“E' DUTTILE E TENACE IL CALCESTRUZZO DEL 2000” - Ingegneria

Curva sforzo-deformazione di provini cubici (150 mm) sottoposti a
compressione confezionati con e senza fumo di silice (FdS) e
superfluidificante (SF). Il provino armato conteneva una spirale d'acciaio.
Schematizzazione dei materiali cementizi innovativi
e dei processi produttivi. I numeri tra parentesi
indicano la resistenza meccanica in MPa a
compressione per HPC e RPC ed a flessione per MDF
HPC (100)
(High Performances Concrete)
(BHP=Beton ad Haute Performance)
Ottenuti per soft casting
DSP
(Densified with Small Particles)
RPC (200)
(Reactive Powders Concrete )
Ottenuti per soft casting
CBC
(Chemically Bonded Ceramics)
MDF (250)
(Macro Defect Free)
RPC (800)
(Reactive Powders Concrete)
Ottenuti per pressatura
3SC
(Self-Compacting Concrete)
(Self-Curing Concrete)
(Self-Compressive Concrete)
SCC
(Self-Compacting Concrete)
SCS
(Self-Compacting Shotcrete)
HPS
(High Performance Shotcrete)
“E' DUTTILE E TENACE IL CALCESTRUZZO DEL 2000”
Sebbene tutti I materiali indicati nello schema precedente siano stati sviluppati
autonomamente dai vari ricercatori sono accomunati da caratteristiche comuni:
• POSSONO ESSERE CONSIDERATI COMPOSITI CERAMICI con cui hanno in comune
prestazioni e tecnologie di produzione.
• RIDUZIONE DELLA POROSITA’E DEI DIFETTI attraverso lavorazioni e tecnologie mutuati
dalle lavorazioni di altri tipi di materiali (ceramica, gomma, metalli).
• INCREMENTO DELLA DENSITA’ attraverso la riduzione del valore di a/c fino a 0.15, grazie
ai nuovi superfluidificanti acrilici più efficaci di quelli tradizionali.
• MIGLIORAMENTO DELLA OMOGENEITA’ sostituendo gli aggregati di medio-grosso
diametro con sola sabbia fine (diametro 0.15-0.40 mm)
• MIGLIORAMENTO DELLA MICROSTRUTTURA impiegando fumo di silice combinato con
silice di precipitazione altamente reattiva; utilizzando un alto dosaggio di cemento a basso
tenore di C3A; prevedendo una maturazione, oltre che a 20°C, anche a 90°-160°C e
completando il processo d’idratazione dopo la presa immergendo il materiale in acqua
• AUMENTO DELLA DUTTILITA’ mediante l’inserimento di microfibre metalliche con alto fattore
di forma, l’utilizzo di aggregati più resistenti con superficie scabra e dimensione piccola per
sfruttare la maggiore densità e resistenza della matrice. In tal caso la propagazione delle
cricche richiede sia più forza che più energia.
Resistenza a flessione
equivalente (MPa)
40
Resistenza a flessione
equivalente (MPa)
40
32
24
16
8
0
32
24
16
8
0
HSC
Cls ordinario
0 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
HPC
100-200 J/m 2
Cls ordinario
?
Deflessione (mm)
RPC o MDF
40000 J/m 2
0 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
HPC
Deflessione (mm)
• La distinzione principale tra HSC e HPC e che gli ultimi
devono rispettare il requisito di alta durabilità, che si
rispetta dosando per ridurre le deformazioni termoigrometriche
con solo un terzo in volume di pasta ed
impiegando cementi di miscela a basso sviluppo di calore
• Le maggiori applicazioni di questo materiale sono state
inizialmente destinate ad opere di ingegneria
infrastrutturale particolarmente sollecitate da carichi statici
e dinamici in servizio o da azioni aggressive da parte di un
ambiente particolarmente ostile (piattaforme petrolifere
marine, ponti di grande luce, tunnel sottomarini, grattacieli
in zone sismiche)
• Ora la tendenza è impiegare questo materiale in opere
architettoniche pur meno sollecitate per progettare
diversamente e sfruttare la rapidità di conseguimento di
alte resistenze.

