Produzione e applicazione del calcestruzzo proiettato in una parola IVS

Descrizione della procedura di approvazione ed accettazione in corso d’opera delle miscele di calcestruzzo spruzzato per  via umida impiegate nell’ambito dei progetti idroelettrici

Il calcestruzzo proiettato o calcestruzzo spruzzato (shotcrete in inglese/spritz-beton in tedesco) è una miscela di cemento, aggregati, acqua, additivi, eventuali aggiunte e fibre, la cui posa in opera e compattazione avvengono simultaneamente mediante l'impiego di una lancia ad aria compressa in grado di proiettare ad alta velocità il materiale su una superficie ricevente. Nell'ambito della costruzione di centrali idroelettriche questo materiale viene utilizzato nelle opere sotterranee come parte del supporto primario e/o del rivestimento finale, nella preparazione della fondazione della diga e in altre aree come indicato nei documenti contrattuali (disegni e specifiche di progetto) o istruito sulla base di specifiche necessità (Figure 1, 2 e 3).
Come noto, la classificazione del calcestruzzo proiettato si basa sulla dimensione dell'aggregato utilizzato - miscele a granulometria fine se sono presenti solo aggregati fini o miscele a granulometria grossolana se sono presenti anche aggregati grossi - e sul metodo utilizzato per l'aggiunta dell'acqua d'impasto - per via secca se la maggior parte dell'acqua viene aggiunta alla fine della tubazione di trasporto, immediatamente prima della proiezione, o per via umida se tutti gli ingredienti dell'impasto, inclusa l'acqua, sono miscelati prima dell'introduzione nella tubazione di trasporto1. Al fine di ottenere capacità auto-portanti in tempi molto rapidi (proprietà fondamentale in presenza di condizioni critiche quali quelle riscontrabili nei lavori in sotterraneo) aumentare lo spessore degli strati e ridurre la quantità di sfrido2, vengono generalmente aggiunti, al termine della tubazione di trasporto in corrispondenza della lancia ad aria compressa tramite una linea di dosaggio separata, degli additivi acceleranti di presa, il cui scopo è quello di favorire l'adesione istantanea del conglomerato alla superficie a seguito del processo di proiezione.
Con un congruo anticipo rispetto alla data di inizio lavori, la procedura per l'approvazione dei materiali, delle attrezzature e del personale da impiegare per l'esecuzione dei lavori prevede in genere una prima fase di verifica dei materiali componenti e proporzionamento delle miscele in laboratorio e una seconda di verifica sul campo mediante l'esecuzione di alcuni pannelli di prova al fine di verificare il raggiungimento dei requisiti richiesti e, in particolare, il raggiungimento della resistenza alla compressione richiesta dalle norme tecniche contrattuali.
Tecniche costruttive inadeguate, attrezzature inefficienti e personale non qualificato sono le cause principali delle variazioni della resistenza alla compressione eventualmente osservabili durante le successive fasi costruttive e, come noto, questo è particolarmente vero per il calcestruzzo proiettato per via secca, dove l'operatore oltre ad essere responsabile della corretta posa in opera del materiale è anche responsabile del corretto dosaggio d'acqua alla lancia di proiezione, una variabile critica ai fini delle possibili variazioni della resistenza a compressione.
La maggiore accuratezza con cui vengono dosati i componenti e in particolare l'acqua di impasto presso gli impianti di betonaggio e la possibilità di utilizzare anche gli aggregati grossi (contribuendo quindi ad una riduzione della fessurazione ed ad un significativo miglioramento della durabilità) fanno si che il processo per via umida, argomento del presente articolo, sia in generale da preferire al processo per via secca3, il quale, pur presentando una maggiore praticità soprattutto nelle zone di difficile accesso e/o distanti, è fortemente condizionato dall'esperienza e competenza degli operatori e, pertanto, comporta in generale una minore qualità e durabilità del materiale in opera.

