MIX DESIGN
PROCEDIMENTO PER IL CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE DEL CLS IN TERMINI DI QUANTITA’ DI CEMENTO, DI ACQUA, E DI INERTI (SABBIA, GHIAIA,
GHIAINO, ETC) PER m3 CI CLS, A PARTIRE DA:
a) Proprietà ingegneristiche del materiale indurito (resistenza meccanica Rck, modulo elastico E, ritiro, scorrimento viscoso, durabilità, ecc) quali risultano dall’esigenza del progetto dell’opera;
b) Esigenze esecutive (lavorabilità, organizzazione del cantiere, modalità di getto, ecc;
c) I materiali disponibili (tipo di cemento, di inerti e di additivi).
ELEMENTI BASE DEL MIX DESIGN
CONVERTIRE IN TERMINI DI COMPOSIZIONE DEL CLS I SEGUENTI QUATTRO INDISPENSABILI REQUISITI CHE
RAPPRESENTANO GLI ELEMENTI BASE PER OGNI MIX-DESIGN:
1) Resistenza caratteristica (Rck);
2) Lavorabilità (L);
3) Il tipo di cemento (tc);
4) Diametro massimo dell’inerte disponibile (Dmax).
PROCEDURA
RckLavorabilità
a/ca
Vi=Vcls-Va-Vc-Va’
Durabilitàadditivi Inerte
(Dmax,tipo)
Tipo/classe cemento
Classe di esposizione
c= aa/c
a’
DIAGRAMMA DI FULLER Vg
Vs
Vi
Vg’
LAVORABILITA’- CLASSE DI CONSISTENZA
SUPER-FLUIDA
FLUIDA
SEMI-FLUIDA
PLASTICA
TERRA UMIDA
DENOMINAZIONE DENOMINAZIONE CORRENTECORRENTE
Strutture fortemente armate, di ridotta sezione e/o complessa geometria
Strutture mediamente armate
Strutture non armate o poco armate o con pendenze
Strutture circolari messe in opera con casseri rampanti
Pavimenti messi in opera con vibrofinitrici
APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
>210S5
160-210S4
100-150S3
50-90S2
10-40S1
SLUMPSLUMP(mm)(mm)
CLASSI DI CLASSI DI CONSISTENZACONSISTENZA
(sigla)(sigla)
La lavorabilità del cls si misura con lo SLUMP TEST. Questo consiste nel misurare l’abbassamento (slump) del cls sformato da un tronco di cono metallico (cono di Abrams) rispetto all’altezza dello stesso cls costipato in modo standardizzato all’interno di un cono alto 300mm.
Lavorabilità – REGOLA DI LYSE
RICHIESTA DI ACQUA IN FUNZIONE DEL DIAMETRO MASSIMO DELL’INERTE E DELLA CLASSE DI CONSISTENZA
S5S4S3S2S1
22021020018016532
19018517515514063125
25
20
168
DIAMETRODIAMETRO(mm)(mm)
125
175
180
185195
140
190
195
200210
165
215
225
240250
170
225
230
245255
155
210
215
220230
RICHIESTA DI ACQUA (Kg/m3) RICHIESTA DI ACQUA (Kg/m3) PER CLASSE DI CONSISTENZAPER CLASSE DI CONSISTENZA
a (kg/ma (kg/m33) quantitativo di acqua) quantitativo di acquaN.B. i quantitativi di acqua cosN.B. i quantitativi di acqua cosìì calcolati devono però tener conto dl tipo di inerte utilizzato.calcolati devono però tener conto dl tipo di inerte utilizzato.In generale si opera nel seguente modo:In generale si opera nel seguente modo:--con inerte tondeggiante si riduce il quantitativo di acqua, dedocon inerte tondeggiante si riduce il quantitativo di acqua, dedotto dalla tabella, di 10 kg/mtto dalla tabella, di 10 kg/m33
