Miscela di calcestruzzo: linee guida sugli additivi e sul contenuto di acqua

Il dosaggio degli additivi e il contenuto di acqua sono parametri critici nella progettazione della miscela di calcestruzzo. Questi due fattori hanno una relazione contraddittoria ma unificata. Si influenzano e sono interrelati tra loro e solo bilanciandoli e coordinandoli si può ottenere un calcestruzzo soddisfacente. Nel mix design occorre prestare attenzione al loro coordinamento, in quanto è necessaria una certa quantità di pasta per ottenere la lavorabilità desiderata del calcestruzzo e non sempre una minore quantità di acqua si traduce in migliori prestazioni. Se il dosaggio dell'additivo è insufficiente, può portare ad un aumento del contenuto di acqua e ad una scarsa scorrevolezza (come ad esempio lentezza). Al contrario, una miscela eccessiva con acqua insufficiente può provocare una pasta appiccicosa o addirittura sanguinamento. L'uso eccessivo di additivi può anche rendere la miscela di calcestruzzo più sensibile al contenuto di acqua, rendendola più difficile da controllare.

(1) Dosaggio della miscela
Con determinate quantità di cemento, additivi minerali e aggregati, esiste una combinazione ottimale di contenuto di acqua e dosaggio di additivi, che aiuta a ottenere la migliore coesione, fluidità e ritenzione d'acqua nel calcestruzzo. Quando si utilizzano additivi, il dosaggio deve consentire un margine di aggiustamento per garantire la sicura lavorabilità del calcestruzzo. Ad esempio, se il dosaggio massimo di un additivo è del 2,2%, si consiglia di utilizzare l'1,8%, lasciando un margine di 0,3%–0,5% per l'aggiustamento.
Nella progettazione della miscela, se viene determinato prima il contenuto di acqua, il dosaggio dell'additivo può essere valutato in base al tasso di riduzione dell'acqua e quindi verificato tramite miscele di prova. In alternativa, dopo aver determinato le quantità di cemento, additivi minerali e aggregati, è possibile stabilire un contenuto di acqua di base in base alla lavorabilità richiesta e il dosaggio dell'additivo può essere regolato in base alla riduzione stimata del contenuto di acqua. Ad esempio, con una dimensione massima dell'aggregato di 31,5 mm, un modulo di finezza della sabbia di 2,6 e un valore di slump di 180 mm, il contenuto di acqua di base è 227,5 kg/m³. Se il dosaggio dell'additivo è del 2,0% con una riduzione del contenuto di acqua del 25%, il contenuto di acqua regolato è di circa 170 kg/m³.
Il contenuto ottimale di acqua e il dosaggio degli additivi possono variare in base alla qualità dei materiali utilizzati. I migliori risultati possono essere ottenuti solo attraverso miscele di prova, dove il punto di riferimento è una miscela omogenea con pasta sufficiente e lavorabilità desiderata, priva di segregazione o sanguinamento.

Durante le miscele di prova, se lo slump è troppo elevato, con conseguente sanguinamento o segregazione, è necessario ridurre prima il contenuto di acqua e, se necessario, diminuire il dosaggio dell'additivo. Se lo slump è troppo basso, potrebbero essere necessari aggiustamenti di circa 0,1% nel dosaggio dell'additivo. Se lo slump è eccessivamente basso è opportuno aumentare il contenuto di acqua, generalmente di 5 kg/m³ per aumentare lo slump di circa 20 mm. L'effetto preciso dei cambiamenti nel dosaggio degli additivi sullo slump dovrebbe essere determinato sperimentalmente, poiché diversi tipi o marche di additivi possono avere variazioni significative nelle prestazioni.
Per un dato dosaggio di additivo esiste un contenuto critico di acqua; se il contenuto di acqua supera questo valore, l'impasto potrebbe presentare segregazione o sanguinamento. Quando il contenuto di acqua è vicino a questo valore critico, lievi variazioni nel contenuto di acqua possono influenzare drasticamente la miscela e le fluttuazioni nel contenuto di umidità degli aggregati possono portare a idee sbagliate sulla qualità dell'additivo quando, in realtà, il problema risiede nella miscela progetto.

(2) Contenuto d'acqua
Il contenuto di acqua della consistenza standard del cemento, il rapporto di richiesta di acqua delle ceneri volanti e il rapporto di scorrevolezza degli additivi minerali influenzano tutti il ​​contenuto di acqua del calcestruzzo. Tuttavia, l’influenza più diretta sul contenuto di acqua deriva dal requisito di slump. Sebbene l'abbassamento non sia più direttamente correlato al contenuto di acqua quando vengono utilizzati gli additivi, nei casi in cui è richiesto un abbassamento elevato con un contenuto di acqua inferiore, la pasta potrebbe essere insufficiente e fare affidamento esclusivamente sull'aumento del dosaggio dell'additivo potrebbe non garantire una lavorabilità soddisfacente. In tali casi, dosaggi eccessivi dell'additivo possono causare segregazione o sanguinamento. Quando le proporzioni di cemento, additivi minerali e aggregati sono fisse, può essere necessario un contenuto minimo di acqua per ottenere uno slump soddisfacente e, al di sotto di questa soglia, l'additivo potrebbe non funzionare in modo efficace.

La qualità delle materie prime può influenzarne la compatibilità con gli additivi, riducendo potenzialmente l'effetto di riduzione dell'acqua dell'additivo. In questi casi, è importante monitorare i cambiamenti nei materiali e regolare il dosaggio dell'additivo per controllare il contenuto di acqua, piuttosto che aumentare semplicemente il contenuto di acqua per migliorare la lavorabilità. Ciò è particolarmente importante quando si utilizzano superfluidificanti a base di policarbossilati, poiché sono più sensibili al contenuto di argilla e polvere negli aggregati. In questi casi potrebbe essere necessario aumentare il dosaggio dell'additivo.

(3) Determinazione del contenuto di acqua e del dosaggio degli additivi
Dovrebbe essere sempre seguito il principio di utilizzare il rapporto acqua/legante più basso. La regola di ridurre al minimo il contenuto di acqua a condizione che sia soddisfatta la lavorabilità garantisce una migliore qualità del calcestruzzo. L’aumento del contenuto di acqua porta a una maggiore porosità, un maggiore assorbimento d’acqua, una maggiore permeabilità e una ridotta impermeabilità, tutti fattori che aumentano la probabilità di crepe da ritiro. Riduce inoltre la forza di adesione tra aggregati e pasta di cemento e indebolisce l'adesione delle armature.
Allo stesso modo, ridurre al minimo il contenuto di pasta è fondamentale per la stabilità del calcestruzzo; una pasta eccessiva può portare a crepe da ritiro, mentre una pasta insufficiente comporta scarsa scorrevolezza e durabilità. Pertanto, il bilanciamento del contenuto di acqua e pasta è fondamentale per ottenere la massima qualità del calcestruzzo.