Ottimizzazione di lavorabilità, resistenza e durata nelle applicazioni edili

1. Introduzione

I superfluidificanti a base di naftalene (NBS) svolgono un ruolo fondamentale nella moderna tecnologia del calcestruzzo. Migliorano la lavorabilità del calcestruzzo riducendo al contempo il contenuto di acqua, fondamentale per ottenere miscele più resistenti e durevoli. I team di costruzione spesso affrontano difficoltà nel determinare il giusto dosaggio di NBS, poiché troppo poco o troppo danneggia le prestazioni. Questo articolo descrive le linee guida sul dosaggio basate sull'evidenza, i fattori che influenzano l'utilizzo e i suggerimenti pratici per l'applicazione. Seguendo queste raccomandazioni, gli ingegneri possono bilanciare le esigenze funzionali del calcestruzzo con il rapporto costo-efficacia.

2. Come funzionano i superfluidificanti a base di naftalene nel calcestruzzo

Comprendere il meccanismo della NBS aiuta a giustificare le scelte di dosaggio. Le molecole di NBS si adsorbono sulle superfici delle particelle di cemento immediatamente dopo l'aggiunta. Questo adsorbimento crea una carica negativa su ciascuna particella di cemento. La repulsione tra particelle cariche rompe gli agglomerati, rilasciando acqua intrappolata. L’acqua liberata migliora quindi la scorrevolezza del calcestruzzo senza aumentare il contenuto totale di acqua. NBS inoltre rallenta leggermente la prima idratazione del cemento, allungando il tempo di lavorabilità per la posa. Questo meccanismo fa sì che il dosaggio influisca direttamente sulla qualità della dispersione delle particelle e quindi sulle prestazioni concrete.

3. Fattori chiave che influenzano il dosaggio dell'NBS

Diverse variabili alterano la quantità ottimale di NBS per un mix. Gli ingegneri devono valutare questi fattori prima di impostare i dosaggi.

• Tipo di cemento: Diversi cementi hanno composizioni minerali diverse. I cementi ad alto contenuto di C3A (ad esempio, il cemento Portland di tipo III) reagiscono più velocemente con l'acqua. Richiedono lo 0,1–0,2% in più di NBS in termini di peso del cemento per mantenere la lavorabilità. I cementi a basso contenuto di C3A (ad esempio, Tipo I/II) necessitano di meno NBS.
• Proprietà aggregate: Gli aggregati grossi e fini influenzano la domanda di NBS. Gli aggregati con elevato assorbimento (ad esempio, calcare poroso) assorbono acqua. Potrebbero aver bisogno dello 0,1% in più di NBS per compensare. Gli aggregati lisci e non porosi (ad esempio il granito) riducono i requisiti NBS.
• Rapporto acqua-cemento (a/c).: Miscele a basso contenuto di acqua (≤0,45, comune nel calcestruzzo ad alta resistenza) necessitano di più NBS. Si affidano all'NBS per disperdere le particelle in quantità limitate di acqua. Elevate miscele di acqua calda (≥0,55) richiedono meno NBS, poiché l'acqua extra già aumenta il flusso.
• Temperatura ambientale: Il clima caldo (sopra i 25°C) accelera l'idratazione del cemento. Riduce i tempi di lavorabilità, quindi gli equipaggi spesso aggiungono lo 0,1–0,3% in più di NBS. Il clima freddo (sotto i 10°C) rallenta l'idratazione, consentendo dosaggi NBS più bassi.
• Requisiti di costruzione: Il calcestruzzo pompato necessita di una maggiore lavorabilità, richiedendo lo 0,2–0,4% in più di NBS. Il calcestruzzo gettato in opera con facile accesso può utilizzare dosi inferiori.

4. Dosaggi NBS consigliati per miscele di calcestruzzo comuni

I dosaggi sono generalmente misurati come percentuale del peso del cemento (in massa). Di seguito sono riportate le linee guida per i tipi di calcestruzzo più utilizzati.

4.1 Calcestruzzo a resistenza normale (20–35 MPa)

Questo mix è comune nelle fondazioni, nelle solette e nei muri non portanti. Gli ingegneri raccomandano 0,5–1,0% di NBS in peso di cemento. Una dose dello 0,5% funziona per miscele con rapporti a/c ≥ 0,55. Una dose dell'1,0% è adatta per miscele più secche (a/c 0,45–0,55) o aggregati porosi. Questa gamma garantisce una buona lavorabilità (slump 100–150 mm) senza sanguinamento.

4.2 Calcestruzzo ad alta resistenza (≥40 MPa)

Utilizzato in ponti, colonne e grattacieli, questo mix ha un basso rapporto a/c (0,3–0,45). Il dosaggio ottimale di NBS è pari all’1,0–1,5% in peso del cemento. Una dose dell’1,0% funziona per miscele da 40–50 MPa. Una dose dell’1,5% è migliore per miscele da 50–60 MPa. Questo dosaggio mantiene il crollo (150–200 mm) supportando al contempo l'aumento di forza. Evitare dosi superiori all’1,5%: rischiano la segregazione aggregata.

