Calcestruzzo: cos'è e come si prepara

Gettata di calcestruzzo

Il calcestruzzo è un composto di materiali aggregati (sabbia, ghiaia, ciottoli) mescolato con un legante (cemento) e reso morbido attraverso l'aggiunta di acqua e il ripetuto mescolamento di tutti i materiali.

Il calcestruzzo (la cui abbreviazione è cls) è una materiale di cui, in edilizia, si fa un larghissimo uso a causa della sua grande resistenza; in un certo senso, si può considerare il calcestruzzo come una sorta di "pietra artificiale".

La prima parte di questo articolo è dedicata a ciò che più interessa agli appassionati del fai da te, ovvero alla dosi per fare un buon calcestruzzo e a come si prepara il calcestruzzo stesso.

Nelle parti successive entriamo abbastanza in profondità sui singoli elementi che compongono il calcestruzzo: i cementi, l'acqua, gli inerti e gli eventuali additivi.

Poiché il calcestruzzo viene principalmente utilizzato per le fondazioni degli edifici e per le strutture portanti ed armate, quali pilastri ecc., è evidente che la quantità che viene utilizzata per questi lavori ne rende del tutto improbabile la preparazione a mano, a meno che non si tratti di piccoli lavori di fai da te.

Per lavori che vanno un po' oltre il campo hobbystico ci si può servire di una betoniera elettrica per la preparazione del calcestruzzo, ma per tutti gli altri lavori è bene rivolgersi direttamente ad un frantoio che metterà a disposizione un camion-betoniera che provvederà all'impasto e ci consegnerà il prodotto direttamente al cantiere.

Tipi di calcestruzzo e dosi

Secondo il tipo di calcestruzzo, potrebbero variare le proporzioni dei vari materiali utilizzati nell'impasto.

Normalmente, le proporzioni dei materiali vengono espresse in metri cubi per gli aggregati (sabbia e ghiaia) e in chilogrammi per il legante (cemento).

Nella tabella riassuntiva sottostante, potete vedere le varie proporzioni in base all'utilizzo che si fa del calcestruzzo, ovvero dove si utilizza il calcestruzzo stesso.

UTILIZZO AGGREGATI (in metri cubi) CEMENTO (in Kg)

Calcestruzzo non armato

Fondamenta e solette

0,400 di sabbia

0,800 di ghiaia grossa e/o ciottoli

250
Pilastri, pali, muri interni

0,400 di sabbia

0,800 di ghiaia
350

Calcestruzzo armato

Impiantito di ca. 10 centimetri di spessore, architravi, traverse

0,400 di sabbia

0,800 di ghiaia
350
Muri di sostegno

0,400 di sabbia

0,800 di ghiaia
350

 

Sempre in base all'utilizzo, il calcestruzzo può essere definito MAGRONE o MAGRO o NORMALE o GRASSO.

Quando si parla di malta o calcestruzzo grasso significa che esso contiene una percentuale più elevata di cemento che lo rende adatto ad essere utilizzato per strutture portanti e armate con ferro.

Quando si parla di calcestruzzo magro significa che la percentuale di cemento è più contenuta ed il suo utilizzo è adatto a strutture che non hanno funzioni statiche.

Come già detto, il calcestruzzo viene normalmente usato in grandi quantità che ne sconsigliano la preparazione manuale in quanto, questo tipo di materiale, deve essere utilizzato entro un'ora.

Per ottenere un buon calcestruzzo, gli inerti devono essere ben assortiti in grossezza, puliti e piuttosto ruvidi.

I campioni di calcestruzzo preparati con il dosaggio provvisorio vengono inviati in appositi laboratori e sottoposti ad analisi e controlli, dal cui esisto può emergere la necessità di modificare il dosaggio stesso.

Attualmente, le conoscenze sul dosaggio dei calcestruzzi sono così avanzate che, con prove relativamente semplici, si può determinare con sicurezza quale sia l'impasto migliore per ogni esigenza costruttiva, anche sotto il profilo economico.

Come si fa il calcestruzzo

Nella preparazione manuale, che necessariamente dovrà essere fatta a più riprese, è difficile poter controllare perfettamente la precentuale dei materiali e l'amalgama.

Questo, insieme al fatto che la gettata di calcestruzzo dovrebbe essere anch'essa più volte ripresa, potrebbe indebolire la struttura e l'omogeneità del manuafatto.

