ITUB20155712A1 - Lightweight concrete with high elastic modulus and its use - Google Patents

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ITUB20155712A1
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Alessandro Morbi
Aronne Carminati
Alessandro Zappoli
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Italcementi Spa
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Description

"Calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico e relativo uso" "Lightweight concrete with a high modulus of elasticity and its use"

La presente invenzione riguarda un calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico e relativo uso. The present invention relates to a lightweight concrete with a high elastic modulus and its use.

In particolare, la presente invenzione riguarda un calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico comprendente aggregati leggeri con la forma di sfere cave. In particular, the present invention relates to a light concrete with a high elastic modulus comprising light aggregates in the form of hollow spheres.

La richiesta di materiali da costruzione in calcestruzzo leggero è sempre più rilevante: di particolare interesse sono soprattutto materiali leggeri strutturali caratterizzati da elevata resistenza meccanica ed elevata rigidezza. Quanto più il calcestruzzo strutturale è leggero, soddisfacendo allo stesso tempo le necessarie specifiche meccaniche, tanto più sarà possibile realizzare elementi strutturali che, a parità di caratteristiche meccaniche, saranno più leggeri, più aerei, cioè per esempio sarà possibile utilizzare travi più sottili, piloni più stretti, ecc.. The demand for construction materials in lightweight concrete is increasingly significant: of particular interest are above all lightweight structural materials characterized by high mechanical strength and high stiffness. The lighter the structural concrete is, while at the same time satisfying the necessary mechanical specifications, the more it will be possible to create structural elements which, with the same mechanical characteristics, will be lighter, more airy, i.e. for example it will be possible to use thinner beams, pylons tighter, etc ..

In generale, i carichi maggiori derivano dall'esercizio in opera della struttura (carichi accidentali), ma è anche vero che elementi strutturali leggeri riducono i carichi permanenti permettendo di ridurre le sezioni resistenti. In general, the greater loads derive from the operation of the structure (accidental loads), but it is also true that light structural elements reduce the permanent loads allowing to reduce the resistant sections.

Elementi strutturali così realizzati richiedono anche una quantità ridotta di calcestruzzo, con conseguente riduzione di costi e consumi energetici. Structural elements made in this way also require a reduced quantity of concrete, with a consequent reduction in costs and energy consumption.

Le caratteristiche principali dei calcestruzzi leggeri sono legate alla densità del materiale che è inferiore alla densità del calcestruzzo ordinario. Questo comporta: The main characteristics of lightweight concretes are related to the density of the material which is lower than the density of ordinary concrete. This involves:

- una riduzione del peso proprio e quindi dei carichi permanenti applicati alle strutture in calcestruzzo armato; - a reduction of the own weight and therefore of the permanent loads applied to the reinforced concrete structures;

- una diversa relazione tra le due caratteristiche meccaniche fondamentali: resistenza a compressione e modulo elastico. In particolare, nei calcestruzzi leggeri, il rapporto tra resistenza meccanica (definita come massima sollecitazione meccanica del materiale prima della rottura) e modulo elastico è superiore a quello che caratterizza i calcestruzzi ordinari. 1/ Eurocodice 2 (cioè le norme europee per la progettazione strutturale dedicate alle strutture in calcestruzzo non armato, armato e precompresso) fornisce due relazioni differenti per calcestruzzi ordinari e per calcestruzzi leggeri. Tali relazioni sono rappresentate in Figura 1. - a different relationship between the two fundamental mechanical characteristics: compressive strength and elastic modulus. In particular, in lightweight concretes, the ratio between mechanical strength (defined as the maximum mechanical stress of the material before failure) and elastic modulus is higher than that which characterizes ordinary concretes. 1 / Eurocode 2 (i.e. the European standards for structural design dedicated to non-reinforced, reinforced and prestressed concrete structures) provides two different relationships for ordinary concretes and for lightweight concretes. These relationships are represented in Figure 1.

Per capire meglio questa criticità dei calcestruzzi leggeri è importante che, ai fini del calcolo strutturale, si prenda in considerazione la legge che lega la deformazione del materiale alla sollecitazione meccanica in campo elastico-lineare, cioè la legge di Hooke, espressa come segue: To better understand this criticality of lightweight concretes it is important that, for the purposes of the structural calculation, the law that links the deformation of the material to the mechanical stress in the elastic-linear range is taken into consideration, i.e. Hooke's law, expressed as follows:

σ=Εε (1) σ = Εε (1)

dove : where is it :

σ [MPa]: stato tensionale -> forza applicata sull'unità di superficie σ [MPa]: stress state -> force applied on the surface unit

Ξ [—]; deformazione relativa (ΔΙ/l) dove "1" è la dimensione iniziale e "Δ1" è la deformazione misurata (quindi adimensionale) Ξ [-]; relative deformation (ΔΙ / l) where "1" is the initial dimension and "Δ1" is the measured deformation (therefore dimensionless)

E: modulo elastico -> esprime la tensione teoricamente necessaria a comprimere del 100% un provino. E: elastic modulus -> expresses the tension theoretically necessary to compress a specimen by 100%.

Considerando l'esempio di un pilastro compresso e ipotizzando che il pilastro sia sottoposto a un carico Q [N] e abbia una sezione A [mm<2>], il rapporto carico/sezione (stato tensionale) è normalmente fissato a 1/3 della resistenza meccanica del calcestruzzo. Quindi nel caso di un calcestruzzo con Rck (resistenza caratteristica) pari a 30 MPa, il rapporto Q/A sarà 10 MPa. Considering the example of a compressed column and assuming that the column is subjected to a load Q [N] and has a section A [mm <2>], the load / section ratio (stress state) is normally set at 1/3 the mechanical strength of the concrete. So in the case of a concrete with Rck (characteristic resistance) equal to 30 MPa, the Q / A ratio will be 10 MPa.

Il pilastro è fatto di calcestruzzo caratterizzato da un modulo elastico E [MPa] e la deformazione del pilastro si ricava facilmente dalla relazione (1) sopra riportata. The column is made of concrete characterized by an elastic modulus E [MPa] and the deformation of the column is easily obtained from the relation (1) above.

Lo stato tensionale è dato dal carico applicato diviso la sezione, quindi dalla relazione: The stress state is given by the applied load divided by the section, therefore by the relation:

Q/A=Es (2) Q / A = Es (2)

esplicitando la deformazione ε si ottiene: by making the deformation ε explicit, we obtain:

e=Q/AE e = Q / AE

e=Q/A*l/E e = Q / A * l / E

Quindi la deformazione è direttamente proporzionale al carico applicato al pilastro e indirettamente proporzionale alla sezione e al modulo elastico. Il prodotto A * E è detto rigidezza del pilastro e corrisponde alla capacità di opporsi alle deformazioni generate da un carico e dipende dal modulo elastico proprio del materiale. Therefore the deformation is directly proportional to the load applied to the column and indirectly proportional to the section and to the elastic modulus. The product A * E is called stiffness of the pillar and corresponds to the ability to oppose the deformations generated by a load and depends on the elastic modulus of the material.

Nel caso di un calcestruzzo ordinario (Rc=35MPa -> Q/A = 11,5; E 30000 MPa): In the case of an ordinary concrete (Rc = 35MPa -> Q / A = 11.5; E 30000 MPa):

ε=11, 5*1/30000 - 0,00038. ε = 11.5 * 1/30000 - 0.00038.

Nel caso di un calcestruzzo leggero (Rc=35MPa -> Q/A = 11,5; E 20000 MPa): In the case of a lightweight concrete (Rc = 35MPa -> Q / A = 11.5; E 20000 MPa):

ε=11, 5*1/20000 = 0,00057. ε = 11.5 * 1/20000 = 0.00057.

La deformazione del pilastro fatto con calcestruzzo leggero è più elevata rispetto a quella del pilastro fatto con calcestruzzo ordinario, sebbene la resistenza meccanica di entrambi i calcestruzzi sia la medesima. L'unico modo che permette alla deformazione del pilastro in calcestruzzo leggero di essere paragonabile alla deformazione del pilastro in calcestruzzo ordinario è aumentare la sezione (in questo caso quasi del 50%) del pilastro, riducendo lo stato tensionale (Q/A). The deformation of the pillar made with lightweight concrete is higher than that of the pillar made with ordinary concrete, although the mechanical strength of both concretes is the same. The only way that allows the deformation of the lightweight concrete column to be comparable to the deformation of the ordinary concrete column is to increase the section (in this case almost 50%) of the column, reducing the stress state (Q / A).

I calcestruzzi leggeri secondo lo stato dell'arte sono in generale realizzati impiegando aggregati o inerti porosi, ottenuti con diverse metodologie. Tali aggregati porosi, certamente più leggeri di un aggregato classico, presentano tuttavia problemi di assorbimento d'acqua e di resistenza meccanica, quando impiegati nella produzione di un calcestruzzo leggero. L'assorbimento di acqua comporta sia un appesantimento dell'aggregato, che perde così proprio la voluta proprietà di leggerezza, sia un incremento del consumo di acqua necessaria per la formazione del calcestruzzo leggero. Lightweight concretes according to the state of the art are generally made using porous aggregates or aggregates, obtained with different methods. These porous aggregates, certainly lighter than a classic aggregate, however, present problems of water absorption and mechanical resistance, when used in the production of a lightweight concrete. The absorption of water involves both a heavier aggregate, which thus loses the desired property of lightness, and an increase in the consumption of water necessary for the formation of lightweight concrete.

In alternativa a tali aggregati porosi sono stati utilizzati anche aggregati o inerti cavi in materiale non poroso che, tuttavia, una volta impiegati come aggregati in un calcestruzzo leggero non hanno permesso di ottenere un calcestruzzo che fosse caratterizzato allo stesso tempo da elevata resistenza meccanica, elevata rigidezza e con un alto modulo elastico. As an alternative to these porous aggregates, aggregates or hollow aggregates in non-porous material were also used which, however, once used as aggregates in a lightweight concrete did not allow to obtain a concrete that was characterized at the same time by high mechanical resistance, high stiffness and with a high modulus of elasticity.

