CONGLOMERATI CEMENTIZI IN CLIMI CALDI

Categoria: Notizie e approfondimenti tecnologici
Data: 25/06/2019

Raccomandazioni per l’esecuzione di getti con clima caldo, arido o con forte ventilazione

1. Premessa

La posa in opera ed i processi di maturazione dei materiali a base di leganti idraulici, possono essere fortemente influenzati dalle condizioni ambientali al contorno. Temperature estreme, sia in senso positivo che negativo, possono in taluni casi compromettere totalmente la buona riuscita di un’applicazione. Anche altre condizioni, come umidità relativa, vento, irraggiamento solare, possono condizionare le prestazioni, non di meno la durabilità, dei conglomerati cementizi e devono essere perciò debitamente valutati nella programmazione delle attività di cantiere . Questa nota affronta il tema dei getti di calcestruzzo in clima caldo, arido o con forte ventilazione, basandosi su una raccolta d’informazioni derivanti dalla consultazione di Linee Guida, Documenti Tecnici e Raccomandazioni di carattere Nazionale ed Internazionale. La schematizzazione adottata nella presente nota, cerca di riassumere al meglio l’ampia bibliografia consultata, alla quale si rimanda per gli opportuni approfondimenti.

 

2. Condizioni ambientali critiche per la maturazione dei conglomerati cementizi

Il parametro temperatura ambiente è di facile misurazione e può essere considerato il primo campanello d’allarme per far scattare le dovute attenzioni sui processi di maturazione e stagionatura dei conglomerati cementizi.  Dal punto di vista delle sole temperature ambientali, la condizione critica di “tempo caldo” è data dalla presenza di temperature ambientali superiori a 29°C.

Quando scatta la condizione critica di “tempo caldo” aumentano conseguentemente le temperature dei componenti (leganti idraulici, aggregati, aggiunte, additivi, acqua) e queste condizionano la temperatura dei conglomerati cementizi allo stato fresco che, al momento della messa in opera, deve essere < 30°C, raffreddando, se necessario, gli aggregati e/o l’acqua di miscela (Linee Guida sul Calcestruzzo Strutturale _ Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici).

Esistono però anche altri fattori che possono stressare i conglomerati cementizi, ovvero forti venti, bassa umidità relativa, forte irraggiamento solare. La presenza contemporanea di uno o più d’uno di questi fattori può far aumentare il tasso di evaporazione dell’acqua dal calcestruzzo oltre determinati livelli critici.

Il grafico sotto riportato permette la valutazione della velocità di evaporazione dell’acqua in funzione di tutti i parametri fin qui considerati:

a) temperatura dell’aria

b) umidità relativa dell’aria

c) velocità del vento

d) temperatura dei conglomerati cementizi.

Si entra con la temperatura dell’aria, si risale al valore dell’umidità relativa, quindi si prosegue a destra fino alla temperatura dell’impasto. Dal punto così trovato si scende sulla velocità del vento.

L’ordinata corrispondente al punto di intersezione rappresenta la velocità di evaporazione dell’acqua in kg/m2/h.

Se il valore trovato del “Tasso di Evaporazione dell’Acquaè > = ad 1 kg/m2/h è assolutamente indispensabile prendere opportuni provvedimenti per proteggere il getto dei  conglomerati cementizi.

Schematizzando, le condizioni che provocano stress alla maturazione sono:

  • Temperatura ambientale elevata,     
  • Bassa umidità relativa,  
  • Forte ventilazione (non necessariamente nella sola stagione calda),    
  • Forte irraggiamento solare,    
  • Temperatura elevata dei conglomerati cementizi in fase di miscelazione e getto.

Le operazioni di confezionamento, trasporto, posa in opera, protezione e maturazione dei conglomerati cementizi, in presenza delle condizioni critiche sopra indicate, richiedono attenzioni specifiche che non possono essere trascurate.

