Oltre quale soglia di resistenza un calcestruzzo può dirsi davvero durabile al gelo e disgelo? La domanda è al centro di uno studio condotto da Raid S. Alrashidi, Megan S. Voss, Ali Alsubeai, Emad Alshammari e Kyle A. Riding, pubblicato su CivilEng (doi: 10.3390/civileng6040057), che sposta l’attenzione dagli UHPC proprietari di fascia alta verso miscele non proprietarie, con un occhio alla sostenibilità economica delle formulazioni.
Una soglia di resistenza da definire
La letteratura sul tema si è concentrata quasi esclusivamente su calcestruzzi con resistenze a compressione superiori a 21 ksi, corrispondenti a circa 145 MPa. Prestazioni eccellenti al gelo e disgelo, in quest’ambito, sono acquisite. Resta invece aperta la questione del limite inferiore: al di sotto di quale valore di compressione il materiale cessa di offrire quella durabilità che giustifica l’impiego in climi freddi?
Per rispondere, la ricerca ha prodotto provini non proprietari appartenenti a quattro fasce di resistenza: da 12 a 15 ksi, da 15 a 18 ksi, da 18 a 21 ksi e oltre 21 ksi, ovvero da 83 fino a oltre 145 MPa. In tutte le miscele è stato inserito l’1,5% di fibre d’acciaio.
Tre regimi di cura a confronto
Il programma sperimentale non si è limitato alla variabile resistenza. Ogni miscela è stata sottoposta a tre diversi regimi di maturazione:
- cura in acqua di calce in camera a nebbia;
- cura simulata da precompressaggio, tipica della produzione in impianto;
- cura a vapore.
Questa impostazione consente di isolare l’influenza del ciclo di cura, parametro di primo ordine per chi lavora nel prefabbricato, dove la vaporecultura è spesso indispensabile per i tempi di rotazione dei casseri.
Gelo e disgelo secondo ASTM C666
La durabilità al gelo e disgelo è stata valutata secondo ASTM C666, procedura di riferimento per la resistenza al congelamento rapido in acqua. I risultati delineano una soglia netta: tutte le miscele con resistenza a compressione superiore a 15 ksi, circa 103 MPa, hanno mostrato un comportamento eccellente, senza rilevazione di danno. Nessuna garanzia, invece, alla fascia più bassa, dove il ciclo di cura a vapore ha prodotto un effetto negativo sulle prestazioni al gelo e disgelo.
Il dato più operativo per i progettisti è la soglia dei 15 ksi: al di sotto, la cura a vapore può compromettere la durabilità al gelo anche in presenza di fibre d’acciaio.
DSC e MIP per capire il meccanismo
Oltre alle prove di durabilità, la ricerca ha approfondito il meccanismo fisico del comportamento al gelo mediante due tecniche di caratterizzazione microstrutturale. La calorimetria differenziale a scansione a bassa temperatura (DSC) e la porosimetria a intrusione di mercurio (MIP) sono state impiegate per mettere in relazione la struttura porosa del calcestruzzo indurito con la risposta ai cicli di congelamento.
È il passaggio che interessa direttamente chi formula miscele UHPC non proprietarie: la resistenza a compressione, da sola, non spiega il comportamento. La distribuzione e la dimensione dei pori, che i regimi di cura modificano in modo differenziato, determinano la quantità di acqua gelificabile e le pressioni generate nei capillari durante il congelamento.
Implicazioni per specifiche e produzione
Per chi redige capitolati o specifiche tecniche, i risultati suggeriscono cautela nell’estendere per analogia le prestazioni note degli UHPC di fascia alta a miscele meno ricche. Se la resistenza target scende sotto i 103 MPa circa, il regime di cura diventa una variabile critica da prescrivere esplicitamente, in particolare laddove si preveda l’uso di vaporecultura in stabilimento. L’impiego di miscele non proprietarie, con componenti commercialmente disponibili, resta un percorso interessante per rendere l’UHPC accessibile a più applicazioni, ma la fascia di resistenza e il ciclo di maturazione vanno dimensionati insieme.
Lo studio di Alrashidi e colleghi fornisce un riferimento quantitativo per una domanda finora priva di risposta sistematica: a partire da 103 MPa circa, il gelo e diseglio non produce danno apprezzabile; al di sotto, la cura a vapore può diventare un punto debole. Un dato che prefabbricatori e progettisti di strutture in ambienti congelanti potranno utilizzare direttamente.
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