Per ovviare a tali problematiche sono stati utilizzati anche calcestruzzi cellulari, cioè calcestruzzi che incorporano una miscela di cemento poroso in cui i vuoti sono prodotti da polistirene espandibile in forma di piccole particelle, sottoponendo a sinterizzazione il materiale e causando così l'espansione del materiale polimerico per effetto del calore durante la polimerizzazione (US3021291). To overcome these problems, cellular concretes have also been used, i.e. concretes that incorporate a porous cement mixture in which the voids are produced from expandable polystyrene in the form of small particles, subjecting the material to sintering and thus causing the expansion of the polymeric material. due to the effect of heat during polymerization (US3021291).

La presente invenzione si propone di individuare un calcestruzzo leggero che non presenti gli svantaggi dei calcestruzzi leggeri secondo lo stato dell'arte, che come detto non sono in grado di garantire allo stesso tempo caratteristiche di leggerezza, di resistenza meccanica, di rigidità e di modulo elastico, quelle caratteristiche che rendono cioè il calcestruzzo leggero utilizzabili in modo ottimale quale calcestruzzo leggero strutturale. The present invention aims to identify a lightweight concrete that does not have the disadvantages of lightweight concretes according to the state of the art, which as mentioned are not able to guarantee at the same time characteristics of lightness, mechanical strength, rigidity and modulus. elastic, those characteristics that make lightweight concrete optimally usable as structural lightweight concrete.

La Richiedente ha infatti sorprendentemente trovato un calcestruzzo leggero migliorato, che può essere utilizzato in modo particolarmente efficace quale calcestruzzo leggero strutturale, essendo provvisto allo stesso tempo di elevata resistenza meccanica, elevata rigidezza e con un elevato modulo elastico, risolvendo così il problema tecnico affrontato dalla presente invenzione. The Applicant has in fact surprisingly found an improved lightweight concrete, which can be used in a particularly effective way as structural lightweight concrete, being provided at the same time with high mechanical strength, high stiffness and with a high elastic modulus, thus solving the technical problem faced by the present invention.

Oggetto della presente invenzione è quindi un calcestruzzo leggero strutturale migliorato a elevato modulo elastico, che comprende una miscela di cemento, acqua, aggregati leggeri sferici cavi, aggregati inerti, preferibilmente aggregati inerti calcarei o silico-calcarei, dove il rapporto in peso, nella miscela a secco, cemento/aggregati leggeri sferici cavi varia da 0,6 a 0,9, preferibilmente da 0,80 a 0,85 e dove il rapporto acqua/cemento in peso è uguale a 0,44. Ulteriore oggetto della presente invenzione è l'uso di un calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico, che comprende una miscela di cemento, acqua, aggregati leggeri sferici cavi, aggregati inerti, preferibilmente aggregati inerti calcarei o silico-calcarei, dove il rapporto in peso, nella miscela a secco, cemento/aggregati leggeri sferici cavi varia da 0,6 a 0,9, preferibilmente da 0,80 a 0,85 e dove il rapporto acqua/cemento in peso è uguale a 0,44, quale calcestruzzo leggero strutturale. The object of the present invention is therefore an improved structural lightweight concrete with a high elastic modulus, which comprises a mixture of cement, water, hollow spherical lightweight aggregates, inert aggregates, preferably calcareous or silico-calcareous aggregates, where the weight ratio in the mixture in dry conditions, cement / hollow spherical light aggregates ranges from 0.6 to 0.9, preferably from 0.80 to 0.85 and where the water / cement ratio by weight is equal to 0.44. A further object of the present invention is the use of a light concrete with a high elastic modulus, which comprises a mixture of cement, water, hollow spherical light aggregates, inert aggregates, preferably inert calcareous or silico-calcareous aggregates, where the weight ratio, in the dry mix, cement / hollow spherical lightweight aggregates ranges from 0.6 to 0.9, preferably from 0.80 to 0.85 and where the water / cement ratio by weight is equal to 0.44, such as structural lightweight concrete .

Oggetto della presente invenzione sono anche elementi strutturali ottenuti con il calcestruzzo leggero secondo la presente invenzione quali piloni, travi, pareti, ecc. ecc. Object of the present invention are also structural elements obtained with the lightweight concrete according to the present invention such as pillars, beams, walls, etc. etc.

Ulteriore oggetto della presente invenzione è anche un aggregato leggero cavo avente la forma di una sfera cava, dove detta sfera cava ha una pezzatura che varia da 0,6 mm a 1,5 mm, preferibilmente da 0,7 a 1,1 mm, con uno spessore della parete uguale a circa 1 mm e una superficie esterna liscia o rugosa, preferibilmente rugosa, in materiale ceramico o cementizio e l'uso di tale aggregato leggero cavo, quale aggregato leggero in un calcestruzzo leggero strutturale a elevato modulo elastico. A further object of the present invention is also a hollow light aggregate having the shape of a hollow sphere, where said hollow sphere has a size ranging from 0.6 mm to 1.5 mm, preferably from 0.7 to 1.1 mm, with a wall thickness equal to about 1 mm and a smooth or rough outer surface, preferably rough, in ceramic or cementitious material and the use of such hollow lightweight aggregate, as a lightweight aggregate in a structural lightweight concrete with a high modulus of elasticity.

Vantaggio fondamentale del calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico secondo la presente invenzione è che esso permette di realizzare elementi strutturali più leggeri, più aerei, cioè per esempio permette di realizzare travi più sottili, piloni più stretti, ecc.. Tali elementi strutturali, a parità di caratteristiche meccaniche, permettono anche di utilizzare una quantità ridotta di calcestruzzo, con conseguente riduzione di costi e consumi energetici. A fundamental advantage of the light concrete with a high elastic modulus according to the present invention is that it allows the creation of lighter, more airy structural elements, that is, for example, it allows the creation of thinner beams, narrower pillars, etc. of mechanical characteristics, also allow to use a reduced quantity of concrete, with a consequent reduction of costs and energy consumption.

Inoltre, il particolare aggregato leggero di forma sferica cava presente nel calcestruzzo leggero secondo la presente invenzione permette anche di eliminare il problema dell'assorbimento dell'acqua, problema tipico degli aggregati leggeri porosi secondo lo stato dell'arte. Furthermore, the particular light aggregate of hollow spherical shape present in the lightweight concrete according to the present invention also allows to eliminate the problem of water absorption, a typical problem of porous light aggregates according to the state of the art.

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 1'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 ENI97-1. Cementi particolarmente preferiti sono il cemento CEM I e il cemento CEM II. La classe di cemento particolarmente preferita è la classe 52,5 per il cemento CEM I. According to the present invention, the term "cement" means a powder material which, when mixed with water, forms a paste which hardens by hydration, and which, after hardening, maintains its strength and stability even under In particular, the cements according to the present invention include the so-called Portland cement, slag cement, pozzolane cement, fly ash, calcined shale, limestone and so-called composite cements. For example, type I cements can be used. , II, III, IV or V according to the ENI97-1 standard. Particularly preferred cements are CEM I cement and CEM II cement. The particularly preferred class of cement is class 52.5 for CEM I cement.

Con il termine "aggregato inerte" secondo la presente invenzione, s'intendono aggregati inerti quali polveri e sabbie, opportunamente scelti tra aggregati calcarei, silico-calcarei e silicei di qualsiasi forma. The term "inert aggregate" according to the present invention means inert aggregates such as powders and sands, suitably selected from calcareous, silico-calcareous and siliceous aggregates of any shape.

Tali aggregati inerti si distinguono in sabbie, aventi un diametro medio che varia da 0,5 a 5 mm, e in polveri o filler, cioè aggregati inerti fini, aventi un diametro medio che varia da 50 a 100 micron. These inert aggregates are divided into sands, having an average diameter ranging from 0.5 to 5 mm, and in powders or fillers, that is, fine aggregates, having an average diameter ranging from 50 to 100 microns.

Particolarmente preferiti sono gli aggregati calcarei o silico-calcarei. L'aggregato preferito è costituito da sabbia silico-calcarea naturale o frantumata e da filler o aggregato fine calcareo. Particularly preferred are calcareous or silico-calcareous aggregates. The preferred aggregate is constituted by natural or crushed silico-calcareous sand and by filler or fine calcareous aggregate.

Con il termine "aggregato leggero sferico cavo" si intende, secondo la presente invenzione, un aggregato leggero avente la forma di una sfera cava, caratterizzato da alta resistenza meccanica e alta rigidezza. La superficie del guscio rigido che costituisce la sfera cava non è porosa, detta sfera cava essendo ottenuta da polveri ceramiche o minerali sinterizzate. La sfera cava ha uno spessore di circa 1 mm, una densità che varia da 1,5 a 1,7 (mg/m<3>) e una pezzatura che varia da 0,6 mm a 1,5 mm, preferibilmente da 0,7 a 1,1 mm. According to the present invention, the term "hollow spherical light aggregate" means a light aggregate having the shape of a hollow sphere, characterized by high mechanical strength and high stiffness. The surface of the rigid shell that constitutes the hollow sphere is not porous, said hollow sphere being obtained from sintered ceramic or mineral powders. The hollow sphere has a thickness of about 1 mm, a density ranging from 1.5 to 1.7 (mg / m <3>) and a size ranging from 0.6 mm to 1.5 mm, preferably from 0 , 7 to 1.1 mm.

Gli aggregati leggeri a forma di sfera cava impiegati nel calcestruzzo leggero secondo la presente invenzione sono stati prodotti utilizzando diverse possibili matrici per il guscio rigido e più precisamente The hollow sphere-shaped lightweight aggregates used in the lightweight concrete according to the present invention have been produced using different possible matrices for the rigid shell and more precisely

- un materiale di tipo ceramico; - a ceramic-type material;

- una pasta cementizia. - a cement paste.

