Policem calcestruzzo alleggerito a base di perle di polistirene espanso vergine ad alto coefficiente termico.

AIPE Associazione Italiana Polistirene Espanso

IL CALCESTRUZZO LEGGERO.

PREMESSA

Lo scopo di questo dossier è di sottolineare le sorprendenti caratteristiche di un

prodotto sicuramente non nuovo per l’edilizia, ma che non ha ancora convinto

completamente gli addetti ai lavori: il calcestruzzo alleggerito con sfere di

polistirolo espanso.

La disinformazione e la scarsa pubblicità che ha finora avuto questo tipo di

prodotto, oltre alla sua relativa “giovinezza”, ha fatto sì che nell’ambiente delle

costruzioni si continuasse a prediligere l’uso di calcestruzzi alleggeriti con la più

comune argilla espansa, vermiculite, pomice e simili, trascurando i vantaggi forniti

dal polistirolo in termini di isolamento termico, acustico e di resistenza all’umidità.

Con questo lavoro, intendiamo illustrare in maniera esaustiva, ma al contempo

semplice, le caratteristiche principali dei calcestruzzi leggeri polistirolici,

mettendole a confronto in primo luogo con quelle dei calcestruzzi tradizionali ma

anche con quelle dei calcestruzzi leggeri più comuni (con argilla espansa).

In questo modo speriamo di poter incuriosire e, perché no, soddisfare sia i tecnici

del settore che i meno esperti.

Partendo da una rapida introduzione su cosa siano i calcestruzzi, illustreremo

semplicemente i diversi tipi di calcestruzzo leggero oggi utilizzati per poi procedere

al confronto che prenderà in considerazione alcuni aspetti fondamentali per

determinare l’effettiva validità del prodotto, quali densità e peso, resistenza

meccanica, capacità termiche ed acustiche ed infine, per quanto possibile, costi.

Attraverso l’analisi parallela delle caratteristiche fisiche e tecnologiche cercheremo

di promuovere la diffusione di questi materiali a base di cemento che facilmente

possono essere usati nell’edilizia anche grazie alla loro economicità, leggerezza,

semplicità d’uso e durevolezza.

Inoltre, grazie al quadro completo di problematiche che cercheremo di fornire,

speriamo di stimolare produttori e utenti ad approfondire maggiormente le proprie

conoscenze in argomento, mediante ricerche sperimentali che ad oggi risultano

molto carenti.

L’esperienza ci dice che per sviluppare un nuovo materiale è assolutamente

necessaria la conoscenza approfondita delle sue caratteristiche fondamentali;

conoscenza che risulta ormai chiaro essere sufficiente per garantirne il successo

nel campo applicativo .

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

IL CALCESTRUZZO

Possiamo in poche parole definire il calcestruzzo come un materiale ottenuto dalla

miscelazione di alcuni componenti nelle giuste proporzioni, anche se in tal modo lo

facciamo sembrare più facile di quanto in realtà non sia.

Infatti, la combinazione dei componenti deve essere regolata da precise norme

relative alle caratteristiche dei componenti, alle loro proporzioni e alle modalità

d’impiego.

La corretta combinazione di cemento, inerti fini e grossi (sabbia e ghiaia) e acqua,

determina la formazione di un materiale con struttura simile ad una pietra artificiale

con massa chiusa e compatta; ciascuno degli elementi che lo compongono ha una

propria funzione ed è legato all’altro da rapporti reciproci.

“CALCIS STRUCTIO” (cenni storici)

Il termine calcestruzzo deriva dal latino calcis structio , che significa struttura

composta da calce; solamente dopo il XVIII sec. sono chiamati in questo modo

tutti i conglomerati artificiali costituiti dall’impasto tra un legante, acqua, sabbia e

frammenti di pietra di varia durezza. Il composto analogo utilizzato dai Romani

veniva invece chiamato caementum.

La differenza tra il moderno calcestruzzo e il caementum sta non solo nel metodo

di posa ma anche nel tipo di legante utilizzato: oggi si usa il cemento, mentre in

passato la calce aerea.

Il calcestruzzo viene utilizzato in tutte le epoche grazie alla notevole riduzione dei

costi del legante ottenuta grazie all’aumento del volume dell’impasto mediante

l’inserimento di uno scheletro pietroso che ne migliora anche la resistenza

meccanica.