Requisiti dei materiali e proporzionamento delle miscele
A parte gli additivi per i quali occorre fare un discorso a parte, per quanto riguarda i metodi di prova e i requisiti di accettazione dei materiali componenti le miscele si applicano, in genere, gli stessi riferimenti previsti per le normali miscele di calcestruzzo e, ad ogni modo, per confermarne l'idoneità si deve fare riferimento alle norme tecniche contrattuali ed alle norme o regolamenti nazionali vigenti nel luogo di impiego del calcestruzzo spruzzato.
Considerato l'elevato contenuto di cemento delle miscele è comunque consigliabile in questa fase prestare la massima attenzione alla verifica della potenziale reattività agli alcali degli aggregati impiegati e, pertanto, oltre che sulla base dell'esame petrografico, l'idoneità degli aggregati dovrebbe essere confermata anche dalle prove di espansione (accelerata e a lungo termine) dei provini di malta.
Il tipo di cemento, nonché la classe, la finezza e la composizione chimica possono influenzare le prestazioni degli additivi (soprattutto degli acceleranti) e per tali motivi la scelta del cemento da utilizzare dovrebbe essere fatta sulla base dei risultati delle prove iniziali di qualifica delle miscele.
Al fine di assicurare il buon esito delle procedura di mix design, gli additivi devono essere scelti valutando opportunamente la specificità del cantiere e del processo di posa in opera. Come minimo, durante il mix-design delle miscele, occorre considerare le seguenti tre tipologie di additivi:
1. Additivi superfluidificanti a rilascio progressivo (di quelli comunemente utilizzati nelle miscele di calcestruzzo).
2. Additivi per il controllo dell'idratazione del cemento (per lavorabilità prolungate - oltre a quanto normalmente previsto per le miscele di calcestruzzo - ad esempio fino a 72 ore).
3. Additivi acceleranti di presa e additivi acceleranti di presa alkali-free4.
Dando ad esempio uno sguardo ad alcuni dei requisiti previsti dalla norma UNI EN 934-5, si può facilmente comprendere la sostanziale differenza tra gli additivi di cui ai precedenti punti 2 e 3 e quelli comunemente utilizzati nelle miscele di calcestruzzo:
• Per gli additivi acceleranti di presa la norma prevede un inizio presa della miscela di riferimento standard ≤ 10 min ed un fine presa ≤ 60 min.
• Per gli additivi da utilizzare per il prolungato mantenimento della lavorabilità (additivi per il controllo dell'idratazione del cemento) la norma prevede che 6 ore dopo l'aggiunta dell'additivo la consistenza della miscela di riferimento standard deve essere ≥ 80% della consistenza iniziale (slump iniziale tra 180 mm e 230 mm).
Per la riduzione del ritiro idraulico e della tendenza alla fessurazione si può fare riferimento agli additivi di cui alla norma BS 8443.
Gli aspetti sopra citati sono di fondamentale importanza ai fini del successo delle miscele proposte.
Durante la fase di proporzionamento delle miscele in laboratorio occorre fare riferimento alle norme tecniche contrattuali, le quali possono stabilire dei requisiti relativamente alla composizione delle miscele (approccio di tipo prescrittivo) oppure possono limitarsi a stabilire i requisiti del prodotto finale (approccio di tipo prestazionale). In ogni caso è compito dell'Impresa, attraverso il laboratorio di cantiere, attivare ed implementare un programma di prove in grado di verificare preliminarmente le proprietà del calcestruzzo proiettato che possono essere raggiunte con i materiali locali e le attrezzature e il personale disponibili.
Per miscele additivate con normali superfluidificanti/riduttori d'acqua ad alta efficacia ed in assenza di particolari restrizioni di carattere ambientale, si raccomandano, tuttavia, le seguenti prescrizioni per il proporzionamento delle miscele:
• Rapporto acqua cementizi compreso tra 0.30 e 0.45.
• Contenuto minimo di acqua pari a 190 l/m3 e contenuto minimo di cementizi pari a 420 kg/m3.
• Slump alla consegna compreso tra 180 mm e 230 mm e impiego di additivi per il controllo dell'idratazione del cemento qualora siano previsti tempi di utilizzo degli impasti superiori a 90 minuti dal confezionamento all'impianto di betonaggio.
• Impiego di additivi acceleranti di presa alkali-free (dosaggi bassi).
• Massima dimensione dell'aggregato pari a 16 mm e curva granulometrica compresa entro i seguenti limiti (Figura 4) validi per malta/gunite (granulometrie fini con Dmax = 4 mm) e calcestruzzo/shotcrete (granulometrie grossolane con Dmax = 8÷16 mm):
Le granulometrie fini mostrano una maggiore tendenza alla fessurazione da ritiro plastico (eventualmente contrastata dalla presenza di fibre negli impasti e/o speciali additivi) mentre le granulometrie grossolane mostrano una maggiore tendenza alla produzione di sfrido durante la posa in opera (contrastata dalla presenza di idonei additivi superfluidificanti). Le granulometrie più fini (massima dimensione dell'aggregato inferiore a 8 mm) sono tuttavia consigliate - unitamente a rapidi passaggi sottili della lancia di proiezione - quando si vogliono ottenere superfici con finiture più lisce.
La sabbia o le sabbie devono avere un modulo di finezza combinato compreso tra 2.5 e 2.9 e passanti ai setacci No. 50 (300 μm) e No. 100 (150 μm) rispettivamente comprese tra il 15% al 30% e il 5% al 10% (per la pompabilità degli impasti).
Al fine di rendere più flessibile la procedura di mix-design, soprattutto quando bisogna soddisfare particolari requisiti di durabilità, è altamente consigliabile ricorrere alle aggiunte. Ceneri volanti e fumi di silice possono essere usate a questo scopo. Si possono usare da sole con il cemento in percentuali prestabilite (vedi, ad esempio, la norma EN 197-1 per quanto riguarda le proprietà dei diversi cementi) oppure, ancora meglio per i molteplici effetti benefici che ne derivano, in combinazione tra loro ed il cemento: [cemento+fumi di silice+cenere volante].
I vantaggi che derivano dall'utilizzo di ceneri volanti e fumi di silice consiste nell'aumento delle resistenze meccaniche e nella riduzione di permeabilità del calcestruzzo5 e, quindi, in una maggiore durabilità del materiale in opera. La reazione tra questi materiali e la calce presente nei pori (che si forma a seguito all'idratazione del cemento) dà luogo alla formazione di un composto fibroso (C-S-H) che determina appunto una diminuzione della permeabilità. Siccome questa reazione avviene alle brevi stagionature per quanto riguarda i fumi di silice e alle lunghe stagionature per quanto riguarda le ceneri volanti è chiaro che i massimi benefici si hanno se nella miscela si utilizzano entrambe le aggiunte. I migliori risultati in termini di resistenza alla penetrazione degli ioni cloruro, resistenza all'attacco solfatico, impermeabilità all'acqua e resistenza alla reazione alcali/aggregati si ottengono, come anticipato, utilizzando la combinazione [cemento+fumi di silice+cenere volante].
L'impiego di tali aggiunte porta anche a dei benefici delle proprietà allo stato fresco in termini di miglioramento dell'adesione, della lavorabilità e pompabilità degli impasti (calcestruzzi coesivi, omogenei, non segregabili) e di riduzione dello sfrido.
D'altro canto l'utilizzo di miscele con solo cemento e cenere volante è sconsigliabile in quanto porterebbe ad un indesiderato aumento dei tempi di presa e riduzione delle resistenze iniziali, costringendo ad un altrettanto sconsigliabile aumento del dosaggio di accelerante.

L'articolo è stato pubblicato a pag 84 del n.635/2018 di Quarry and Construction...continua a leggere

 

 

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