3. Effetti del clima caldo, arido o con forte ventilazione sui  conglomerati cementizi

La temperatura influenza sensibilmente la cinetica del processo d‘idratazione del cemento. Le temperature elevate accelerano le reazioni chimiche di tutti i costituenti mineralogici del clinker con l’acqua, mentre le basse temperature le rallentano significativamente.

Il clima caldo, così come condizioni di clima arido, forte irraggiamento solare e vento, influenzano la qualità sia del calcestruzzo fresco, che di quello indurito. Tutte queste condizioni provocano una troppo rapida evaporazione dell’acqua di impasto ed una troppo rapida velocità di idratazione del cemento.

Schematizzando, gli effetti negativi per i conglomerati cementizi allo stato fresco riguardano:

  • Aumento del fabbisogno d’acqua
  • Veloce perdita di lavorabilità nel corso della messa in opera,
  • Riduzione del tempo di presa con connessi problemi di messa in opera, di compattazione, di finitura e rischio di formazione di giunti freddi,
  • Tendenza alla formazione di fessure per ritiro plastico,
  • Difficoltà nel controllo dell’aria inglobata.

Esaminare tutte le condizioni di potenziale criticità, le loro combinazioni sinergiche e valutare con parametri oggettivi i possibili effetti negativi sui conglomerati cementizi, richiede approfondimenti troppo complessi che esulano dagli obiettivi di questa nota. In ogni caso, per comprendere quanto uno solo dei parametri citati possa influenzare significativamente la maturazione, prendiamo come esempio la variazione della velocità del vento, a parità delle altre condizioni, e osserviamo quanto significativi possano essere gli incrementi del ritiro plastico (+800%) passando da 0 a 30 km/h di velocità.

Schematizzando, gli effetti negativi sui conglomerati induriti riguardano:

  • Maggiore permeabilità,
  • Riduzione della resistenza a 28 giorni e penalizzazione nello sviluppo delle resistenze a scadenze più lunghe, sia per la maggior richiesta di acqua, sia per effetto del prematuro indurimento del calcestruzzo,
  • Variabilità nella qualità della superficie,
  • Maggior ritiro per perdita di acqua,
  • Fessure per effetto del maggior ritiro e dei gradienti termici (picco di temperatura interno e gradiente termico verso l’esterno),

L’aumento della permeabilità e la contemporanea presenza di reticoli fessurativi particolarmente ampi e profondi, si tradurranno inevitabilmente in una drastica riduzione della durabilità dell’opera.

4. Programmazione del cantiere e verifiche preliminari 

Le precauzioni da adottare in fase di getto iniziano da una consapevole programmazione del cantiere e da alcune facili e oggettive verifiche preliminari.

  • Programmare le operazioni di messa in opera dei  conglomerati cementizi sulla base di un’attenta consultazione di previsioni meteo attendibili, ove necessario confermate da misurazioni in sito.
  • Programmare operazioni di messa in opera che comportino ridotti intervalli di tempo fra il confezionamento e la messa in opera, al fine di evitare indesiderati incrementi della temperatura del conglomerato, a seguito dell’energia di mescolamento e dell’esposizione prolungata della botte dell’autobetoniera all’irraggiamento solare.
  • Verificare che quanto necessario per assicurare i previsti presidi di protezione, cura e stagionatura siano predisposti e prontamente disponibili.

5. Raccomandazioni specifiche

  • Tenere sotto controllo la temperatura ambiente e quella dei conglomerati cementizi:

La temperatura ambiente rappresenta un parametro estremamente importante, sia durante le fasi di lavorazione del conglomerato che nelle prime fasi di stagionatura. Altrettanto importante è la temperatura del calcestruzzo fresco, al momento della messa in opera, che deve essere < 30°C, raffreddando, se necessario, gli aggregati e l’acqua di miscela (Linee Guida sul Calcestruzzo Strutturale _ Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici). La temperatura del calcestruzzo deve essere quindi controllata sia allo scarico che durante la posa in opera, al fine di verificare che il valore massimo ammissibile, predeterminato e prescritto, non venga superato. Le modalità e la frequenza dei controlli debbono essere concordati con la committenza o con la direzione lavori. 