La pasta cementizia può essere indurita con maturazione accelerata in autoclave con vapore soprassaturo (180°C e 13 atm) oppure può essere indurita con maturazione in condizioni "naturali" alla temperatura di 22°C e umidità relativa prossima al 100%. The cement paste can be hardened with accelerated curing in an autoclave with supersaturated steam (180 ° C and 13 atm) or it can be hardened with curing in "natural" conditions at a temperature of 22 ° C and relative humidity close to 100%.

L'aggregato in materiale cementizio o in materiale ceramico secondo la presente invenzione è ottenibile mediante un procedimento che comprende una prima fase di granulazione di una miscela secca di materiale ceramico o pasta cementizia su nuclei sferici di polistirene spruzzati con sospensioni di lattice in una betoniera o piatto granulatore; e, nel caso dell'aggregato in materiale ceramico, una fase successiva di ceramizzazione delle sfere granulate così ottenute, condotta in opportuni forni elettrici; oppure, nel caso dell'aggregato in materiale cementizio, una fase successiva di indurimento delle sfere granulate così ottenute, con maturazione accelerata in autoclave con vapore soprassaturo, a 180°C e 13 atm, oppure con maturazione in condizioni ''naturali" alla temperatura di 22°C e umidità relativa prossima al 100%. The aggregate in cementitious material or in ceramic material according to the present invention can be obtained by means of a process which comprises a first step of granulating a dry mixture of ceramic material or cementitious paste on spherical polystyrene cores sprayed with latex suspensions in a concrete mixer or granulator plate; and, in the case of the aggregate in ceramic material, a subsequent phase of ceramizing the granulated spheres thus obtained, carried out in suitable electric furnaces; or, in the case of the aggregate in cementitious material, a subsequent hardening phase of the granulated spheres thus obtained, with accelerated curing in an autoclave with supersaturated steam, at 180 ° C and 13 atm, or with curing in "natural" conditions at the temperature of 22 ° C and relative humidity close to 100%.

La prima fase del processo per la realizzazione dell'aggregato leggero a forma di sfera cava da utilizzare nel calcestruzzo leggero secondo la presente invenzione prevede quindi una granulazione della miscela secca di materiale ceramico o pasta cementizia su nuclei sferici di polistirene vergine. The first step of the process for the production of the light aggregate in the shape of a hollow sphere to be used in the light concrete according to the present invention therefore provides for a granulation of the dry mixture of ceramic material or cement paste on spherical cores of virgin polystyrene.

Il materiale di tipo ceramico comprende tre componenti essenziali: una materia prima argillosa, una componente fondente e una componente stabilizzante. The ceramic-type material comprises three essential components: a clayey raw material, a flux component and a stabilizing component.

La materia prima argillosa può essere scelta tra caolite, bentonite, meta caolino, ecc., ed è presente in una quantità che varia dal 30 al 50% in peso rispetto al peso totale del materiale di tipo ceramico; la componente fondente può essere scelta tra feldspati, calcare, dolomite, talco, ecc. ed è presente in una quantità che varia dal 20 al 40% in peso rispetto al peso totale del materiale di tipo ceramico; la componente stabilizzante può essere scelta tra sabbie quarzose, silice, ecc. ed è presente in una quantità che varia dal 10 al 20% in peso rispetto al peso totale del materiale di tipo ceramico. The clayey raw material can be chosen from kaolite, bentonite, meta kaolin, etc., and is present in an amount ranging from 30 to 50% by weight with respect to the total weight of the ceramic type material; the dark component can be chosen from feldspar, limestone, dolomite, talc, etc. and is present in an amount ranging from 20 to 40% by weight with respect to the total weight of the ceramic-type material; the stabilizing component can be chosen from quartz sands, silica, etc. and is present in an amount ranging from 10 to 20% by weight with respect to the total weight of the ceramic-type material.

L'argilla è la materia prima fondamentale per la preparazione dei materiali ceramici ottenuti tramite cottura a elevata temperatura, mentre la componente stabilizzante è costituita da minerali o rocce, impiegati nella loro forma originaria o pretrattati termicamente, aventi come principale requisito la stabilità dimensionale o perfino una tendenza all'espansione. Aggiunti a un impasto ceramico, ne vanno a costituire l'ossatura, contrastando in tal modo il ritiro cui il manufatto è soggetto, per cause di natura chimica (disidratazione, decomposizione termica o altro) e/o fisica (assetto più stretto delle particelle costituenti la miscela). La componente fondente ha temperatura di fusione più bassa dei costituenti base dei manufatti ceramici (silice e allumina), ma ha la proprietà di ridurre ulteriormente la temperatura di fusione, se presente in miscela con essi e favorisce il processo di sinterizzazione delle argille. Clay is the fundamental raw material for the preparation of ceramic materials obtained by firing at high temperatures, while the stabilizing component is made up of minerals or rocks, used in their original form or thermally pre-treated, having as their main requisite dimensional stability or even a tendency to expand. When added to a ceramic body, they form the backbone, thus counteracting the shrinkage to which the product is subject, for causes of a chemical nature (dehydration, thermal decomposition or other) and / or physical (tighter structure of the constituent particles the mixture). The flux component has a lower melting temperature than the basic constituents of ceramic products (silica and alumina), but has the property of further reducing the melting temperature, if present in a mixture with them, and favors the sintering process of clays.

Nel caso dei materiali ceramici si riporta quindi, a titolo esemplificativo, la seguente preparazione a partire da una miscela cruda costituita da In the case of ceramic materials, the following preparation is therefore reported, by way of example, starting from a raw mixture consisting of

- meta caolino con la funzione di base ceramizzante, 65% in peso rispetto al peso totale della miscela cruda; - meta kaolin with the ceramizing base function, 65% by weight with respect to the total weight of the raw mixture;

- quarzo con la funzione di stabilizzante volumetrico, frazione 0 - 0,100 mm, 20% in peso rispetto al peso totale della miscela cruda; - quartz with the function of volumetric stabilizer, fraction 0 - 0.100 mm, 20% by weight with respect to the total weight of the raw mixture;

- feldspato con la funzione di fondente, frazione < 0,150 mm, 15% in peso rispetto al peso totale della miscela cruda. - feldspar with the function of flux, fraction <0.150 mm, 15% by weight with respect to the total weight of the raw mixture.

La formazione della sfera avviene mediante un processo di granulazione della polvere di miscela asciutta/secca dove i nuclei da cui si accrescono le sfere sono costituiti da perle di polistirene espanso vergine, preferibilmente con due distribuzioni granulometriche nominali uguali a 2-3 mm e 3-5 mm. The formation of the sphere takes place through a process of granulation of the dry / dry mixture powder where the cores from which the spheres grow are made of virgin expanded polystyrene beads, preferably with two nominal particle size distributions equal to 2-3 mm and 3- 5 mm.

Per permettere l'adesione della polvere di miscela cruda alle perle di polistirene (idrofobico) e successivamente per proseguire la granulazione ottenendo sfere compatte, si utilizzano sospensioni di lattice. Latex suspensions are used to allow the adhesion of the raw mixture powder to the polystyrene beads (hydrophobic) and subsequently to continue the granulation obtaining compact spheres.

Lo spessore delle sfere, come detto, è un parametro importante: per ogni grammo di polistirene occorrono circa 200 g di polvere secca per ottenere un guscio dello spessore di circa 1 mm, indipendentemente dalla pezzatura nominale delle perle impiegate, mentre la quantità di lattice necessaria è di circa 67,5 g, considerando una concentrazione media della dispersione del 30% in peso. The thickness of the spheres, as mentioned, is an important parameter: for each gram of polystyrene about 200 g of dry powder are needed to obtain a shell with a thickness of about 1 mm, regardless of the nominal size of the pearls used, while the amount of latex required is about 67.5 g, considering an average concentration of the dispersion of 30% by weight.

Lo spessore di 1 mm è lo spessore più adeguato per le sfere della pezzatura voluta, pezzatura che varia da 0,6 mm a 1,5 mm, preferibilmente da 0,7 a 1,1 mm, perché uno spessore inferiore a 1 mm le renderebbe troppo delicate per sopportare le operazioni meccaniche dell'impasto in calcestruzzo e uno spessore maggiore inciderebbe negativamente sul parametro della densità nominale che considera la cavità chiusa. The thickness of 1 mm is the most suitable thickness for the spheres of the desired size, size ranging from 0.6 mm to 1.5 mm, preferably from 0.7 to 1.1 mm, because a thickness of less than 1 mm it would make it too delicate to withstand the mechanical operations of the concrete mix and a greater thickness would negatively affect the nominal density parameter that considers the closed cavity.

Si possono realizzare sia sfere con una superficie sostanzialmente liscia sia sfere ad alta rugosità, come mostrato in figura 2 (2a e 2b, rispettivamente). Both spheres with a substantially smooth surface and spheres with high roughness can be made, as shown in figure 2 (2a and 2b, respectively).

La quantità di perle di polistirene corrispondente alla quantità di sfere cave che si vogliono produrre è disposta in una opportuna betoniera provvista di un dispositivo a ingranaggi che permette una regolazione continua dell'angolo di inclinazione. La betoniera ha anche una velocità di rotazione modulabile che varia in modo lineare tra 9,5 e 24 giri al minuto. La fase di granulazione è condotta alla massima velocità. Ovviamente si possono produrre le sfere anche con piatto granulatore. The quantity of polystyrene beads corresponding to the quantity of hollow spheres to be produced is arranged in a suitable concrete mixer equipped with a gear device which allows a continuous adjustment of the angle of inclination. The mixer also has a modulable rotation speed that varies linearly between 9.5 and 24 revolutions per minute. The granulation phase is carried out at maximum speed. Obviously, the spheres can also be produced with a granulator plate.

Si alimenta quindi la polvere secca, la cui quantità è definita in funzione della quantità di sfere da produrre, e si avvia la rotazione della betoniera. The dry powder is then fed, the quantity of which is defined according to the quantity of spheres to be produced, and the rotation of the concrete mixer is started.

