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La stagionatura (detta anche maturazione dei getti o post-trattamento) è l'insieme degli accorgimenti protettivi a cui deve essere sottoposto il calcestruzzo "giovane"[1], al fine di mantenerlo caldo e umido, impedendo l'evaporazione dell'acqua del calcestruzzo e proteggendolo dal calore esterno, dal vento, dal gelo, dalla grandine e dalla forte pioggia (che provocherebbe dilavamento).
Il termine curing invece ha un significato più ampio comprendendo sia i suddetti accorgimenti/azioni che gli agenti esterni utilizzati per proteggere il calcestruzzo durante la maturazione.
La conservazione del calore e dell'umidità all'interno del conglomerato cementizio assicura la perfetta idratazione del cemento con conseguenti ripercussioni positive sulla resistenza meccanica del calcestruzzo e sulle altre sue proprietà, quali l'impermeabilità e la riduzione del ritiro, garantendo così il raggiungimento delle caratteristiche prestazionali prescritte dal progettista in termini di durabilità e resistenza meccanica.
Il post-trattamento deve iniziare immediatamente dopo le operazioni di getto (di finitura se si tratta di pavimenti industriali) anche se la fase più pericolosa, nel caso di superfici verticali, si ha immediatamente dopo la scasseratura del getto che deve avvenire quando il calcestruzzo ha conseguito una resistenza meccanica tale da garantire l'assorbimento delle sollecitazioni a cui la membratura sarà sottoposta subito dopo il disarmo (circa 5-10 MPa). Infatti dopo la scasseratura il calcestruzzo sformato è in balia degli agenti atmosferici, pertanto una sua non idonea protezione può compromettere in modo determinante la risposta finale attesa del calcestruzzo, anche se questo è stato realizzato con un idoneo mix design e posato in maniera corretta.
La buona riuscita di un'opera in calcestruzzo armato non dipende solo dalla qualità del materiale impiegato e dalla metodologia di getto: il raggiungimento delle prestazioni programmate dal progettista delle strutture dipende anche da un'idonea maturazione del getto che è funzione degli eventi atmosferici esistenti al momento della sua sformatura; un clima asciutto, caldo e ventilato al momento della scasseratura può causare tra l'altro:
Questi fenomeni rendono meno compatto lo strato esterno del conglomerato consentendo agli agenti aggressivi una più facile penetrazione verso l'interno con conseguente abbattimento della durabilità e pertanto della vita utile del materiale e quindi dell'opera. Di contro un clima freddo determina un rallentamento dell'idratazione del cemento e quindi dell'indurimento della corteccia del getto, con conseguente necessità di tempi di scasseratura molto più lunghi.
La temperatura esterna, insieme all'umidità dell'aria e all'azione del vento, gioca un ruolo importante sul valore della resistenza meccanica del calcestruzzo: si è constatato che a brevi stagionature al crescere della temperatura cresce anche il valore della resistenza meccanica a compressione, mentre a lunghe stagionature al decrescere della temperatura aumenta il valore della resistenza meccanica a compressione.
Come si può spiegare questo comportamento? Le basse temperature rallentamento le reazioni di idratazione del cemento, pertanto alle brevi stagionature il grado di idratazione della matrice cementizia decresce con la temperatura e con lui la resistenza a compressione del materiale[2]. Alle lunghe stagionature, il cemento, se il calcestruzzo ha subito una stagionatura adeguata, ha raggiunto un grado di idratazione pari a 1 indipendentemente dalla temperatura esterna. Si ritiene pertanto che l'aumento di resistenza a compressione al decrescere della temperatura sia legato alla qualità dei silicati idrati di calcio (C-S-H[3]) che sono responsabili della resistenza meccanica del conglomerato. I C-S-H che si formano a basse temperature risultano meccanicamente di migliore qualità rispetto a quelli che si producono a temperature più elevate. Pertanto se è vero che ad elevate temperature per brevi stagionature si producono C-S-H in maggiore quantità, a seguito del maggiore grado di idratazione del cemento, ma di minore qualità, a lunghe stagionature, quanto l'idratazione del cemento è completa e il grado di idratazione è pari a 1, la quantità di C-S-H prodotti è più o meno la stessa sia per basse che per alte temperature, ma nel primo caso i silicati idrati di calcio hanno una migliore qualità e pertanto garantiscono una maggiore resistenza meccanica.