--con inerte frantumato invece si aumenta il quantitativo di acquacon inerte frantumato invece si aumenta il quantitativo di acqua dedotto dalla tabella di 10 kg/mdedotto dalla tabella di 10 kg/m33
Lavorabilità – Richiesta di acqua
Correlazione qualitativa tra lavorabilità (slump) e richiesta di acqua in calcestruzzi con aggregati tondeggianti in funzione deldiametro massimo
TIPI DI CEMENTO (norma UNI-EN 197/1)
SCISTO CALCINATO (T) 6-20%SCISTO CALCINATO (T) 21-35%
II/A-TII/B-T
CEMENTO PORTLAND ALLO SCISTO CALCINATO
CENERE VOLANTE SILICICA (V) 6-20%CENERE VOLANTE SILICICA (V) 21-35%CENERE VOLANTE CALCICA (W) 6-20%CENERE VOLANTE CALCICA (W) 21-35%
II/A-VII/B-VII/A-WII/B-W
CEMENTO PORTLAND ALLA CENERE VOLANTE
POZZOLANA NATURALE (P) 6-20%POZZOLANA NATURALE (P) 21-35%POZZOLANA INDUSTRIALE (Q) 6-20%POZZOLANA INDUSTRIALE (Q) 21-35%
II/A-PII/B-PII/A-QII/B-Q
CEMENTO PORTLAND ALLAPOZZOLANA
MICROSILICE (D) 6-10%II/A-DCEMENTO PORTLAND ALLA MICROSILICE
LOPPA D’ALTOFORNO (S) 6-20%LOPPA D’ALTOFORNO (S) 21-35%
II/A-SII/B-SCEMENTO PORTLAND ALLA LOPPA
II
CEMENTO COMPOSITO
CEMENTO POZZOLANICO
CEMENTO D’ALTOFORNO
CEMENTO PORTLAND COMPOSITO
CEMENTO PORTLAND AL CALCARE
CEMENTO PORTLAND
DENOMINAZIONE
CLINKER (K) 40-64 % +LOPPA (S) 18-30 % +(P+Q+V) 18-30%CLINKER (K) 20-39 % +LOPPA (S) 31-50 % +(P+Q+V) 31-50%
CLINKER (K) 65-89 % +(D+P+Q+V) 11-35 %CLINKER (K) 45-64 % +(D+P+Q+V) 36-55 %
CLINKER (K) 35-64 % +LOPPA D’ALTOF (S) 36-65 %CLINKER (K) 20-34 % +LOPPA D’ALTOF (S) 66-80 %CLINKER (K) 5-19 % +LOPPA D’ALTOF (S) 81-95 %
CLINKER (K) 80-94 % + (S-D-P-Q-V-W-T-L) 6-20 %CLINKER (K) 65-79 % + (S-D-P-Q-V-W-T-L) 21-35 %
CALCARE (L) 6-20 %CALCARE (L) 21-35 %
CLINKER (K) 95-100%
COSTITUENTE PRINCIPALE
II
V-AV-BV
IV
III
TIPO DI CEMENTO
IV-AIV-B
III-AIII-BIII-C
II/A-MII/B-M
II/A-LII/B-L
SIGLA
CLASSI DI RESISTENZA DEL CEMENTO
52,5-----3052,5R
52,5-----2052,5N
42,5-----2042,5R
42,5-----1042,5N
32,5-----1032,5R
32,516-----32,5N
Rck (N/mm2)28 giorni
Rck (N/mm2)7 giorni
Rck (N/mm2)2 giorni
CLASSI DI RESISTENZA(sigla)
N o R stanno ad indicare il comportamento meccanico alle brevi stagionature. Per esempio il cemento di classe 32,5N e 32,5R devono superare entrambi a 28 gg Rck di 32,5 N/mm2, ma quello 32,5R deve anche superare la Rck 10 N/mm2 a 2 gg.La determinazione della resistenza meccanica di un cemento segue una procedura standardizzata in cui alcuni parametri devono rimanere costanti. In particolare si lavora sempre con una miscela (malta) con rapporto acqua/cemento pari a 0,5 e rapporto sabbia/cemento pari a 3. E’ standardizzata anche la forma dello stampo con cui realizzare i provini (4x4x16) le condizioni termiche (T=20°C – U.R.>=95%).Esempio:se i risultati ottenuti fossero di 8 N/mm2 a 2gg, 30 N/mm2 a 7gg e 48 N/mm2 a 28gg la classe di resistenza assegnata a questo cemento sarebbe 32,5N
RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE Rckcorrelazione Rck - a/c
correlazione Rck - a/c
15
25
35
45
55
65
75
85
95
105
115
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
a/c
Rck
(MPa
)
IV/B 32,5 II/A-L 42,5R I 52,5R
RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE Rckcorrelazione Rc - a/c
CLASSE DI ESPOSIZIONEsecondo le norme ENV 206 e UNI 9858
Requisisti per un calcestruzzo durevole per le classi di esposizione
SCELTA DEL RAPPORTO a/c
DAI DATI INIZIALI DI NATURA INGEGNERISTICA ED
AMBIENTALE (Rck e CLASSE DI ESPOSIZIONE) RICAVIAMO DUE
VALORI DEL RAPPORTO a/c;
TRA I DUE SI SCEGLIE QUELLO PIU’ BASSO PER GARANTIRE UNA
MAGGIORE SICUREZZA;
INFATTI RAPPORTO a/c BASSO SIGNIFICA ALTO QUANTITATIVO
DI CEMENTO CON MAGGIORI GARANZIE DI BUONA RIUSCITA
DEL MIX-DESIGN
SCELTO IL VALORE DEL RAPPORTO a/c E NOTO a DALLA
REGOLA DI LYSE SI RISALE AL PRIMO PARAMETRO
IMPORTANTE DEL MIX-DESIGN VALE A DIRE IL QUANTITATIVO
c DI CEMENTO NECESSARIO A GARANTIRE QUELLE PROPRIETA’
MECCANICHE (Rck) E DI LAVORABILITA’ RICHIESTE
ARIA INTRAPPOLATA NEL CLS
aria intrappolata nel cls
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
4 8 12 16 20 24 28 32Dmax (mm)
a' (%
)
Il valore di a’ per classi di esposizione XF (gelo-disgelo) viene desunto dalla tabella; per tutte le altre classi di esposizione a’ si ricava dal grafico sopra riportato.
Il volume Va’ di aria in litri intrappolata per volume unitario di cls è posto pari a 10 volte la % di aria nel cls ricavata dal grafico sopra riportato.
INERTE
NOTI I VALORI DI a ED a/c SI PASSA AL CALCOLO DEL VOLUME TOTALE DI INERTE Vi PER BILANCIO DI VOLUME TRA QUELLO DEL CALCESTRUZZO Vcls DA UNA PARTE E QUELLI DEI SINGOLI INGREDIENTI DALL’ALTRA:
Vi = Vcls –Va – Vc –Va’
Va = VOLUME DI ACQUA
Vc= VOLUME DI CEMENTO
QUESTI VOLUMI SI RICAVANO FACILMENTE DALL CORRISPONDENTI MASSE VOLUMICHE (1kg/L PER ACQUA E 3,1 kg/L PER CEMENTO).
POSTO Vcls PARI A 1m3 E RIPORTANDO TUTTO IN LITRI SI AVRA’:
Vi = 1000 –a – (c/3,1) –10a’N.B. IL VALORE DI Vi COSI’ OTTENUTO E’ IN L/m3 , PER RIPORTARLO IN kg/m3 BASTA CONSIDERARE CHE LA DENSITA’ µ DELL’INERTE E’ DEL TIPO :
µ= 2,6-2,7 kg/L
CURVA DI FULLER distribuzione granulometrica dell’inerte
L’inerte o più correttamente aggregato, gioca sia quantitativamente (mediamente due terzi del volume totale di cls è costituito dall’inerte) che qualitativamente (è uno dei principali responsabili delle proprietàmeccaniche del cls confezionato) un ruolo di primaria importanza nel confezionamento del calcestruzzo.
