Le proprietà del calcestruzzo sono un elenco delle qualità che il calcestruzzo possiede. La definizione di queste proprietà aiuta a chiarire la capacità del calcestruzzo di fornire integrità strutturale, durabilità e funzionalità in vari progetti di costruzione o di progettazione. Poiché il calcestruzzo è un materiale ampiamente utilizzato, conoscere le sue varie proprietà è essenziale per i professionisti dell'edilizia e i proprietari di case che lo utilizzano regolarmente o periodicamente.
Comprendere queste qualità concrete consentirà a chiunque di considerare la progettazione vitale e l'integrità strutturale, la corretta selezione dei materiali, garantire prestazioni e durata e consentire l'innovazione e l'ottimizzazione.
Quali sono le proprietà del calcestruzzo?
Le proprietà del calcestruzzo possono essere suddivise in due gruppi principali: quelle che presenta allo stato liquido e quelle che presenta allo stato indurito.
Proprietà del calcestruzzo fresco (forma liquida)
Il calcestruzzo mostra determinate qualità subito dopo il processo di idratazione, ovvero i cambiamenti chimici che iniziano dopo che il cemento è stato miscelato con l'acqua. Le proprietà del calcestruzzo nella sua forma liquida o pastosa sono lavorabilità, tempo di presa, sanguinamento e segregazione.
Lavorabilità
La proprietà di lavorabilità descrive la facilità con cui può essere miscelato, trasportato, posizionato e compattato senza eccessiva segregazione o sanguinamento. Questa proprietà misura la facilità con cui il calcestruzzo può essere modellato e modellato durante il processo di costruzione. Numerosi fattori, tra cui il contenuto di acqua, il tipo e le dimensioni dell'aggregato, il tipo e la quantità di cemento, gli additivi, il tempo e il metodo di miscelazione, influenzano la lavorabilità del calcestruzzo.
Progetti diversi richiedono misure diverse di fattibilità. Valutando la lavorabilità del calcestruzzo, i professionisti dell'edilizia possono decidere quale calcestruzzo è il migliore per un particolare progetto. La lavorabilità viene valutata attraverso varie misure tra cui uno slump test, un test Vee-bee o un test del fattore di compattazione a seconda del tipo di calcestruzzo.
Tempo di impostazione
Il tempo di presa del calcestruzzo è il tempo necessario affinché il calcestruzzo liquido si trasformi in uno stato solido. Questa è una proprietà importante perché determina la gestione, il posizionamento e la finitura di un progetto. Molti fattori possono influenzare il tempo di presa del calcestruzzo, incluso il tipo di calcestruzzo, il rapporto d'acqua, la temperatura ambiente e gli additivi aggiuntivi.
Il tempo di presa ha due fasi distinte: il tempo di presa iniziale e il tempo di presa finale. Il tempo di presa iniziale è il tempo impiegato dal calcestruzzo per passare dalla sua forma plastica ad una forma non più modificabile. Questa è la fase iniziale in cui il calcestruzzo acquisisce forza e rigidità. I produttori misurano il tempo di presa iniziale utilizzando un ago Vicat o altri test di resistenza alla penetrazione.
L'impostazione finale è il tempo necessario affinché il calcestruzzo diventi completamente rigido e pronto a sopportare carichi pesanti. Questa volta segna la fine del processo di presa e l'inizio di altri processi come la polimerizzazione o la rimozione della forma. I produttori di calcestruzzo lo misurano mediante test di resistenza alla penetrazione.
Sanguinamento
La proprietà del sanguinamento spiega il fenomeno nel calcestruzzo liquido o plastico dove l'acqua si separa dall'impasto del calcestruzzo e risale in superficie. Ciò crea un accumulo di acqua sulla superficie del calcestruzzo. Il sanguinamento nel calcestruzzo è causato dalla sedimentazione delle particelle solide a causa della gravità, che porta allo spostamento dell'acqua. Un sanguinamento eccessivo non è vantaggioso per il calcestruzzo in quanto può causare deformazione superficiale e riduzione della resistenza e della durata.