La diffusione in larga scala di questo prodotto risale alla metà del secolo scorso,

come anche l’introduzione del cemento armato, che unisce la resistenza a

compressione del calcestruzzo con quella a trazione del ferro.

LA PASTA

Dalla combinazione di acqua e cemento si ottiene la pasta in cui si sviluppano le

reazioni fondamentali per la formazione del calcestruzzo: l’acqua, infatti, quando

entra in contatto con i granuli di cemento avvia il processo di idratazione che

determina l’indurimento della pasta. In questa fase, più che in altre, è

fondamentale utilizzare la giusta quantità di acqua in proporzione al cemento

usato in modo da determinare un corretto indurimento ma anche il giusto grado di

fluidità in funzione della lavorazione che se ne deve fare.

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

Questo rapporto varia infatti a seconda del tipo di calcestruzzo che si vuole

ottenere e delle caratteristiche dei materiali componenti, anche se per i

calcestruzzi tradizionali i rapporti non variano mai di molto.

LA MALTA

Se mescoliamo ora la pasta con dell’inerte fino otteniamo la malta. Queste due

componenti vanno miscelate in modo da ottenere una massa compatta e priva di

vuoti, facendo cioè in modo che i granuli dell’inerte siano completamente avvolti

dalla pasta. E’ quindi fondamentale che il rapporto pasta-sabbia sia corretto per

evitare la formazioni di pori che altererebbero le caratteristiche del prodotto. La

sabbia deve in oltre avere una granulometria vari in modo che il vuoto tra un

granulo e l’altro sia ridotto al minimo.

IL CALCESTRUZZO

L’ultimo passaggio per ottenere il calcestruzzo è quello di aggiungere alla malta

l’inerte grosso (ghiaia). Il primo è l’elemento fondamentale per determinare le

caratteristiche del composto, il secondo costituisce lo scheletro. Questo ha minor

importanza rispetto all’inerte fine, ma anche le sui caratteristiche devono essere

tenute sotto controllo.

Anche in questo caso è fondamentale che ci sia un giusto rapporto tra malta e

ghiaia, stabilito in base alle esigenze, come anche un certo assortimento delle

dimensioni dell’inerte per ridurre i vuoti e la malta utilizzata.

ACQUA 13-20%

CEMENTO 7-15%

SABBIA 32-40%

GHIAIA 32-40%

CL S

PASTA

MALT A

Figura 1 – Scomposizione di un calcestruzzo tradizionale attraverso

gli elementi componenti.

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TIPI DI CLS CEMENTO SABBIA GHIAIA ACQUA

Quantità (kg) PartiQuantità (mc) PartiQuantità (mc) Parti Quantità (l) Parti

MAGRONE 150-200 1 0,4 3 0,8 5 120-140 3 / 4 - 1

CLS MAGRO 200-250 1 0,4 2,5 0,8 4,5 100-120 2 / 3

CLS NORMALE 300 1 0,4 2 0,8 4 120 1 / 2

CLS GRASSO 350-400 1 0,4 1,5 0,8 3 140-160 2 / 5 - 1 / 2

CARATTERISTICHE PRINCIPALI

Essendo un materiale eterogeneo, le sue caratteristiche dipendono da molti fattori,

tra cui la quantità di cemento, il rapporto acqua cemento, la quantità e la

granulometria delle sabbia e della ghiaia. I requisiti richiesti si riferiscono

sostanzialmente al materiale fresco e a quello indurito.

Quando ancora fresco deve presentarsi compatto e senza vuoti, ma soprattutto

lavorabile, cioè abbastanza fluido da poter essere gettato e costipato in massa

compatta ed uniforme dentro le casseforme.

La fluidità è direttamente proporzionale alla quantità di acqua presente

nell’impasto, ma come abbiamo detto prima il calcestruzzo deve essere il più

asciutto possibile, perciò si cercherà sempre di dargli il minimo di fluidità richiesto.

Dopo il getto, per il fenomeno dell’idratazione del cemento, il calcestruzzo

indurisce; dopo la stagionatura deve possedere certi requisiti, primo dei quali la

resistenza meccanica, che significa cioè elevata compattezza della sua massa,

ovvero corretta proporzione tra i sui componenti e accurata esecuzione del getto e

delle casseforme.