La caratteristica più evidente del cls è la granularità, cioè il fatto che si presenta in forma di granuli sciolti. In particolare si può distinguere in :
-Sabbia granuli più grossi non superano 4-5 mm;
-Ghiaia granuli più grossi > 4-5 mm (di origine alluvionale e forma tondeggiante);
-Pietrisco granuli più grossi > 4-5 mm (proveniente dalla frantumazione della roccia e forma irregolare).
La granularità dell’inerte è connessa al suo assortimento granulometrico, cioè alla presenza delle varie frazioni, da quelle più fini a quelle più grosse passando per quelle intermedie. Un buon assortimento comporta che i granuli più fini si allocano nei vuoti interstiziali presenti tra quelli dei granuli più grossi, con conseguente formazione di una struttura con pochi vuoti che potranno essere riempiti dalla pasta di cemento.
La determinazione della distribuzione granulometrica di un aggregato si effettua tramite separazione mediante vagliatura, attraverso l’uso di setacci di diversa apertura delle maglie. L’inerte è così separato in diverse frazioni granulometriche ciascuna delle quali è compresa dimensionalmente tra l’apertura del setaccio attraverso cui il materiale è passato e quella del setaccio dove l’inerte è trattenuto; si pesano, a questo punto le quantità delle singole frazioni granulometriche e vengono espresse percentualmente rispetto al peso totale del campione analizzato. Si arrivano a costruire le curve granulometriche del singolo aggregato o riportando in ascissa l’apertura del setaccio (d) ed in ordinata la percentuale di aggregato trattenuto (curva granulometrica dei trattenuti) oppure riportando in ordinata la percentuale di aggregato che riesce ad attraversare ciascun setaccio (P%) (curva granulometrica dei passanti cumulativi).
Si può dimostrare che per ottenere un conglomerato cementizio con max densitàpossibile, cioè con minor contenuto di vuoti, la curva granulometrica deve seguire l’equazione di FULLER:
P=100 (d/Dmax)1/2 curva di FullerP=passante al setaccio di apertura d e Dmax diametro massimo dell’ inerte più grosso.
DISTRIBUZIONE GRANULOMETRICA DELL’INERTE
38,2mm
2,38mm
1,19mm
0,595mm
19,1mm
9,52mm
4,76mm
0,149mm
0,074mm
0,297mm
328→ MF=328/100 Modulo di Finezza
100
010030,074
39790,149
1288230,297
3565240,595
5941191,19
7822122,38
901089,52
982219,1
1000038,2
Passante cumulativo (%)
Trattenuto cumulativo (%)
Trattenuto parziale (%)
Apertura setaccio (mm)
CURVA DI FULLER distribuzione granulometrica dell’inerte
granulometria
0
20
40
60
80
100
d (log mm)
P (%
)
Pfuller sabbia ghiaia ghiaino
0,074 4,76 9,52 19,1 38,20,595 1,19 2,380,149 0,297
61
25
Sabbia 0-5 mm; ghiaino 5-20 mm; ghiaia 10-38 mm
Scegliere le proporzioni per la miscela del calcestruzzo con cuirealizzare una soletta in c.a. in un ambiente esterno senza problemi di gelo.
Il progettista richiede
la classe di resistenza C30/37,
la classe di consistenza S3
un diametro massimo degli aggregati Dmax di 25 mm.
Esempio di mix design
Scelta del rapporto acqua/cemento
Esempio di mix design
Scelta della quantità di acqua
Esempio di mix design
Esempio di mix design
Determinazione del contenuto di cemento e di aggregati