I produttori di calcestruzzo testano i loro prodotti per determinarne le qualità di spurgo utilizzando test particolari come il test del cilindro di spurgo o il test della piastra di pressione. I costruttori possono determinare e mitigare il sanguinamento in base al tipo di calcestruzzo, alla minore quantità di acqua, all'uso di un aggregato più fine e all'uso di additivi che riducono l'acqua.
Segregazione
La segregazione nel calcestruzzo si riferisce alla distribuzione non uniforme degli ingredienti nella miscela di calcestruzzo. Ciò avviene quando le particelle solide presenti nell'impasto, come l'aggregato, si separano dagli altri ingredienti come la pasta di cemento.
Numerosi fattori possono influenzare la segregazione nel calcestruzzo, tra cui la dimensione e la densità degli aggregati, le proporzioni della miscela di calcestruzzo, una movimentazione e/o un trasporto impropri e un consolidamento o vibrazioni inadeguati. Le conseguenze della segregazione nel calcestruzzo sono la non uniformità della miscela che può influire sull'integrità strutturale e sulla durabilità. Può anche causare difetti superficiali. Alcuni dei test utilizzati dai produttori per determinare la segregazione nel calcestruzzo sono il test di stabilità del setaccio e il test della tavola di flusso.
Proprietà del calcestruzzo indurito
I produttori di calcestruzzo testano il calcestruzzo indurito a intervalli periodici per testarne le proprietà specifiche, solitamente dopo che il calcestruzzo è stato lasciato indurire.
Forza
La proprietà di resistenza del calcestruzzo misura la sua capacità di resistere alla forza pur mantenendo la sua integrità strutturale. Questa è una delle proprietà più vitali nel determinarne l'uso e la gamma di progetti adatti. Per il calcestruzzo standard, la resistenza viene misurata dopo 28 giorni, un periodo di tempo sufficiente per sviluppare una resistenza significativa.
Resistenza alla compressione – La proprietà della resistenza alla compressione è la misura della capacità del calcestruzzo di resistere alla forza di compressione senza cedere. È il carico massimo che il calcestruzzo può sopportare prima che si rompa, si deformi o crolli. Gli standard del settore misurano la resistenza alla compressione in termini di megapascal (MPa) o libbre per pollice quadrato (psi). Resistenza alla trazione – La resistenza alla trazione è la quantità di allungamento che il calcestruzzo può sopportare prima di subire danni. La resistenza alla compressione è la più importante nel calcestruzzo, ma comprendere la resistenza alla trazione è vitale per alcune applicazioni. La resistenza alla trazione del calcestruzzo è solitamente molto inferiore alla sua resistenza alla compressione. La resistenza alla trazione è una proprietà importante nei progetti precompressi. Resistenza alla flessione – La resistenza alla flessione è la capacità del calcestruzzo di resistere a forze di flessione o di trazione. Questa proprietà dipende dalla resistenza alla trazione del calcestruzzo. La resistenza alla flessione è anche chiamata “modulo di rottura”. Questo termine si riferisce alla massima sollecitazione a rottura in una prova di flessione per una trave o prisma di cemento. Resistenza al taglio – La resistenza al taglio è una proprietà che misura la capacità del calcestruzzo di resistere alle forze che fanno scivolare o deformare uno strato di calcestruzzo parallelamente a un altro strato. Ciò può verificarsi quando travi, pilastri o solette in calcestruzzo sono soggetti a sollecitazioni torsionali o di flessione.
Durabilità
La durabilità è la proprietà che spiega la capacità del calcestruzzo di resistere al deterioramento e di mantenere le sue qualità estetiche e prestazionali. Questa proprietà è una componente fondamentale quando progettisti e architetti progettano strutture destinate a durare. La rottura del calcestruzzo può avvenire per cause fisiche, chimiche o meccaniche. Numerosi fattori influenzano la durabilità del calcestruzzo, tra cui l’esposizione ambientale, la miscela di calcestruzzo, il rapporto acqua-cemento, la progettazione strutturale, la corretta stagionatura e le pratiche di trasporto e costruzione di qualità.