IL CEMENTO

Il cemento viene prodotto in vari tipi e grazie alle loro differenti caratteristiche

permettono di ottenere calcestruzzi dalle diverse peculiarità.

I più comuni sono: il cemento Portland, quello pozzolanico, quello d’altoforno e

quello alluminoso.

L’ACQUA

L’acqua è una componente insostituibile in quanto determina l’indurimento del

cemento attraverso il processo di idratazione. Fondamentale, oltre alla quantità

utilizzata, è la purezza, cioè il contenuto di sostanze nocive come limo, argilla

humus, acidi organici e sali: l’acqua più sicura è quindi quella potabile, anche se a

volte si può usare acqua di altra provenienza se accuratamente controllata.

Tabella 1 – Quantità e rapporti delle componenti dei calcestruzzi tradizionali

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

Anche piccole percentuali di impurità possono ridurre la capacità di presa e

indurimento del calcestruzzo.

GLI INERTI

Gli inerti o aggregati possono essere sia di tipo naturale che artificiale e

costituiscono lo scheletro del calcestruzzo: costituiscono l’80% in volume di un

calcestruzzo tradizionale.

Possono essere distinti tra pesanti e leggeri; i primi, più comunemente usati, sono

di solito ghiaie , pietrischi e sabbie. I secondi, che vengono usati per la

preparazione dei calcestruzzi leggeri, hanno un piccolo peso specifico dovuto al

materiale di cui sono fatti e alla loro tessitura cavernosa.

Le dimensioni determinano un’ulteriore classificazione, generalmente tra fini e

grossi, ma queste classi possono a loro volta essere ulteriormente suddivise;

secondo le norme italiane l’inerte fino ha dimensioni comprese tra 0 e 7mm,

mentre quello grosso è maggiore di 7mm. La massima dimensione dell’inerte

grosso viene stabilita in funzione dell’uso che se ne deve fare.

Per quanto riguarda le caratteristiche richieste dalla normativa, gli inerti si

classificano in base alla loro resistenza meccanica e alla assenza di impurità, oltre

cha alla granulometria eterogenea.

Per controllare la composizione di un inerte nei confronti delle sue dimensioni vengono

generalmente usate delle curve granulometriche di riferimento; dall’osservazione di alcune

di queste, si potrebbe dire che nella miscela di un calcestruzzo gli inerti debbono avere

proporzioni così definite: 50% sabbia 50% ghiaia. Bisogna però tener presente che quanto

maggiori sono i requisiti richiesti tanto più accurato deve essere lo studio della sua

composizione granulometria.

Grafico 1 – Curva granulometrica degli inerti del calcestruzzo

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

I CALCESTRUZZI LEGGERI

I calcestruzzi sono ottenuti mediante la mescolanza di un legante, solitamente

cemento, di acqua, che ha lo scopo di attivare il processo di idratazione e quindi

l’indurimento, e di aggregati di vario genere e pezzatura. I calcestruzzi cosiddetti

leggeri si distinguono da quelli “tradizionali” per il fatto che sostituiscono in parte

gli aggregati naturali, pietrisco e ghiaia, con aggregati leggeri, naturali o artificiali.

Come noto, la qualità e la quantità degli inerti utilizzati può influire notevolmente

sulle caratteristiche del calcestruzzo prodotto, soprattutto in termini di:

• Densità ( γ )

• Resistenza meccanica ( E )

• Conducibilità termica ( γ )

Gli inerti si possono definire collaborativi quando le loro caratteristiche appena

elencate sono simili a quelle della pasta cementizia utilizzata; se questi invece

partecipano esclusivamente in termini di volume, cioè quando , E e λ sono

differenti rispetto a quelli della pasta, vengono detti “virtuali”. Gli aggregati che

costituiscono i calcestruzzi leggeri sono appunto di tipo virtuale.

La classificazione dei calcestruzzi viene spesso fatta in base alla loro densità; si

identificano quindi quattro categorie:

TIPI DI CLS Densità () TIPI DI INERTI

CLS PESANTI 2400< ( γ )> 3000 Kg/m^3 ad alta densità

CSL ORDINARI 2000 2400 Kg/m^3 tradizionaliCLS ALLEGGERITI

600 2000 Kg/m^3 leggeri (argilla espansa)

CLS LEGGERI 100 600 Kg/m^3 virtuali (polistirolo)

Il calcestruzzo potrà comunque ritenersi leggero anche se la sua densità γ

dovesse superare i 600 Kg/m^3, sempre che l’inerte utilizzato possa considerarsi

di tipo virtuale.

