ITMI20121741A1 - Calcestruzzo drenante - Google Patents

Description

“Calcestruzzo drenanteâ€

La presente invenzione riguarda un calcestruzzo drenante.

Un calcestruzzo drenante o permeabile à ̈ un calcestruzzo con una porosità tale da consentire all’acqua di fluire attraverso i vuoti. Esso presenta generalmente una ridotta quantità di aggregato fine e una buona interconnessione tra i vuoti presenti nella struttura, interconnessione che permette all’acqua di scorrere più facilmente.

Per quanto noto dallo stato dell’arte il contenuto di vuoto di un calcestruzzo drenante può variare dal 10 al 35%, con una tipica resistenza a compressione che varia da 2,8 a 28 MPa (400-4000 psi). La velocità di percolazione varia in funzione della dimensione degli aggregati e della densità della miscela, ma generalmente rientra nell’intervallo da 100 a 1500 mm/min.

Il calcestruzzo drenante à ̈ utilizzato come pavimentazione e permette alle acque meteoriche e provenienti da altre fonti di penetrare nel terreno, riducendo in tal modo il deflusso dal sito e consentendo la ricarica delle acque sotterranee.

Esempi di applicazione del calcestruzzo drenante sono l’impiego per pavimentazioni in aree di sosta, in zone a basso traffico, in vie stradali residenziali o secondarie, in zone di attraversamento pedonale, in marciapiedi, piste ciclabili, ecc.

Il calcestruzzo drenante à ̈ generalmente preparato miscelando gli aggregati con la pasta di cemento, versando la miscela così ottenuta nell’area da pavimentare e applicando un’opportuna pressione per ottenere una superficie superiore liscia.

L’applicazione di pressione sul calcestruzzo drenante o fase di compattazione può essere eseguita manualmente o meccanicamente, ad esempio mediante una pala, un rullo, una finitrice, ecc.

La presente invenzione si propone di individuare un calcestruzzo drenante migliorato che non presenti gli svantaggi dei calcestruzzi drenanti secondo lo stato dell’arte, i quali necessitano di porosità elevate per raggiungere valori accettabili di resistenza meccanica e velocità di percolazione. Si veda per esempio la domanda di brevetto internazionale WO2012/001292.

La soluzione secondo la presente invenzione ha sorprendentemente individuato un calcestruzzo drenante che presenta contemporaneamente una resistenza meccanica superiore a 10 MPa e una velocità di percolazione superiore a 400 ml/min, con una porosità non particolarmente elevata.

Oggetto della presente invenzione à ̈ quindi un calcestruzzo drenante comprendente allo stato fresco almeno 230 kg/m<3>di cemento, avente un rapporto acqua/cemento compreso tra 0,3 e 0,4, un aggregato in una quantità compresa tra 1400 e 2000 kg/m<3>e con un Dmax compreso tra 6 e 10 mm, l’aggregato essendo caratterizzato da una granulometria tale per cui almeno l’85% in volume, preferibilmente almeno il 96%, ancora più preferibilmente almeno il 98% dell’aggregato, passa in un setaccio da 6,3 mm.

Il calcestruzzo drenante secondo la presente invenzione allo stato indurito presenta una porosità compresa tra il 15 e il 25%.

La porosità del calcestruzzo à ̈ espressa come percentuale del peso del teorico rispetto al peso del calcestruzzo indurito finale.

Inoltre il calcestruzzo drenante secondo la presente invenzione allo stato indurito presenta una densità compresa tra 1750 e 1850 kg/m<3>.

Preferibilmente, il calcestruzzo drenante secondo la presente invenzione prevede almeno 250 kg/m<3>di cemento, ancora più preferibilmente almeno 280 kg/m<3>di cemento, con un rapporto acqua/cemento compreso tra 0.3 e 0.4.

Preferibilmente, il calcestruzzo drenante secondo la presente invenzione prevede un aggregato avente un Dmax compreso tra 8 e 10 mm.