La sospensione di lattice è quindi spruzzata mediante un opportuno nebulizzatore sulle perle di polistirene, il lattice bagna le perle di polistirene che, rotolando, finiscono nell'ammasso di polvere secca che scivola sulla parete del bidone, rimanendone ricoperte. La ceramizzazione delle sfere granulate così ottenute è condotta in opportuni forni elettrici, previa asciugatura all'aria delle sfere e setacciatura delle stesse per rimuovere lo scarto di granulazione e lo spolvero che si produce in ogni movimentazione delle sfere stesse. Questa operazione è necessaria in quanto in fase di cottura l'eventuale scarto non rimosso, cuocendo, si attaccherebbe alle sfere incollandole le une alle altre in modo permanente. The latex suspension is then sprayed by means of a suitable nebulizer on the polystyrene beads, the latex wets the polystyrene beads which, rolling, end up in the mass of dry powder that slides on the wall of the bin, remaining covered with it. The ceramization of the granulated spheres thus obtained is carried out in suitable electric ovens, after air drying the spheres and sieving them to remove the granulation waste and the dusting that occurs in each movement of the spheres themselves. This operation is necessary as during the cooking phase any waste not removed, by cooking, would stick to the spheres, gluing them to each other permanently.

Il ciclo termico di cottura comprende le seguenti tre fasi: The thermal cooking cycle includes the following three phases:

- nella prima fase la temperatura è incrementata da T ambiente a 300°C, con un gradiente di 2°C/min, cui segue un'ora di mantenimento. In questa fase si ha la completa asciugatura dell'acqua libera delle sfere e nella fase di plateau una prima eliminazione dell'acqua di idratazione. Contestualmente in questa fase avviene la degradazione del polistirene della perla di nucleazione e quindi la formazione della cavità; - nella seconda fase la temperatura è incrementata da 300°C a 700°C, con un gradiente di 2°C/min, cui segue un'ora di mantenimento. In questa fase si ha la completa eliminazione dell'acqua di cristallizzazione e la prima fase della cottura; - nella terza fase la temperatura è incrementata da 700°C a 1300°C, con un gradiente di 5°C/min, cui seguono tre ore di mantenimento. In questa fase avviene la ceramizzazione del materiale che subisce una consistente riduzione del volume stimabile tra il 20 e il 30 % rispetto al volume delle sfere crude. - in the first phase the temperature is increased from ambient T to 300 ° C, with a gradient of 2 ° C / min, followed by one hour of maintenance. In this phase there is the complete drying of the free water of the spheres and in the plateau phase a first elimination of the hydration water. At the same time, the degradation of the polystyrene of the nucleation bead and therefore the formation of the cavity takes place in this phase; - in the second phase the temperature is increased from 300 ° C to 700 ° C, with a gradient of 2 ° C / min, followed by one hour of maintenance. In this phase there is the complete elimination of the crystallization water and the first phase of cooking; - in the third phase the temperature is increased from 700 ° C to 1300 ° C, with a gradient of 5 ° C / min, followed by three hours of maintenance. In this phase the ceramization of the material takes place, which undergoes a substantial reduction in volume estimated between 20 and 30% compared to the volume of the raw spheres.

Come precedentemente indicato gli aggregati leggeri a forma di sfera cava possono essere ottenuti anche a partire da paste cementizie, dove la pasta cementizia può essere indurita con maturazione accelerata in autoclave con vapore soprassaturo (180°C e 13 atm) oppure può essere indurita con maturazione in condizioni "naturali" alla temperatura di 22°C e umidità relativa prossima al 100%. As previously indicated, the light aggregates in the shape of a hollow sphere can also be obtained starting from cementitious pastes, where the cementitious paste can be hardened with accelerated curing in an autoclave with supersaturated steam (180 ° C and 13 atm) or it can be hardened with maturation in "natural" conditions at a temperature of 22 ° C and relative humidity close to 100%.

Nel primo caso si parla di legante per maturazione autoclavata e, a titolo esemplificativo, si riporta un legante ottenuto dalla seguente composizione In the first case we speak of a binder for autoclaved maturation and, by way of example, a binder obtained from the following composition is reported

• Clinker Scafa 70% in peso; • Clinker Scafa 70% by weight;

• Silice quarzosa 30% in peso • Quartz silica 30% by weight

per co-macinazione di clinker di Scafa e di una silice quarzosa a una finezza elevata, 6000 Blaine (cm<2>/g). La fase di granulazione è condotta esattamente come descritto per le sfere cave in materiale ceramico con l'unica differenza che il lattice è nebulizzato solo inizialmente, cioè fino a quando le perle di polistirene sono state ricoperte di un primo "velo" di polvere secca di legante, il resto della granulazione procede poi impiegando semplicemente acqua come parte liquida. by co-grinding of Scafa clinker and a quartz silica to a high fineness, 6000 Blaine (cm <2> / g). The granulation phase is carried out exactly as described for the hollow spheres in ceramic material with the only difference that the latex is nebulized only initially, that is until the polystyrene beads have been covered with a first "veil" of dry powder of binder, the rest of the granulation then proceeds simply using water as the liquid part.

Per ogni grammo di perle di polistirene vergine si ha un consumo di 200 g di legante, circa 6,5 g di lattice (pronto all'uso) e 45 g di acqua. For each gram of virgin polystyrene beads there is a consumption of 200 g of binder, about 6.5 g of latex (ready to use) and 45 g of water.

La maturazione delle sfere prodotte con tale legante avviene in due fasi, la prima a bassa temperatura a pressione ordinaria e la seconda a temperatura e pressione elevate (180°C e 13 atm). The maturation of the spheres produced with this binder takes place in two phases, the first at low temperature at ordinary pressure and the second at high temperature and pressure (180 ° C and 13 atm).

La prima fase di maturazione ha una durata variabile tra 7 e 18 ore circa e ha lo scopo di conferire alle sfere un minimo di resistenza meccanica per sopportare la fase di autoclavaggio. La temperatura di maturazione è di 60° C e l'umidità è quella che si instaura a tale temperatura in un ambiente chiuso con acqua libera. Terminato questo primo ciclo di maturazione in stufa, le sfere sono introdotte nell'autoclave, impostata a 180° C e la pressione d'equilibrio, una volta raggiunta la temperatura, è di circa 13 atm. Questa fase ha una durata di circa 24 ore. The first phase of maturation lasts between 7 and 18 hours and has the purpose of giving the spheres a minimum of mechanical resistance to withstand the autoclaving phase. The ripening temperature is 60 ° C and the humidity is that which is established at this temperature in a closed environment with free water. At the end of this first cycle of maturation in the oven, the spheres are introduced into the autoclave, set at 180 ° C and the equilibrium pressure, once the temperature is reached, is about 13 atm. This phase lasts about 24 hours.

Nel caso di una pasta cementizia indurita con maturazione in condizioni "naturali'', si parla di legante per maturazione naturale e tale legante è prodotto mediante macinazione di clinker di Scafa (100%) a una finezza elevata, 8000 Blaine (cm<2>/g), La granulazione è condotta come descritto per il legante a maturazione autoclavata e per ogni grammo di perle di polistirene vergine si ha un consumo di 200 g di legante, circa 6,5 g di lattice (pronto all'uso) e circa 57 g di acqua. In the case of a hardened cement paste with maturation in "natural" conditions, we speak of a binder for natural maturation and this binder is produced by grinding Scafa clinker (100%) to a high fineness, 8000 Blaine (cm <2> / g), The granulation is carried out as described for the autoclaved curing binder and for each gram of virgin polystyrene beads there is a consumption of 200 g of binder, about 6.5 g of latex (ready to use) and about 57 g of water.

La fase di maturazione di questo tipo di sfere è condotta mediante una prima fase in cui, al termine della granulazione e dopo una bagnatura superficiale, le sfere sono poste in un contenitore, poi chiuso e sigillato. Entro la prima ora di maturazione il materiale in idratazione sviluppa una grande quantità di calore e la superficie del contenitore raggiunge la temperatura di 80°C circa, producendo una sorta di maturazione a vapore, con calore autogeno. Il resto della maturazione, di 28 gg complessivi, avviene a temperatura di 22°C e a una umidità relativa prossima al 100%, corrispondente a quella che si instaura nel contenitore chiuso con un piccolo eccesso d'acqua per bagnare le sfere. The maturation phase of this type of spheres is carried out through a first phase in which, at the end of the granulation and after a surface wetting, the spheres are placed in a container, then closed and sealed. Within the first hour of maturation the material being hydrated develops a large amount of heat and the surface of the container reaches a temperature of about 80 ° C, producing a sort of steam maturation, with autogenous heat. The rest of the maturation, for a total of 28 days, takes place at a temperature of 22 ° C and a relative humidity close to 100%, corresponding to that established in the closed container with a small excess of water to wet the spheres.

Le sfere cave ceramiche e in pasta cementizia autoclavata, prodotte come descritto in precedenza, sono state caratterizzate con riferimento alle caratteristiche fisiche come aggregati e precisamente sono stati misurati la densità, l'assorbimento d'acqua e il crash test, i cui risultati sono riportati nella seguente tabella 1. The ceramic hollow spheres and autoclaved cement paste, produced as described above, were characterized with reference to the physical characteristics as aggregates and precisely the density, water absorption and crash test were measured, the results of which are reported in the following table 1.