Fin quando la zona di transizione rappresenta
l’anello debole, la resistenza dell’aggregato è
meno influente, ma quando l’interfaccia
diventa meno porosa e più resistente, per
effetto delle modifiche e delle aggiunte
minerali, la scelta dell’aggregato diventa molto
più importante. Per sfruttare la maggiore
densità e resistenza della matrice bisogna
disporre di aggregati densi e compatti come
basalto o granito di frantumazione per favorire
lo sviluppo di interazioni e di piccolissime
dimensioni. In quest’ultimo caso, tanto più
piccola è la dimensione dell’aggregato tanto
più quella dell’eventuale microfessura, che
risulterebbe quindi subcritica.
E’ necessaria la
premiscelazione con
sforzi di taglio per
disperdere le
particelle di fumo di
silice
RPC
•Il termine RPC è stato coniato da Richard e Cheyrezy per descrivere un
calcestruzzo superplastico fibro-rinforzato e contenente quarzo invece di
aggregato ordinario
•Calcestruzzi che mostrano R c >200 MPa fino a 800 MPa, ma soprattutto hanno
caratteristiche di duttilità e resistenza a flessione ed energia di frattura
superiori agli HPC
•L’assenza di aggregato grosso è ritenuta, a giusta ragione, il fattore chiave
della nuova microstruttura e le proprietà, in quanto riducono l’eterogeneità
tra rinforzo e matrice. D’altra parte l’uso di sabbie fini fa crescere il
quantitativo di cemento da usare fino a 900-1000 kg/m3.
Ciò comporta un incremento del ritiro autogeno e del creep
•Nonostante il rapporto a/c sia basso fino a 0.15, per
incrementare le resistenze bisogna rimuovere l’acqua che non
può reagire (si hanno granuli di cemento idratati in superficie,
ma anidri all’interno) deve essere espulsa con trattamenti di
pressatura a caldo da 90 a 400 °C.
•Questi materiali sono in concorrenza con i neoceramici e con
i metalli strutturali sia nel campo dell’ingegneria industriale
che civile-edile. Si pensi ai progetti di mega-edifici alti 1000
m in fase di studio a Tokio per i quali gli cls risultano
inadeguati
Il conglomerato, studiato per una ricerca
destinata ad individuare un materiale
ultradurabile (3 secoli) per ospitare
affidabilmente le scorie radioattive di
impianti nucleari dismessi, prevedeva i
seguenti requisiti prestazionali
particolarmente impegnativi soprattutto in
termini di resistenza meccanica e duttilità:
1) resistenza meccanica a compressione
(R c ) 200 MPa;
2) resistenza meccanica a flessione (R f ) 50
MPa;
3) modulo elastico statico a compressione
(E s ) 60 GPa;
4) energia di frattura (E f ) determinata dalla
curva !"# 40 kJ/m 2 ;
5) durabilità in terreno solfatico.
Il cemento, di tipo ferrico a basso tenore di C 3 A è stato prescelto per
la sua intrinseca resistenza all'attacco dei solfati dell'ambiente. La
maggiore duttilità dell'RPC - in termini di elevata energia di frattura -
rispetto all'HPC è dovuta principalmente alla presenza di fibre in
acciaio con rapporto d'aspetto (Lunghezza/diametro = L/d=72)
molto elevato disperse in una matrice cementizia con microstruttura
priva sostanzialmente di microporosità capillare.
