Produzione di calcestruzzi

IL CALCESTRUZZO

produzione calcestruzzi

cls

Il calcestruzzo è un conglomerato artificiale costituito da una miscela di legante, acqua e aggregati (sabbia e ghiaia) e con l'aggiunta, secondo le necessità, di additivi e/o aggiunte minerali che influenzano le caratteristiche fisiche o chimiche del conglomerato sia fresco che indurito.

Attualmente il legante utilizzato per confezionare calcestruzzi è il cemento, ma in passato sono stati realizzati calcestruzzi che utilizzavano leganti differenti come la calce aerea o idraulica.
Raramente è stato utilizzato anche il gesso per realizzare calcestruzzi "poveri".
Il calcestruzzo fresco viene gettato all'interno dei casseri e costipato con vibratori, ma esistono formulazioni moderne del calcestruzzo dette autocompattanti (SCC) che non richiedono la costipazione.
Il cemento, idratandosi con l'acqua, fa presa e indurisce conferendo alla miscela una resistenza tale da renderla assimilabile ad una roccia.
È oggi utilizzato per realizzare le parti strutturali di un edificio ed è il materiale da costruzione più impiegato nel mondo

 

Calcestruzzo
Superficie del calcestruzzo
Superficie del calcestruzzo
Calcestruzzo fresco
Calcestruzzo fresco
Caratteristiche generali
Composizione Conglomerato costituito principalmente da legante, acqua e aggregati
Aspetto grigio opaco
Stato di aggregazione (in c.s.) solido
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.) 2,4
Porosità 0÷40% in volume

 

