Resistenza al gelo ed ai sali nel calcestruzzo armato: nuovi orientamenti

Oggi accade spesso di osservare opere in calcestruzzo costruite in tempi relativamente recenti che presentano, a causa di una scarsa resistenza al gelo, un livello di degrado inaspettato. Ci si domanda allora come ciò possa accadere.
Perché molte costruzioni mostrano, oggi, segni così evidenti di degrado?
La risposta sta evidentemente nel fatto che l’ambiente è diventato più aggressivo ed il calcestruzzo richiede una progettazione adeguata alle nuove condizioni ambientali.
Vi è anche il fatto che, dieci o venti anni fa, si costruiva bene dal punto di vista strutturale, ma probabilmente peggio dal punto di vista della durabilità, perché molto pochi erano i tecnici che conoscevano adeguatamente i meccanismi della corrosione delle armature o della carbonatazione dei calcestruzzo. Quindi i rimedi da prendere in considerazione per prevenire detti fenomeni non erano sufficientemente divulgati e molto poco applicati.

Calcestruzzi aerati

L’uso di calcestruzzi aerati era, ed è ancor oggi, limitato alle sole opere più particolari (come dighe ed opere idrauliche), in genere costruite in zone montane più a rischio e particolarmente esposte a fenomeni di gelo e disgelo.
Evidentemente, nel recente passato, si era portati a sottovalutare di più il pericolo derivante dall’uso di sali disgelanti sulle strade ed autostrade di pianura ed in basse zone appenniniche.
Oggi, per fortuna, si trattano questi temi sempre più di frequente e con più attenzione e si sta creando finalmente una sensibilità maggiore verso i problemi di durabilità del calcestruzzo armato, cercando di elaborare rimedi sempre più adeguati per aumentarne la vita in servizio.
A tal proposito, un apposito gruppo di studio, sta elaborando delle raccomandazioni destinate ai progettisti affinché questi tengano conto, già all’atto della progettazione. del grado di aggressività dell’ambiente e possano quindi suggerire, già in fase costruttiva, i rimedi più adeguati per conseguire una maggiore durabilità.

L’uso di additivi aeranti, capaci di introdurre nelle malte e nei calcestruzzi un determinato volume di vuoti d’aria, è certamente uno dei rimedi più validi per proteggere il calcestruzzo dagli effetti del gelo e del disgelo annientando quasi del tutto l’azione dei sali disgelanti.
Molti tecnologi pensano, a ragione, che la scoperta del calcestruzzo aerato, risalente a circa mezzo secolo fa, sia stata una vera e propria rivoluzione tecnologica nel settore.
Tuttavia la produzione e la posa in opera di calcestruzzi aerati, presenta ancor oggi delle serie difficoltà a livello di messa a punto delle miscele specialmente per quanto riguarda la garanzia di ottenimento del corretto sistema di vuoti e di pieni.

Ciò dipende sostanzialmente dal fatto che non si può dosare, in modo diretto e preciso, la quantità di vuoti d’aria ottimale, ma questo avviene solo indirettamente attraverso il dosaggio dell’additivo aerante perché è fin troppo noto che l’azione di questi additivi dipende da numerosi altri fattori

In realtà la quantità e la qualità (distribuzione dimensionale) dei vuoti d’aria è influenzata non solo dal dosaggio dell’additivo, ma anche:
– dalla curva granulometrica degli aggregati
– dal modulo di finezza della sabbia
– dal dosaggio e del tipo di cemento
– dalla consistenza dei calcestruzzo e dalla sua temperatura
– dal tipo di miscelatore e dal tempo di miscelazione ecc…

Come si può notare dunque, l’introduzione di un corretto sistema di vuoti, richiede un controllo molto accurato sia a monte che a valle del processo di produzione.
Inoltre, questi controlli, devono essere continuamente mantenuti, per poter garantire il buon risultato finale.
La variazione di anche uno solo dei fattori menzionati può modificare anche pesantemente il tenore d’aria e quindi la resistenza al gelo del calcestruzzo.
Inoltre un eccesso di aria occlusa, che potrebbe sempre sopravvenire, rappresenterebbe un pericolo per le resistenze meccaniche globali del conglomerato cementizio e un decadimento strutturale inaccettabile ai fini della staticità del manufatto.