Schematizzazione dei materiali cementizi innovativi
e dei processi produttivi. I numeri tra parentesi
indicano la resistenza meccanica in MPa a
compressione per HPC e RPC ed a flessione per MDF
HPC (100)
(High Performances Concrete)
(BHP=Beton ad Haute Performance)
Ottenuti per soft casting
DSP
(Densified with Small Particles)
RPC (200)
(Reactive Powders Concrete )
Ottenuti per soft casting
CBC
(Chemically Bonded Ceramics)
MDF (250)
(Macro Defect Free)
RPC (800)
(Reactive Powders Concrete)
Ottenuti per pressatura
3SC
(Self-Compacting Concrete)
(Self-Curing Concrete)
(Self-Compressive Concrete)
SCC
(Self-Compacting Concrete)
SCS
(Self-Compacting Shotcrete)
HPS
(High Performance Shotcrete)
Confronto composizionale e prestazionale di
HPC ed RPC 200
• Superfluidificante
naftalinico tradizionale
• Fumo di silice
• Stagionatura normale
(20°C)
• Bassa resistenza a
flessione
• Fragile
• Energia di frattura 100-300
J/m 2
• Superfluidificante acrilico
• Fumo di silice selezionato
e/o silice colloidale
• Micro-fibre metalliche
• Stagionatura accelerata
(elementi prefabbricati)
• Alta resistenza a
flessione (50 MPa)
• Duttile
• Energia di frattura
10000-30000 J/m 2
Schematizzazione dei materiali cementizi innovativi
e dei processi produttivi. I numeri tra parentesi
indicano la resistenza meccanica in MPa a
compressione per HPC e RPC ed a flessione per MDF
HPC (100)
(High Performances Concrete)
(BHP=Beton ad Haute Performance)
Ottenuti per soft casting
DSP
(Densified with Small Particles)
RPC (200)
(Reactive Powders Concrete )
Ottenuti per soft casting
CBC
(Chemically Bonded Ceramics)
MDF (250)
(Macro Defect Free)
RPC (800)
(Reactive Powders Concrete)
Ottenuti per pressatura
3SC
(Self-Compacting Concrete o SCC')
(Self-Curing Concrete o SCC")
(Self-Compressing Concrete o SCC"')
SCC
(Self-Compacting Concrete)
SCS
(Self-Compacting Shotcrete)
HPS
(High Performance Shotcrete)

MDF
• I compositi polimero-cemento MDF (inventati da Birchall et al.)
sono costituiti da cemento distribuito in una matrice polimerica
idrosolubile (Poli Vinil Alcol= PVA)
• Si preparano con 100 parti di cemento, 7 parti di PVA ed 11
parti di H 2 O: solo la superficie dei granuli si idrata e si
interconnettono col polimero
• La miscelazione di questa pasta molto asciutta avviene in
calandra, dopodichè si pressa per ottenere la fuoriuscita di aria
ed acqua e si consolida con trattamento termico a 80-90 °C
• Le proprietà meccaniche possono arrivare a 250 MPa a
flessione contro i 5 MPa di un cls ordinario.
• Le prestazioni meccaniche dipendono dai parametri di processo
e dalla “qualità” dei materiali scelti. Si possono tenacizzare con
fibre.
• Essi sono adatti per contenitori ad elevata affidabilità per lo
stoccaggio di fluidi o solidi altamente tossici ed infiammabili, di
manufatti anti-scoppio e anti-proiettile, di stampi destinati alla
formatura di pezzi meccanici in metallo o in plastica, di
traversine ferroviarie o parti di scocche per auto o aerei,
casseformi faccia a vista.
Schematizzazione dei materiali cementizi innovativi
e dei processi produttivi. I numeri tra parentesi
indicano la resistenza meccanica in MPa a
compressione per HPC e RPC ed a flessione per MDF
HPC (100)
(High Performances Concrete)
(BHP=Beton ad Haute Performance)
Ottenuti per soft casting
DSP
(Densified with Small Particles)
RPC (200)
(Reactive Powders Concrete )
Ottenuti per soft casting
CBC
(Chemically Bonded Ceramics)
MDF (250)
(Macro Defect Free)
RPC (800)
(Reactive Powders Concrete)
Ottenuti per pressatura
3SC
(Self-Compacting Concrete o SCC')
(Self-Curing Concrete o SCC")
(Self-Compressing Concrete SCC"')
SCC
(Self-Compacting Concrete)
SCS
(Self-Compacting Shotcrete)
HPS
(High Performance Shotcrete)