Il calcestruzzo ad alte prestazioni (Hpc): caratteristiche e applicazione | Architetto.info

Il calcestruzzo ad alte prestazioni (Hpc): caratteristiche e applicazione

Grazie alle aggiunte minerali di qualita' e al basso rapporto acqua/cemento, il calcestruzzo ad alte prestazioni rivela peculiarita' sorprendenti. Scopriamo quali

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Il calcestruzzo ad alte prestazioni o HPC, High Performance Concrete, è un conglomerato connotato da un basso rapporto acqua/cemento e dall’impiego di aggiunte minerali e di aggregati di frantumazione di notevole qualità

È caratterizzato da alta lavorabilità, resistenza meccanica a compressione, durabilità.

Il calcestruzzo ad alte prestazioni soddisfa particolari requisiti prestazionali per la facilità di messa in opera e la compattazione del calcestruzzo fresco senza segregazione, per la resistenza meccanica iniziale e la tenacità, per la stabilità di volume e la vita di servizio in ambienti aggressivi.

Il materiale

Il calcestruzzo ad alte prestazioni è dotato di migliori prestazioni di resistenza meccanica rispetto al Normal Strenght Concrete, caratterizzato da valori compresi tra 25 e 55 N/mm2.

Calcestruzzo ordinario, a sinistra, e calcestruzzo ad alte prestazioni, a destra (Immagine: opusC.com, Richter BMO)

 

Grazie al ridotto rapporto acqua/cemento (compreso tra 0,4 e 0,3), all’impiego di aggiunte minerali e all’adozione di aggregati di frantumazione di alta qualità, come basalto e granito, raggiunge una resistenza a compressione compresa tra 60 e 115 N/mm2. In particolare, i valori corrispondenti all’intervallo 55-75 N/mm2 caratterizzano il calcestruzzo ad alte prestazioni; quando le resistenze variano tra 75 e 115 N/mm2 si parla invece di HSC (High Strength Concrete).

È soprattutto l’addizione di additivi e specifiche aggiunte alla miscela ciò che permette di ottimizzare le caratteristiche e le prestazioni del materiale finale: gli additivi super-riduttori d’acqua per contenere il rapporto acqua/cemento, i superfluidificanti combinati con aggiunte minerali ad attività pozzolanica ed elevata area specifica.

Tra le aggiunte, in particolare il fumo di silice (sottoprodotto dell’industria del silicio e delle leghe metalliche ferro-silicio), grazie alle dimensioni davvero contenute comprese tra 0,01 e 1 μm, assicura densità e resistenza al conglomerato, riempiendo i vuoti presenti tra i granuli di cemento.  L’elevata area superficiale specifica obbliga, però, al ricorso ad additivi superfluidificanti (in quantità di 2-4% rispetto al cemento) per annullare l’inconveniente connesso alla maggiore richiesta d’acqua.

Ma questo connubio si presenta da subito vincente: il fumo di silice annulla infatti il fenomeno di bleeding che si manifesta qualora si adotti un quantitativo di superfluidificante troppo elevato, garantendo la compattezza della microstruttura.

Prestazioni ancora superiori si ottengono sostituendo all’aggregato calcareo rocce dense e compatte, in grado di perfezionare il legame all’interfaccia aggregato-matrice cementizia.

 

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La scarsa resistenza al fuoco del materiale, a causa dell’impedimento nella fuoriuscita di eventuale vapore acqueo (che può provocare l’espulsione delle parti corticali), può essere mitigata impiegando fibre che conferiscono oltretutto una resistenza a compressione maggiore di 200 N/mm2 (fino addirittura a 800 N/mm2) e ottimizzazione delle prestazioni. I materiali che presentano queste caratteristiche prendono il nome di UHPC (Ultra-High Performance Concrete).

