e prenderà il nome di “cemento Portland alla loppa”. Se, invece, accanto al prevalente clinker di cemento Portland sono presenti più di un costituente minerale (loppa, pozzolana, cenere, ecc.) il legante risultante sarà chiamato “cemento Portland composito individuato dalla sigla II/A-M oppure II/B-M a seconda del contenuto di clinker.
Cemento Portland ferrico → vedi Modulo dei fon- denti.
Cemento pozzolanico. Include 2 sottotipi, dove il contenuto di clinker (←) è compreso negli intervalli 65- 89% (A) oppure 45-64% (B) e come costituente minerale è presente una miscela di microsilice (←), cenere silicica (←) e pozzolana naturale (←) o pozzolana industriale (←). Il cemento pozzolanico (CEM IV) propriamente detto ed il cemento d’altoforno (←) (CEM III) si distinguono rispettivamente dal cemento Portland alla pozzolana (←) (CEM II) e dal cemento Portland alla loppa (←) (CEM II) per il minor contenuto di clinker. Quindi, anche per il cemento pozzolanico, soprattutto quello B con maggior contenuto di pozzolana (36-55%), sarà difficile prevedere la disponibilità nelle classi di resistenza più elevate (42.5R, 52.5, 52.5R).
Cemento resistente ai solfati. La norma UNI 9156 prevede la seguente classificazione per il cemento resistente ai solfati: – classe di resistenza ai solfati moderata (“MRS”): C3A
(←) ≤ 8 % e SO3 (←) ≤3,5%; C3A ≤ 10 % e SO3 ≤3,0%; – classe di resistenza ai solfati alta (“ARS”): C3A ≤ 3 % e
SO3 ≤3,5%; C3A ≤ 5 % e SO3 ≤3,0%; – classe di resistenza ai solfati altissima (“AARS”): C3A = 0 % e C4AF (←) ≤20%.
In merito alla classe di esposizione (←) XA (←) la norma UNI 8981-2 prescrive quanto segue: – per la classe di esposizione XA1 (attacco debole)
– cemento a moderata resistenza chimica ai solfati (M.R.S.);
– per la classe di esposizione XA2 (attacco moderato)
– cemento ad alta resistenza chimica ai solfati (A.R.S.);
– per la classe di esposizione XA3 (attacco forte)
– cemento ad altissima resistenza chimica ai solfati (AA. R.S.).
Per attacchi più severi di quelli previsti dalle suddette classi di esposizione (attacco molto forte) si rende necessario ricorrere a protezioni superficiali supplementari in forma di guaine, resine o pitture impermeabilizzanti.
Cemento resistente ai solfati: cementerie disponibili in Italia. Cementi Buzzi Unicem → Trino (VC): CEM II A-LL 42,5R “MRS”; CEM II B-LL 32,5R “ARS”; CEM IV A-P 42,5N “ARS”; CEM IV A-P 32,5N “ARS” — Augusta (SR): CEM II B-LL 32,5R “MRS”; CEM IV A-P 42,5R “MRS”; CEM IV B-P 32,5R “ARS” — Barletta (BA): CEM II A-LL 42,5R “MRS”; CEM IV B-P 32,5R “ARS” — Cadola (BL): CEM I 52,5R “ARS”; CEM II A-LL 42,5R “ARS”; CEM II B-LL 32,5R “ARS” — Guidonia (RM): CEM II A-LL 42,5R “MRS”; CEM II B-LL 32,5R “MRS”; CEM IV A-P 42,5R “ARS”; CEM IV B-P 32,5R “ARS” — Robilante (CN): CEM I 42,5R “MRS”; CEM I 52,5R “MRS”; CEM II A-LL 42,5R “MRS”; CEM II A-LL 32,5R “MRS”; CEM II B-LL 32,5R “ARS” — Siniscola (OT): CEM II A-LL 42,5R “MRS”; CEM IV A-V 32,5R “ARS”; — Tra- vesio (PN): CEM II B-LL 32,5R “MRS” — Vernasca (PC): CEM II A-LL 42,5R “MRS”; CEM II B-LL 32,5R “ARS”; CEM IV A -P 32,5R “ARS” — Riva (TN): CEM II A-LL 32,5 R “MRS”; CEM IV A-P 32,5R “ARS” — Settimello (FI): CEM II B-LL 32,5R “MRS”; CEM III A 32,5N “MRS”; CEM IV B-V 32,5R “ARS”.