Tabella 1 Table 1

Sfere cave Hollow spheres

pasta Sfere cave Sfere cave pasta Hollow spheres Hollow spheres

cementizia pasta ceramiche cementitious ceramic paste

autoclavata cementizia autoclaved cement

Densità apparente pLa(Mg/m<3>) 1,60 1,52 1,66 Densità preessiccati in stufa pLtdApparent density pLa (Mg / m <3>) 1.60 1.52 1.66 Density pre-dried in oven pLtd

1,48 1,21 1,35 (Mg/m<3>) 1.48 1.21 1.35 (Mg / m <3>)

Densità superficie satura asciutta Dry saturated surface density

1,55 1,41 1,54 pLssd(Mg/m<3>) 1.55 1.41 1.54 pLssd (Mg / m <3>)

Assorbimento d’acqua a 5 min Water absorption at 5 min

4,3 4,5 8,2 WA5. (%) 4.3 4.5 8.2 WA5. (%)

Assorbimento d’acqua a 1 ora 4,7 8,4 12,4 WAlh*(%) Water absorption at 1 hour 4.7 8.4 12.4 WAlh * (%)

Assorbimento d’acqua a 24 ore Water absorption after 24 hours

5,0 17,3 14,1 WA24h. (%) 5.0 17.3 14.1 WA24h. (%)

Crash Test (N/mm<z>) 2,7 5,5 4,1 Crash Test (N / mm <z>) 2.7 5.5 4.1

Le precedenti caratterizzazioni sono state condotte secondo i seguenti standard: The previous characterizations were conducted according to the following standards:

la massa volumica o densità è stata misurata secondo il metodo EN 1097-6:2013; the density or density was measured according to the method EN 1097-6: 2013;

l'assorbimento dell'acqua è misurato secondo il metodo EN 1097-6:2013; water absorption is measured according to the EN 1097-6: 2013 method;

il crash test è condotto secondo il metodo EN 13055-1:2002. the crash test is conducted according to the EN 13055-1: 2002 method.

La distribuzione granulometrica delle sfere cave, misurata con videogranulometro, è riportata in figura 3. The particle size distribution of the hollow spheres, measured with a videogranulometer, is shown in figure 3.

Nella seguente tabella 2 è riportata la caratterizzazione fisica per le sfere ceramiche cave mostrate in figura 2, lisce 2a) e rugose 2b). The following table 2 shows the physical characterization for the hollow ceramic spheres shown in figure 2, smooth 2a) and rough 2b).

Tabella 2 Table 2

Assorbimento Assorbimento Assorbimento Crush Massa Aggregato leggero acqua acqua acqua Absorption Absorption Absorption Crush Mass Light aggregate water water water

test volumica 5 min 1 h 24 h volume test 5 min 1 h 24 h

[MPa] [%] [%] [%] [kg/m<;f>] Sfere cave ceramiche [MPa] [%] [%] [%] [kg / m <; f>] Ceramic hollow spheres

3,36 3,1 3,8 4,8 1,40 lisce 3.36 3.1 3.8 4.8 1.40 smooth

Sfere cave ceramiche Ceramic hollow spheres

3,48 3,9 4,4 5,2 1,64 rugose 3.48 3.9 4.4 5.2 1.64 rough

Il calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico secondo la presente invenzione comprende una quantità di cemento che varia da 300 a 550 kg/m<3>, più preferibilmente da 350 a 500 kg/m<3>, ancora più preferibilmente da 420 a 480 kg/m<3>. The lightweight concrete with a high elastic modulus according to the present invention comprises a quantity of cement ranging from 300 to 550 kg / m <3>, more preferably from 350 to 500 kg / m <3>, even more preferably from 420 to 480 kg / m <3>.

Cemento preferito è il cemento CEM I classe 52.5 e il cemento CEM II. Preferred cement is CEM I class 52.5 cement and CEM II cement.

Il calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico secondo la presente invenzione comprende una quantità di acqua che varia da 132 a 242 kg/m<3>, preferibilmente da 160 a 230 kg/m<3>. The lightweight concrete with a high elastic modulus according to the present invention comprises an amount of water ranging from 132 to 242 kg / m <3>, preferably from 160 to 230 kg / m <3>.

Il rapporto acqua/cemento è uguale a 0,44 (in peso). Il calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico secondo la presente invenzione comprende una quantità di aggregato inerte che varia da 450 a 800 kg/m<3>. Più preferibilmente, l'aggregato inerte secondo la presente invenzione è costituito da sabbia, preferibilmente sabbia silico-calcarea naturale o frantumata, in una quantità che varia da 450 a 650 kg/m<3>e da aggregato fine, preferibilmente filler calcareo, in una quantità che varia da 0 a 150 kg/m<3>. The water / cement ratio is equal to 0.44 (by weight). The lightweight concrete with a high elastic modulus according to the present invention comprises an amount of inert aggregate ranging from 450 to 800 kg / m <3>. More preferably, the inert aggregate according to the present invention consists of sand, preferably natural or crushed silico-calcareous sand, in an amount ranging from 450 to 650 kg / m <3> and of fine aggregate, preferably calcareous filler, in an amount ranging from 0 to 150 kg / m <3>.

Il calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico secondo la presente invenzione comprende una quantità di aggregato leggero sferico cavo che varia da 333 e 918 kg/m<3>, preferibilmente da 500 a 612 kg/m<3>. The light concrete with a high elastic modulus according to the present invention comprises an amount of hollow spherical light aggregate ranging from 333 and 918 kg / m <3>, preferably from 500 to 612 kg / m <3>.

L'aggregato preferito è costituito da sfere cave in materiale ceramico o cementizio, preferibilmente in materiale ceramico. The preferred aggregate consists of hollow spheres of ceramic or cementitious material, preferably of ceramic material.

E' fondamentale il rapporto tra quantità di cemento e quantità di aggregato leggero: il rapporto in peso, nella miscela a secco, cemento/aggregati leggeri sferici cavi varia da 0,6 a 0,9, preferibilmente da 0,80 a 0,85. The ratio between the quantity of cement and the quantity of light aggregate is fundamental: the weight ratio, in the dry mix, cement / hollow spherical light aggregates varies from 0.6 to 0.9, preferably from 0.80 to 0.85 .

Il calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico secondo la presente invenzione può comprendere anche additivi superfluidificanti o altri additivi, in quantità non rilevanti. The lightweight concrete with a high elastic modulus according to the present invention can also comprise superplasticizing additives or other additives, in insignificant quantities.

Un calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico preferito secondo la presente invenzione prevede la seguente composizione: A preferred lightweight high-modulus concrete according to the present invention provides the following composition:

- cemento CEM I 52,5 in una quantità che varia da 350 kg/m<3>a 500 kg/m<3>; - CEM I 52.5 cement in an amount ranging from 350 kg / m <3> to 500 kg / m <3>;

- acqua in una quantità che varia da 160 kg/m<3>a 230 kg/m<3>; - water in an amount ranging from 160 kg / m <3> to 230 kg / m <3>;

- aggregati leggeri sferici cavi in materiale ceramico in una quantità che varia da 500 a 612 kg/m<3>, dove preferibilmente il 60% in volume degli aggregati ha una superficie rugosa e il 40% in volume degli aggregati ha una superficie liscia, le percentuali in volume sono riferite rispetto al volume totale degli aggregati leggeri; - hollow spherical lightweight aggregates in ceramic material in an amount ranging from 500 to 612 kg / m <3>, where preferably 60% by volume of the aggregates has a rough surface and 40% by volume of the aggregates has a smooth surface, the percentages by volume refer to the total volume of light aggregates;

- sabbia silico-calcarea in una quantità che varia da 450 kg/m<3>a 650 kg/m<3>; - silico-calcareous sand in an amount ranging from 450 kg / m <3> to 650 kg / m <3>;

- filler calcareo in una quantità che varia da 0 a 100 kg/m<3>; - calcareous filler in an amount ranging from 0 to 100 kg / m <3>;

- superiluidificante in una quantità che varia da 2 kg/m<3>a 5 kg/m<3>; - super-thinner in an amount ranging from 2 kg / m <3> to 5 kg / m <3>;

- il rapporto in peso acqua/cemento essendo uguale a 0,44 e - the water / cement weight ratio being equal to 0.44 e

- il rapporto cemento/aggregati leggeri sferici cavi, in peso, nella miscela secca, essendo uguale a 0,82. - the cement / hollow spherical light aggregate ratio, by weight, in the dry mixture, being equal to 0.82.

La soluzione secondo la presente invenzione ha sorprendentemente individuato un calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico che presenta contemporaneamente una resistenza meccanica a compressione superiore a 53 MPa (a 28 giorni), un modulo elastico superiore a 25000 MPa (a 28 giorni) e una massa volumica o densità allo stato indurito compresa tra 1800 e 1900 kg/m<3>. The solution according to the present invention has surprisingly identified a light concrete with a high elastic modulus which simultaneously has a mechanical compressive strength higher than 53 MPa (at 28 days), an elastic modulus higher than 25000 MPa (at 28 days) and a density or density in the hardened state between 1800 and 1900 kg / m <3>.

Il calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico secondo la presente invenzione presenta il vantaggio di essere caratterizzato, allo stesso tempo, da una alta resistenza meccanica e da un elevato modulo elastico che permette, contrariamente alle previsioni, di realizzare elementi strutturali più leggeri, più aerei, quali per esempio travi più sottili, piloni più stretti, ecc.. Tali elementi strutturali, a parità di caratteristiche meccaniche, permettono anche di utilizzare una quantità ridotta di calcestruzzo, con conseguente riduzione di costi e consumi energetici. Inoltre il particolare aggregato leggero cavo di forma sferica del calcestruzzo leggero secondo la presente invenzione permette anche di eliminare il problema dell'assorbimento dell'acqua, problema tipico degli aggregati leggeri porosi secondo lo stato dell'arte. Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione saranno evidenti dai seguenti esempi riportati a scopo illustrativo e non limitativo. The light concrete with a high elastic modulus according to the present invention has the advantage of being characterized, at the same time, by a high mechanical resistance and a high elastic modulus which allows, contrary to expectations, to create lighter, more airy structural elements, such as for example thinner beams, narrower pillars, etc. These structural elements, with the same mechanical characteristics, also allow the use of a reduced quantity of concrete, with a consequent reduction in costs and energy consumption. Furthermore, the particular hollow light aggregate of spherical shape of the light concrete according to the present invention also allows to eliminate the problem of water absorption, typical problem of porous light aggregates according to the state of the art. Other features and advantages of the invention will be evident from the following examples given for illustrative and non-limiting purposes.

