La posa in opera del calcestruzzo in condizioni di freddo richiede agli appaltatori di mantenere temperature minime per garantire un’adeguata resistenza e polimerizzazione. Gli obiettivi primari del calcestruzzo per le basse temperature sono tre:
1) proteggere il calcestruzzo appena posto in opera dal congelamento precoce.
2) proteggere il calcestruzzo per garantire un adeguato sviluppo della resistenza
3) proteggere il calcestruzzo dallo shock termico e dalla fessurazione alla fine del periodo di protezione.
Secondo l’ACI 306 Guide to Cold Weather Concreting, si parla di freddo quando la temperatura dell’aria è scesa o si prevede che scenda sotto i 40° F , durante il periodo di protezione. Il periodo di protezione è il tempo necessario per evitare che il calcestruzzo sia influenzato dall’esposizione al freddo.
Proteggere dal gelo precoce:
Se il calcestruzzo appena posato gela, si possono verificare danni immediati e permanenti; la successiva stagionatura non ripristinerà le proprietà del calcestruzzo. I danni si verificano perché l’acqua si espande del 9% in volume quando gela. La formazione di cristalli di ghiaccio e la conseguente espansione della pasta possono ridurre la resistenza alla compressione e aumentare la porosità del calcestruzzo indurito. Si possono verificare riduzioni di resistenza fino al 50% se il congelamento avviene nelle prime ore dopo la posa del calcestruzzo o prima che il calcestruzzo raggiunga una resistenza alla compressione di circa 500 psi.
Il calcestruzzo appena posato deve essere protetto dal congelamento precoce fino a quando la quantità di acqua di impasto o il grado di saturazione non sono stati sufficientemente ridotti dal processo di idratazione, termine usato per descrivere la reazione chimica tra il cemento portland o i materiali cementizi e l’acqua. Durante l’idratazione, il grado di saturazione diminuisce continuamente quando l’acqua di impasto si combina con i materiali cementizi e il calcestruzzo si irrigidisce e indurisce. Grazie al processo di idratazione, la quantità di acqua di impasto disponibile per la formazione di cristalli di ghiaccio diminuisce continuamente, riducendo così il rischio di danni permanenti in caso di congelamento del calcestruzzo.
In assenza di fonti esterne di acqua, il grado critico di saturazione, per cui un singolo ciclo di congelamento non danneggia permanentemente il calcestruzzo, si verifica quando il calcestruzzo raggiunge una resistenza di circa 500 psi. Alle temperature di stagionatura specificate, le miscele di calcestruzzo ben distribuite dovrebbero raggiungere questa resistenza entro 24-48 ore. Pertanto, è fondamentale che il calcestruzzo appena posato sia protetto dal gelo per le prime 24-48 ore o finché non raggiunge una resistenza stabilita .
Quando il calcestruzzo raggiunge una resistenza di almeno 500 psi, può tollerare un ciclo di gelo e disgelo senza subire danni se il calcestruzzo è trattenuto dall’aria e non è esposto a una fonte d’acqua esterna. Per l’esposizione a cicli ripetuti di gelo e disgelo, il calcestruzzo nuovo dovrebbe raggiungere una resistenza di almeno 3.500 psi, o 4.000 psi se sarà esposto a cicli ripetuti di gelo e disgelo e a sostanze chimiche antighiaccio. Per evitare danni da freddo nei primi anni di vita, proteggere il calcestruzzo appena possibile dopo la posa, il consolidamento e la finitura.
Temperatura e periodi di protezione:
Un calcestruzzo a presa accelerata può essere ottenuto includendo additivi chimici acceleranti, diminuendo il rapporto acqua/materiale cementizio (w/cm), aumentando il contenuto di cemento, riducendo la quantità di materiali cementizi supplementari o sostituendo i cementi di uso comune con cemento di tipo III (ad alta resistenza). Quindi in definitiva, la temperatura minima del calcestruzzo posto in opera e mantenuto è di 55° F per una sezione di calcestruzzo di dimensioni minime di 12 pollici e i periodi di protezione minimi sono di due e un giorno rispettivamente per le miscele di calcestruzzo a presa normale e a presa accelerata.
Man mano che la temperatura dell’aria diminuisce, le temperature di impasto raccomandate aumentano per compensare la perdita di calore tra l’impasto e la posa del calcestruzzo. Le raccomandazioni sulla temperatura d’impasto contribuiscono a garantire il raggiungimento delle temperature minime del calcestruzzo in opera e mantenute.
Proteggere per garantire un adeguato aumento di resistenza:
La velocità di indurimento del calcestruzzo e l’aumento della resistenza dipendono dalla temperatura del calcestruzzo. Le basse temperature del calcestruzzo riducono il tasso di idratazione e di conseguenza ritardano il tasso di aumento della resistenza. Per garantire che il calcestruzzo appena posto in opera sviluppi la resistenza necessaria per la rimozione sicura delle casseforme, delle sponde e delle riseghe e per il carico sicuro della struttura durante e dopo la costruzione, è necessario mantenere temperature adeguate del calcestruzzo durante il periodo di protezione o di maturazione.
In presenza di requisiti di resistenza all’invecchiamento precoce, è utile determinare i periodi minimi di protezione per le seguenti condizioni di servizio:
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nessun carico, non esposto;2) nessun carico, esposto; 3) carico parziale, esposto; 4) pieno carico.