 

  • Controllo del corretto contenuto d’acqua e della consistenza del calcestruzzo:

L’acqua d’impasto rappresenta uno dei costituenti fondamentali su qualsiasi miscela di conglomerato cementizio. Il suo calore specifico è circa 5 volte superiore a quello degli aggregati e del cemento. È il componente essenziale per i processi di idratazione del legante. Il suo rapporto con il legante (rapporto acqua/cemento = A/C), condiziona le resistenze meccaniche e la qualità complessiva del conglomerato. La sua quantità e la sua temperatura possono amplificare o ridurre i rischi connessi con le temperature calde. Il mantenimento del rapporto A/C, del grado di consistenza, e la temperatura dell’acqua, corrispondenti alle prescrizioni progettuali, devono essere controllati attraverso l’adozione di specifiche verifiche. 

 

  • Introduzione di fibre nel mix design del calcestruzzo.

Le fessure da ritiro plastico possono frequentemente verificarsi in condizioni di clima caldo/arido/ventoso, e possono essere potenzialmente molto dannose.Le fibre svolgono un ruolo determinante nella riduzione del numero delle fessure e nella riduzione della loro ampiezza/profondità. Le fibre entrano in tensione al generarsi della fessura e contrastano fin dai primi momenti l’allargamento della fessura e la sua propagazione in profondità.

Le fibre polimeriche READYMESH PM-180 e READYMESH PW-120 sono quelle maggiormente utilizzate per il contrasto dei fenomeni fessurativi. Queste fibre, grazie alla qualità del polimero utilizzato, sono caratterizzate da grande tenacità e, contemporaneamente, da un diametro estremamente ridotto del singolo filamento (35 micrometri). Questo rapporto dimensionale porta con sé grandi vantaggi, poiché l’introduzione di READYMESH P (polimeriche) in quantità ponderali non particolarmente elevate, comprese fra 0,6 e 1,2 kg/m3,  consente di introdurre svariati milioni di singoli filamenti di fibre su ogni metro cubo di calcestruzzo e, conseguentemente, drastiche riduzioni dei fenomeni fessurativi in fase plastica (riduzioni comprese dal 20% al 90 %, in termini di distribuzione superficiale, ampiezza e profondità delle fessure), fino a riportare la dimensione delle fessure, nella maggioranza dei casi, a dimensioni < = 0,3 mm,  quindi accettate dalle linee guida nazionali ed internazionali (per approfondimenti consultare il nostri sito tematico dedicato all’argomento : www.readymesh.it ).  

  • Controllo della reazione esotermica collegata con l’idratazione del cemento:

Modificare, ove necessario, il mix, per ridurre il calore generato per idratazione, ricorrendo a cementi a più basso calore intrinseco, o riducendone la quantità. Maggiore attenzione, ovviamente, dovrà essere prestata a getti massivi di elevato spessore.

 

  • Tenere sotto controllo l’aria inclusa, ove prevista:

Le temperature elevate rappresentano una condizione critica anche per il mantenimento, nei conglomerati cementizi, dei tenori d’aria eventualmente previsti per necessità progettuali collegate alla durabilità: anche le opere in calcestruzzo, realizzate d’estate, debbono risultare durevoli alle eventuali condizioni rigide invernali. L’equilibrata combinazione degli additivi aeranti, ritardanti e fluidificanti deve essere, in questi casi, oggetto di particolare attenzione.

 

  • Raffreddare i conglomerati cementizi in fase di miscelazione:

Questa operazione è possibile sia attraverso il raffreddamento dell’acqua e/o degli aggregati, che aggiungendo ghiaccio tritato al posto di parte dell’acqua normale di impasto.