Si può a questo punto fare un’ulteriore suddivisione di quelli che sono i

calcestruzzi leggeri:

• cls cellulari

• cls polistirolici

• cls Polycem

Tabella 2 – classificazione dei calcestruzzi in base alla densità

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I calcestruzzi cellulari vengono alleggeriti con l’introduzione nell’impasto di bolle

d’aria, attraverso l’introduzione di aria compressa o di schiume dense durante la

preparazione dell’impasto in betoniera.

I calcestruzzi polistirolici sostituiscono, come suggerisce il nome, il polistirolo agli

inerti classici, così come si fa normalmente anche con materiali di altra natura

come argilla espansa, pomice, vermiculite che danno invece origine ai cosiddetti

cls alleggeriti per via della loro massa più elevata.

Questo prodotto, fin dagli anni ’60, ha dato diversi problemi ai costruttori per via

dell’estrema leggerezza delle sfere di polistirolo che galleggiano sulla superficie

della malta. Il problema fu risolto già negli anni ’70, grazie al trattamento delle

sfere con dei tensioattivi in modo da appesantirle e renderle meglio miscelabili.

I calcestruzzi Polycem consistono nella combinazione di quelli cellulari con quelli

polistirolici in modo da unire la fluidità dei primi e la leggerezza dei secondi.

Ciascuno dei tre prodotti appena elencati offre caratteristiche differenti sul piano

tecnologico, su quello prestazionale e su quello economico.

I cls cellulari garantiscono resistenza meccanica e conducibilità termica simili a

quelle dei cls polistirolici, ma, a differenza di questi ultimi che si preparano con una

betoniera comune, necessitano di un macchinario apposito per la loro produzione.

I Polycem, offrono una conducibilità termica molto ridotta, ma garantiscono una

più limitata resistenza a compressione rispetto ai cellulari e ai polistirolici presi

separatamente ed inoltre, fino a qualche anno fa, necessitavano anch’essi di un

macchinario apposito per la loro preparazione,

Risulta quindi difficile stabilire quale tra questi sia il migliore compromesso, anche

perché in questi ultimi anni gli additivi e le schiume utilizzate si sono evolute molto

velocemente.

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LA PREPARAZIONE DEI CALCESTRUZZI LEGGERI

POLISTIROLICI

Di fondamentale importanza per ottenere le massime prestazioni dal prodotto è il

corretto metodo di preparazione. Anche il corretto modo di gettare e l’attenta cura

del materiale gettato concorrono alla miglior riuscita del manufatto desiderato.

ATTREZZATURE – Le attrezzature che servono al confezionamento ed al getto

dei calcestruzzi polistirolici sono quelle normalmente usate nei cantieri tradizionali;

in particolare, in caso di getti importanti, si può far uso di autobetoniere.

E’ agevole l’uso della benna con la gru a torre, mentre per il pompaggio si può

impiegare qualsiasi tipo di pompa da calcestruzzo ed in particolare i tipi continui a

schiacciamento (squeezer); è infine possibile usare anche il nastro trasportatore

se non si supera un’inclinazione del 60%.

MATERIALI – Il legante più indicato e il Portland 325 di tipo pozzolanico, anche se

spesso, per prese più rapide si usa il 425; nel caso di preparazione di intonaci si

usa aggiungere calce idraulica e adesiva. Questi leganti sono i più adatti per

ridurre il pericolo di fessurazioni nel prodotto finito.

L’inerte utilizzato è ovviamente il polistirolo espanso e trattato; è commercializzato

in sacchi da 5 Kg l’uno ( 170 l circa), abbastanza ingombranti ma già dosati

granulometricamente. La curva granulometria del polistirolo non è significativa per

quanto riguarda la resistenza meccanica e il potere isolante, lo è invece per il

controllo del volume dei vuoti tra una sfera e l’altra. L’inerte reale da usare nei cls

polistirolici è la sabbia.

Il rapporto acqua cemento (A/C) è del tutto simile a quello dei cls tradizionali, cioè

varia a seconda del tipo di uso che se ne deve fare.

Si possono utilizzare praticamente tutti gli additivi impiegati nei cls classici:

acceleranti, fluidificanti, anticongelanti, ecc.

