Calcestruzzo pesante e schermature
Le note che seguono sono un aggionamento dei documenti con identico soggetto, presentati nel corso del 2008
Premessa:
Nelle costruzioni di edilizia nucleare, industriale e sanitaria, così come nella realizzazione di strutture di contrappeso gravimetrico, ecc. sono richiesti calcestruzzi a più elevata densità, definiti “calcestruzzi pesanti”. che richiedono una puntuale ed esperta progettazione nonché l’ausilio di aggregati ed agenti speciali, finalizzati.
La categoria dei calcestruzzi pesanti, baritici o di altra natura, definita dalla densità, (peso/m3) è normalmente prescritta nell’intervallo 2600/3300 kg/m3. La norma UNI 206-1/2006 ai punti 3.1.7, 3.1.8 e 3.1.9, ne definisce le differenti categorie in funzione della densità:
Ambiti di impiego
Nelle costruzioni gravimetriche è il maggior peso, a parità di dimensioni, proprio del calcestruzzi pesanti, a motivarne l’impiego, nell’edilizia nucleare la più elevata densità (che deve essere maggiore di 2600 kg/m3) è ricercata per le “proprietà di schermatura” che questi calcestruzzi forniscono nei confronti delle radiazioni ionizzanti, così come è possibile evincere dalle informazioni proposte nel paragrafo 4.
Principi di progettazione e confezionamento
Il confezionamento di un “calcestruzzo pesante” comporta qualche difficoltà, in termini di progettazione della miscela, per le differenti densità dei componenti con i quali si deve operare. I componenti fondamen-tali del calcestruzzo ordinario sono infatti rappresentati dal legante cementizio (densità = 3150 kg/m3), dagli aggregati ordinari (densità 2400/2600 kg/m3) e dall’acqua (densità circa 1000 kg/m3).
Per ottenere i valori di densità caratteristici dei calcestruzzi pesanti si opera prevalentemente integrando gli aggregati tradizionali con quantità variabili di uno specifico aggregato pesante di natura baritica, com-mercialmente definito BARITE o BARITINA (*1), rappresentato da minerale di bario (solfato) con formula BaSO4 e densità relativa di circa 4500 kg/m3. L’addizione di aggregati metallici, caratterizzati da un peso specifico superiore a 7000 kg/m3, rende possibile il conseguimento di valori di densità significativamente più elevati. Le difficoltà di confezionamento e di messa in opera di questi calcestruzzi non possono però essere trascurate poiché rappresentano concreti rischi per l’effettivo conseguimento delle caratteristiche richieste.
Gli aggregati baritici hanno la tendenza a frantumarsi ed a polverizzarsi durante la miscelazione, la diffe-renza degli aggregati pesanti inoltre, può originare fenomeni segregativi e sedimentativi che è necessario impedire, gli attriti di miscelazione accentuano ed anticipano l’esotermia di reazione, ecc. A solo titolo e-semplificativo è possibile osservare come l’acqua rappresenti il componente più leggero del conglomerato cementizio. E’ quindi indispensabile adottare tutti gli accorgimenti in grado di ridurne la quantità, ferma re-stando la necessità di ottenere valori di consistenza (lavorabilità) tali da assicurare il più agevole riempi-mento dei volumi strutturali.
Per una corretta definizione di un conglomerato pesante sono necessarie le informazioni rappresentate dalla densità effettivamente prescritta, dalla resistenza caratteristica di progetto, dalla dimensione delle strutture, dalla quantità e distribuzionedelle armature, ecc. Sulla base del più completo quadro informativo delineato potranno essere definiti i documenti specifici rappresentati dal mix design definitivo e dalle istruzioni per il confezionamento, la messa in opera e la corretta stagionatura.
Per i motivi accennati, nella preparazione dei calcestruzzi pesanti è opportuno ricorrere a particolari additivi ed accorgimenti, in grado di ovviare agli inconvenienti accennati, attraverso miglioramenti della reologia e della lavorabilità coesiva della miscela fresca, volti a ridurre e/o eliminare l’insorgere di fenomeni cri-tici connessi con la segregazione ed il bleeding.
L’azione sinergica di microsilicati selezionati (Microsil 90) delle fibre poliolefiniche READYMESH e dell’additivo superlubrificante (Fluid S), in forma separata o congiunta, come nel caso dell’utilizzo dell’additivo polivalente in polvere FLUID BAR, consente di ovviare agli inconvenienti di squilibrio gravime-trico dei componenti, nonché di originare una matrice cementizia estremamente coesiva ed a un calcestruzzo con elevatissime prestazioni strutturali. Il mix design indicativo di seguito proposto contempla l’opzione dell’additivo polivalente citato.
Calcestruzzi pesanti di schermatura
Nella costruzione di strutture ed edifici destinati alla protezione nei confronti delle radiazioni ionizzanti e della radioattività : medicina nucleare, rifugi antiatomici, industria nucleare, ecc., è prescritto il ricorso a sistemi di schermatura del tipo di seguito schematizzato.
Particelle alfa: penetrazione estremamente limitata nell’aria; un semplice foglio di carta è sufficiente per fermarle. Particelle beta: penetrazione limitata, percorrono qualche metro nell’aria; un foglio di alluminio di pochi millimetri è sufficiente ad arrestarle. Radiazioni x o gamma: penetrazione molto elevata in funzione dell’energia, diverse centinaia di metri nell’aria; possono essere schermate da alcuni centimetri di piombo o da più elevati spessori di calcestruzzo pesante.
Nella tabella che segue è riportato uno schema di confronto, del tutto indicativo, sulla base di un ordine di efficienza decrescente. In realtà, la relazione, in termini di efficienza protettiva, fra i materiali indicati, non è così diretta; deve essere ,di volta in volta riconsiderata, in funzione del tipo di fonte e del potenziale della stessa. In linea di larga massima, operando con conglomerati, è possibile considerare l’efficacia protettiva degli stessi crescente con il valore della loro densità. I calcestruzzi pesanti offrono soluzioni interessanti consentendo riduzioni di spessore che, a parità di prestazioni schermanti, rispetto ai calcestruzzi ordinari possono superare il 40 %.
La determinazione dell’effettiva funzione protettiva non può prescindere dalle prescrizioni degli specialisti di radioprotezione e dai precisi riferimenti alle apparecchiature da installare. Deve essere infatti basato sui dati inerenti le sorgenti di emissione, da coniugare con le proprietà della schermatura necessaria e, nello specifico, con i dati acquisiti e verificati in ordine al conglomerato pesante individuato.
Ciò premesso è ancora necessario considerare che per ottenere l’efficacia prescritta il calcestruzzo di schermatura dovrà essere assolutamente omogeneo, esente da discontinuità e fessure. Le conseguenze di eventuali irregolarità derivanti dal bleeding, dalla segregazione e dalla scomposizione comporterebbero l’assoluta inefficacia della schermatura.
Per i motivi accennati dovranno essere accuratamente ed appositamente definiti e pianificati i parametri inerenti dimensione e collocazione delle armature, le fasi di messa in opera, le eventuali interruzioni e ri-prese dei getti, i parametri esotermici, nel caso di strutture massicce, nonché le modalità e durata della stagionatura umida prolungata.