In estate normalmente si è in presenza di un clima caldo e asciutto (UR < 95%).
In presenza di temperature ambientali elevate il calcestruzzo fresco, a causa della maggiore velocità delle reazioni di idratazione, perde più velocemente la sua lavorabilità.
Inoltre il calcestruzzo più esterno, costituente il copriferro, a causa della maggiore evaporazione superficiale, che aumenta se in concomitanza con il clima asciutto e caldo si aggiunge l'azione del vento, si può essiccare precocemente causando:
Problemi analoghi si verificano anche in climi freddi, infatti la velocità di idratazione del cemento diminuisce al decrescere della temperatura con conseguente allungamento dei tempi di presa ed indurimento del calcestruzzo con rinvio della scasseratura e con il rischio di una stagionatura troppo breve. Al di sotto dei 5 °C si ha un marcato rallentamento dei tempi di presa, che comporta maggiori tempi di stagionatura in cassero che vanno ad incidere sulla produttività del cantiere. Inoltre, se la temperatura esterna scende sotto lo zero, l'acqua d'impasto congela, compromettendo le prestazioni finali. Sotto i −10 °C circa il processo di presa cessa addirittura.
Come è noto l'acqua nel passare dalla fase liquida a quella solida ha un aumento di volume di circa il 9%. Quando i pori del calcestruzzo sono saturi di acqua e non possiedono un volume di vuoti tale da compensare l'aumento di volume dell'acqua durante il suo passaggio di stato[4], l'aumento di volume dell'acqua, provocato dal congelamento, non è più in grado di essere contenuto all'interno dei pori. In queste condizioni si generano all'interno del conglomerato delle pressioni capaci di distruggere progressivamente il calcestruzzo, soprattutto se il fenomeno si ripete ciclicamente, per effetto di una tipica rottura a fatica.
Il fenomeno è analogo a quello di una bottiglia di acqua che, se inserita piena o quasi piena nel congelatore, a seguito del passaggio di stato dell'acqua, si rompe. I pori più soggetti a questo fenomeno sono quelli capillari di dimensioni comprese tra 0,1 e 100 μm, in quelli inferiori il congelamento avviene a temperature molto al di sotto di 0 °C. La situazione più pericolosa è riscontrabile quando la parte corticale del calcestruzzo è molto porosa, e la gelata trova i pori saturi di acqua a seguito di una precedente pioggia. Il fenomeno degradante si manifesta sotto forma di fessurazioni, sfaldamenti e distacchi superficiali.
I metodi per migliorare la resistenza del calcestruzzo indurito all'azione del gelo sono i seguenti:
In fase di posa in opera, per accelerare le fasi di presa ed indurimento del conglomerato, al fine di garantire il raggiungimento, in tempi relativamente brevi, di una idonea resistenza meccanica (circa 5-10 MPa) necessaria alla scasseratura del getto, è invece consigliabile:
La stagionatura deve garantire una completa idratazione del cemento da cui dipende il progressivo miglioramento nella resistenza meccanica e nelle altre proprietà (impermeabilità, durabilità, ecc.) del calcestruzzo.
Dalla formula di Powers che mette in relazione la resistenza meccanica della pasta di cemento Portland con il rapporto a/c e con il grado di idratazione del cemento α:
dove K = 250 MPa quando la porosità capillare è nulla.