Densità

(Kg/m^3)

Polistirolo

espanso (m^3) Cemento (Kg) Sabbia (Kg) Acqua (Kg)

400 1 200 65 100

600 0,95 250 210 125

1000 0,8 400 375 190

1400 0,7 450 710 210

Tabella 3 – Dosaggi per cls leggeri

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PREPARAZIONE – del tutto simile a quella del calcestruzzo tradizionale

MATURAZIONE E CURA – La maturazione avviene quasi esclusivamente all’aria

e naturalmente, fatta eccezione per i casi di prefabbricazione.

Per la cura è consigliabile ricorrere alla copertura dei getti con fogli di materiale

plastico e dove non è possibile, ad esempio per gli intonaci, è sufficiente

mantenere umide le superfici.

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CARATTERISTICHE PRINCIPALI DEI CALCESTRUZZI LEGGERI

POLISTIROLICI

Le differenze sostanziali tra i calcestruzzi tradizionali e quelli leggeri sono dovute

fondamentalmente alla sostituzione degli inerti naturali con sfere di polistirene

espanso, che ne muta le prestazioni e quindi gli impieghi.

Il polistirene è una delle principali materie plastiche che derivano dal petrolio, è un

materiale rigido, incolore e trasparente; il polistirene espanso (EPS) è una delle

forme più importanti in cui viene utilizzato il polistirene.

Questo, utilizzato come “inerte virtuale”, dopo il processo di espansione, viene poi

trattato con additivi, resine e cemento che gli impediscono di galleggiare nella

pasta cementizia; le sfere sono ruvide e di colore grigiastro e hanno diametro

variabile da 1 a 6 mm.

E’ insolubile in acqua e sublima sotto l’effetto del fuoco, ma senza emettere

esalazioni nocive. All’interno dell’impasto non partecipa al processo di idratazione

dei cementi; può coesistere con inerti reali e sopporta processi di maturazione

accelerata.

Scheda tecnica dei polistiroli per calcestruzzi leggeri

Nomenclatura

Polistirolo o polistirene espanso, spesso abbreviato con EPS o

PSE

Derivazione

Derivato dal petrolio, mediante un processo chimico è

trasformato in piccolissime perle, nelle quali viene aggiunto

pentano, idrocarburo presente in natura, che funge da gas

espandente

Ottenimento

Con l'ausilio del vapore acqueo a temperature attorno ai

90°/100°C, il pentano si espande e la perla di EPS aumenta il

suo volume iniziale di 20/50 volte

Trattamento

La sintetizzazione e il processo di saldatura delle perle avviene

unicamente mediante vapore acqueo e pentano, senza l'utilizzo

di clorofluorocarburi CFC né collanti. Per la produzione di cls

leggeri si aggiungono additivi resine e cemento che

promuovono la miscelabilità con la malta

Aspetto

Sfere grigio biancastre, con superficie ruvida e granulometria

continua con diametro medio tra 1 e 6 mm

Densità In mucchio: 25 Kg/m^3

Volume dei

vuoti

98% aria 2% idrocarburo

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Disponibilità Confezione in sacchi da 200LT (5 sacchi = 1mc)

Comportamento

con acqua

Permeabile al vapore ma impermeabile all'acqua. Assorbe una

minima parte dell'acqua d'impasto. Non solubile

Comportamento

al fuoco

Sublima senza esalazioni tossiche, si accende solo oltre i

450/500° C

Riciclabilità

Riciclabile al 100%; gli scarti di EPS sono particolarmente

indicati per la realizzazione di cls leggeri se macinati e usati

come inerti

Durata

Le analisi svolte sulle influenze che i fattori ambientali e le

sollecitazioni di lavoro hanno sulle caratteristiche dell'EPS

mostrano che può garantire per un periodo illimitato le

prestazioni richieste

DENSITA’

Oggi i cls polistirolici vengono prodotti con densità variabile da 200 a 1850 Kg/m^3

e oltre, anche se quelli usati più comunemente variano dai 400 ai 1000 Kg/m^3.

Ad ogni modo, quelli con densità inferiore agli 800 Kg/m^3 non si possono però

considerare omogenei per via del casuale riempimento degli spazi lasciati vuoti da

dalle sfere; questo dato influenzerà molto la resistenza meccanica del prodotto

ottenuto.

