Il freddo si avvicina rapidamente ma, in qualità di appaltatori, potreste avere degli obblighi di progetto da rispettare, indipendentemente dal tempo. Infatti, potreste ordinare, posare e stagionare il calcestruzzo in condizioni di freddo, un ambiente che può avere un effetto negativo sul tempo di presa, sullo sviluppo della resistenza e sulla durata complessiva del calcestruzzo, se non si prendono le dovute precauzioni. Sapete cosa fare per garantire che il calcestruzzo posto in questo ambiente sviluppi la resistenza e la durabilità corrette? La scelta e l’uso corretto degli additivi per calcestruzzo, insieme ad altri accorgimenti, possono essere un mezzo efficace per proteggere la qualità e la durata del calcestruzzo. Seguite questi consigli per un progetto di successo in condizioni di freddo….
Prima di continuare, parliamo di cosa si intende per “clima freddo”. Secondo il Comitato 306 dell’American Concrete Institute (ACI), per clima freddo si intende “un periodo in cui per più di tre giorni consecutivi la temperatura media giornaliera dell’aria è inferiore a 40º F (5º C) e la temperatura dell’aria non supera i 50º F (10º C) per più della metà di un periodo di 24 ore”. La temperatura media giornaliera dell’aria è la media delle temperature più alte e più basse che si verificano nel periodo da mezzanotte a mezzanotte. Il tempo di presa del calcestruzzo aumenta di circa un terzo per ogni riduzione di temperatura di 10º F (5º C). Le basse temperature rallentano il processo di idratazione e ritardano significativamente il tempo di presa del calcestruzzo, con conseguente riduzione della resistenza alla compressione nelle prime fasi di vita del calcestruzzo, ma con un aumento della resistenza nelle fasi successive.
Le basse temperature possono avere un impatto positivo sulle proprietà del calcestruzzo indurito, come riconosciuto dal Comitato ACI 306 e nel documento ACI 306R, “Cold Weather Concreting”, “si dovrebbe approfittare delle opportunità fornite dal clima freddo per collocare il calcestruzzo a bassa temperatura. Il calcestruzzo posto in opera a basse temperature [40-55º F (5-13º C)], protetto dal gelo e sottoposto a una lunga maturazione, sviluppa una resistenza ultima più elevata e una maggiore durabilità. È meno soggetto a fessurazioni termiche rispetto a un calcestruzzo analogo posto in opera a temperature più elevate”.
Cosa non fare:
In condizioni climatiche di gelo, il tempo di presa, lo sviluppo della resistenza e le caratteristiche di durabilità del calcestruzzo non adeguatamente protetto saranno gravemente compromessi. Per evitare questa conseguenza, di seguito sono riportati alcuni esempi di comportamenti da non adottare:
Il calcestruzzo non deve avere un rapporto acqua-materiali cementizi superiore ai limiti raccomandati nella Tabella 2 di ACI 201.2R, Guide to Durable Concrete. Inoltre il calcestruzzo non deve essere esposto a cicli di gelo e disgelo mentre è saturo o in servizio deve essere adeguatamente trattenuto dall’aria.
Inoltre:
Il calcestruzzo allo stato plastico gela quando la temperatura dell’impasto scende al di sotto dei 29º F (-2º C) e viene lasciato indisturbato per un tempo sufficiente alla formazione del ghiaccio. Una volta formatosi il ghiaccio, la normale idratazione non si verificherà e il tempo di presa del calcestruzzo sarà seriamente compromesso. Il calcestruzzo congelato nelle prime 24 ore può subire una perdita di resistenza alla compressione fino al 50% a 28 giorni e quindi il calcestruzzo protetto dal congelamento fino a quando non ha raggiunto una resistenza alla compressione di almeno 500 psi (3,5 MPa) non sarà danneggiato dall’esposizione a un singolo ciclo di congelamento. Infine il calcestruzzo non deve essere lasciato congelare e scongelare in condizioni di saturazione prima di sviluppare una resistenza alla compressione di 3.500 psi (24 MPa).
Cosa fare per garantire le prestazioni:
Esistono pratiche consolidate per il calcestruzzo in condizioni di freddo che garantiscono prestazioni soddisfacenti. Gli obiettivi di queste pratiche sono:
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Mantenere le condizioni di stagionatura che favoriscono il normale sviluppo della resistenza.
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Assicurare che il calcestruzzo sviluppi la resistenza necessaria per la rimozione sicura delle casseforme.
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Evitare i danni al calcestruzzo dovuti al congelamento nelle prime fasi di vita.
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Limitare le rapide variazioni di temperatura del calcestruzzo per resistere alle sollecitazioni termiche indotte.
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Proteggere l’idoneità della struttura.