Nel caso del calcestruzzo drenante si ricorda anche che non à ̈ possibile parlare di “consistenza†del calcestruzzo come tale, ma bisogna fare riferimento alla consistenza dell’impasto di acqua e cemento che à ̈ preparato per essere miscelato con l’aggregato. Infatti, esso non deve essere né troppo asciutto (non sarebbe in grado di incorporare in modo omogeneo e trattenere l’aggregato), né troppo umido da formare una pasta “molle†.

Il calcestruzzo drenante secondo la presente invenzione presenta quale primo vantaggio una migliore “qualità†dei vuoti: esso à ̈ caratterizzato cioà ̈ da un’ottimizzazione dell’interconnessione tra i vuoti e da una diminuzione del numero di vuoti non connessi tra di loro: questo ha permesso di ottenere un calcestruzzo drenante con un’elevata resistenza meccanica e una migliorata velocità di percolazione, con un valore assoluto di porosità ridotto rispetto ai calcestruzzi drenanti dello stato dell’arte.

Mediante la scelta di aggregati opportunamente selezionati il calcestruzzo drenante secondo la presente invenzione presenta l’ulteriore vantaggio di una particolare valenza estetica. Può essere infatti impiegato in colorazione naturale grigia, bianca, colorata o pigmentata.

Il calcestruzzo drenante secondo la presente invenzione consente il deflusso delle acque, riduce il ruscellamento e l’effetto acqua planning, garantendo il recupero dell’acqua in falda (drenaggio profondo), la raccolta e il riciclo delle acque piovane, che possono essere adeguatamente convogliate attraverso la progettazione di specifici sottoservizi.

Altre caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione. Con il termine “cemento†si intende secondo la presente invenzione, un materiale in polvere che, mescolato con acqua, forma una pasta che si indurisce per idratazione, e che, dopo l’indurimento, mantiene la sua resistenza e stabilità anche sott’acqua. In particolare i cementi secondo la presente invenzione includono il cosiddetto cemento Portland, il cemento alle loppe, alle pozzolane, alle ceneri volanti, agli scisti calcinati, al calcare e i cementi cosiddetti compositi. Per esempio possono essere utilizzati i cementi di tipo I, II, III, IV o V secondo la norma EN197-1. Un cemento particolarmente preferito à ̈ il cemento CEM II. La classe di cemento preferita à ̈ la classe 42.5. Il cemento può essere indipendentemente grigio o bianco. Con il termine “aggregato†secondo la presente invenzione s’intendono generalmente materiali granulari utilizzati in edilizia (vedi anche norma UNI EN 12620) che possono essere di natura silicea, calcarea o basaltica, tondi o frantumati.

L’aggregato può essere naturale, industriale o riciclato. L’aggregato naturale à ̈ un aggregato di origine minerale che à ̈ stato sottoposto unicamente a lavorazione meccanica, mentre l’aggregato industriale à ̈ sempre un aggregato di origine minerale derivante però da un processo industriale che implica una modificazione termica o di altro tipo. Infine l’aggregato riciclato à ̈ un aggregato risultante dalla lavorazione di materiale inorganico precedentemente utilizzato in edilizia.

Il calcestruzzo drenante secondo la presente invenzione non richiede necessariamente l’aggiunta di additivi superfluidificanti/riduttori d’acqua per ottenere i risultati desiderati in termini di resistenza meccanica, pur partendo da rapporti acqua/cemento compresi tra 0,3 e 0,4.

Nel caso si volessero comunque utilizzare additivi superfluidificanti, questi possono essere scelti tra naftalene solfonati (SN), melammina solfonati (SM), ligninsolfonati modificati (MLS) o composti policarbossilici quali i poliacrilati.

Al fine di aumentare la durabilità di questi calcestruzzi e ridurre i danni dovuti al gelo/disgelo, si possono utilizzare additivi aeranti preferibilmente scelti tra abietato di sodio, alchil aril solfonato, alchil solfonato, alchil solfato, acidi derivanti da grasso e oli animali e sfere cave, preferibilmente alchil solfato e microsfere cave.

