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
Roberto MarinoDocente esterno in Tecnologia dei Calcestruzzi, Facoltà di Ing. UNIV. L’Aquila
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
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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
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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
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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
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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 %
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
RESISTENZA MECCANICA
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LE AGGIUNTE
Calcestruzzo con fly ash
Calcestruzzo di riferimento
Resi
sten
za a
com
pres
sion
e
Tempo
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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
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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
DURABILITA’ DI UN CALCESTRUZZO CON FLY ASH
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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
DURABILITA’ DI UN CALCESTRUZZO CON FLY ASH
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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
DURABILITA’ DI UN CALCESTRUZZO CON FLY ASH
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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:
RESISTENZA MECCANICA
ac + k S.F
dove k è il “fattore di efficienza” già utilizzato per le ceneri volanti ma con valori superiori
a/c =
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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.
RESISTENZA MECCANICA
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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
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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
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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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