Calcestruzzo cellulare: caratteristiche e impieghi

di: Luigi Brognoli

Il calcestruzzo cellulare appartiene alla più ampia categoria dei cosiddetti calcestruzzi leggeri ovvero quei conglomerati cementizi la cui massa volumica (variabile tra 300 e 2000 kg/m³) è sensibilmente inferiore a quella di un calcestruzzo ordinario (solitamente compresa tra 2200 e 2600 kg/m³). La ridotta massa volumica del calcestruzzo leggero è imputabile alla presenza di un sistema di vuoti i quali, oltre alla leggerezza, conferiscono al materiale delle eccellenti proprietà d’isolamento termico ed assorbimento acustico.Indice:

• Calcestruzzo cellulare: definizione
• Realizzazione del calcestruzzo cellulare
• Caratteristiche del calcestruzzo cellulare
• Impieghi del calcestruzzo cellulare

L’introduzione di un sistema di vuoti nel conglomerato cementizio, e quindi la produzione del calcestruzzo leggero, si realizza sostanzialmente in tre modi, ciascuno dei quali è caratterizzato da una diversa microstruttura:

• sostituendo gli inerti ordinari con inerti leggeri naturali o artificiali caratterizzati nella maggior parte dei casi da un’elevata porosità e quindi da una ridotta massa volumica;
• inglobando nella malta un sistema di bolle d’aria oppure di gas di dimensioni dell’ordine del mm, mediante aggiunta all’impasto di schiuma preformata oppure di sostanze capaci di sviluppare gas in ambiente alcalino;
• utilizzando un inerte grosso ordinario monogranulare i cui granuli vengono legati da un sottile strato di sola pasta di cemento, in modo da creare un sistema di alveoli grossolani tra i granuli dell’inerte.

Nel primo caso si parla di “calcestruzzi con inerti leggeri“, nel secondo di “calcestruzzi cellulari“, anche se a rigore si dovrebbe parlare di “malte cellulari”, nel terzo di “calcestruzzi alveolari“.

Tendenzialmente il costo di un m³ di calcestruzzo leggero o cellulare è considerevolmente superiore a quello di un calcestruzzo ordinario. Il motivo del maggiore onere economico risiede sia nel maggior costo di produzione degli aggregati leggeri rispetto a quelli ordinari, sia perché la bassa densità territoriale delle fonti di approvvigionamento degli inerti leggeri fa si che il costo del trasporto incida sul costo totale del calcestruzzo. Ciononostante l’impiego del calcestruzzo leggero può risultare più economico; questo soprattutto in relazione alla sua leggerezza grazie alla quale diminuiscono i carichi permanenti della struttura ed quindi è possibile ridurre le dimensioni degli elementi strutturali.-

Il peso minore dell’ossatura portante permette, inoltre, di costruire anche su terreni di scarsa portanza, senza dover ricorrere a tipologie di fondazione complesse e costose, ma soprattutto consente, a parità di pressioni trasmesse al terreno, di realizzare edifici con uno sviluppo verticale maggiore: il maggior costo del calcestruzzo leggero in questi casi risulta ampiamente compensato dalla maggiore superficie abitabile. Inoltre, l’impiego del calcestruzzo leggero strutturale riduce le forze d’inerzia che insorgono quando la struttura è soggetta ai movimenti tellurici, consentendo una diminuzione delle armature a parità di sezione, oppure a parità di armature una diminuzione della sezione resistente.

Calcestruzzo cellulare: definizione

Con il termine calcestruzzo cellulare si indicano quei calcestruzzi nella cui massa sono presenti piccole bolle d’aria non comunicanti tra loro. La massa stessa, in questi casi, assume una struttura cellulare simile a quella di una spugna.-

Si tratta di una materia inorganica, non decomponibile, non combustile, con elevato isolamento termico, di peso ridotto e che mantiene un’elevata precisione dimensionale. È usato in forma di elementi prefabbricati o di muratura. Per la produzione viene usata sabbia macinata finemente, calce e/o cemento, acqua e additivi (per la porosità) mescolati, colati in stampi. Nel caso di realizzazioni di elementi prefabbricati, i blocchi, una volta tagliati sono trattati con vapore in autoclavi.

Realizzazione del calcestruzzo cellulare

L’introduzione dell’aria all’interno della massa cementizia può avvenire secondo due differenti tipologie.