 

  • Pianificare accuratamente quantità e tempi di lavorazione:

Programmare le quantità di materiali e lavorazioni compatibili con le disponibilità di operatori, attrezzature e dispositivi di protezione (curing).  

 

  • Bagnare e raffreddare i supporti:

Saturare preliminarmente i supporti di applicazione e, ove necessario, le casserature assorbenti, al fine di evitare sottrazioni dell’acqua d’impasto e indesiderabili contatti del calcestruzzo con superfici calde. Nota bene: In ambiente molto caldo, fare particolare attenzione ai ferri d’armatura, perché ferri surriscaldati da un forte irraggiamento solare, possono far fessurare il calcestruzzo fresco già nella sua fase plastica. Con clima caldo e forte irraggiamento solare, i ferri d’armatura potenzialmente esposti vanno preliminarmente coperti e devono essere scoperti e bagnati con acqua immediatamente prima di ricevere il getto.

 

  • Cominciare i getti nel momento più adatto:

Programmare le operazioni di messa in opera del calcestruzzo durante la notte, nelle prime ore del mattino o nel tardo pomeriggio, per usufruire delle temperature più favorevoli e sempre distanti dalle ore centrali della giornata.

 

  • Programmare e controllare i tempi di miscelzione:

La miscelazione incrementa la temperatura dei conglomerati cementizi. Deve quindi essere contenuta nei termini imposti dalle necessità di omogeneità delle miscele, mentre le miscelazioni prolungate debbono essere evitate.

 

  • Ridurre i tempi di trasporto e le attese in cantiere:

La riduzione dei tempi intercorrenti fra il confezionamento, il trasporto e la messa in opera dei conglomerati cementizi è una precauzione indispensabile che deve accompagnarsi ad efficaci misure volte ad evitareattese allo scarico.

 

  • Non aggiungere acqua durante lo scarico:

Per evitare disomogeneità, sia termiche che di consistenza, le aggiunte d'acqua all'impasto, durante lo scarico, debbono essere il più possibile evitate, anche per evidenti ragioni prestazionali.

 

  • Proteggere i conglomerati cementizi e adottare provvedimenti per una corretta stagionatura:

I provvedimenti sin qui elencati, che debbono essere considerati singolarmente o congiuntamente in funzione delle effettive necessità, trovano il naturale completamento nell’adozione di magisteri volti a proteggere il conglomerato cementizio in opera e ad assicurane le corrette condizioni di stagionatura. I provvedimenti di “cura e stagionatura” devono mantenere il getto nelle necessarie condizioni termiche e di umidità, impedendo l'evaporazione dell'acqua, proteggendo il conglomerato dall’eccessivo calore interno e da quello esterno, dal vento, dall’irraggiamento solare diretto, dalla pioggia. Fra i numerosi documenti in argomento, questa nota tecnica prende come riferimento le raccomandazioni segnalate nelle Linee Guida sul Calcestruzzo Strutturale (Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici) e nella norma ACI (American Concrete Institute) 308.1-11 “Specification for Curing Concrete”.

Sulla base della bibliografia consultata è possibile affermare con forza che tutte le sperimentazioni fin qui eseguite ribadiscono e sottolineano che una stagionatura adeguata dei conglomerati cementizi, soprattutto nelle sue prime fasi di maturazione, si traduce in netti miglioramenti prestazionali e di durabilità.

Al contrario una scorretta stagionatura si traduce in decadimenti prestazionali, ampie fessurazioni da ritiro, decadimento della durabilità.Un conglomerato sottoposto a stagionatura umida per soli 3 giorni, fornisce prestazioni meccaniche superiori del 50%, rispetto allo stesso calcestruzzo non sottoposto a stagionatura umida. Gli incrementi, dello stesso calcestruzzo, stagionato in umido per 7 giorni, sono prossimi all’80%.