Nel caso, tuttavia, si volesse procedere a preparare una certa quantità di calcestruzzo per un piccolo lavoro, bisognerebbe in primo luogo scegliere una superficie dura e pulita dove mescolare, accuratamente e a secco, la ghiaia con la sabbia e con il cemento.

Una volta che avremo una miscela ben mescolata a secco potremo creare un cratere al centro della miscela e iniziare a gettarvi l'acqua.

Si inizierà quindi a mescolare con il badile e, con pazienza, si prosegue rigirando più e più volte l'impasto fino a quando non avrà assunto una buona omogeneità. L'impasto non deve risultare né troppo asciutto né troppo molle.

consistenza del calcestruzzo

La miscelatura dei componenti a secco è un'operazione fondamentale per la buona riuscita dell'impasto del calcestruzzo.

Poiché i componenti asciutti sono relativamente più leggeri e facili da mescolare, perdete un po' di tempo in questa operazione.

Ricordate, inoltre, che l'acqua va aggiunta gradualmente e che è meglio avere un impasto un po' troppo asciutto, a cui dovere aggiungere un po' d'acqua, piuttosto che un impasto troppo molle a cui dover aggiungere legante ed inerti.

preparare calcestruzzoSe avete a disposizione una betoniera elettrica il lavoro di miscelare i componenti lo farà lei al posto vostro, voi potrete concentrarvi solo sull'inserire le esatte proporzioni di materiale nel bicchiere della betoniera e acqua quanto basta.

Eventuali residui induriti di calcestruzzo possono essere rimpastati ma bisogna ricordare che faranno diminuire la qualità meccanica dell'impasto stesso.

La gettata di calcestruzzo

Il calcestruzzo deve essere rapidamente trasportato dal posto di betonaggio alle casseforme, affinché la presa non abbia ad iniziare prima del getto.

Il calcestruzzo viene molto spesso armato, ovvero rinforzato all'interno delle casseforme o nella gettata, con tondini di ferro opportunamente collegati tra loro.

Il getto deve essere eseguito con cura, allo scopo di limitare la separazione delle particelle più pesanti da quelle più leggere, per questo il calcestruzzo non deve cadere con violenza nelle casseforme.

Tempi di presa del calcestruzzo

Dopo che il calcestruzzo è stato gettato, la presa del cemento provoca il lento e progressivo indurimento del getto.

Durante la prima settimana bisogna evitare che il getto sia sottoposto agli urti, alle vibrazioni e al gelo.

Di solito, la presa del calcestruzzo viene ritenuta completata dopo che sono trascorsi almeno 28 giorni dalla data del getto.

In effetti, la maggior parte della presa ha luogo in questo periodo, anche se essa prosegue ancora per molti anni.

Dopo che è iniziata la presa della gettata bisogna avere l'accortezza di tenere bagnato il manufatto per evitare fenomeni di ritiro eccessivo e conseguenti fessurazioni.

Per questo, specie in estate ed in particolare durante i periodi ventosi, la gettata andrebbe ripetutamente bagnata con un getto d'acqua.

maturazione del calcestruzzo

Il processo di asciugatura viene anche chiamato "maturazione del calcestruzzo".

È, a tutti gli effetti, uno dei momenti più delicati e, se non correttamente portato a termine, rischia di compromettere la struttura, indipendentemente dalla qualità dei materiali usati per preparare il calcestruzzo.

Sulla maturazione del calcestruzzo e sui metodi da adottare per evitare un ritiro incontrollato, potete leggere questo articolo.

I materiali per il calcestruzzo

In questa seconda parte di approfondimento andremo ad analizzare i materiali base per la preparazione del calcestruzzo e le caratteristiche che devono avere per ottenere un conglomerato che abbia alte prestazioni.

Gli elementi di base li abbiamo già visti sopra, ripetiamoli: acqua, cemento, inerti ed eventuali additivi.

Acqua

L'acqua potabile può essere sempre impiegata nella preparazione dei calcestruzzi.

Le piccole aggiunte di sostanze chimiche per la sua potabilità, come cloro ecc., non hanno alcuna influenza sul conglomerato finale.

L'acqua di pozzo o di sorgente è generalmente adatta se limpida, senza colore e se non ha un sapore acido.