Esempio 1 Example 1

E' stato preparato un calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico con la composizione (C—1) riportata nella seguente tabella 3. A lightweight concrete with a high elastic modulus was prepared with the composition (C — 1) reported in the following table 3.

Tabella 3 Table 3

C-l Kg/m<3>C-l Kg / m <3>

Cemento CEM I 52,5 469 Cement CEM I 52.5 469

Acqua 205 Water 205

Sabbia silico-calcarea 511 Silico-limestone sand 511

Filler calcareo 99 Limestone filler 99

Aggregati leggeri sferici 568 Spherical Light Aggregates 568

cavi ceramici ceramic cables

Superfluidificante 2,5 Superplasticizer 2.5

Le quantità riportate in tabella sono espresse in kg/m<3>. The quantities shown in the table are expressed in kg / m <3>.

Il cemento è un cemento Portland tipo I 52.5R in accordo con gli standard UNI EN 197-1, proveniente dalla cementeria Italcementi di Calusco d'Adda, avente una finezza uguale a 4960 cm<2>/g (Blaine) e una densità uguale a 3,151 kg/dm<3>. The cement is a Portland cement type I 52.5R in accordance with the UNI EN 197-1 standards, coming from the Italcementi cement plant in Calusco d'Adda, with a fineness equal to 4960 cm <2> / g (Blaine) and an equal density at 3.151 kg / dm <3>.

Il filler calcareo è un aggregato fine calcareo con diametro massimo uguale a circa 100 |lm. Tale aggregato ha una densità uguale a 2,7 kg/dm<3>. The calcareous filler is a fine calcareous aggregate with a maximum diameter equal to about 100 | lm. This aggregate has a density equal to 2.7 kg / dm <3>.

La sabbia silico-calcarea è una sabbia alluvionale lavata, con densità uguale a circa 2,6 kg/dm<3>. The silico-calcareous sand is a washed alluvial sand, with a density equal to about 2.6 kg / dm <3>.

Gli aggregati leggeri ceramici aventi una forma di sfera cava sono stati ottenuti come indicato in precedenza, dalla miscela cruda costituita da The lightweight ceramic aggregates having a hollow sphere shape were obtained as indicated above, from the raw mixture consisting of

- meta caolino con la funzione di base ceramizzante, 65% in peso rispetto al peso totale della miscela cruda; - meta kaolin with the ceramizing base function, 65% by weight with respect to the total weight of the raw mixture;

- quarzo con la funzione di stabilizzante volumetrico, frazione 0 - 0,100 mm, 20% in peso rispetto al peso totale della miscela cruda; - quartz with the function of volumetric stabilizer, fraction 0 - 0.100 mm, 20% by weight with respect to the total weight of the raw mixture;

- feldspato con la funzione di fondente, frazione < 0,150 mm, 15% in peso rispetto al peso totale della miscela cruda - feldspar with the function of flux, fraction <0.150 mm, 15% by weight with respect to the total weight of the raw mixture

e sono costituiti per il 60% in volume da aggregati ceramici con superficie rugosa e per il 40% in volume da aggregati con superficie liscia, le percentuali in volume sono riferite rispetto al volume totale degli aggregati leggeri. and are made up of 60% by volume of ceramic aggregates with a rough surface and 40% by volume of aggregates with a smooth surface, the percentages by volume refer to the total volume of light aggregates.

Il rapporto acqua/cemento è uguale a 0,44, mentre il rapporto cemento/aggregati leggeri è uguale a 0,82. The water / cement ratio is equal to 0.44, while the cement / light aggregate ratio is equal to 0.82.

Il superplastificante, prodotto da SIKA Italia (Creactive 4K), è un additivo acrilico con funzione di riduttore d'acqua. The superplasticizer, produced by SIKA Italia (Creactive 4K), is an acrylic additive with the function of water reducer.

Per una completa omogeneizzazione, il cemento, l'acqua, l'aggregato leggero e gli altri aggregati e additivi sono miscelati in una betoniera da cantiere o altra attrezzatura simile, nelle opportune proporzioni, fino all'ottenimento di un impasto omogeneo privo di grumi che è stato opportunamente caratterizzato con la misura dello slump e della densità o massa volumica. For complete homogenization, the cement, water, light aggregate and other aggregates and additives are mixed in a construction site concrete mixer or other similar equipment, in the appropriate proportions, until a homogeneous mixture free of lumps is obtained. was suitably characterized with the measurement of the slump and the density or density.

Dopo indurimento, sono stati rilevati i valori di massa volumica, resistenza meccanica a compressione, modulo elastico dinamico, modulo elastico statico e conducibilità termica riportati nella seguente tabella 5, After hardening, the density values, mechanical resistance to compression, dynamic elastic modulus, static elastic modulus and thermal conductivity were measured as shown in the following table 5,

Esempio 2 (comparativo) Example 2 (comparative)

A scopo comparativo sono stati preparati un calcestruzzo leggero impiegando aggregati leggeri classici, cioè argilla espansa (C-2) e un calcestruzzo ordinario (senza aggregati leggeri, C-3), aventi le composizioni riportate nella seguente tabella 4. For comparative purposes, a light concrete was prepared using classical light aggregates, i.e. expanded clay (C-2) and an ordinary concrete (without light aggregates, C-3), having the compositions reported in the following table 4.

Tabella 4 Table 4

C-3 C-3

Cemento CEM I 52,5 469 466 Cement CEM I 52.5 469 466

Acqua 205 206 Water 205 206

Sabbia silico-calcarea 939 1559 Silico-limestone sand 939 1559

Filler calcareo 96 111 Limestone filler 96 111

Argilla espansa 98 -Superplastificante 2,5 Expanded clay 98 -Superplasticizer 2,5

Le quantità riportate in tabella sono espresse in kg/m<3>. The quantities shown in the table are expressed in kg / m <3>.

Il cemento è un cemento Portland tipo I 52.5R in accordo con gli standard UNI EN 197-1, proveniente dalla cementeria Italcementi di Calusco d'Adda, avente una finezza uguale a 4960 cm<2>/g (Blaine) e una densità uguale a 3,151 kg/dm<3>. The cement is a Portland cement type I 52.5R in accordance with the UNI EN 197-1 standards, coming from the Italcementi cement plant in Calusco d'Adda, with a fineness equal to 4960 cm <2> / g (Blaine) and an equal density at 3.151 kg / dm <3>.

Il filler calcareo e la sabbia silico-calcarea sono le stesse impiegate nell'esempio 1. The calcareous filler and the silico-calcareous sand are the same used in example 1.

Il rapporto acqua/cemento è uguale a 0,44. The water / cement ratio is equal to 0.44.

Il superplastificante è prodotto da SIKA Italia (Creactive 4K) ed è un additivo acrilico con funzione di riduttore d'acqua. The superplasticizer is produced by SIKA Italia (Creactive 4K) and is an acrylic additive with the function of water reducer.

Per una completa omogeneizzazione, il cemento, l'acqua, l'aggregato leggero (se presente) e gli altri aggregati e additivi sono miscelati in una betoniera da cantiere o altra attrezzatura simile, nelle opportune proporzioni, fino all'ottenimento di un impasto omogeneo privo di grumi che è stato opportunamente caratterizzato con la misura dello slump e della densità o massa volumica. For complete homogenization, the cement, water, light aggregate (if present) and the other aggregates and additives are mixed in a construction site concrete mixer or other similar equipment, in the appropriate proportions, until a homogeneous mixture is obtained. free of lumps which has been suitably characterized with the measurement of the slump and the density or density.

Dopo indurimento, sono stati rilevati i valori di massa volumica, resistenza meccanica a compressione, modulo elastico dinamico, modulo elastico statico e conducibilità termica riportati nella seguente tabella 5. After hardening, the density values, mechanical resistance to compression, dynamic elastic modulus, static elastic modulus and thermal conductivity were measured as shown in the following table 5.

La massa volumica o densità allo stato fresco è stata misurata secondo il metodo UNI EN 12350-6. The density or density in the fresh state was measured according to the UNI EN 12350-6 method.

Lo slump test è stato condotto secondo il metodo UNI EN 12350-2 . The slump test was conducted according to the UNI EN 12350-2 method.

La massa volumica o densità allo stato indurito è stata misurata secondo il metodo UNI EN 12390-7. The density or density in the hardened state was measured according to the UNI EN 12390-7 method.

La resistenza meccanica a compressione è stata misurata secondo il metodo UNI EN 12390-3. The mechanical resistance to compression was measured according to the UNI EN 12390-3 method.

La conducibilità termica è stata misurata secondo metodo UNI EN 12664 - Metodo del termof lussimetro . The thermal conductivity was measured according to the UNI EN 12664 method - Thermofluximeter method.

II modulo elastico secante (MES) è stato misurato secondo il metodo UNI 6556. The secant elastic modulus (MES) was measured according to the UNI 6556 method.

Il modulo elastico dinamico (MED) è stato misurato secondo il metodo ASTM C215. The dynamic elastic modulus (MED) was measured according to the ASTM C215 method.