Nel calcestruzzo indurito, il freddo può aumentare il potenziale di fessurazione termica differenziale (alta temperatura del calcestruzzo/bassa temperatura ambiente) e di permeabilità. In generale, le pratiche di calcestruzzo per basse temperature utilizzate per il calcestruzzo normale possono essere applicate al calcestruzzo decorativo, con l’eccezione dell’uso di additivi acceleranti nella miscela di calcestruzzo. L’uso di un additivo a base di cloruri non dovrebbe mai essere utilizzato in una miscela di calcestruzzo decorativo e l’uso di un acceleratore non cloridrico deve essere costante per tutti i carichi in posa per garantire che non vi siano variazioni di colore. La tempistica della finitura è fondamentale: non si devono terminare diversi posizionamenti in tempi diversi, il che può causare variazioni di colore.
Come già detto in precedenza, anche nel caso del calcestruzzo decorativo è necessario evitare che il calcestruzzo geli prima di raggiungere la presa finale. Ricordate che la velocità di presa dipende dalla temperatura del calcestruzzo. In genere il calcestruzzo “fa presa” in sei ore a 70º F (21º C), senza l’uso di additivi per il controllo della presa nella miscela. A temperature inferiori, la velocità di presa viene rallentata, perdendo il 33% del tempo di presa per ogni diminuzione di 10 gradi della temperatura ambiente. A temperature inferiori a 70º F (21º C), il tempo di presa si allunga. In definitiva, il calcestruzzo non protetto e non stagionato correttamente può perdere fino al 50% della resistenza.
Cosa influisce sulla temperatura del calcestruzzo quando viene dosato?
Sebbene sia un problema che riguarda soprattutto i produttori di calcestruzzo preconfezionato, anche gli appaltatori dovrebbero capire cosa influisce sulla temperatura iniziale del calcestruzzo e quali misure, se del caso, possono essere adottate per soddisfare i requisiti delle specifiche di progetto. La temperatura del calcestruzzo al momento della miscelazione è influenzata dalla temperatura, dal calore specifico e dalla quantità degli ingredienti. La temperatura approssimativa del calcestruzzo può essere calcolata in base alla seguente equazione:
T = [0,22 (TsMs + TaMa + TcMc) + TwMw + TsMws + TaMwa]
[0,22 (Ms + Ma + Mc) + Mw + Mws + Mwa]
dove:
T = temperatura finale della miscela di calcestruzzo.
Tc, Ts, Ta e Tw = temperatura di cemento, aggregato fine, aggregato grosso e acqua, rispettivamente.
Mc, Ms, Ma, Mw, Mws e Mwa = massa del cemento, dell’aggregato fine saturo superficiale-asciutto, dell’aggregato grosso saturo superficiale-asciutto, dell’acqua di impasto, dell’acqua libera sull’aggregato fine e dell’acqua libera sull’aggregato grosso, rispettivamente.
La temperatura del calcestruzzo può essere aumentata di 1º F (0,5º C) aumentando la temperatura del cemento di 8º F (0,5º C):
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temperatura del cemento di 4º C (8º F).
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temperatura dell’acqua di 2º C (4º F).
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temperatura degli aggregati di 1º C (2º F).
Tra tutti i materiali per la produzione del calcestruzzo, l’acqua è il più facile e pratico da riscaldare. La massa degli aggregati e del cemento in una miscela di calcestruzzo è molto più grande della massa dell’acqua. Tuttavia, l’acqua può immagazzinare una quantità di calore cinque volte superiore a quella dei materiali solidi della stessa massa. È importante assicurarsi che il calcestruzzo abbia la temperatura adeguata. La temperatura del calcestruzzo al momento della posa in opera deve essere sempre vicina alle temperature minime. Le temperature di messa in opera non devono superare di oltre 20º F (11º C) questi valori minimi.
Le alte temperature del calcestruzzo non offrono un tempo di protezione significativamente più lungo contro il congelamento, perché la perdita di calore è più rapida quando le temperature del calcestruzzo sono più alte di quelle ambientali. Le alte temperature del calcestruzzo richiedono una maggiore quantità di acqua di impasto per raggiungere un determinato slump, aumentano il tasso di perdita di slump e il ritiro termico, nonché la possibilità di fessurazioni da ritiro plastico, poiché la perdita di umidità per evaporazione è maggiore.
Scegliere i giusti materiali per calcestruzzo:
Per ogni 100 libbre (45 kg) di cemento si verifica un aumento di temperatura di 10-15º F (5-8º C) dovuto all’idratazione del cemento. L’aumento di temperatura dovuto all’idratazione del cemento è direttamente proporzionale al contenuto di cemento del calcestruzzo. Il cemento di tipo III (ad alta resistenza precoce) può essere utilizzato per ottenere un tempo di presa più rapido e una maggiore resistenza precoce. I principali vantaggi del cemento di tipo III si verificano nei primi sette giorni. Le ceneri volanti e altri pozzolani e il cemento di scoria sono utilizzati come parziale sostituzione del cemento portland.