Il calcestruzzo ad alte prestazioni presenta una serie di punti di forza:

– lavorabilità elevata, per la presenza congiunta di additivi superfluidificanti e aggiunte, che garantiscono rapidità produttiva in fase esecutiva;

– durabilità, grazie al ridotto rapporto acqua/cemento che comporta una bassa porosità e permeabilità e un’elevata resistenza al gelo (per la quasi totale assenza di acqua congelabile);

resistenza a compressione elevata, che può raggiungere, con uno sviluppo velocissimo, valori di oltre 200N/mm2 e ciò implica un ottimo comportamento delle strutture sottoposte a elevati carichi statici e dinamici;

espressività, per la realizzazione di strutture a geometria complessa e con sezione ridotta addirittura del 30%;

– sostenibilità, con la riduzione di tempi e costi di messa in opera del materiale e la realizzazione di strutture durevoli nel tempo; si consideri, inoltre, che l’utilizzo di aggiunte minerali − come fumo di silice, ceneri volanti e loppa microfine, rifiuti solidi recuperati da processi industriali − riduce il consumo energetico e le emissioni legate alla produzione di clinker.

 

Tecniche di produzione e di messa in opera

Il calcestruzzo ad alte prestazioni, HPC, garantisce elevata rapidità produttiva correlata spesso a notevole lavorabilità in fase di getto e a rapido sviluppo della resistenza meccanica.

È bene prestare particolare attenzione alla formulazione e alla stagionatura umida, al fine di evitare fessure da ritiro autogeno che si potrebbero manifestare a causa del basso rapporto acqua/cemento della miscela.

In caso di temperature ambientali elevate, condizione questa che implicherebbe aggiunta d’acqua, è opportuno incrementare il dosaggio di superfluidificante, aggiustando le quantità dei vari componenti.

Cinque particolari tipi di HPC, che si differenziano per formulazione ma anche per modalità di messa in opera, meritano una menzione particolare. Si tratta in particolare dei seguenti calcestruzzi:

  • gli HPLC (High Performance Light Concrete), che presentano una massa volumica ridotta (anche pari a 2000 kg/m3), mantenendo una resistenza meccanica elevata (attorno a 70-80 N/mm2) e un’impermeabilità ai fluidi naturali;
  • gli HPS (High Performance Shotcrete), o calcestruzzi proiettati ad alte prestazioni, che sfruttano il miglioramento nell’adesione tra impasto e substrato e l’incremento di durabilità del rivestimento, favorito dall’impiego di superfluidificanti e cementi di miscela con fumo di silice;
  • gli HVFC (High Volume Flyash Concrete), caratterizzati da un alto volume di ceneri volanti con composizione variabile in base al tipo di carbone e alla quantità residua di incombusto;
  • gli RPC (Reactive Powder Concrete), che prevedono l’aggiunta di fibre alla miscela, additivata con superfluidicanti e dotata di fumo di silice e sabbia quarzosa come aggregato, per accrescerne ulteriormente la resistenza meccanica;
  • gli UHPC (Ultra-High Performance Concrete), che evidenziano un consistente incremento della resistenza meccanica a compressione per compattazione prolungata dell’impasto durante il confezionamento e la presa, nonché per trattamento termico a 400 ºC, cui vengono sottoposti a indurimento avvenuto, trattamenti che li assimilano ai materiali ceramici.

 

 

Applicazioni e condizioni d’uso

Il materiale è stato inizialmente utilizzato per realizzare opere di ingegneria civile sottoposte a elevati carichi statici e dinamici, ad azioni ambientali aggressive, come il contatto con acqua marina, o per realizzare opere soggette a disposizioni per le zone sismiche. Grandi infrastrutture, manufatti di ingegneria chimica e ambientale, costruzioni resistenti all’urto (antiscoppio e antiproiettile) e all’abrasione trovano nel calcestruzzo ad alte prestazioni il materiale più idoneo per l’elevata resistenza meccanica ma anche la duttilità e la tenacità che riesce ad assicurare.

Anche le opere di architettura e ingegneria meno sollecitate favoriscono una sempre maggiore diffusione dell’HPC, soprattutto per l’elevata durabilità, garantita da ridotti rapporti acqua/cemento, nonché per la rapidità produttiva, correlata all’ottima lavorabilità.

Per quanto concerne, l’HPLC, che non consente di raggiungere resistenze meccaniche elevatissime, il suo utilizzo è indicato in tutti i casi in cui vi sia anche necessità di isolamento termico: nella coibentazione di solai, coperture, terrazze, riempimenti di interstizi, protezione di tubazioni e rivestimenti ignifughi.

L’HPS, invece, viene utilizzato in larga parte per intervenire su calcestruzzo che necessita di ristrutturazione, magari perché deteriorato dal tempo e dagli agenti atmosferici, ma anche per garantire elevata impermeabilità al rivestimento.

 

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