Tabella 5 Table 5

C-1 C-2 C-3 Invenzione Leggero Ordinario prior art C-1 C-2 C-3 Invention Light Ordinary prior art

(CER) (LECA1) <REF) Slump [mm] 230 210 230 Densità allo stato tresco [kg/m<3>] 1813 1815 2308 Densità allo stato indurito [kg/m<3>] 1805 1802 2292 Resistenza a compressione (CER) (LECA1) <REF) Slump [mm] 230 210 230 Density in the cool state [kg / m <3>] 1813 1815 2308 Density in the hardened state [kg / m <3>] 1805 1802 2292 Compressive strength

{1 giorno) [MPa] 26,8 28,1 32,2 Resistenza a compressione {1 day) [MPa] 26.8 28.1 32.2 Compressive strength

{7 giorno) [MPa] 51,6 35,5 72,4 Resistenza a compressione {7 day) [MPa] 51.6 35.5 72.4 Compressive strength

(28 giorni) [MPa] 54,3 38,4 77,5 Modulo elastico dinamico (28 days) [MPa] 54.3 38.4 77.5 Dynamic elastic modulus

(1 giorno) [MPa] 24546 19586 32713 Modulo elastico dinamico (1 day) [MPa] 24546 19586 32713 Dynamic elastic modulus

(28 giorni) [MPa] 28847 24927 39421 Modulo elastico statico (28 days) [MPa] 28847 24927 39421 Static elastic modulus

(28 giorni) [MPa] 25692 20173 33875 Conducibilità termica [W/mK] 0,96 0,93 1,19 (28 days) [MPa] 25692 20173 33875 Thermal conductivity [W / mK] 0.96 0.93 1.19

Esempio 3 Example 3

E' stato preparato un calcestruzzo leggero con una composizione identica a quella riportata nell'esempio 1 con l'unica differenza che gli aggregati leggeri ceramici aventi una forma di sfera cava sono costituiti esclusivamente da aggregati ceramici con superficie liscia. A lightweight concrete was prepared with a composition identical to that reported in example 1 with the only difference that the lightweight ceramic aggregates having a hollow sphere shape consist exclusively of ceramic aggregates with a smooth surface.

Dopo indurimento, sono stati rilevati i valori di massa volumica, resistenza meccanica a compressione e modulo elastico statico riportati nella seguente tabella 6. After hardening, the density, compressive mechanical strength and static elastic modulus values reported in the following table 6 were measured.

Tabella 6 Table 6

C-3 C-l C-3 C-l

C-4 C-4

Ordinario Invenzione Invenzione Ordinary Invention Invention

(REF) (CER) Densità allo stato indurito [kg/m<3>] 2292 1823 1805 Resistenza a compressione (REF) (CER) Density in the hardened state [kg / m <3>] 2292 1823 1805 Compressive strength

{28 giorni) [MPa] 77,5 47,6 54,3 Modulo elastico statico {28 days) [MPa] 77.5 47.6 54.3 Static elastic modulus

(28 giorni) [MPa] 33875 24887 25692 (28 days) [MPa] 33875 24887 25692

Come evidente dalla figura 4, la rugosità superficiale non ha sostanzialmente effetto sul modulo elastico, ma permette di migliorare la resistenza a compressione. Dai precedenti confronti è evidente come il calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico della presente invenzione presenti una ottimale combinazione di proprietà fisiche che consentono di ottenere un calcestruzzo leggero che, allo stesso tempo, è caratterizzato da As can be seen from Figure 4, the surface roughness does not substantially affect the elastic modulus, but allows to improve the compressive strength. From the previous comparisons it is evident that the light concrete with a high elastic modulus of the present invention presents an optimal combination of physical properties which allow to obtain a light concrete which, at the same time, is characterized by

una resistenza meccanica a compressione e un modulo elastico statico decisamente migliorati rispetto ai calcestruzzi leggeri già noti allo stato dell'arte, caratteristiche fisiche che permettono un utilizzo ottimale del calcestruzzo leggero secondo la presente invenzione come elemento strutturale; a decidedly improved mechanical resistance to compression and a static elastic modulus with respect to light concretes already known in the state of the art, physical characteristics that allow optimal use of the light concrete according to the present invention as a structural element;

una ridotta, ma sufficiente resistenza meccanica e un ridotto, ma sufficiente modulo elastico rispetto ai calcestruzzi ordinari (rispettivamente circa il 70% e il 76% dei valori del calcestruzzo ordinario di riferimento dell'esempio 2) (Figura 5); a reduced, but sufficient mechanical resistance and a reduced, but sufficient elastic modulus with respect to ordinary concretes (respectively about 70% and 76% of the values of the ordinary reference concrete of Example 2) (Figure 5);

un modulo elastico superiore di circa il 10% rispetto a quanto previsto in base agli algoritmi secondo Eurocodice2 (EC2) per un calcestruzzo leggero (Figura 6) e conseguentemente una maggiore rigidezza; in figura 6 sono presentati i valori di Modulo Elastico misurati in laboratorio (barre rosse) per ogni calcestruzzo esemplificato. Questi valori sperimentali sono confrontati con la previsione del valore di modulo elastico (date resistenza e densità) secondo i modelli dell'EC2 (barre blu). Come si può notare sia in termini relativi (tra previsione e reale - barra blu e rossa) sia in termini assoluti (valori finali delle barre rosse), il calcestruzzo leggero secondo la presente invenzione presenta un modulo elastico più elevato (a parità di densità e di mix design); tali valori di modulo elastico permettono, per esempio, di realizzare un pilastro in calcestruzzo leggero che presenta una deformazione molto vicina a quella del medesimo pilastro realizzato con calcestruzzo ordinario, a parità di resistenza meccanica, senza necessità di aumentare la sezione; an elastic modulus approximately 10% higher than that envisaged according to the algorithms according to Eurocode2 (EC2) for a lightweight concrete (Figure 6) and consequently greater stiffness; Figure 6 shows the Elastic Modulus values measured in the laboratory (red bars) for each exemplified concrete. These experimental values are compared with the prediction of the elastic modulus value (given strength and density) according to the EC2 models (blue bars). As can be seen both in relative terms (between forecast and real - blue and red bars) and in absolute terms (final values of the red bars), the lightweight concrete according to the present invention has a higher elastic modulus (with the same density and of mix design); such values of elastic modulus allow, for example, to make a pillar in lightweight concrete which has a deformation very close to that of the same pillar made with ordinary concrete, with the same mechanical strength, without the need to increase the section;

un ridotto assorbimento di acqua rispetto ai calcestruzzi alleggeriti classici. reduced water absorption compared to classic lightweight concretes.

Claims (14)

