5 motivi critici per le fessurazioni del calcestruzzo
La fessurazione del calcestruzzo influisce non solo sull'aspetto degli edifici, ma anche sulla sicurezza della struttura e sulla durata di vita. Questo fenomeno è causato da 5 motivi critici, tra cui il ritiro per essiccazione, l'autoriduzione, il ritiro plastico, il ritiro termico e il ritiro autogeno (chimico).
1. Il restringimento da essiccazione causato dalla perdita di acqua
Il ritiro per essiccamento si verifica principalmente quando l'acqua presente nei pori capillari o gel del calcestruzzo viene persa in un ambiente insaturo. Il calcestruzzo ad alte prestazioni ha meno probabilità di asciugarsi rispetto al calcestruzzo ordinario a causa della sua bassa porosità. Tuttavia, l'effetto cumulativo del ritiro da essiccazione si fa sentire nel calcestruzzo di massa. La perdita d'acqua nel calcestruzzo è simile a quella del corpo umano e provoca cambiamenti nella struttura interna. Quando le sollecitazioni generate da questi cambiamenti superano la resistenza alla trazione del calcestruzzo, possono verificarsi delle fessure.
2. Ritiro plastico durante l'indurimento iniziale
Il ritiro plastico si riscontra nella fase plastica prima dell'indurimento. Il calcestruzzo ad alte prestazioni è caratterizzato da un basso rapporto acqua-gel, da una minore quantità di acqua libera e da additivi minerali fini che sono più sensibili all'acqua, il che significa che non sanguinano e perdono acqua rapidamente. Per questo motivo il calcestruzzo ad alte prestazioni è più soggetto al ritiro plastico. Il calcestruzzo perde acqua in superficie prima della completa maturazione, mentre all'interno rimane in uno stato plastico stabile. Questa differenza crea una tensione di trazione sulla superficie. Una volta che la sollecitazione cresce fino a superare lo sforzo di trazione, si formano delle fessure. Sebbene siano piuttosto sottili, sono numerose e densamente distribuite sulla superficie del calcestruzzo.
3. Autoriduzione - Colpa dei cambiamenti di umidità
L'autoriduzione si verifica quando l'umidità diminuisce nella struttura interna chiusa del calcestruzzo insieme all'idratazione del cemento. Tale fenomeno determina la presenza di acqua insatura nei pori. Di conseguenza, si crea una pressione negativa e si innesca l'auto-ritiro del calcestruzzo. A causa del basso rapporto acqua/gel, il calcestruzzo ad alte prestazioni potrebbe avere una maggiore resistenza nella fase iniziale e una più rapida perdita di acqua. L'umidità relativa del sistema di pori è inferiore all'80%. Nel frattempo, la struttura densa del calcestruzzo ad alte prestazioni blocca l'umidità dall'esterno, aggravando così l'auto-ritiro.
4. Restringimento termico - Danno da espansione termica
I progetti di calcestruzzo di grandi dimensioni, che richiedono un'elevata resistenza, richiedono una quantità di cemento molto maggiore. Questo comporta un maggiore calore di idratazione e riscalda il sistema più rapidamente, fino a raggiungere circa 35-40℃. Oltre alla temperatura iniziale, la temperatura più alta può anche superare i 70-80 °C. Il calcestruzzo ha proprietà di espansione termica e contrazione a freddo e un CTE (coefficiente di espansione termica) di 10×10-6/℃. Quando la temperatura scende da 20 a 25℃, possiamo calcolare il ritiro a freddo di circa (2 - 2,5)×10-4, mentre il valore di rottura del calcestruzzo è solo 1 - 1,5×10-4. Quindi, la sollecitazione causata dal ritiro a freddo è di circa (2 - 2,5)×10-4, mentre il valore di rottura del calcestruzzo è di 1 - 1,5×10-4. Pertanto, la sollecitazione causata dal ritiro a freddo può facilmente superare la resistenza a trazione del calcestruzzo. Di conseguenza, compaiono fessure che si estendono dalla superficie all'interno del calcestruzzo, compromettendone seriamente la struttura.
5. Restringimento autogeno - Effetto collaterale dell'idratazione
Il ritiro autogeno è chiamato anche ritiro chimico. Durante l'idratazione del cemento, il volume assoluto del sistema cemento-acqua diminuisce e forma molti pori. Tuttavia, l'idratazione può essere limitata nel calcestruzzo ad alte prestazioni a causa del rapporto acqua/gel più basso e degli additivi minerali fini aggiuntivi. Pertanto, il ritiro chimico sarebbe minore rispetto al calcestruzzo ordinario. Le fessure formate dal ritiro autogeno hanno comunque un impatto sulla struttura microscopica del calcestruzzo. Combinato con altri fattori, può anche essere un fattore scatenante delle fessure.
Oltre ai fattori sopra citati, un'altra causa principale della fessurazione del calcestruzzo è lo stress da contrazione termica. Lo stress è causato dalle fluttuazioni di temperatura e dal ritiro che si verifica quando il grande volume di cemento utilizzato nel calcestruzzo di massa rilascia il calore di idratazione.
Prevenzione e controllo - Come combattere le fessurazioni del calcestruzzo
1. Ottimizzare il rapporto di miscelazione del calcestruzzo
- Il cemento
- Privilegiare il cemento a basso e medio calore per ridurre il calore di idratazione.
- Limitare la quantità di cemento mantenendo la resistenza e le prestazioni del calcestruzzo, riducendo l'aumento di temperatura.
- Aggregati
- Scegliere aggregati di alta qualità con granulometria moderata.
- Utilizzare più aggregati e meno malta cementizia per ridurre il ritiro del calcestruzzo. Ad esempio, aggregati ben classificati e sabbia media possono aumentare efficacemente la densità del calcestruzzo.
- NOVASTAR Superfluidificante policarbossilato (PCE) è un agente di riduzione dell'acqua ad alte prestazioni ed è altamente solubile in acqua. Può migliorare la fluidità del calcestruzzo e ridurre la quantità di cemento senza aumentare il consumo di acqua. Un basso dosaggio di questo riduttore d'acqua può conferire una buona fluidità al calcestruzzo. Inoltre, il contenuto di ioni cloruro e alcalini di Superfluidificante policarbossilato (PCE) è piuttosto basso, rendendo il calcestruzzo più durevole.
2. Migliorare il processo di costruzione
- Versare il cemento per strati o sezioni per controllare lo spessore dello strato e la velocità di getto. Questo per favorire una distribuzione uniforme del calore all'interno del calcestruzzo ed evitare stress termici o gradienti di temperatura.
- Compattare il calcestruzzo per garantire una densità ideale ed evitare così la fessurazione del calcestruzzo.
- Coprire il materiale isolante dall'umidità, come ad esempio una pellicola di plastica, dopo il getto del calcestruzzo per ridurre l'evaporazione e le fessurazioni.
- Controllare la temperatura interna ed esterna del calcestruzzo spruzzando acqua sulla superficie. In questo modo si può controllare la temperatura del calcestruzzo e diminuire lo stress termico.