Cementir → Taranto: CEM III B “ARS”; Maddaloni (CE) e Spoleto (PG): CEM IV “ARS”
Cementirossi → Cementeria di Pederobba (TV): CEM I 52,5 R “ARS”; CEM IV / A – V 42,5 R “ARS”; CEM IV / A – V 32,5 R “ARS”.
Colacem → Rassina (AR): CEM IV B-P 32,5R “ARS” — Galatina (LE): CEM IV B-V 32,5R “ARS” — Modica (RG): CEM I 42,5R “ARS” — Ghigiano di Gubbio (PG): CEM II B-LL 32,5R Bianco “ARS”.
Italcementi → Cementeria di Trieste (TS): CEM I “ARS”.
Cemento Romano. Cemento inventato e brevettato da James Parker nel 1798 a cavallo tra la calce idraulica (←) di Smeaton (←) ed il cemento Portland (←). La composizione di questo cemento non ha nulla a che fare con il legante calce + pozzolana impiegato dai Romani nella produzione del Calcestruzzo antico (←) descritto da Vitruvio (←).
Cemento soprasolfatato. Il cemento soprasolfatato, non previsto dalla norma UNI EN 197-1 (←), è prodotto soprattutto in Belgio, ma anche in Germania, Francia e Gran Bretagna; è costituito per l’80-85% da loppa granulata, per il 10-15% da anidrite o da gesso cotto e per il 5% circa da cemento Portland.
I prodotti dell’idratazione sono costituiti fondamentalmente da ettringite (←), C3A • 3CaSO4 • 32H2O e da idrosilicato di calcio, C-S-H (←). Il primo composto si forma soprattutto durante i primi giorni di idratazione, il secondo alle stagionature più lunghe. I cristalli fibrosi di ettringite sono molto più lunghi (oltre 120 μm) di quelli che si formano nelle paste di cemento Portland (qualche μm). Secondo Mehta (←) ciò è da ascrivere all’influenza della calce (presente nelle paste di cemento Portland, ma non in quelle di cemento soprasolfatato), che favorisce una cristallizzazione più minuta e quindi la formazione di fibre molte più corte. Secondo Mehta l’adsorbimento nel calcestruzzo fi brorinforzato (←). L’effetto è mostrato nella Figura che segue dove si può osservare che, con l’impiego di 10 kg/m3 di fibre polipropileniche anche il calcestruzzo ad altissima resistenza meccanica (100 MPa) non subisce l’effetto distruttivo dello spalling almeno fino a 700°C.
In sostanza, le fibre polimeriche non modificano significativamente il comportamento al fuoco del calcestruzzo ordinario, ma diventano indispensabili per migliorare il comportamento al fuoco del calcestruzzo = 80 MPa) ed altissima resistenza meccanica MPa). Questo effetto sorprendente e non ad alta prevedibile, (Rc = 100 (Rc ma largamente documentato nella letteratura tecnica (P. Kalifa, G. Chene and C. Galle, “High Temperature Behaviour of HPC with Polypropylene Fibres: From Spal- ling to Microstructure”, Cement and Concrete Research, Vol. 31, pp 1487-1499, 2001), è dovuto al fatto che le numerosissime fibre polimeriche disperse nella matrice cementizia fondono a 160-170°C e creano così una sorta di via d’uscita per drenare il vapore interno e per alleviare le tensioni correlate con la crescita della pressione del vapore, purché il contenuto delle fibre sia almeno pari allo 0,2% del volume del calcestruzzo.