La percentuale in peso di additivi aeranti à ̈ compresa tra lo 0,1 e il 3%, più preferibilmente dall’1 al 2%, rispetto al peso del cemento.

L’applicazione del calcestruzzo drenante secondo la presente invenzione à ̈ particolarmente semplice grazie alla particolare lavorabilità dell’impasto, e secondo il tipo e dimensione della pavimentazione, esso à ̈ steso mediante vibro-finitrici stradali o a mano mediante apposite attrezzature da cantiere su un substrato opportunamente progettato e preparato.

Per una completa omogeneizzazione, il cemento, l’acqua, l’aggregato e l’eventuale additivo aerante sono miscelati in una betoniera da cantiere o altra attrezzatura simile, nelle opportune proporzioni, fino all’ottenimento di un impasto omogeneo privo di grumi e di consistenza tipo “terra umida†. L’impasto à ̈ quindi applicato sul supporto livellandolo con una staggia e costipandolo adeguatamente.

Una volta preparato l’impasto, l’ideale à ̈ applicare lo stesso entro una mezzora (tempo riferito a una temperatura di circa 20°C).

Altre caratteristiche e vantaggi dell’invenzione saranno evidenti dai seguenti esempi riportati a scopo illustrativo e non limitativo.

Esempio 1

21 kg di aggregato (1480 kg/m<3>) di tipo calcareo con un Dmax uguale a 10 mm sono stati miscelati per 3 minuti con 0,7 kg di acqua, cioà ̈ con il 50% della quantità d’acqua complessiva.

E’ stata quindi bloccata la miscelazione e sono stati aggiunti 4 kg di Cemento tipo II 42,5R (280 kg/m<3>), la restante parte dell’acqua (0,7 kg) e 0,08 kg di additivo aerante Esapon commercializzato dalla società Lamberti (laurilsolfati, 2% in peso rispetto al cemento). La quantità d’acqua totale corrisponde a un rapporto Acqua/Cemento uguale a 0,35.

L’insieme à ̈ stato quindi sottoposto a ulteriore miscelazione per 5 minuti.

Sono stati quindi realizzati provini delle dimensioni adeguate per la successiva prova di percolazione (cilindri: 15 cm di diametro e 5 cm di altezza), che sono stati adeguatamente compattati (10 colpi di un peso da 2 kg) e lasciati indurire per 24 ore.

La prova di drenaggio à ̈ stata eseguita secondo la procedura UNI EN 12697–40.

Parallelamente sono stati preparati cubi 10X10 (UNI EN 12390-3) per le prove di resistenza a compressione, anch’essi compattati secondo la stessa metodologia (10 colpi di un peso da 2 kg).

La misura del vuoto à ̈ stata invece realizzata mediante un metodo interno che permette di quantificare il numero di vuoti all’interno del campione. Utilizzando infatti stampi sigillati, materiale fresco à ̈ stato inserito all’interno e sottoposto a vibrazione come per la preparazione del campione per la misura della resistenza a compressione. Una volta indurito, il materiale nello stampo à ̈ stato riempito d’acqua sino alla sommità e la quantità d’acqua che à ̈ stato possibile inserire corrisponde a una stima del volume dei pori e quindi alla percentuale di aria contenuta. I valori di drenaggio, resistenza a compressione e porosità così misurati sono i seguenti:

Drenaggio: 430 mm/min

Resistenza a compressione a 28 giorni: 11,5 MPa;

Vuoto (%): 16.

Esempio 2

Utilizzando la procedura descritta nell’esempio 1 sono stati preparati i campioni 1-6 riportati nella seguente tabella 1. Tutti gli esempi impiegano Cemento tipo II 42,5R e aggregati che presentano una distribuzione granulometrica secondo la presente invenzione.