-“Senza carico, non esposto” : significa che l’elemento in calcestruzzo non sopporterà carichi significativi durante il periodo di protezione e non sarà esposto a condizioni di congelamento durante il servizio.
-” Senza carico, esposto”: significa che l’elemento in calcestruzzo non sopporterà carichi significativi durante il periodo di protezione e sarà esposto a condizioni di congelamento in servizio.
-“Carico parziale, esposto” : significa che l’elemento in calcestruzzo sopporterà carichi inferiori alla capacità di carico disponibile per l’età precoce durante il periodo di protezione e sarà esposto alle condizioni di congelamento in servizio.
Invece, gli elementi che richiedono il rifacimento per sostenere i carichi di costruzione prima di raggiungere la resistenza specificata hanno una condizione di servizio di “Carico completo” e di solito richiedono all’appaltatore di determinare la resistenza del calcestruzzo in opera. Ad esempio, la condizione di servizio per una pavimentazione in calcestruzzo di un parcheggio di 6 centimetri di spessore in un cantiere commerciale che sarà esposta alle condizioni invernali e gettata in calcestruzzo a presa accelerata sarebbe “Carico parziale, esposto” e richiederebbe un periodo di protezione minimo di 4 giorni. E quindi la temperatura minima del calcestruzzo di 55° F deve essere mantenuta per il periodo di protezione di quattro giorni.
-“Senza carico, esposto” : significa che l’elemento in calcestruzzo non sopporterà carichi significativi durante il periodo di protezione e sarà esposto a condizioni di congelamento in servizio.
Metodi di protezione:
I metodi per mantenere le temperature minime, includono l’isolamento (coperte e pannelli), sistemi di riscaldamento come coperte elettriche e sistemi di riscaldamento idronico, involucri non riscaldati o riscaldati, o una combinazione di questi metodi. L’isolamento è il metodo più economico per mantenere temperature di indurimento adeguate, poiché sfrutta il calore di idratazione, ovvero il calore generato dalla reazione chimica tra cemento e acqua. A seconda della massa del calcestruzzo, del contenuto di cemento e delle condizioni ambientali (ad esempio, temperatura dell’aria e vento), l’isolamento può in genere mantenere temperature di indurimento adeguate catturando il calore di idratazione.
Quindi è utile coprire il calcestruzzo con coperte il prima possibile per catturare la maggior parte del calore di idratazione. La cattura del calore iniziale di idratazione contribuirà a mantenere la temperatura di polimerizzazione, ma anche a promuovere l’idratazione, che a sua volta produce ulteriore calore. Assicurarsi di proteggere gli angoli e le superfici, poiché queste aree sono le più suscettibili al congelamento e ai danni precoci.
In condizioni invernali estreme, a volte il calore dell’idratazione non è sufficiente a mantenere temperature di polimerizzazione adeguate ed è necessario un calore supplementare. Il calore supplementare può essere fornito utilizzando coperte elettriche per calcestruzzo, riscaldatori idronici e coperture riscaldate. Naturalmente, l’utilizzo di calore supplementare aumenta il costo del calcestruzzo in condizioni di freddo. I riscaldatori idronici fanno circolare un liquido glicole-acqua riscaldato attraverso un sistema di tubi di trasferimento del calore posizionati sul calcestruzzo o sui casseri. In genere, i tubi sono ricoperti da coperte isolanti per il calcestruzzo per catturare e trattenere il calore.
I riscaldatori a combustione per il riscaldamento delle coperture devono essere ventilati e non posizionati in modo da riscaldare o asciugare direttamente il calcestruzzo. Le superfici di calcestruzzo fresco esposte all’anidride carbonica proveniente da riscaldatori a combustione non ventilati possono essere danneggiate dalla carbonatazione del calcestruzzo. La carbonatazione si verifica quando l’anidride carbonica reagisce con i prodotti di idratazione del cemento creando superfici morbide e gessose. I riscaldatori a combustione non ventilati producono anche monossido di carbonio. Naturalmente, livelli elevati di concentrazione di questi gas sono pericolosi per i lavoratori.
Proteggere da shock termici e fessurazioni:
È consigliabile proteggere le superfici e gli angoli del calcestruzzo dal freddo assicurandosi che tutte le superfici siano coperte. Al termine del periodo di protezione, rimuovere gradualmente l’isolamento o altre protezioni in modo che le temperature superficiali si raffreddino gradualmente durante il successivo periodo di 24 ore. In caso contrario, la superficie del calcestruzzo potrebbe raffreddarsi troppo rapidamente, creando gradienti termici tra la superficie e le parti interne del calcestruzzo e le conseguenti tensioni termiche potrebbero causare fessurazioni superficiali.
Si consiglia di lasciare l’isolamento in posizione e di ridurre lentamente le fonti di calore fino a quando le temperature del calcestruzzo non si saranno raffreddate in modo da corrispondere alle temperature medie dell’aria. La pianificazione preventiva è la chiave del successo del calcestruzzo in condizioni di freddo. Quando sviluppate il vostro prossimo piano di calcestruzzo a basse temperature, considerate i tre obiettivi principali: proteggere il calcestruzzo dal congelamento precoce, proteggere per garantire un adeguato aumento della resistenza e proteggere dallo shock termico e dalla fessurazione.