Si evince che a parità di rapporto acqua/cemento la resistenza della pasta di cemento, e quindi del calcestruzzo, aumenta con l'aumentare del grado di idratazione, pertanto il pericolo principale durante la maturazione rimane l'eccessiva evaporazione superficiale, che producendo un essiccamento precoce della zona corticale del calcestruzzo, può causare una incompleta idratazione del cemento della pelle che, oltre a compromettere la resistenza meccanica della parte più esterna del conglomerato, renderebbe la superficie del conglomerato più permeabile e pertanto più facilmente aggredibile dagli agenti atmosferici.
C'è da ricordare che la resistenza del calcestruzzo dipende anche dal grado di compattazione del materiale e, in presenza di cicli di gelo-disgelo, anche dalla presenza di macrobolle generate da additivi areanti; le strutture in cui è maggiore la superficie specifica esposta all'atmosfera (pavimentazioni industriali, piastre, solai, ecc.) sono quelle più soggette ad azioni di evaporazione differite tra interno del conglomerato e la sua parte corticale, pertanto una elevata evaporazione dalla zona corticale, provoca una disidratazione più rapida della parte superficiale rispetto a quella più interna e l'insorgere di tensioni meccaniche di trazione nella zona più esterna derivanti da variazioni volumetriche differite tra le due parti, che possono causare l'innesco di fessurazioni. Una eccessiva evaporazione inoltre fa sì che la resistenza meccanica del provino di calcestruzzo prelevato alla bocca della betoniera e stagionato in condizioni ottimali (stagionato a umido con UR > 95% e temperatura intorno ai 20 °C) risulterà molto maggiore rispetto a quella dell'equivalente calcestruzzo in opera per il quale non si adotta alcuno degli accorgimenti di seguito riportati.
Si è dimostrato però che se si mantiene il getto umido per circa 7 giorni e poi lo si lascia maturare in ambiente con un UR = 50% la resistenza meccanica a 28 giorni del getto risulterà poco inferiore a quella del provino di calcestruzzo.
L'evaporazione nella zona esterna è regolata da fattori quali:
Al crescere della temperatura esterna e della velocità del vento e al diminuire dell'umidità relativa, aumenta l'evaporazione.
A partire dalla fine della posa in opera del calcestruzzo si può ricorrere ai seguenti accorgimenti per mantenere il calcestruzzo umido:
La norma UNI EN 13670-1 indica i tempi minimi di stagionatura protetta raccomandati per impedire la formazione di fessure indotte dal ritiro igrometrico. Essa stabilisce 4 classi di stagionatura alle quali corrispondono dei tempi minimi di stagionatura protetta del calcestruzzo gettato, in funzione della temperatura superficiale[7] e dello sviluppo di resistenza a 20 °C.
Lo sviluppo della resistenza è misurato mediante il rapporto dove:
Tali valori essendo caratteristici del calcestruzzo devono essere forniti dal produttore. Per ogni classe di stagionatura (tranne la 1) sono previsti quattro tipi di sviluppo della resistenzaa 20 °C (UNI EN 206-1):
I calcestruzzi preparati co i cementi Portland e di miscela (CEM I e CEM II) sviluppano normalmente la resistenza in modo rapido; i cementi pozzolanici (CEM IV), d'alto forno (CEM III) e di miscela (CEM V) hanno sviluppo della resistenza medio o lento.
Le aggiunte del tipo II (cenere volante e loppa d'alto forno macinata) rallentano lo sviluppo della resistenza.
ai quali corrispondono altrettanti tempi minimi di stagionatura.
La classe di stagionatura deve essere scelta dal progettista[9] in base alla classe di esposizione, al tipo di calcestruzzo, al copriferri, alle condizioni climatiche e alla dimensione degli elementi gettati, pertanto se ad esempio:
è conveniente prevedere una classe di stagionatura 4. Al tal fine scegliendo una protezione che determini una temperatura superficiale pari a 25 °C, bisogna prevedere una stagionatura del getto di almeno 3 giorni.
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