RIVENDICAZIONI 1. Calcestruzzo leggero strutturale a elevato modulo elastico, comprendente una miscela di cemento, acqua, aggregati leggeri sferici cavi, aggregati inerti, preferibilmente aggregati inerti calcarei o silicocalcarei, dove il rapporto in peso, nella miscela a secco, cemento/aggregati leggeri sferici cavi varia da 0,6 a 0,9, preferibilmente da 0,80 a 0,85 e dove il rapporto acqua/cemento in peso è uguale a 0,44. CLAIMS 1. Lightweight structural concrete with a high modulus of elasticity, comprising a mixture of cement, water, hollow spherical light aggregates, inert aggregates, preferably inert calcareous or silicocalcareous aggregates, where the weight ratio, in the dry mix, cement / hollow spherical light aggregates it varies from 0.6 to 0.9, preferably from 0.80 to 0.85 and where the water / cement ratio by weight is equal to 0.44. 2. Calcestruzzo leggero secondo la rivendicazione 1, dove la miscela comprende una quantità di cemento che varia da 300 a 550 kg/m<3>, più preferibilmente da 350 a 500 kg/m<3>, ancora più preferibilmente da 420 a 480 kg/m<3>, detto cemento essendo scelto preferibilmente tra cemento CEM I classe 52.5 e cemento CEM II. 2. Lightweight concrete according to claim 1, where the mixture comprises an amount of cement ranging from 300 to 550 kg / m <3>, more preferably from 350 to 500 kg / m <3>, still more preferably from 420 to 480 kg / m <3>, said cement being preferably chosen between CEM I class 52.5 cement and CEM II cement. 3. Calcestruzzo leggero secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, dove la miscela comprende una quantità di acqua che varia da 132 a 242 kg/m<3>, preferibilmente da 160 a 230 kg/m<3>. Lightweight concrete according to one or more of the preceding claims, where the mixture comprises an amount of water ranging from 132 to 242 kg / m <3>, preferably from 160 to 230 kg / m <3>. 4. Calcestruzzo leggero secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, dove la miscela comprende una quantità di aggregato leggero sferico cavo che varia da 333 e 918 kg/m<3>, preferibilmente da 500 a 612 kg/m<3>, detto aggregato leggero sferico cavo essendo costituito da sfere cave in materiale ceramico o cementizio, preferibilmente in materiale ceramico. 4. Lightweight concrete according to one or more of the preceding claims, where the mixture comprises an amount of hollow spherical lightweight aggregate ranging from 333 to 918 kg / m <3>, preferably from 500 to 612 kg / m <3>, said aggregate light hollow spherical being made up of hollow spheres in ceramic or cementitious material, preferably in ceramic material. 5. Calcestruzzo leggero secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, dove la miscela comprende una quantità di aggregato inerte che varia da 450 a 800 kg/m<3>, detto aggregato inerte essendo preferibilmente sabbia, più preferibilmente sabbia silico-calcarea naturale o frantumata, in una quantità che varia da 450 a 650 kg/m<3>e polvere o aggregato fine, preferibilmente filler calcareo, in una quantità che varia da 0 a 150 kg/m<3>. 5. Lightweight concrete according to one or more of the preceding claims, where the mixture comprises an amount of inert aggregate ranging from 450 to 800 kg / m <3>, said inert aggregate preferably being sand, more preferably natural or crushed silico-calcareous sand , in an amount ranging from 450 to 650 kg / m <3> and powder or fine aggregate, preferably calcareous filler, in an amount ranging from 0 to 150 kg / m <3>. 6. Calcestruzzo leggero secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, dove la miscela è costituita da - cemento CEM I 52,5 in una quantità che varia da 350 kg/m<3>a 500 kg/m<3>; - acqua in una quantità che varia da 160 kg/m<3>a 230 kg/m<3>; - aggregati leggeri sferici cavi in materiale ceramico in una quantità che varia da 500 a 612 kg/m<3>, dove preferibilmente il 60% in volume degli aggregati ha una superficie rugosa e il 40% in volume degli aggregati ha una superficie liscia, le percentuali in volume sono riferite rispetto al volume totale degli aggregati leggeri; - sabbia silico-calcarea in una quantità che varia da 450 kg/m<3>a 650 kg/m<3>; - filler calcareo in una quantità che varia da 0 a 100 kg/m<3>; - superiluidificante in una quantità che varia da 2 kg/m<3>a 5 kg/m<3>; - il rapporto acqua/cemento essendo uguale a 0,44 in peso e - il rapporto in peso, nella miscela secca, cemento/aggregati leggeri sferici cavi essendo uguale a 0,82. 6. Lightweight concrete according to one or more of the preceding claims, where the mixture consists of - CEM I 52.5 cement in an amount ranging from 350 kg / m <3> to 500 kg / m <3>; - water in an amount ranging from 160 kg / m <3> to 230 kg / m <3>; - hollow spherical lightweight aggregates in ceramic material in an amount ranging from 500 to 612 kg / m <3>, where preferably 60% by volume of the aggregates has a rough surface and 40% by volume of the aggregates has a smooth surface, the percentages by volume refer to the total volume of light aggregates; - silico-calcareous sand in an amount ranging from 450 kg / m <3> to 650 kg / m <3>; - calcareous filler in an amount ranging from 0 to 100 kg / m <3>; - super-thinner in an amount ranging from 2 kg / m <3> to 5 kg / m <3>; - the water / cement ratio being equal to 0.44 by weight e - the weight ratio, in the dry mix, of cement / hollow spherical light aggregates being equal to 0.82. 7. Calcestruzzo leggero secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, dove detto calcestruzzo ha una resistenza meccanica a compressione superiore a 53 MPa a 28 giorni, un modulo elastico superiore a 25000 MPa a 28 giorni e una massa volumica o densità allo stato indurito compresa tra 1800 e 1900 kg/m<3>. 7. Lightweight concrete according to one or more of the preceding claims, wherein said concrete has a compressive mechanical strength higher than 53 MPa at 28 days, an elastic modulus higher than 25000 MPa at 28 days and a density or density in the hardened state comprised between 1800 and 1900 kg / m <3>. 8. Uso di un calcestruzzo leggero a elevato modulo elastico, comprendente una miscela di cemento, acqua, aggregati leggeri sferici cavi, aggregati inerti, preferibilmente aggregati inerti calcarei o silicocalcarei, dove il rapporto in peso, nella miscela a secco, cemento/aggregati leggeri sferici cavi varia da 0,6 a 0,9, preferibilmente da 0,80 a 0,85 e dove il rapporto in peso acqua/cemento è uguale a 0,44, quale calcestruzzo leggero strutturale. 8. Use of a light concrete with a high modulus of elasticity, comprising a mixture of cement, water, hollow spherical light aggregates, inert aggregates, preferably inert calcareous or silicocalcareous aggregates, where the weight ratio, in the dry mix, cement / light aggregates spherical hollow ranges from 0.6 to 0.9, preferably from 0.80 to 0.85 and where the water / cement weight ratio is equal to 0.44, such as structural lightweight concrete. 9. Uso di un calcestruzzo leggero secondo una o più delle rivendicazioni da 2 a 7, quale calcestruzzo leggero strutturale. Use of a lightweight concrete according to one or more of claims 2 to 7, such as structural lightweight concrete. 10. Uso di un calcestruzzo leggero secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8 o 9, per la realizzazione di elementi strutturali, preferibilmente piloni, travi, pareti. 10. Use of a lightweight concrete according to any one of claims 8 or 9, for the construction of structural elements, preferably pillars, beams, walls. 11. Aggregato leggero cavo avente la forma di una sfera cava, dove detta sfera cava ha una pezzatura che varia da 0,6 mm a 1,5 mm, preferibilmente da 0,7 a 1,1 mm, con uno spessore della parete uguale a circa 1 mm e una superficie esterna liscia o rugosa, preferibilmente rugosa, in materiale ceramico o cementizio. 11. Lightweight hollow aggregate having the shape of a hollow sphere, where said hollow sphere has a size ranging from 0.6 mm to 1.5 mm, preferably from 0.7 to 1.1 mm, with an equal wall thickness about 1 mm and a smooth or rough outer surface, preferably rough, in ceramic or cementitious material. 12. Aggregato leggero cavo secondo la rivendicazione 11, dove la sfera cava è in materiale ceramico ottenibile a partire da una miscela che comprende una materia prima argillosa, una componente fondente e una componente stabilizzante, dove la materia prima argillosa è scelta tra caolite, bentonite, meta caolino, in una quantità che varia dal 30 al 50% in peso rispetto al peso totale del materiale di tipo ceramico; la componente fondente è scelta tra feldspati, calcare, dolomite, talco, in una quantità che varia dal 20 al 40% in peso rispetto al peso totale del materiale di tipo ceramico; la componente stabilizzante è scelta tra sabbie quarzose e silice, in una quantità che varia dal 10 al 20% in peso rispetto al peso totale del materiale di tipo ceramico. 12. Hollow light aggregate according to claim 11, where the hollow sphere is made of ceramic material obtainable starting from a mixture that includes a clayey raw material, a flux component and a stabilizing component, where the clayey raw material is chosen among kaolite, bentonite , meta kaolin, in an amount ranging from 30 to 50% by weight with respect to the total weight of the ceramic-type material; the flux component is chosen from feldspar, limestone, dolomite, talc, in an amount ranging from 20 to 40% by weight with respect to the total weight of the ceramic material; the stabilizing component is chosen from quartz sand and silica, in an amount ranging from 10 to 20% by weight with respect to the total weight of the ceramic-type material. 13. Aggregato leggero cavo secondo la rivendicazione 11, dove detto aggregato in materiale cementizio o in materiale ceramico è ottenibile mediante un procedimento che comprende una prima fase di granulazione, dove una miscela secca di materiale ceramico o cementizio è granulata su nuclei sferici di polistirene spruzzati con sospensioni di lattice in una betoniera o piatto granulatore; e, nel caso dell'aggregato in materiale ceramico, una fase successiva di ceramizzazione delle sfere granulate così ottenute, condotta in opportuni forni elettrici; oppure, nel caso dell'aggregato in materiale cementizio, una fase successiva di indurimento delle sfere granulate così ottenute, con maturazione accelerata in autoclave con vapore soprassaturo, a 180 °C e 13 atm, oppure con maturazione in condizioni '"naturali" alla temperatura di 22°C e umidità relativa prossima al 100%. 13. Hollow light aggregate according to claim 11, wherein said aggregate in cementitious material or in ceramic material is obtainable by means of a process which comprises a first granulation step, where a dry mixture of ceramic or cementitious material is granulated on spherical cores of sprayed polystyrene with latex suspensions in a concrete mixer or granulator plate; and, in the case of the aggregate in ceramic material, a subsequent phase of ceramizing the granulated spheres thus obtained, carried out in suitable electric furnaces; or, in the case of the aggregate in cementitious material, a subsequent hardening phase of the granulated spheres thus obtained, with accelerated curing in an autoclave with supersaturated steam, at 180 ° C and 13 atm, or with curing in "natural" conditions at the temperature of 22 ° C and relative humidity close to 100%. 14. Uso dell'aggregato leggero cavo secondo una o più delle rivendicazioni da 11 a 13, quale aggregato leggero in un calcestruzzo leggero strutturale a elevato modulo elastico.14. Use of the hollow lightweight aggregate according to one or more of claims 11 to 13, as a lightweight aggregate in a structural lightweight concrete with a high elastic modulus.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107986710B (en) * 2017-12-13 2021-01-15 安徽建筑大学 High-strength lightweight aggregate concrete based on arched shell-shaped interface region and preparation method thereof
CN112408897A (en) * 2020-11-25 2021-02-26 武汉昌华汇鑫建材有限公司 All-light concrete for concrete structure floor and preparation process thereof

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02212377A (en) * 1989-02-10 1990-08-23 Aoki Corp Technique for concrete blending spherical hollow ceramic aggregate
WO1990014319A1 (en) * 1989-05-22 1990-11-29 Advanced Concrete Technology, Inc. High strength structural perlite concrete
EP1272340A1 (en) * 2000-11-21 2003-01-08 United States Gypsum Company Structural sheathing panels
US20080157428A1 (en) * 2006-12-27 2008-07-03 Nichiha Co., Ltd. Fiber reinforced cement composition and products and manufacturing process
CN101475345A (en) * 2008-12-26 2009-07-08 重庆德邦防水保温工程有限公司 Cement based polymer heat preserving dry powder mortar and using method thereof
US20130216802A1 (en) * 2012-02-21 2013-08-22 Nano And Advanced Materials Institute Limited Composite wall panel with low thermal conductivity and sufficient strength for structural use
US20140338568A1 (en) * 2013-05-16 2014-11-20 Navs, Llc Durable concrete and method for producing the same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4744831A (en) * 1984-07-30 1988-05-17 Minnesota Mining And Manufacturing Company Hollow inorganic spheres and methods for making such spheres
US7732032B2 (en) * 2004-12-30 2010-06-08 United States Gypsum Company Lightweight, fiber-reinforced cementitious panels
US9033040B2 (en) * 2011-12-16 2015-05-19 Baker Hughes Incorporated Use of composite of lightweight hollow core having adhered or embedded cement in cementing a well

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02212377A (en) * 1989-02-10 1990-08-23 Aoki Corp Technique for concrete blending spherical hollow ceramic aggregate
WO1990014319A1 (en) * 1989-05-22 1990-11-29 Advanced Concrete Technology, Inc. High strength structural perlite concrete
EP1272340A1 (en) * 2000-11-21 2003-01-08 United States Gypsum Company Structural sheathing panels
US20080157428A1 (en) * 2006-12-27 2008-07-03 Nichiha Co., Ltd. Fiber reinforced cement composition and products and manufacturing process
CN101475345A (en) * 2008-12-26 2009-07-08 重庆德邦防水保温工程有限公司 Cement based polymer heat preserving dry powder mortar and using method thereof
US20130216802A1 (en) * 2012-02-21 2013-08-22 Nano And Advanced Materials Institute Limited Composite wall panel with low thermal conductivity and sufficient strength for structural use
US20140338568A1 (en) * 2013-05-16 2014-11-20 Navs, Llc Durable concrete and method for producing the same

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