Reazione chimica

La tecnica si applica esclusivamente in stabilimento e i procedimenti possono leggermente differire in funzione del tipo di legante impiegato (sia esso calce o cemento). In questo caso il calcestruzzo cellulare si ottiene tramite lo sviluppo di gas mediante reazione chimica nella pasta o nella malta mentre quest’ultima si trova ancora allo stato liquido o plastico. La reazione stessa è provocata artificialmente tramite l’introduzione di un prodotto specifico nella malta. Normalmente si tratta di polvere fine di alluminio metallico e sabbia finissima che, reagendo con l’idrossido di calcio o con altre sostanze alcaline formatesi durante l’idratazione del cemento o deliberatamente aggiunte, producono bolle di idrogeno.

Introduzione di aria

La tecnica si presta alla realizzazione di calcestruzzi cellulari in opera, la cui maturazione avviene, normalmente, a contatto con l’atmosfera. In questo caso il cls si ottiene previo introduzione di aria dall’esterno previo aggiunta alla miscela di una schiuma preformata in miscelatori normali o miscelazioni ad alta velocità o aggiunta di un agente introduttore d’aria.- Questo tipo di prodotto si utilizza comunemente nella realizzazione di sottofondi isolanti di pavimenti, di pendenze di terrazze e, più generalmente, in tutti quei casi in cui occorre ottenere un elevato effetto isolante e peso ridotto senza una forte resistenza alla compressione.

Caratteristiche del calcestruzzo cellulare

Diverse le prerogative dei calcestruzzi areati o cellulari:

• Isolamento termico: generalmente molto elevato, tenuto conto della struttura della massa. Tale valore varia in funzione proprio della massa volumica del prodotto. Se il materiale contiene dell’umidità la conduttività termica aumenta a fronte di una diminuzione delle capacità di isolamento termico;
  
• Isolamento acustico: proporzionale alla massa e, di conseguenza, non particolarmente elevato. La particolare struttura delle celle chiuse, però, fornisce un migliore potere isolante rispetto ad altre strutture dello stesso peso;
• Resistenza al gelo ed al fuoco: molto buona in diretta conseguenza della struttura della massa che assorbe lentamente l’acqua di penetrazione e non presenta fenomeni di capillarità;
• Massa volumica e resistenza alla compressione: variabili in funzione del tipo di miscela. All’aumentare del peso, infatti, aumenta la resistenza e viceversa.
  La massa volumica varia 200-300 kkg/m³ per miscele senza aggregati sino ad arrivare a valori compresi tra i 500 e i 1000 kg/m3 per miscele con aggiunta di sabbia.
  La resistenza a compressione, invece, è minima per le miscele ottenute in cantiere senza sabbia, mentre assume valori maggiori in caso di stagionatura del prodotto in autoclave;
  
• Variazioni volumetriche: questo particolare tipo di calcestruzzo è soggetto a ritiro idraulico e dilatazione termica superiori a quelle tipiche dei calcestruzzi normali di pari resistenza.- Il fenomeno è causato dalla preponderante presenza, della pasta cementizia. La stagionatura in autoclave, tuttavia, può ridurre le variazioni volumetriche a valori molti simili a quelli dei calcestruzzi normali, prerogativa particolarmente utile ai fini della limitazione dell’insorgere di fessurazioni.

Impieghi del calcestruzzo cellulare

L’impiego più diffuso dei calcestruzzi cellulari è come isolanti termici e barriere al fuoco. Nel primo caso il materiale viene utilizzato per ottenere strati isolanti di pavimenti e solai: gli strati devono essere accuratamente protetti in superficie con una pellicola impermeabile. Grande attenzione, poi, occorre riporre nei confronti della formazioni di fessurazioni. Con i calcestruzzi autoclavati, invece, si ottengono manufatti di diversa natura, in particolare blocchi da costruzione.

I blocchi allo stato asciutto possono essere murati con malta normale o leggere oppure con prodotti collanti; le pareti debbono essere intonacate o protette contro la penetrazione di pioggia e umidità. Grande attenzione, poi, va riservata ai giunti, che possono costituire dannosi ponti termici. A tale scopo è preferibile realizzare i giunti stessi con malta isolante o con collanti a strato sottile. Il calcestruzzo cellulare viene anche impiegato nella fabbricazione di pannelli o lastre. Nel caso di presenza di armature metalliche, queste debbono necessariamente essere protette contro la corrosione, poiché il riempimento di calcestruzzo non è efficace.