Dosaggi dello 0,052% di trietanolammina (TEA), dell’1,08% di urea e dello 0,194% di fibre di polipropilene (PPF): è questa la combinazione che consente a un calcestruzzo cellulare (foamed concrete) maturato in cicli termici tra -5 °C e +5 °C di raggiungere 1,088 MPa di resistenza a compressione a tre giorni, 1,342 MPa a sette giorni e 2,301 MPa a 28 giorni. Alla base di questi valori c’è una campagna sperimentale firmata da Yufeng Xian, Yaning Zhang, Zunqing Liu, Haiwei Xie e Yifei Wang, pubblicata sulla rivista Infrastructures (doi: 10.3390/infrastructures11080281), dedicata al comportamento del materiale quando la maturazione avviene in regime di basse temperature.
Freddo, idratazione rallentata e resistenze giovanili
Nelle regioni fredde la bassa temperatura frena la reazione di idratazione del cemento: la chimica rallenta e il calcestruzzo cellulare, impiegato ad esempio nei sottofondi, sviluppa con lentezza la resistenza nei primi giorni di vita. Ritardo di idratazione e limitata resistenza iniziale costituiscono i due ostacoli tecnici che la ricerca affronta, con un’indagine che copre sia le proprietà meccaniche sia la microstruttura del materiale sottoposto a cicli di cura tra -5 °C e +5 °C.
Dal fattore singolo alle superfici di risposta
Il programma sperimentale procede su due livelli. Una prima serie di prove a fattore singolo isola l’effetto di TEA, urea e PPF sulle prestazioni meccaniche del materiale. Sui risultati viene poi costruita un’ottimizzazione con la metodologia delle superfici di risposta (RSM): dai dosaggi dei tre componenti derivano modelli di regressione sulla resistenza a compressione (CS), utilizzati per individuare la miscela ottimale in condizioni di cura a bassa temperatura.
Effetti non lineari dei dosaggi e ordine di importanza
Nessuno dei tre componenti agisce in modo lineare sulla resistenza a compressione: per TEA, urea e PPF il parametro cresce all’aumentare del dosaggio fino a un valore di picco, oltre il quale tende a ridursi. Una non linearità che rende determinante la definizione precisa delle quantità in miscela.
Sul fronte della lavorabilità si distingue l’urea: all’aumentare del suo dosaggio cresce la fluidità del calcestruzzo fresco. La sensibilità della resistenza ai dosaggi dei tre componenti segue inoltre una scala precisa, con il trietanolammina come fattore più influente, le fibre di polipropilene al secondo posto e l’urea all’ultimo.
La miscela ottimale e l’andamento delle resistenze
L’ottimizzazione con RSM individua la formulazione di riferimento: 0,052% di TEA, 1,08% di urea e 0,194% di PPF. Con questa miscela, la resistenza a compressione raggiunge 1,088 MPa a tre giorni, 1,342 MPa a sette e 2,301 MPa a 28 giorni, con misure effettuate durante la maturazione in cicli termici tra -5 °C e +5 °C. Numeri che offrono un quadro quantitativo per valutare lo sviluppo delle prestazioni nelle prime settimane di vita del materiale in clima freddo.
La conferma dalla microstruttura
Le osservazioni al microscopio elettronico a scansione (SEM) e le analisi di diffrazione dei raggi X (XRD) spiegano perché la miscela ottimizzata funziona. Gli additivi compensano il ritardo di idratazione indotto dalle basse temperature: la formazione di ettringite acicolare (AFt) risulta abbondante e i gel C-S-H si sviluppano intrecciandosi con i cristalli di AFt in una rete densa. È questa microstruttura compatta la fonte della resistenza più elevata misurata sul materiale.
Riferimenti operativi per i sottofondi in zone fredde
Per la costruzione a bassa temperatura dei sottofondi in calcestruzzo cellulare nelle regioni fredde, la ricerca fornisce una base teorica e un supporto tecnico. I dosaggi ottimali, l’ordine di importanza dei componenti e le resistenze attese a tre, sette e 28 giorni costituiscono valori di riferimento quantificati per chi deve impostare una miscela destinata a indurire in cicli termici attorno allo zero.
Il valore del lavoro sta anche nell’impostazione metodologica: prove a fattore singolo e ottimizzazione con superfici di risposta, affiancate alle verifiche microstrutturali, permettono di quantificare l’interazione tra più additivi superando i dosaggi scelti per sola esperienza. Un approccio trasferibile a ogni contesto in cui il calcestruzzo cellulare debba maturare con temperature che oscillano tra valori negativi e poco sopra lo zero.
Lascia un commento