Indurimento (calcestruzzo)

L'indurimento (in inglese hardening) è un processo, che ha inizio subito dopo la presa, durante il quale un conglomerato a base cementizia, come il calcestruzzo o le malte di cemento, a seguito di una serie di interazioni fisiche e chimiche tra cemento e acqua d'impasto, nel giro di un giorno assume la rigidità tipica di una pietra naturale e sviluppa una apprezzabile resistenza meccanica.

Al contrario della presa, l'indurimento prosegue indefinitamente nel tempo, anche se dopo alcune settimane gli impasti a base di cemento raggiungono già resistenze meccaniche assai vicine a quelle raggiungibili a distanza di anni. Normalmente tale fase si considera conclusa entro i primi 28 giorni, poiché dopo tale periodo si è sviluppato oltre il 90% della resistenza meccanica complessiva.

Questo periodo può essere variato aggiungendo all'impasto opportuni additivi. L'indurimento è fortemente influenzato dal tipo di cemento e dalla temperatura.

Lo stesso argomento in dettaglio: Stagionatura del calcestruzzo.

Le temperature più favorevoli per l'indurimento e per lo sviluppo delle resistenze meccaniche sono comprese tra 18 e 25 °C.

Infatti, le prove previste dalle norme UNI (UNI EN 197/1) eseguite sulle malte, per la classificazione meccanica dei cementi, e quelle (UNI EN 206) su cubetti, per la determinazione della resistenza meccanica (Rck) dei calcestruzzi, devono essere eseguite su materiali stagionati in condizioni termo-igrometriche standard ed in particolare a 20 °C.

Nella pratica di cantiere però i calcestruzzi sono gettati e stagionati a temperature talvolta molto diverse dai 20 °C.

Le temperature più elevate accelerano le reazioni di idratazione del cemento e quindi l'indurimento. Particolarmente favorevole è il caldo umido fino a 90 °C (indurimento in vapore).

A parità di umidità ambientale, nel breve tempo (da 1 a 7 giorni), la resistenza meccanica del calcestruzzo stagionato ad una temperatura di 30 °C risulta maggiore di quella ottenibile con la temperatura standard, anche se poi a lunga scadenza (tempi >> 28 gg) la resistenza risulta invece inferiore rispetto a quella a 20 °C; questo è dovuto ad una peggiore qualità dei silicati idrati di calcio che sono i responsabili della resistenza meccanica del conglomerato.

Le temperature sotto +18 °C invece rallentano l'indurimento, quelle inferiori a +5 °C lo ritardano notevolmente. Di contro la resistenza meccanica ottenuta a basse temperature (10 °C) nel lungo tempo (>> 28 gg) risultano maggiori di quelle ottenibili a temperatura standard, questo si spiega con la produzione di silicati idrati di calcio di qualità migliore. Sotto i +5 °C in caso di pericolo di gelo vanno previsti provvedimenti cautelativi come:

• riscaldamento degli inerti e dell'acqua;
• copertura delle strutture con teloni.

Se la temperatura scende sotto 0 °C, l'acqua di impasto, ancora liquida, si trasforma in ghiaccio nel calcestruzzo ancora poco resistente meccanicamente e quindi si verifica una disgregazione irreversibile dovuta all'aumento di volume (circa 9%) dell'acqua. Sotto i -10 °C circa il processo di presa cessa.

Con l'indurimento a vapore (steam curing) si possono raggiungere molto rapidamente resistenze elevate. il calcestruzzo presenta però un post-indurimento ridotto, per cui la sua resistenza finale può risultare inferiore del 10% rispetto ai provini della stessa miscela di calcestruzzo induriti normalmente.

Con lo steam curing è importante un lento raffreddamento, altrimenti si producono fessurazioni in corrispondenza della superficie a causa dell'insorgere di autotensioni.

Se si utilizza il trattamento in vapore sotto pressione (high pressure steam curing), ad almeno 3 bar, si ottiene un indurimento rapidissimo e la resistenza finale ne risulta incrementata.

Considerando una temperatura normale, cioè di + 20 °C, i vari tipi di cemento hanno un indurimento nel tempo diverso e questo si ripercuote sullo sviluppo della resistenza nel tempo. L'influenza del tipo di cemento è però poco significativa sul valore della resistenza finale del calcestruzzo.

La presenza di nitrati nel calcestruzzo accelera i tempi di presa ed indurimento nella pasta cementizia.

La presenza di glucidi, solfati, piombo e zinco, ritardando la cinetica di idratazione del cemento, rallenta i tempi di presa ed indurimento. Queste proprietà vengono sfruttate per la produzione di additivi.

Dal tempo di indurimento necessario al raggiungimento della resistenza meccanica minima di progetto per sopportare le azioni a cui dovrà essere immediatamente assoggettata la struttura, quindi dalle temperature e dal tipo di cemento, dipendono nella pratica gli intervalli idonei per il disarmo. In generale, solitamente dopo circa 24 ore è già possibile togliere la cassaforma.

• V. Alunno Rossetti, Il Calcestruzzo, Materiali e tecnologia, McGraw&Hill, III edizione.
• F. Leonhardt, E. Monnig, Le basi del dimensionamento nelle costruzioni di cemento armato, vol. I, ETS.

• Presa (edilizia)
• Calcestruzzo
• Malta (materiale)
• Stagionatura del calcestruzzo

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