In conclusione, per migliorare la resistenza al fuoco dei calcestruzzi ad alte prestazioni, è necessario impiegare sia le fibre metalliche per aumentare la capacità di tenuta nei confronti dell’azione dirompente dello spalling, sia le fibre polimeriche per attenuare l’insorgere della pressione del vapore grazie alla fusione delle fibre a temperature (a 160-170°C) che precedono l’inizio dell’effetto spalling (200-300°C) nei calcestruzzi molto densi e compatti come quelli ad altissima resistenza meccanica.
Compressione. Corrisponde allo stato di schiacciamento di un provino o di una struttura. → vedi Sollecitazione.
Concrete. E’il termine Inglese di calcestruzzo (←). Etimologicamente esso viene dal latino concretum. Cicerone (←) scriveva infatti “concretum corpus ex elementis” che significa “corpo composto di elementi diversi” che include appunto il significato di conglomerato (←), talvolta usato in italiano in luogo del vocabolo calcestruzzo.
Condensazione capillare → vedi Fisica dell’acqua nel calcestruzzo: condensazione capillare.
Conglomerato. Corpo composto di elementi diversi → vedi Calcestruzzo.
Cono di Abrams. E’ uno strumento inventato da Abrams (←). E’ un tronco di cono metallico alto 300 mm, largo alla base 200 mm e in sommità 100 mm impiegato per misurare la classe di consistenza (←), cioè la lavorabilità del calcestruzzo fresco. Per l’esecuzione della prova , il calcestruzzo è compattato con un pestello metallico in tre strati applicando per ogni strato 25 colpi. Si sforma quindi il calcestruzzo dal cono sollevandolo mediante le apposite maniglie e si misura l’abbassamento del calce- struzzo rispetto alla sommità del cono: l’abbassamento prende il nome di slump (←), può variare tra zero e 260 mm ed è tanto maggiore quanto più fluido è il calcestruzzo.
Il cono di Abrams viene impiegato, in accordo alla norma UNI 11041, anche per misurare calcestruzzi molto più fluidi —detti calcestruzzi auto compattanti (←) o Self-Compacting Concrete (SCC)— determinando il dia- metro del calcestruzzo sformato che assume la forma di una “pizza” denominato slump-flow (←) che deve essere almeno 600 mm e raggiungere il diametro della “pizza” di 500 mm in almeno 12 secondi.
Cono di Marsh. Contenitore da 2 litri di geometria standard a forma di cono nel quale si misura il tempo per lo svuotamento del primo litro. E’ impiegato per valuta- re la idoneità di una boiacca cementizia per l’iniezione all’interno di calcestruzzo che presenta macrovuoti nel restauro delle strutture in calcestruzzo degradato (←) come è mostrato nella Figura che segue:
Presenza di macrovuoti in un pilastro di calcestruzzo per incompleta compattazione
Il legante moderno prende il nome di cemento (←), mentre nel passato il legante del calcestruzzo antico (←) era formato da gesso (←) o calce (←), preferibilmente da una miscela di calce con pozzolana (←), o anche da calce idraulica (←).
Il legante può essere aereo o idraulico a seconda che indurisca solo a contato di aria come la calce (←) oppure anche al di fuori del contatto dell’aria come avviene per la miscela di calce con pozzolana (←), con la calce idraulica (←) o con il cemento Portland (←).
Legante aereo → vedi Legante.
Legante idraulico → vedi Legante.