I produttori di calcestruzzo testano la durabilità del calcestruzzo attraverso test di laboratorio e monitoraggio sul campo. Testano la permeabilità del calcestruzzo, la resistenza alla penetrazione degli ioni cloruro, la reattività alcali-silice, la resistenza ai solfati, la resistenza alla carbonatazione e la resistenza ai cicli di gelo-disgelo.
Densità
La proprietà della densità del calcestruzzo misura la sua massa per unità di volume. È un numero che spiega quanto materiale è imballato in un dato spazio. La densità influisce sulla resistenza, sulla durabilità, sulle proprietà termiche e sul comportamento strutturale del calcestruzzo. I componenti di una miscela di calcestruzzo ne determinano la densità. Ciò include il tipo e la quantità di aggregati, cemento, acqua ed eventuali materiali supplementari.
Maggiore è la densità del calcestruzzo, maggiore è la resistenza alla compressione e maggiore la massa termica. La densità influenzerà la lavorabilità del calcestruzzo. Il calcestruzzo ad alta densità richiede più esperienza nella miscelazione e nella manipolazione.
Restringimento
Per ritiro si intende la proprietà che descrive la riduzione di volume o dimensione del calcestruzzo indurito a causa della reazione chimica o del processo di essiccazione. Questo è un evento naturale che accade quando l'acqua evapora dalla miscela di calcestruzzo. Il ritiro può portare a crepe e deformazioni nella struttura in calcestruzzo.
Le aziende produttrici di calcestruzzo testano il loro calcestruzzo per comprenderne il potenziale comportamento di ritiro. Sono in grado di fornire raccomandazioni per aiutare i costruttori a ridurre il ritiro del calcestruzzo attraverso un'adeguata progettazione della miscela e pratiche di stagionatura, posizionamento fondamentale dei giunti, rinforzi aggiuntivi e additivi che riducono la tensione superficiale dell'acqua all'interno del calcestruzzo per consentire un'asciugatura più uniforme.
Permeabilità
La proprietà di permeabilità si riferisce alla capacità del calcestruzzo di consentire all'acqua e ad altri liquidi di passare attraverso la sua struttura dei pori. Questa qualità influisce direttamente sulla durabilità e sulle prestazioni del calcestruzzo. La permeabilità del calcestruzzo è influenzata dal rapporto acqua/calcestruzzo, dalla gradazione dell'aggregato, dai materiali cementizi, dal tempo di stagionatura e da alcuni additivi.
Sia il calcestruzzo ad alta che quello a bassa permeabilità sono preziosi in determinati contesti, sebbene il calcestruzzo a bassa permeabilità sia più forte e più durevole. Il calcestruzzo ad alta permeabilità è chiamato calcestruzzo poroso o permeabile. Gli ingegneri utilizzano questo tipo di calcestruzzo nelle applicazioni di gestione delle acque.
Proprietà termali
Le proprietà termiche si riferiscono alla capacità del calcestruzzo di condurre, immagazzinare e resistere al flusso di calore. L’immobile gioca un ruolo significativo nell’efficienza energetica e nella prestazione termica di una struttura. Esistono diverse misure che determinano le proprietà termiche di un particolare tipo di calcestruzzo.
Conduttività termica – La conduttività termica misura il modo in cui un materiale conduce il calore. Il calcestruzzo non conduce bene il calore, ma più è denso, migliore è la conduzione del calore. Resistenza termica – La resistenza termica, anche il valore R, rappresenta la capacità del calcestruzzo di resistere al flusso di calore. Questo è l'opposto della conduttività. Massa termica – Il calcestruzzo ha un’elevata massa termica che si riferisce alla sua capacità di immagazzinare e assorbire calore. Ciò è utile per regolare la temperatura dall'interno all'esterno. Espansione e contrazione termica – Il calcestruzzo può espandersi o contrarsi con i cambiamenti di temperatura. Sebbene si tratti di cambiamenti relativamente piccoli per il calcestruzzo, gli ingegneri devono tenerne conto nella progettazione della struttura per accogliere questi piccoli movimenti.
I produttori di calcestruzzo utilizzano vari test per determinare le proprietà termiche del calcestruzzo, inclusi test di conducibilità termica, calorimetria a scansione differenziale (DSC) e calcoli di resistenza termica.
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