LA STORIA DEL CALCESTRUZZO

cls4

Storia del calcestruzzo
L'invenzione del calcestruzzo e le sue migliorie nel tempo
Il notevole pregio riconosciuto al calcestruzzo dai suoi primi utilizzatori era la possibilità di ottenere rocce artificiali di qualsivoglia forma.
È difficile precisare quali siano le origini della tecnica di costruire in conglomerato, poiché pare che già gli Assiri e gli Egizi realizzassero costruzioni impiegando materiale minuto. Anche i Greci conoscevano questa tecnica, avendola utilizzata per la realizzazione dell'acquedotto di Argo, del serbatoio di Sparta ed altre costruzioni di cui rimane ancora traccia.
Furono però i Romani a darle grande impulso, utilizzandola per la realizzazione di un notevole numero di opere, ancora oggi in buono stato di conservazione. I romani impiegavano il calcestruzzo nelle costruzioni di strade, nelle fondazioni e nelle costruzioni murarie. Le tecniche dell'opus incertum, dell'opus reticulatum e dell'opus caementicium sono descritte da Vitruvio nel suo De Architectura. L'opus caementicium consisteva nell'elevare muri deponendo strati sovrapposti di malta e materiali inerti. I paramenti esterni in mattoni o pietre squadrate, che fungevano da casseri permanenti, venivano rapidamente riempiti di malta, all'interno della quale erano conficcati rottami di pietra o mattone.
Anche l'invenzione del legante non è di epoca romana, dato che può essere fatta risalire al III millennio a.C., quando in Egitto era utilizzata la malta di gesso per la realizzazione di paramenti murari in conci di pietra. Fino a quando il legante della malta era costituito soltanto dalla calce, l'indurimento del calcestruzzo avveniva con estrema lentezza, poiché il progressivo consolidamento di una malta a base di calce è dovuto alla reazione dell'idrossido di calcio con l'anidride carbonica presente nell'aria con la successiva produzione di carbonato di calcio. Essendo quasi nulla la possibilità di contatto tra la calce idrata interna all'opus caementicium e l'anidride carbonica presente nell'aria, la reazione avveniva molto lentamente con prodotti finali a bassa resistenza. In alcune antiche costruzioni murarie in calcestruzzo confezionato con legante a base di calce sono state trovate, anche a distanza di vari secoli, quantità significative di calce non ancora trasformata in carbonato di calcio e quindi non ancora indurita.
L'opus caementicium fu portato al massimo grado di perfezione a partire dal I secolo a.C. quando la sabbia costituente la malta venne sostituita in parte o in tutto da pozzolana (pulvis puteolana) o da cocciopesto. La scoperta della pozzolana segnò una rivoluzione nella realizzazione di opere murarie. Dice infatti Vitruvio nel II libro del De Architectura che la pozzolana di Baia o di Cuma fa gagliarda non solo ogni specie di costruzione ma in particolare quelle che si fanno in mare sott'acqua. Grazie al comportamento pozzolanico della pozzolana e del cocciopesto il calcestruzzo faceva presa ed induriva, anche in acqua, senza la necessità del contatto con l'aria, consentendo così la produzione di malte ad alta resistenza e rapido indurimento.
Con la caduta dell'Impero Romano iniziò, soprattutto lontano da Roma, un inesorabile declino nella qualità delle costruzioni e la maniera di realizzare calcestruzzo come facevano i Romani venne dimenticata perché fu abbandonato l'impiego della pozzolana. Tale declino proseguì per tutto il medioevo. Durante il medioevo venne progressivamente dimenticata la tecnologia del calcestruzzo in favore di più semplici metodologie costruttive, sostituendo il legante cemento con grassello di calce.
Con il risveglio umanistico, soprattutto dopo il XIV secolo, si tradussero e si rilessero i testi latini di Plinio il Vecchio e di Vitruvio. È del 1511 la riedizione del De Architectura curata da un domenicano, Giovanni Monsignori (Fra' Giocondo). A questa seguirono numerosissime altre traduzioni, che contribuirono a chiarire sempre più il segreto di fare il calcestruzzo secondo i Romani. Così, soprattutto in Francia del Settecento, si riscoprì l'arte del ben costruire opere in calcestruzzo.
In questo continuo avvicinamento all'odierno calcestruzzo di cemento, vi fu la scoperta rivoluzionaria della calce idraulica da parte dell'ingegnere britannico John Smeaton. Questi, nella realizzazione del faro di Eddystone utilizzò, al posto della miscela calce - pozzolana, la prima calce idraulica da lui ottenuta dalla cottura di calcare contenente una discreta quantità (circa 11%) di impurezze argillose.
La scoperta della calce idraulica segna la transazione dal calcestruzzo romano a quello moderno, giacché gli sperimentatori, soprattutto con l'ausilio della nuova scienza chimica appena nata con Lavoisier sono in grado di governare un nuovo processo di sintesi che porterà prima alla calce idraulica artificiale e più tardi al moderno cemento Portland. Infatti, una volta scoperto che le impurità di silice e allumina, presenti nell'argilla che accompagnano naturalmente alcuni calcari, sono responsabili della formazione dei silicati ed alluminati di calcio capaci di indurire sott'acqua, iniziarono le sperimentazioni nella cottura di miscele artificiali di calcare e argilla a temperatura sempre più elevata fino ad arrivare ad una rudimentale scarificazione del prodotto finale.
Soprattutto in Inghilterra ed in Francia, tra la fine del Settecento e l'inizio dell'Ottocento, fiorirono invenzioni, brevetti ed iniziative industriali che portarono alla produzione dei primi leganti idraulici industriali, chiamati cementi. In particolare nel 1796 Parker fabbrica il primo cemento a presa rapida (cemento Parker o cemento romano), cuocendo nei suoi forni da calce le concrezioni marnose contenute nelle argille del Tamigi, mentre nel 1800 Lesage ottiene un materiale idraulico di alta resistenza calcinando i ciottoli calcarei di Boulogne sur Mer.
Generalmente lo spartiacque che segna la transizione tra la calce idraulica di Smeaton e il cemento Portland realizzato viene fissato al 1818, data nella quale l'ingegnere Vicat definisce la formula della calce idraulica artificiale.
Il primo industriale ad aver fabbricato cemento idraulico a lenta presa pare sia stato, nel 1824, un fornaciaro di York, Joseph Aspidin, il quale diede al prodotto il nome di cemento Portland, a causa della somiglianza tra la malta e il conglomerato formati con quel cemento con un calcare compatto dell'isola di Portland in Inghilterra.
Nel 1844 J.C. Johnson mise in evidenza l'importanza dei processi di cottura ad alte temperature che portavano alla formazione del clinker, prodotto finale del procedimento. Infatti, mentre per la cottura della calce idraulica si richiedono 600 - 700 °C, si devono raggiungere i 1600 °C e più per ottenere i cementi a lenta presa, poiché deve prodursi un principio di vetrificazione.
Nel 1860 M. Chatelier stabilì la composizione chimica del cemento consentendo così la produzione industrializzata del calcestruzzo.