Legge di Abrams. Nel 1918 Abrams (←) enunciò una legge fondamentale (pubblicata su “Design of Concrete Mixtures”, Bulletin 1, Structural Materials Research Laboratory,Lewis Institute, Chicago,1918): la resistenza meccanica a compressione (←) del calcestruzzo (←), ad una determinata temperatura, per esempio a 20°C, dopo un determinato tempo di stagionatura umi- da (←), per esempio a 28 giorni, con un determinato cemento (←), per esempio cemento Portland (←) ordinario, aumenta esponenzialmente al diminuire del rapporto acqua/cemento (←), purché il conglomerato sia perfettamente compattato all’interno dei casseri con un grado di compattazione (←) eguale a 1, cioè senza lasciare vuoti all’interno del materiale. La legge di Abrams può essere matematicamente espressa con la seguente equazione:
R = K1 / K2a/c dove R è la resistenza meccanica a compressione, a/c (←) è il stanti che rapporto dipendono acqua/cemento, dalla temperatura K1 e di K2 maturazione, sono due costanti che dipendono dalla temperatura di maturazione, dal tempo di stagionatura umida e dalla resistenza meccanica del cemento.
L’influenza del volume di aria intrappolata (←) — che rimane nel calcestruzzo a causa della incompleta compattazione— sulla resistenza meccanica del calcestruzzo era stata studiata in precedenza (nel 1892) da Féret (←) che aveva proposto una complessa equazione di difficile applicazione pratica per descrivere il fenomeno. Per questo motivo, è preferibile far riferimento alla relazione tra il rapporto a/c (←) e la resistenza meccanica a compressione in calcestruzzi compattati a rifiuto come avviene per l’applicazione della legge di Abrams. Nella voce → Resistenza meccanica a compressione sono mostrati i risultati quantitativi su calcestruzzi completamente compattati, maturati per diversi giorni (tra 1 e 28 giorni), a 20°C, umidità relativa di almeno 95%, e con i diversi cementi previsti dalle norme europee UNI EN 197-1 (←).
Sandor Popovics (←) (“Another Look at the Relation- ship between Strength and Composition of Concrete”, ACI Materials Journal, Vol. 108, pp. 115-119, 2011) ha studiato la correlazione tra resistenza meccanica e rap- porto acqua/cemento sopra riportata così come espres- sa nella legge di Abrams giungendo alla conclusione che l’equazione sopra riportata debba essere completata con altri parametri per migliorare la correlazione tra R ed a/c → vedi Resistenza meccanica a compressione dei calcestruzzi.
Legge di Bragg. Legge sulla diffrazione dei raggi X (←) scoperta da William Bragg (←).
Legge di Darcy. E’ la legge pubblicata nel 1856 da Henry Darcy (←) per calcolare la portata di un fluido (dV/ dt) attraverso un mezzo poroso caratterizzato da un coefficiente di permeabilità K, completamente saturo di acqua:
ΔP = l /(K•A) • dV/dt dove l è il cammino che deve percorrere il fluido attraverso una sezione A quando è sottoposto ad una differenza di pressione ΔP. Poiché il valore di ΔP è molto alto (almeno 20 bar) per una misura della raccolta di acqua attraverso uno spessore di pochi cm di un normale calce- struzzo, l’equazione di Darcy non è solitamente utilizzata per misurare K (che sarebbe compreso 1•10-9 e 1•10-12 m/s) e si ricorre a determinare l’impermeabilità (←) mediante la norma UNI EN 12390-8 (←).
La legge di Darcy è stata adottata da Powers per la sua teoria della pressione idraulica sul comportamento del calcestruzzo esposto ai cicli di gelo-disgelo (←).
Legge di Fick. Scoperta da Eugen Adolph Fick (←) nel 1855, questa legge stabilisce le condizioni nelle quali si muove un componente sotto la spinta della differenza nella concentrazione all’interno di un fluido, così come, per analogia, si verifica il trasporto di cariche elettriche per effetto di una differenza di potenziale elettrico (legge di Ohm), o il trasporto del calore per effetto della differenza nella temperatura (legge di Fourier). → vedi Penetrazione del cloruro.
Legge di Hooke. Per la sollecitazione (←) a compressione o a trazione tra σ ed ε esiste una correlazione: maggiore è σ, maggiore è ε. In particolare, per sollecitazioni σ relativamente piccole esiste una semplice correlazione di tipo lineare tra σ ed ε nota come Legge di Hooke (←):
σ = E • ε dove E è una costante nota come modulo elastico (←) o modulo di Young (←).