Tabella 1

Densità Presenza Vuoto "drenaggio" Rc 28d D max Acqua/ Dosaggio Campione calcestruzzo additivo (%) (mm/min) (MPa) (mm) Cemento cemento (kg/m<3>) aerante 1 22,9 1755 611 13,1 10 0,38 250 no 2 23,1 1750 510 12,4 6 0,47 230 no 3 18,4 1817 611 12,9 10 0,37 280 si 4 23,9 1834 546 10,7 10 0,41 280 si 5 22,8 1869 471 11,4 10 0,22 280 si 6 24,4 1844 437 11,9 10 0,33 280 si

Tutti i campioni 1-6, secondo la presente invenzione, sono caratterizzati da un valore di drenaggio superiore a 400 mm/min, da un valore di resistenza a compressione superiore a 10.7 MPa, con una porosità compresa tra 18,4 e 24,4%.

Esempio 3

Seguendo la procedura indicata nell’esempio 1 sono stati preparati due calcestruzzi drenanti A e B, come riportato nella seguente tabella 2.

Tabella 2

Campione A B

Tipo di mixer betoniera betoniera

Bicchiere Bicchiere

batch volume Calusco Calusco

Dmax 10 10

% passante al setaccio 85,29 60,94

6,3 mm

Aggregato<tipo A B>

kg/m3

quantità 1450 1450

42,5 II/A-LL 42,5 II/A-LL

CEMENTO tipo Rezzato Rezzato

kg/m<3>Roccabianca Roccabianca

quantità 300 300

Acqua (kg/m3) 99,0 99,0

Rapporto A/C 0,33 0,33

vuoto (%) 23,0 19,1

Densità fresco (kg/m<3>) 1807 1881

"drenaggio" (mm/min) 500 380

Curing days Rc densità Rc densità

(MPa) (kg/m<3>) (MPa) (kg/m<3>)

28 11,3 1844 12,6 1837

Dal precedente confronto à ̈ evidente come, a parità di ogni altro elemento, la percentuale di aggregato passante il setaccio da 6,3 mm, cioà ̈ la distribuzione granulometrica dell’aggregato, caratterizzi la presente invenzione.

Infatti, la distribuzione granulometrica del campione A secondo la presente invenzione permette di ottenere un calcestruzzo drenante che presenta una velocità di percolazione superiore a 400 mm/min e precisamente uguale a 500 mm/min, presentando allo stesso tempo un valore di resistenza a compressione uguale a 11,3 MPa, quindi superiore al valore soglia di 10 MPa e una porosità uguale al 23,0%.

Il campione B, che non presenta una distribuzione granulometrica in accordo con la presente invenzione, pur soddisfacendo il requisito della resistenza a compressione con un valore uguale a 12,6 MPa, presenta invece una velocità di percolazione ben inferiore a 400 mm/min, precisamente uguale a 380 mm/min.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Calcestruzzo drenante comprendente allo stato fresco almeno 230 kg/m<3>di cemento, avente un rapporto acqua/cemento compreso tra 0,3 e 0,4, un aggregato in una quantità compresa tra 1400 e 2000 kg/m<3>e con un Dmax compreso tra 6 e 10 mm, l’aggregato essendo caratterizzato da una granulometria tale per cui almeno l’85% in volume, preferibilmente almeno il 96%, ancora più preferibilmente almeno il 98% dell’aggregato, passa in un setaccio da 6,3 mm.
2. 2) Calcestruzzo drenante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal comprendere allo stato fresco almeno 250 kg/m<3>di cemento, con un rapporto acqua/cemento compreso tra 0,3 e 0,4.
3. 3) Calcestruzzo drenante secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal comprendere allo stato fresco almeno 280 kg/m<3>di cemento, con un rapporto acqua/cemento compreso tra 0,3 e 0,4.
4. 4) Calcestruzzo drenante secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che l’aggregato presenta un Dmax compreso tra 8 e 10 mm.
5. 5) Calcestruzzo drenante secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal presentare, allo stato indurito, una porosità compresa tra il 15 e il 25%.
6. 6) Calcestruzzo drenante secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal presentare allo stato indurito una densità compresa tra 1750 e 1850 kg/m<3>.