Un calcestruzzo a polveri reattive che a 28 giorni raggiunge circa 152 MPa di resistenza a compressione, sviluppato con un dosaggio di Portland cemento ridotto e con metà della silica fume abituale: è il risultato della formulazione ottimizzata da Jesús E. Altamiranda-Ramos, Luis Castillo-Suárez, Jesús Redondo-Mosquera e Joaquín Abellán-García, pubblicata su Construction Materials (Vol. 5, pag. 86, doi: 10.3390/constrmater5040086). Al centro del lavoro c’è la criticità più discussa dell’RPC: la dipendenza da quantità elevate di legante, con le conseguenti ricadute ambientali ed economiche.
Il nodo del legante nell’RPC e la proposta con scoria da forno elettrico
Le prestazioni del Reactive Powder Concrete si fondano su resistenze meccaniche e durabilità elevate, ma la formulazione tradizionale richiede dosaggi consistenti di cemento Portland (PC) e di silica fume (MS). Proprio questa dipendenza grava sul bilancio ambientale ed economico del materiale. La risposta prospettata dalla ricerca passa per la sostituzione parziale di entrambi i componenti: da un lato la scoria di forno elettrico ad arco macinata (MEAS), dall’altro la polvere di carbonato di calcio (CCP), inseriti nel legante fino a circa il 20% nel primo caso e a circa il 15% nel secondo.
Disegno sperimentale: CCD, modello MAA e venti miscele
Tre sono le variabili di mix-design poste sotto controllo: il dosaggio di cemento, il rapporto acqua-legante e il contenuto di superfluidificante a base di eteri policarbossilici (PCE). La loro ottimizzazione è stata condotta con un disegno composito centrale (Central Composite Design, CCD), mentre la compattazione granulometrica delle polveri è stata guidata dal modello Modified Andreasen e Andersen (MAA). Il programma sperimentale ha coinvolto 20 miscele, caratterizzate sul piano reologico mediante lo slump flow e su quello meccanico con prove di compressione a 1, 7, 14 e 28 giorni.
Fluidità e resistenza: i numeri delle miscele ottimizzate
L’effetto dei due sostituti si manifesta anzitutto sulla lavorabilità. Con la scoria fino a circa il 20% del legante e il CCP in misura pari a circa il 15%, lo slump flow sale a valori prossimi a 285 mm, mentre la miscela base si ferma attorno ai 230 mm. Sul piano meccanico la formulazione ottimale si porta a circa 152 MPa a 28 giorni, a fronte di un riferimento RPC nell’ordine di 138 MPa; il tutto con un consumo di cemento diminuito di circa il 15% e con la silica fume ridotta al 50% dei dosaggi convenzionali.
I dati di sintesi delle due formulazioni si confrontano come segue.
| Parametro | RPC di riferimento | Miscela ottimizzata |
|---|---|---|
| Slump flow | attorno a 230 mm | attorno a 285 mm |
| Resistenza a compressione a 28 giorni | circa 138 MPa | circa 152 MPa |
| Consumo di cemento | dosaggio convenzionale | ridotto di circa il 15% |
| Silica fume | dosaggio convenzionale | ridotta di circa il 50% |
Superfici di risposta: qualità dell’adattamento e fattori dominanti
L’apparato statistico si regge su modelli quadratici di superficie di risposta costruiti per lo slump flow e per la resistenza a compressione tra 1 e 28 giorni. L’aderenza ai dati sperimentali risulta elevata: ( R^2 ) compreso tra 0.90 e 0.98, ( R^2_{adj} ) tra 0.85 e 0.96, con i test F sui modelli che restituiscono ( p < 0.001 ). L'ottimizzazione statistica si dimostra quindi adeguata a descrivere le risposte del materiale. Quanto alla significatività dei fattori, il dosaggio di cemento emerge come variabile dominante per lo sviluppo di resistenza ( p < 0.05 ), mentre l'interazione tra contenuto di cemento e rapporto acqua-legante condiziona in misura significativa la fluidità della miscela.
Il quadro che ne emerge è pragmatico: con la curva granulometrica governata dal modello MAA e una campagna sperimentale pianificata tramite CCD, scoria da forno elettrico macinata e carbonato di calcio riducono la domanda di legante nell’RPC senza compromettere il comportamento meccanico, aprendo un’alternativa sostenibile per i calcestruzzi a prestazioni ultra elevate.
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