L'invenzione del calcestruzzo armato
La notevole diffusione del calcestruzzo si è però avuta con l'avvento del calcestruzzo armato. Il composto infatti ha ottima resistenza a compressione ma scadente resistenza a trazione e questo ne ha limitato l'uso per decenni.
La data di nascita del calcestruzzo armato è difficilmente individuabile, ma certamente è nel XIX secolo, grazie alla rivoluzione industriale che portò ad un'eccezionale produzione dei due materiali costituenti: acciaio e cemento, che si è avuto la sua diffusione su vasta scala.
Da un punto di vista strettamente tecnico, l'idea di utilizzare il ferro quale materiale resistente a trazione in abbinamento con altri materiali resistenti a compressione, quali la pietra, si può trovare già nei secoli XVII e XVIII in Francia. Esempi di tale abbinamento sono il Colonnato Est del Louvre realizzato da Perrault e il pronao della chiesa di Saint Genevieve a Parigi realizzato da Rondelet. Le evidenti difficoltà insite nell'unione dell'acciaio con la pietra hanno limitato l'uso di tale tecnologia a poche opere di particolare interesse ed impegno. L'idea statica però ha successivamente trovato pratica realizzazione quando si è abbinato l'acciaio ad un materiale plastico quale è il conglomerato cementizio. Già a partire dalla fine del XVIII secolo, il principio viene descritto e sperimentato da numerosi costruttori quali Loriot, Fleuret, e Raucourt de Charleville. Comunque, solo dal 1845, con l'inizio della produzione industriale del cemento artificiale, i tentativi acquistano maggiore importanza.
Nel 1847 Coignet progetta la prima copertura in cemento gettato in casseforme e armato con ferri profilati. Sempre nel 1847 J.L. Lambot progetta un'imbarcazione il cui scafo è ottenuto attraverso il getto di un sottile involucro di calcestruzzo su una maglia di ferri piatti. Lo scafo viene esposto all'Esposizione Universale di Parigi del 1855.
L'idea chiave del cemento armato: assegnare alle armature il ruolo di elementi tesi in una trave soggetta a flessione va fatta comunque risalire al brevetto del 3 novembre 1877 di Joseph Monier, giardiniere alla Orangerie di Versailles. Con la soletta Monier, il sistema Monier si afferma in Europa negli anni a cavallo del secolo. Il sistema Monier però non è basato su alcuna teoria o approccio sperimentale. Solo nel 1886 le prime analisi teorico - sperimentali sistematiche sulle strutture in cemento armato furono pubblicate dall'ing. Matthias Koenen su una rivista tecnica tedesca. L'anno successivo Koenen e l'ing. G.A. Wayss terminarono la stesura del testo Das System Monier, prima pubblicazione sulla teoria delle strutture in cemento armato.
Nei primi anni dell'impiego reale del calcestruzzo armato, la leadership nel suo sviluppo commerciale fu assunta, soprattutto in Germania e in Austria, dalla ditta Wayss e Freytag con il sistema Monier. Tale situazione rimase inalterata siano al 1892 quando a Parigi esordì un apprendista muratore, François Hennebique. Nel 1892, a cinquant'anni, Hennebique brevettò il sistema Hennebique, che raccoglieva le idee fondamentali del suo autore, selezionate nei suoi anni di attività. In questo sistema la trave era armata con ferri tondi filanti sulla faccia inferiore; alcuni di essi, in prossimità degli appoggi erano rialzati per far fronte agli inevitabili momenti negativi. Ma la caratteristica più saliente del sistema era la presenza di ferri piatti sagomati a U, i qual, disposti a collegare le armature tese con il calcestruzzo compresso, avevano la funzione di staffe, atte ad assorbire gli sforzi taglianti. Con tali caratteristiche il brevetto Hennebique riassumeva le migliori scoperte dei precedenti venti anni di attività nel settore. Sul suo brevetto Hennebique costruì un impero imprenditoriale e nel 1896 fondò anche la rivista Le Beton Armè, sulla quale venivano pubblicati articoli informativi ad alto contenuto scientifico.
A seguito dei problemi derivanti dalla edificazione dei manufatti costruiti per l'Exposition Universelle del 1900, la Commissione del Cemento Armato elaborò la Circolare Ministeriale del 20 ottobre 1906. Con le Istituzioni Ministeriali il materiale fu sottratto così al controllo dei possessori di brevetti e fu quindi messo a disposizione di ogni imprenditore.

L'era moderna
Una decisa evoluzione della qualità del calcestruzzo si è avuta con il passaggio dal calcestruzzo a dosaggio nel quale il progettista indicava quantitativamente le caratteristiche principali della miscela tali da garantire un prestabilito Rck (m3 di sabbia, m3 di ghiaia, kg, tipo e classe di resistenza del cemento) al calcestruzzo a resistenza nel quale il progettista indicava solo la classe di resistenza del calcestruzzo (Rck).
Recentemente si parla di calcestruzzo a prestazione [4] , poiché risulta necessario garantire al calcestruzzo anche una idonea durabilità e lavorabilità.
In questo caso il progettista deve indicare oltre alla classe di resistenza del calcestruzzo anche quella di esposizione e di consistenza, nonché la dimensione nominale massima dell'inerte .
Come si vedrà in seguito a queste classi corrispondono valori limite dei componenti principali della miscela.
Questa evoluzione si è avuta con il passaggio dal calcestruzzo confezionato in cantiere, dove gli operai addetti dovevano limitarsi ad inserire nella betoniera i componenti della miscela nelle proporzioni riportate negli elaborati progettuali, a quello preconfezionato prodotto industrialmente presso centrali di betonaggio, che dosando opportunamente la miscela secondo un ciclo di produzione certificato, che prevede anche prove su campioni induriti, garantiscono un prodotto hi-tech che rispetta le classi del calcestruzzo richieste dal progettista.
La qualità del conglomerato si è ulteriormente evoluta in seguito all'introduzione di aggiunte e additivi, che vanno a modificare comportamento e prestazioni delle miscele.
Oggi si producono in stabilimento anche manufatti finiti (prefabbricati), anche precompressi, quali i travetti e lastre per la realizzazione di solai in laterocemento.

Prodotti