Sono altresì rilevanti gli effetti della stagionatura in termini di impermeabilità intrinseca del conglomerato.

  • Confinamenti di protezione:

L’ombra rappresenta la condizione più favorevole per il calcestruzzo fresco nelle fasi di posa in opera, lavorazione e primo indurimento poiché l’esposizione diretta all’irraggiamento solare e alla ventilazione rappresenta un fattore di estrema criticità. A titolo di esempio il tasso di evaporazione del conglomerato appena posto in opera, si incrementa di oltre quattro volte, con un aumento della velocità del vento da 0 a 15 km/ora. Per questo è indispensabile ricorrere a presidi di protezione dal sole e dal vento, realizzabili con teloni, fogli di polietilene, ecc., in grado di preservare, nella misura più elevata possibile, il getto eseguito da tassi di evaporazione potenzialmente pericolosi.

 

  • Bagnatura delle superfici esposte:
    • Impedire la rapida evaporazione dell’acqua dal calcestruzzo tramite bagnatura leggera e continua (nebulizzazione) delle superfici.  Soprattutto nelle prime 48 ore di maturazione, prestare però attenzione alla temperatura dell’acqua utilizzata per bagnare le superfici. La temperatura dell’acqua deve essere il più possibile vicina a quella della superficie del conglomerato per evitare schock termici sul conglomerato caldo (contrazioni con relative fessure).  
    • Immersione in leggero strato d’acqua: nel caso di solette e getti a sviluppo orizzontale si suggerisce di creare un cordolo perimetrale che permette di mantenere la superficie costantemente ricoperta da alcuni centimetri d’acqua.
    • In alternativa applicazione di “curing compound”, in veicolo acqua o solvente, nebulizzato subito dopo il getto sulle superfici di conglomerato cementizio fresco. Il prodotto CURING AID appartiene a questa categoria di coadiuvanti di stagionatura antievaporanti. CURING AID è a base di speciali resine polimeriche in dispersione acquosa e si applica a spruzzo sulle superfici di calcestruzzo fresco. Riduce la repentina perdita dell'acqua di impasto per evaporazione, contribuendo al miglioramento delle caratteristiche generali del manufatto finito (per approfondimenti consultare quanto descritto nella scheda tecnica del nostro prodotto a base acqua CURING AID).

Anche trattamenti consolidanti, corticali reattivi possono essere presi in considerazione per la protezione dei getti. QL NANO LITHIUM appartiene a questa categoria di prodotti essendo un silicato di litio modificato, dotato di grande reattività e capacità di penetrazione nei conglomerati cementizi. Oltre a svolgere funzione di antievaporante, contribuisce ad incrementare la resilienza delle superfici mediante reazione con gli idrati di calcio liberi, con le molecole d’acqua e conseguente formazione di silicati idrati alcalini.

 

  • Ove necessario, è possibile raccomandare anche un sistema misto, costituito dalla stesura di curing compound e dalla successiva bagnatura.
  • Protezione delle superfici di conglomerato fresco esposte:
    • Copertura della superficie del getto con fogli o teli impermeabili (per esempio fogli di polietilene) che impediscono la fuoriuscita del vapore creando un ambiente saturo di umidità.
    • Copertura della superficie del getto con tessuti o altro materiale permeabile, per esempio sacchi di iuta e teli di tessuto non tessuto. Mantenuti costantemente umidi evitano la perdita dell’acqua di idratazione ed assicurano condizioni ideali di cura e stagionatura umida.
    • Copertura con sistemi misti, costituiti da materiali permeabili bagnati (ad esempio TNT) coperti da fogli o teli impermeabili. Questo sistema garantisce, oltre al mantenimento della necessaria umidità, anche un ottima protezione dall’irraggiamento diretto delle superfici e quindi temperature più fresche.
    • Copertura con sistema misto costituito da foglio di polietilene e sabbia: il foglio di polietilene viene posizionato a contatto con il conglomerato cementizio e viene poi coperto con qualche centimetro di sabbia. Il foglio di polietilene ha anche la funzione di mantenere la superficie pulita e satura d’umidità.