Ulteriori difficoltà si potrebbero manifestare quando si vuole introdurre aria per mezzo di additivi aeranti, in calcestruzzi a consistenza terra-umida (tipo blocchi prefabbricati).
In questi casi la misura ed il controllo del tenore d’aria nel calcestruzzo fresco è difficile da valutare e l’azione dell’additivo non risulta sempre ed uniformemente riproducibile.
Un altro caso è quello del calcestruzzo preconfezionato con lunghi tempi di trasporto che produce una graduale espulsione dell’aria occlusa oppure quando il calcestruzzo contiene additivi fluidificanti che hanno a volte un’azione disaerante o, a volte, introducono essi stessi vuoti d’aria indesiderati.
In questo caso non è facilmente prevedibile quale sarà il contenuto d’aria finale del calcestruzzo e soprattutto quale ne sarà la distribuzione sull’intero conglomerato detto spacing factor (fattore di distanza); questo termine è stato introdotto dagli americani e rappresenta la distanza minima che deve trovarsi tra un vuoto di aria e quello immediatamente successivo.
Valori ottimali di spacing factor sono compresi tra 0,1 e 0,2 mm con questi valori tutto il volume del calcestruzzo è protetto isotropicarnente contro l’azione del gelo ed ha una ottima garanzia di staticità con resistenza alla compressione pressochè invariata.

Microsfere cave MSC

Le microsfere cave MSC, le cui caratteristiche saranno descritte più in dettaglio in seguito, sono state concepito per ovviare a quegli inconvenienti che si manifestano contemporaneamente all’uso degli additivi aeranti.
Questa tecnologia si basa sul concetto di introdurre, nel calcestruzzo, un certo volume di sfere microscopiche di dimensioni ben determinate e ben dosate, allo scopo di ottenere il fattore di distanza desiderato, indipendentemente da qualsiasi altra variabile.
Affinché le microsfere, di peso specifico molto basso, si possano facilmente maneggiare e miscelare nel calcestruzzo, esse vanno addensate con acqua durante la produzione, ottenendo un prodotto di aspetto pastoso.
Il diametro medio di queste microsfere si aggira intorno ai 20-40 μm (0,02-0,04 mm), sono quindi molto più piccole delle bolle di aria ottenute con gli aeranti (che vanno dai 0,05 ai 2 mm).
A causa delle loro piccole dimensioni e del maggior numero di pori efficaci, il volume totale dei pori per una determinata resistenza al gelo sarà decisamente più basso di quello ottenuto con i manufatti aeranti.
Con l’aggiunta dell’1% di MSC, in rapporto al peso del cemento, si aumenta il contenuto di pori nel calcestruzzo fresco al massimo dell’1% in volume.

Azione delle microsfere cave MSC

Con un adeguato dosaggio, le MSC migliorano di molto la resistenza al gelo ed ai sali disgelanti delle malte e dei calcestruzzi. Trattandosi di sfere di plastica deformabili, esse si comportano analogamente a quanto fanno le microbolle d’aria ottenute con i più comuni aeranti.

Le microsfere infatti:
– interrompono l’azione assorbente dei pori capillari
– dirninuiscono la penetrazione dell’acqua nel calcestruzzo
– generano spazi in cui l’acqua congelabile può espandersi senza danno.

Sotto la pressione dell’acqua in via di congelamento, l’involucro di plastica delle microsfere viene deformato e a volte parzialmente distrutto. Lo spazio vuoto rimane tuttavia utile e sempre a disposizione come volume di espansione.
Altri vantaggi sono che nel calcestruzzo fresco, le MSC rnigliorano leggermente la lavorabilità mentre nel calcestruzzo indurito le resistenze non vengono penalizzate come potrebbe accadere con gli additivi aeranti.

Dosaggio

Benché non sia questa la sede per una indicazione tecnica del dosaggio, informo che le M.S.C. vanno di norma aggiunte sempre al calcestruzzo fresco e non devono mai essere aggiunte alla miscela secca perché esse verrebbero distrutte meccanicamente durante la fase di miscelazione. Inoltre, tempi di miscelazione prolungati oltre il necessario, conducono sempre alla perdita di una buona parte della porosità utile; va tenuto presente infatti che sono sufficienti, in un miscelatore a regime forzato, soli 30 secondi per ottenere una sufficiente ed uniforme distribuzione dei pori.

Sistemi presistenti

Laddove il manufatto in calcestruzzo sia già stato prodotto senza aver fatto uso di sistemi aerati (a bolle d’aria o microsfere) IgroDry 2301 risulta un ottimo rimedio per vanificare ed ovviare i pericoli di infiltrazioni, imbibizioni e congelamenti della struttura.
Il suo effetto sui calcestruzzi, oltre che essere un risanante salino, riduce e facilita l’evaporazione idrica e riduce i ponti termici in caso di contatto strutturale diretto con le pareti interne (solitamente soggette a condensa).

Tratto da un bel lavoro del Dr. Salvatore Tavano