Le acque di palude o stagnanti contengono spesso solfati e qualche volta acido solforico libero. Generalmente sono adatte alla preparazione di buoni calcestruzzi, se ne consiglia però l'analisi.

Anche l'acqua di mare può servire per l'impasto del calcestruzzo, anche se è sconsigliata. Poiché l'acqua di mare tende, per il contenuto di cloruri, ad accorciare il tempo di presa del calcestruzzo, è opportuno fare delle prove con il cemento che si intende usare.

Le acque di scarico industriali sono, il più delle volte, da scartare. Se non si potesse usare altra acqua, è fondamentale eseguire analisi e prove col cemento che verrà impiegato nel confezionamento dei calcestruzzi.

Cemento

Si possono distinguere quattro tipi di cemento:

  1. idraulico normale (Portland)
  2. pozzolanico
  3. d'alto forno
  4. alluminoso

Tralasciano di parlare del cemento alluminoso, che si adopera in casi speciali e con speciali precauzioni, andiamo a vedere gli altri tre tipi.

I primi tre tipi di cemento possono a loro volta suddividersi in due sottogruppi:

  • normali
  • ad alta resistenza

Coi cementi normali del tipo 1, 2 e 3, si devono ottenere le seguenti resistenze della malta normale:

  • Resistenza trazione: dopo 7 giorni 27 kg/cmq; dopo 28 giorni 32 kg/cmq.
  • Resistenza a compressione: dopo 7 giorni 380 kg/cmq; dopo 28 giorni 500 kg/cmq, con la tolleranza del 5% in meno alla sola compressione.

Con i cementi ad alta resistenza si deve ottenere, sempre per la malta normale:

  • Resistenza a trazione: dopo 3 giorni 21 kg/cmq; dopo 7 giorni 31 kg/cmq; dopo 28 giorni 37 kg/cmq.
  • Resistenza a compressione: dopo 3 giorni 290 kg/cmq; dopo 7 giorni 500 kg/cmq; dopo 28 giorni 680 kg/cmq, sempre con una tolleranza del 5% per la sola compressione.

La scelta del tipo di cemento dipende dai requisiti che dovrà avere il calcestruzzo, come la resistenza finale, la velocità di presa e di indurimento, la resistenza agli agenti esterni.

Inerti

In generale, gli inerti devono provenire da rocce che non presentino attività chimica con il tipo di cemento che si andrà ad utilizzare nella preparazione del calcestruzzo, devono essere inalterabili all'aria, all'acqua e al gelo.

Se si vogliono ottenere calcestruzzi particolarmente pesanti si possono utilizzare magnetite, limonite e barite, se la granulometria è adatta e si può eseguire una costipazione energica, si raggiunge un peso dell'unità di volume di 4000 kg/m3.

Per i calcestruzzi normali le ghiaie di quarzo sono ottime perché granulometricamente complete.

Le ghiaie e le sabbie di cava sono utilizzabili purché non contengano più del 3% di materiale finissimo.

Ghiaie rivestite d'argilla, marna o con minerali di ferro o manganese, devono essere scartate.

I pietrischi e le sabbie ottenuti mediante frantumazione sono adatti alla preparazione di buoni calcestruzzi, salvo controllo del fattore di forma di cui diremo in seguito.

Il pietrisco di tipo basaltico e quello ricavato da pietre dure (porfidi, graniti ecc.) è ottimo.

Il pietrisco calcare è buono anche per calcestruzzi che devono resistere ad acque particolarmente acide.

In generale sono necessarie delle prove per verificare il contenuto in materiale finissimo, per la presenza di mica, solfuri ed humus.

Anche il pietrisco derivante da scorie d'alto forno è adatto come inerte, potendosi ottenere calcestruzzi molto resistenti all'usura.

Se, per particolari esigenze, si debbono fare dei calcestruzzi leggeri, si può usare come inerte la pomice naturale, anche se la pomice naturale contiene spesso un eccesso di materiale finissimo e qualche volta tracce di humus. Una buona pomice è pressoché monogranulare ed ha poco materiale finissimo.

Anche il laterizio frantumato può servire come inerte; in questo caso, però, è necessario fare i normali controlli e si consiglia pure l'analisi per scoprire eventuali tracce di gesso.

La perlite, la vermiculite, il blan, cioè le rocce arrostite ed espanse, servono per la preparazione di calcestruzzi leggeri ed intonaci di piccolo peso.