6. Durata della stagionatura

La raccomandazione ACI 318 prevede una stagionatura umida ≥ 7 giorni.

Le Linee Guida sul Calcestruzzo Strutturale (Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici) prevedono che: “se il calcestruzzo è esposto a classi d’esposizione diverse da X0 o XC1 la durata di stagionatura deve essere estesa fino a quando il calcestruzzo ha raggiunto, sulla sua superficie, almeno il 50% della resistenza media, o il 70% della resistenza caratteristica, previste dal progetto” (ndr: il che tradotto significa, anche in questo caso, un tempo di stagionatura esteso a circa una settimana).

Le NTC (Norme Tecniche per le Costruzioni) nel paragrafo 4.1.7 prescrivono che: tutti i progetti devono contenere la descrizione delle specifiche di esecuzione in funzione della particolarità dell'opera, del clima, della tecnologia costruttiva. In particolare il documento progettuale deve contenere la descrizione dettagliata delle cautele da adottare per gli impasti, per la maturazione dei getti, per il disarmo e per la messa in opera degli elementi strutturali. Si può, a tal fine, fare utile riferimento alla norma UNI EN 13670-1: 2001 che indica i tempi minimi di stagionatura protetta raccomandati per impedire la formazione di fessure indotte dal ritiro igrometrico. La norma stabilisce 4 classi di stagionatura alle quali corrispondono dei tempi minimi di stagionatura protetta del calcestruzzo posto in opera.

La classe di stagionatura deve essere scelta dal progettista in base alla classe di esposizione, al tipo di calcestruzzo, al copriferro, alle condizioni climatiche e alla dimensione degli elementi gettati.

7. Bibliografia

NOTA BENE: La presente nota tecnica affronta il tema dei getti di calcestruzzo in clima caldo, arido o con forte ventilazione, basandosi su una raccolta d’informazioni derivanti dalla consultazione di Linee Guida, Documenti Tecnici e Raccomandazioni di carattere Nazionale ed Internazionale. La schematizzazione adottata nella presente nota, cerca di riassumere al meglio l’ampia bibliografia consultata, alla quale si rimanda per gli opportuni approfondimenti.

  • Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici “Linee Guida per la messa in opera del Calcestruzzo Strutturale e per la valutazione delle Caratteristiche Meccaniche del Calcestruzzo Indurito mediante prove non Distruttive “, Servizio Tecnico Centrale settembre 2017;
  • Norme Tecniche per le Costruzioni;
  • Norma UNI EN 206-1:2006 “Calcestruzzo, specificazione, prestazione, produzione e conformità”;
  • UNI 11104:2004: Calcestruzzo - Specificazione, prestazione, produzione e conformità - Istruzioni complementari per l'applicazione della EN 206-1;
  • UNI EN 12350: Prove sul calcestruzzo fresco;  
  • ACI 306R-10: “Guide to Cold Weather Concreting”;
  • M. Collepardi, S. Collepardi, R. Troli “Il Calcestruzzo Logico”, 2004;
  • M.Collepardi “il Nuovo Calcestruzzo”, Edizioni Tintoretto, Quarta Edizione 2006;
  • “La durabilità del calcestruzzo armato”, Ed. Mc Graw Hill, 2000 Pietro Pedeferri e Luca Bertolini;  
  • Norma ACI (American Concrete Institute) 308.1-11 “Specification for Curing Concrete”;
  • Edoardo Mocco “Calcestruzzo d’estate, appunti e suggerimenti”, Linee Guida Azichem srl, 2016.

 

 

Dott. Roberto Rosignoli

 

 

 

 

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Autore della news

Roberto Rosignoli

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