Composizione del calcestruzzo: materiali e dosaggio

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Composizione del calcestruzzo, dalla percentuale dei vari componenti alle diverse tipologie di calcestruzzo, dal calcestruzzo magro a quello grasso, dal cemento armato al calcestruzzo alleggerito.

Indice Articolo:
1. Come fare?
2. Tipologie particolari
3. Utilizzo

Come è composto il calcestruzzo?

Non esiste una formula precisa della composizione del calcestruzzo che dipende dalla quantità e qualità dei materiali.

Comunque sia le proporzioni che mediamente sono più utilizzate per preparare un metro cubo di calcestruzzo per usi comuni quali preparazioni di un massetto o getto di una muratura (rapporto acqua/cemento=0,4) sono:

• Cemento 300 Kg.

• Acqua 120 litri pari a 120 Kg.

• Sabbia 0,4 metri cubi.

• Ghiaia 0,8 metri cubi.

I materiali che costituiscono l’impasto iniziale del calcestruzzo influenzano le caratteristiche finali del calcestruzzo indurito e quindi il suo utilizzo.

Vediamo nel dettaglio:

• Cemento. Secondo la normativa Comunitaria EN 197/1 il cemento è un legante idraulico. Ossia è un composto di natura inorganica (non contiene atomi di Carbonio) che macinato finemente e posto a contatto con l’acqua (idratato) da origine ad una pasta cementizia fluida che col tempo solidifica ed indurisce mantenendo il medesimo volume iniziale, sia che la pasta venga esposta all’aria che immersa in acqua e quindi in assenza di Ossigeno. Il cemento quindi costituisce il componente attivo del calcestruzzo. Esso, infatti, a contatto con l’acqua dà luogo a complesse reazioni di idratazione che producono un gel, ossia una soluzione colloidale costituita da 2 fasi. Di queste due fasi quella liquida (acqua) è inglobata in quella solida che perciò diviene fluida ed appiccicosa e così può avviluppare completamente gli altri elementi che costituiscono il calcestruzzo. Con presa ed indurimento l’impasto fluido della miscela descritta si compatta in una unica massa monolitica che poi manterrà compattezza e resistenza meccanica anche quando è immersa in acqua. Esistono molte varietà di cemento il più comune è quello di Portland.

• Acqua. Serve come detto ad idratare il cemento. La sua quantità influenza notevolmente le caratteristiche di resistenza del calcestruzzo indurito. Il valore ottimale della quantità di acqua rapportata a quella del cemento in un impasto di calcestruzzo sarebbe quello stechiometrico ossia: peso dell’acqua/Peso del cemento=0,28. Dove il rapporto stechiometrico indica la quantità teorica di acqua necessaria ad un grammo di cemento affinché le reazioni di idratazione siano condotte completamente a termine. Nella realtà la quantità stechiometrica è insufficiente alla completa idratazione del cemento perché nell’impasto del calcestruzzo in cui sono presenti altri elementi non è possibile che ogni particella di cemento venga a contatto con una di acqua. Ed inoltre anche se ciò accadesse l’impasto non risulterebbe abbastanza fluido da assicurare la lavorabilità. Per questi motivi solitamente il rapporto acqua cemento a/c è dosato in maniera che risulti compreso tra 0,4÷0,65.

• Inerti. Sono materiali minerali granulari di origine rocciosa aventi differenti diametri. Gli inerti più comunemente utilizzati per la preparazione del calcestruzzo sono:

• Sabbia ossia roccia sedimentaria sciolta con granuli di dimensioni comprese tra 0,063 mm e 4 mm;

• Ghiaia ossia roccia frantumata e arrotondata per lavorio millenario di acqua e ghiaccio con dimensioni variabili tra 4 e 40 mm.

Nella preparazione dell’impasto di base del calcestruzzo la granulometria va sapientemente miscelata tra fine e grossolana allo scopo di riempire il più possibile gli spazi tra elementi contigui e ridurre quanto più è possibile il volume dei vuoti che mina la resistenza meccanica del calcestruzzo indurito.

• Additivi. Possono essere presenti o non e quando fanno parte dell’impasto hanno il compito di migliorare alcune sue prestazioni sia quando esso è fluido che quando è indurito. Data la premessa è lecito attendersi come in realtà accade varie tipologie di additivi. I più usati sono:

• Additivi fluidificanti/plastificanti servono ad aumentare la fluidità e la plasticità e quindi la lavorabilità dell’impasto evitando di dover aggiungere eccessive quantità di acqua che ne peggiorerebbero la resistenza meccanica. Sono solitamente resine e quindi polimeri solubili in acqua.

• Additivi acceleratori/ritardatori della presa ed acceleratori dell’indurimento servono a modulare i processi di presa ed indurimento.

• Additivi generatori di gas servono a generare all’interno del volume dell’impasto un gas lievitante. Le microscopiche e numerosissime cavità che essi inducono riduce il peso specifico del calcestruzzo indurito e ne aumenta le proprietà di isolamento termoacustico. Ovviamente la resistenza meccanica (proporzionale alla massa) risulterà diminuita.

• Additivi coloranti servono a colorare il calcestruzzo e sono solitamente pigmenti metallici.

 Calcestruzzi particolari: materiali e dosaggio

Variando proporzioni dei componenti e materiali si ottengono diversi tipi di calcestruzzo.

I più comuni sono:

• calcestruzzo magro si ottiene lasciando inalterata la quantità di cemento e d’ acqua ed aumentando le quantità di sabbia e ghiaia, si realizza il cosiddetto.

• Calcestruzzo grasso: si ottiene diminuendo le quantità di sabbia e ghiaia, lasciando invariata la quantità di cemento e riducendo la quantità d’acqua.

• Sostituendo una percentuali di materiali inerti con agglomerati leggeri, come argilla espansa o polistirene espanso si ottiene il calcestruzzo alleggerito,

Puoi approfondire le caratteristiche del calcestruzzo alleggerito.

• Aggiungendo tondini di ferro o d’ acciaio all’impasto di calcestruzzo, si ottiene il calcestruzzo armato, comunemente detto “cemento armato”.

• Se si aggiunge pozzolana alla tradizionale composizione del calcestruzzo o la si prevede in sostituzione del cemento Portland, si registra nel tempo un aumento delle resistenza meccanica.

Utilizzi: come nasce il calcestruzzo armato.

Il calcestruzzo indurito ha, come già accennato, aspetto e caratteristiche simili alla pietra e come questa ha perciò elevata resistenza alla compressione (Forza per unità di superficie) ma scarsa resistenza alla trazione ed agli sforzi di taglio. Pertanto se utilizzato senza altre aggiunte ben si presta alla sola realizzazione di canali, fognature ed opere portuali.

Il salto di qualità che perciò lo ha portato a divenire il materiale più usato in edilizia e nell’ambito delle infrastrutture è stato favorito dall’introduzione dell’armatura metallica e la nascita del calcestruzzo armato. Questo è formato da un comune impasto di calcestruzzo in cui vengono annegate barre di acciaio sagomate secondo necessità e collegate tra loro a formare una sorta di gabbia. Il miglioramento delle caratteristiche del prodotto finito rispetto a quelle originali del calcestruzzo semplice è una conseguenza della perfetta aderenza tra esso e le barre d’acciaio. Aderenza che consente di trasmettere le tensioni del calcestruzzo all’acciaio che invece ha ottime caratteristiche di resistenza a trazione e sforzi di taglio.