Possono essere usati come inerti le segature, la farina di legno dolce e la farina di carta, dopo che siano state indurite con opportuni silicati.

I legni duri non sono adatti per il loro contenuto di acido tannico.

In ogni caso, la forma degli inerti dovrebbe essere prossima alla cubica, si devono escludere elementi a forma di piastrelle e ad ago.

Il coefficiente volumetrico medio deve essere superiore a 0,25 per il pietrischetto da 12,5 mm a 25 mm, e superiore a 0,15 per pietrisco da 25 mm a 50 mm.

Il coefficiente volumetrico medio si misura prendendo in esame un certo numero di elementi dell'inerte e stabilendo il rapporto tra il volume reale di tutti gli elementi scelti e la somma dei volumi delle sfere circoscritte a ciascun elemento.

Nella sabbia (diametro da 0,2 a 7mm) sono tollerate materie finissime od argilla nella misura del 3% in peso dell'aggregato.

La qualità di queste materie si determina per lavaggio e decantazione.

Si prende 1 kg di sabbia, lo si mescola con un volume d'acqua che possa bagnarla completamente, si agita e si pone in un provino cilindrico di vetro.

Dopo un'ora di riposo, lo stato limoso che si deposita superiormente non deve essere superiore ad 1/14 dell'altezza della sabbia, se così non è la sabbia dovrà essere accuratamente lavata.

Per la sabbia, bisogna tener presente che, quando si fanno dosature volumetriche, il volume della sabbia umida è maggiore del volume della sabbia asciutta.

Il calcestruzzo deve essere lavorabile ma nella sua preparazione è bene usare la minima quantità di acqua possibile.

Questo si può ottenere,scegliendo tra gli aggregati di cui si dispone, il miglior assortimento di dimensioni degli elementi, in modo da ottenere, coi mezzi di costipamento che verranno usati, la massima compattezza del getto.

Questa scelta può essere fatta per mezzo dell'analisi granulometrica, che consiste nel misurare la quantità di aggregati che passano attraverso setacci con maglie di dimensioni determinate.

Gli additivi

Gli additivi vengono usati per modificare alcune delle proprietà del calcestruzzo.

Additivi per calcestruzzo

Questi additivi possono dividersi in tre gruppi:

  1. Additivi ad azione chimica che agiscono modificando le caratteristiche del cemento
  2. Additivi che producono un’azione che modifica le qualità fisiche dell’acqua ed introducono nelle miscele particolari componenti ad azione fisica
  3. Additivi che hanno funzione fisica di intasamento o con azione idrorepellente

Nel primo gruppo si trovano gli acceleratori e ritardatori del tempo di presa, i prodotti che fanno aumentare o diminuire la produzione di calore, gli induritori ecc.

Tra questi prodotti sono importanti i cloruri metallici che accelerano la presa ed aumentano la produzione di calore e sono usati quando si deve gettare con il gelo

L’azione di tutti questi additivi che agiscono chimicamente dipende naturalmente anche dalla natura chimica del cemento e, in generale, devono essere stabiliti e studiati volta per volta.

Nel secondo gruppo sono compresi quei prodotti che abbassano la tensione superficiale dell’acqua d’impasto. L’acqua normale ha una tensione superficiale di circa 70 dine/cm quadrato.

Impiegando opportuni prodotti come i saponi di resina, si riesce a ridurre tale tensione a 30:40 dine/cm quadrato.

In tal modo si può bagnare, con la stessa quantità di acqua, una maggiore superficie di inerti e di cemento, con l’impiego di una minore quantità di acqua di impasto.

Effetti favorevoli all'uniformità del calcestruzzo fresco ed alla sua lavorabilità sono dati da elettroliti che facciano restare in sospensione le parti finissime che possono allora anche essere aggiunte.

Un miglioramento della lavorabilità si ha anche introducendo nel calcestruzzo fresco delle piccole quantità di aria.

La quantità di aria in un calcestruzzo normale non dovrebbe superare il 3%, un calcestruzzo aerato non ne dovrebbe contenere però più del 6%.

La quantità nel calcestruzzo fresco viene misurata con apposite apparecchiature.

La terza serie di prodotti sono gli impermeabilizzanti: si tratta di composti formati da acidi grassi o da idrorepellenti.

Il calcestruzzo, di per sé, non è impermeabile, ma non si può rendere impermeabile un calcestruzzo se non è di per sé compatto.