Questi materiali possono essere utilizzati in combinazione con additivi acceleranti per ottenere le prestazioni desiderate del calcestruzzo in condizioni di freddo. I requisiti per ottenere buoni risultati nella posa e nella stagionatura del calcestruzzo durante la stagione fredda non sono diversi da quelli delle altre stagioni. Il calcestruzzo deve essere posto in opera dove deve rimanere e in strati poco profondi per consentire un’adeguata vibrazione, nonché utilizzare frangivento, curare e proteggere il calcestruzzo appena posto in opera dalla perdita di umidità e dal congelamento.
Utilizzare i giusti additivi per calcestruzzo:
Alcuni additivi chimici sono utili per il calcestruzzo posto in opera durante la stagione fredda. I vantaggi dell’uso di questi additivi chimici nel calcestruzzo includono:
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Riduzione del fabbisogno di acqua.
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Miglioramento della lavorabilità durante la messa in opera.
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Accelerazione della presa .
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Aumento della resistenza alla compressione precoce.
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Precoce disarmo e riutilizzo dei casseri.
Gli additivi acceleranti aumentano la reazione di idratazione, incrementando la velocità di presa della miscela di calcestruzzo. Accelerando la velocità di presa iniziale, la miscela di calcestruzzo non rimane plastica e lavorabile per un periodo di tempo prolungato, rendendo la miscela di calcestruzzo meno incline al congelamento in condizioni di freddo e accelerando lo sviluppo della resistenza. Gli additivi acceleranti devono essere utilizzati in combinazione con le migliori pratiche di betonaggio per garantire un calcestruzzo di qualità in condizioni di freddo. Anche in condizioni di freddo, gli appaltatori dovrebbero ordinare e sfruttare i vantaggi offerti dalle microfibre sintetiche in una miscela di calcestruzzo correttamente proporzionata per ridurre o limitare la formazione di fessure da ritiro plastico.
Quando si tratta di scegliere un prodotto, è necessario cercare un’azienda che non solo disponga di prodotti di alta qualità, ma anche delle competenze tecniche necessarie per assistere l’intero team di costruzione nella progettazione, produzione, consegna, posizionamento e stagionatura di un calcestruzzo di qualità in condizioni di freddo.
Seguire i metodi di stagionatura corretti:
Come è noto, la stagionatura del calcestruzzo è fondamentale per ottenere le proprietà desiderate a lungo termine. La stagionatura consiste nel mantenere un contenuto di umidità e una temperatura soddisfacenti nel calcestruzzo durante le fasi iniziali, in modo che si sviluppino le proprietà desiderate. Il periodo minimo di stagionatura consigliato è di sette giorni. Una stagionatura inadeguata può causare fessurazioni da ritiro plastico e compromettere lo sviluppo della resistenza e la durabilità. Il calcestruzzo appena posto in opera durante la stagione fredda deve essere protetto dall’essiccamento, in modo che possa verificarsi un’adeguata idratazione. Di norma, è necessario adottare misure per evitare l’evaporazione dell’umidità dal calcestruzzo.
I metodi di stagionatura del calcestruzzo in condizioni di freddo includono:
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L’uso di fogli di carta e plastica impermeabili.
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L’uso di composti di polimerizzazione a membrana (per i composti di polimerizzazione a base d’acqua seguire le indicazioni del produttore).
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La polimerizzazione in acqua non è raccomandata in condizioni di gelo.
Il tempo di presa, la resistenza, la durabilità e le altre proprietà del calcestruzzo desiderate possono essere ottenute con il freddo attenendosi alle seguenti pratiche consigliate:
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Pianificare in anticipo il posizionamento del calcestruzzo con il freddo.
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Utilizzare ingredienti caldi per il calcestruzzo e additivi acceleranti.
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Evitare di posizionare il calcestruzzo su sottofondi ghiacciati.
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Evitare il congelamento del calcestruzzo.
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Limitare i rapidi cambiamenti di temperatura del calcestruzzo.
Con l’arrivo del freddo, è importante assicurarsi di seguire le procedure corrette per la miscelazione, la posa e la maturazione del calcestruzzo. Le temperature più rigide possono avere un effetto negativo sugli additivi e sulle proprietà del calcestruzzo, compromettendone la qualità se non si prendono le dovute precauzioni. Tuttavia, seguendo questi consigli, è possibile ottenere un calcestruzzo di successo per il prossimo progetto in condizioni di freddo.
Parlate con il vostro fornitore di calcestruzzo:
Esiste un’ampia gamma di additivi chimici, quindi è bene attenersi alle specifiche del progetto o parlarne con il produttore locale o con il fornitore di additivi. Questi ultimi avranno già esperienza con una particolare combinazione di additivi e possono aiutarvi a realizzare le miscele di prova più adatte alle vostre esigenze. Il freddo può causare una serie di problemi al calcestruzzo fresco, indurito e decorativo. Tuttavia, l’uso di ingredienti riscaldati per il calcestruzzo, la protezione dei materiali e delle attrezzature dal freddo, una buona programmazione e, soprattutto, l’uso di additivi chimici appropriati consentono di ottenere la resistenza e la durata necessarie per il calcestruzzo quest’inverno.