4.3 Calcestruzzo Autocompattante (SCC)

L'SCC scorre senza vibrazioni, rendendolo ideale per forme complesse. Richiede un'elevata lavorabilità, quindi il dosaggio di NBS varia dall'1,2 al 2,0% in peso del cemento. Dosi inferiori (1,2–1,5%) sono adatte all'SCC con riempitivo calcareo. Dosi più elevate (1,5–2,0%) funzionano per SCC con ceneri volanti o fumi di silice. Testare sempre lo slumpflow (obiettivo: 550–700 mm) per regolare le dosi.

4.4 Calcestruzzo pompato

Il pompaggio richiede un flusso costante per evitare intasamenti dei tubi. Si consiglia 0,7–1,2% di NBS in peso di cemento. Per brevi distanze di pompaggio (<50 m), è sufficiente lo 0,7–0,9%. Per lunghe distanze (>100 m) o sollevamenti verticali, utilizzare 1,0–1,2%. Controllare lo slump all'uscita della pompa (obiettivo: 120–180 mm) per ottimizzare.

5. Linee guida pratiche per l'applicazione delle NBS

Anche i dosaggi corretti falliscono senza una corretta manipolazione. Segui questi passaggi per massimizzare l'efficacia dell'NBS.

1. Esegui prima i test di compatibilità: Miscelare piccoli lotti (5–10 kg) con le dosi NBS proposte. Testare il crollo, il tempo di presa e la resistenza a 7 giorni. Ciò identifica precocemente problemi come l’incompatibilità cemento-NBS.
2. Ordine di aggiunta dei controlli: Aggiungere NBS dopo aver miscelato cemento, aggregati e acqua. Ciò consente una migliore dispersione rispetto all'aggiunta di NBS con ingredienti secchi. Mescolare per 1–2 minuti dopo l'aggiunta di NBS per garantire l'uniformità.
3. Monitorare il crollo in loco: Testare lo slump ogni 30 minuti durante la produzione. Se il crollo scende al di sotto del target, aggiungere in modo incrementale lo 0,1% di NBS. Non aggiungere mai più dello 0,3% in più di NBS: ciò causa segregazione.
4. Regola per gli additivi: Se si utilizzano altri additivi (ad esempio, aeranti), ridurre l'NBS dello 0,1–0,2%. Alcuni additivi interagiscono con NBS potenziandone gli effetti.
5. Conservare correttamente l'NBS: Conservare NBS in contenitori sigillati e freschi. L'esposizione alla luce solare o alle alte temperature ne riduce le prestazioni. I vecchi NBS (oltre 6 mesi) potrebbero richiedere un dosaggio maggiore dello 0,1%.

6. Rischi derivanti da un dosaggio e una mitigazione non corretti dell'NBS

Dosaggi sbagliati portano a costosi fallimenti del calcestruzzo. Riconoscere questi rischi e come risolverli.

6.1 Sottodosaggio (al di sotto dell'intervallo raccomandato)

Il calcestruzzo sottodosato ha una bassa lavorabilità: lo slump scende al di sotto di 50 mm. È difficile da posizionare e vibrare, il che porta alla formazione di favi e vuoti. Ciò riduce la forza del 10-20%.
Mitigazione: aggiungere incrementi NBS dello 0,1% finché il crollo non raggiunge l’obiettivo. Se la miscelazione è completa, utilizzare come supplemento un riduttore d'acqua ad alta portata (HRWR).

6.2 Sovradosaggio (oltre l'intervallo raccomandato)

Il calcestruzzo sovradosato si segrega: gli aggregati si depositano e l'acqua sale in superficie. Ha strati superficiali deboli e scarsa forza di adesione. La durabilità diminuisce, poiché il sanguinamento (sanguinamento) crea pori capillari.
Mitigazione: Aggiungere piccole quantità di cemento secco (1–2% sul peso dell'impasto) per ripristinare la consistenza. Evitare di aggiungere acqua: questo peggiora la segregazione.

7. Conclusione

I superfluidificanti a base di naftalene sono strumenti potenti per le prestazioni del calcestruzzo, ma il loro valore dipende dal dosaggio. Gli ingegneri devono innanzitutto valutare le variabili della miscela (tipo di cemento, rapporto a/c, temperatura) prima di impostare le dosi. Seguire gli intervalli consigliati per calcestruzzo normale, ad alta resistenza, SCC e pompato. Testare sempre piccoli lotti e monitorare il calo in loco per regolarlo secondo necessità. Il corretto dosaggio di NBS garantisce che il calcestruzzo soddisfi le esigenze strutturali, duri più a lungo e riduca al minimo gli sprechi di costruzione. Dando priorità a queste linee guida, i team di costruzione possono realizzare progetti più sicuri ed efficienti.