Il nuovo calcestruzzo – La porosità capillare
8.3 POROSITÀ CAPILLARE E MODULO ELASTICO
Al pari della resistenza meccanica anche il modulo elastico (§ 9.7) è influenzato dalla porosità capillare attraverso un’equazione del tutto analoga alla [8.2] con un valore per la costante K ovviamente diverso.
Tabella 8.1 – Tempo di stagionatura umida richiesto per la impermeabilizzazione del calcestruzzo in relazione al rapporto a/c
8.4 POROSITÀ CAPILLARE E PERMEABILITÀ
La permeabilità di un fluido attraverso un solido poroso diventa possibile solo se i pori sono tra loro connessi (porosità continua). Nel caso del calcestruzzo, la porosità discontinua, e quindi l’impermeabilità all’acqua, è assicurata solo al di sotto di una certa soglia della porosità capillare: questa corrisponde, per ogni determinato valore di a/c, ad un certo grado di idratazione ? raggiungibile dopo un determinato tempo di stagionatura (Tabella 8.1).I dati della Tabella 8.1 indicano che più elevato è a/c, più lungo deve essere il tempo di stagionatura (e quindi maggiore il grado di idratazione ?) perché il calcestruzzo diventi impermeabile: per esempio, con a/c di 0,55 occorrono 28 giorni di stagionatura umida per conseguire l’impermeabilità del calcestruzzo; se però si adotta un rapporto acqua-cemento di 0,45, è sufficiente appena una settimana per raggiungere lo stesso obiettivo; d’altra parte con a/c molto elevato (> 0,70) non è mai possibile conseguire l’impermeabilità del calcestruzzo.Da un punto di vista pratico la situazione di impermeabilità viene valutata sottoponendo un provino prismatico di calcestruzzo ad acqua sotto pressione per 3 giorni a 5 bar (Fig. 8.6): il calcestruzzo è considerato impermeabile se l’acqua non ha penetrato il materiale per più di 20 mm (Fig. 8.7) per effetto del conseguimento della porosità discontinua (UNI EN 12390-8).
Fig. 8.6 – Prova di permeabilità all’acqua in base alla UNI EN 12390/8
Fig. 8.7 – Provino di calcestruzzo penetrato dall’acqua per 10 mm a seguito della prova UNI EN 12390/8
8.5 POROSITÀ CAPILLARE E DURABILITÀ
Anche la durabilità è fortemente influenzata dalla porosità capillare oltre che dagli altri tipi di porosità (M. Collepardi, S. Monosi, “Low porosity and early durability of concrete”, RILEM 1st International Congress, Vol. One, pp. 9-16, September, (1987); disponibile su www.encosrl.it -> Pubblicazioni scientifiche -> Tecnologia del Calcestruzzo -> Articolo N. 32).La durabilità dipende in generale dalla porosità; tuttavia la relazione tra le due grandezze è funzione del tipo di porosità. In linea di massima si può affermare che la porosità continua nuoce alla durabilità, mentre quella discontinua, purché distribuita in una matrice densa e poco porosa, è ininfluente o giova alla durabilità.Per esempio, i macrovuoti (Fig. 8.1) dovuti a difetti di compattazione del calcestruzzo fresco potrebbero collegare i ferri di armatura con l’ambiente esterno e costituiscono, pertanto, un sistema di pori altamente pericolosi per l’integrità della struttura.Un altro tipo di porosità continua capace di favorire l’accesso di agenti ambientali aggressivi (aria, umidità, cloruri, ecc.) è costituita dalla porosità capillare (Fig. 8.4). Per un calcestruzzo ben compattato, e quindi privo di macrovuoti, la durabilità del calcestruzzo nei confronti di un ambiente aggressivo può essere migliorata riducendo il volume Vp della porosità capillare per ostacolare la penetrazione dell’acqua, e quindi impedire l’ingresso degli agenti aggressivi all’interno del calcestruzzo veicolati dall’acqua. Da un punto di vista pratico, il volume della porosità capillare viene ridotto – equazione [8.1] – riducendo a/c, come appare chiaramente in tutte le raccomandazioni sulla durabilità (Capitolo XI), e garantendo un minimo di stagionatura umida (3-7 giorni) per assicurare un livello accettabile del grado di idratazione (§ 8.2).Un tipo di porosità indifferente alla durabilità del calcestruzzo è costituito dal sistema di pori contenuti all’interno degli inerti leggeri (Fig. 8.2): in questo caso la durabilità della struttura non risente minimamente della porosità degli aggregati, giacché l’ingresso degli agenti aggressivi, dall’ambiente all’interno del calcestruzzo, è governato dalla porosità capillare e dai macrovuoti (perinsufficiente compattazione) distribuiti nella matrice cementizia che avvolge gli aggregati.Una porosità altamente benefica alla durabilità del calcestruzzo è rappresentata dalle microbolle d’aria (Fig. 8.3) non collegate tra loro, cioè disperse discontinuamente in una matrice cementizia con bassa porosità capillare. La presenza di microbolle di aria inglobata (grazie alla presenza di agenti aeranti capaci di modificare la tensione superficiale dell’acqua: § 13.4) è da tempo riconosciuta come essenziale alla produzione di calcestruzzi durabili esposti in servizio ai cicli di gelo-disgelo (§ 10.5). Infatti, l’acqua contenuta nei pori capillari, e non ancora congelata, è sospinta nelle microbolle d’aria con allentamento delle tensioni che insorgono quando si forma il ghiaccio con aumento di volume rispetto all’acqua liquida.In assenza delle microbolle d’aria, l’acqua dei pori capillari non ancora congelata è sospinta da una pressione idraulica che insorge per l’aumento di volume che accompagna la formazione dei primi cristalli di ghiaccio (§ 10.5). Affinché le microbolle d’aria possano effettivamente allentare le tensioni insorte per la formazione del ghiaccio, è necessario che non siano molto distanti tra loro: la reciproca distanza (spacing) non deve superare 300-400 ?m (Fig. 10.23).Per concludere, un sistema di vuoti favorevole ad un calcestruzzo mediamente durabile è rappresentato da una matrice cementizia con una porosità capillare discontinua e quindi impermeabile (tipicamente raggiungibile dopo 1 mese di stagionatura con a/c =0,55) nella quale siano disposte microbolle d’aria (100-300 ?m) ben spaziate tra loro con una distanza di circa 300 ?m (Fig. 8.3). Negli ambienti più aggressivi dovuti alla presenza di acqua di mare, di sali disgelanti, di terreni solfatici, ecc. (Capitolo X) è necessario adottare rapporto a/c più bassi (0,45-0,50) per assicurare la durabilità delle strutture in calcestruzzo armato (Capitolo XI).
Bibliografi a consigliata:
• Mario Collepardi; “Scienza e Tecnologia del Calcestruzzo”; Terza Edizione; Hoepli; Milano; 1991• P.K. Metha and P. Monteiro; “Concrete Structure, Properties, and Materials”; Second Edition; Prentice-Hall; Englewood Cliffs; New Jersey; USA; 1993• Adam Neville; “Properties of Concrete”; Fourth Edition; Longman Group Limited; Harlow Essex; England; 1995