La densità del calcestruzzo ottenuto con i comuni aggregati varia in genere da

2200 a 2600 Kg/m^3; il peso delle opere in calcestruzzo è di conseguenza elevato

e può rappresentare una parte importante del carico che insiste su una

determinata struttura. A volte risulta quindi vantaggioso realizzare cls con densità

inferiore, ad esempio in applicazioni non strutturali in cui la resistenza meccanica

del conglomerato è irrilevante come nei sottofondi di pavimento; a volte invece si

deve unire alla bassa densità una certa capacità meccanica. L’obbiettivo è quindi

quello di ottenere un aggregato che garantisca una certa capacità portante ed il

minor peso possibile.

Come si può osservare dalla tabella 2, i calcestruzzi leggeri consentono riduzione

del peso da 600 fin oltre 2000 Kg in meno ogni metro cubo rispetto ai cls

tradizionali.

Alla diminuzione del peso, dovuta all’introduzione di sfere di polistirolo nel

conglomerato, aumentano, come vedremo, anche le capacità di isolamento

termico, ma diminuisce invece la resistenza meccanica.

Tabella 4 – Scheda tecnica dei polistiroli per calcestruzzi leggeri

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

Per applicazioni strutturali la densità non può essere ridotta eccessivamente,

viceversa i calcestruzzi di più bassa densità sono vantaggiosi quando si deve

privilegiare leggerezza e isolamento termico.

L’American Concrete Institute fa una distinzione tra cls leggeri strutturali e non in

base alla loro densità, che per i primi è compresa tra 1350 e 1850 Kg/m^3 e che

devono garantire inoltre una resistenza superiore a 17MPa; per i secondi è invece

compresa tra 300 e 800 Kg/m^3.

Le densità indicate normalmente si riferiscono al campione asciutto poiché

durante il processo di idratazione del calcestruzzo si può osservare una perdita di

peso dell’ordine del 10%, superiore a quella dei cls ordinari.

CAPACITA’ TERMICHE

Le eccezionali prestazioni garantite da questi tipi di calcestruzzo per quanto

riguarda la conducibilità termica sono dovute alle ottime caratteristiche di isolante

del polistirolo amalgamato nella mescola.

Queste caratteristiche derivano direttamente dal fatto che il polistirolo è costituito

per il 96-99% di aria, chiusa in cellette di dimensioni tali da impedire i moti

convettivi, cosicché la trasmissione del calore può avvenire soltanto per

conduzione e per irraggiamento. Poiché l’aria interna è in equilibrio con quella

esterna, la caratteristica di conduttività termica non varia nel tempo, come avviene

con altri espansi che contengono nelle celle altri gas.

Annegare il polistirolo nei massetti, nei pilastri o nelle pareti portanti, può

permettere addirittura di eliminare lo strato aggiuntivo di isolante esterno, o

comunque di ridurne lo spessore.

Tipo di calcestruzzo Densità (γ) Conducibilità termica (λ)

Kg/m^3 W /mK

Tradizionale 2100 - 2800 0,9 - 1,5

alleggerito con argilla espansa 600 - 1600 0,15 - 0,8

leggero

polistirolico tradizionale 300 - 1400 0,1 - 0,5

polistirolico additivato (Polycem) 150 - 300 0,04 - 0,08

300 -1300 0,08 - 0,4

ASSORBIMENTO DI ACQUA

L’isolamento termico è negativamente influenzato dall’umidità; la maggior parte

dei materiali da costruzione ha grande affinità con l’acqua che può penetrarvi

Tabella 5 – Conducibilità termica relative ai diversi calcestruzzi e alle diverse densità

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

alterandone le prestazioni in termini di durata e di isolamento, poiché ne aumenta

la conduttività.

Il comportamento dell’EPS a fronte dell’acqua non da adito a limitazioni per gli

impieghi edilizi e per l’isolamento termico in particolare. L’acqua non scioglie

l’EPS, né attraversa le pareti delle celle chiuse e non può quindi venire assorbita,

garantendo un elevato grado di isolamento anche nelle condizioni più estreme.

Nel caso specifico dei calcestruzzi alleggeriti con polistirolo, possiamo quindi dire

che grazie alla permeabilità al vapore, piuttosto elevata rispetto agli altri cls a

bassa densità, l’impreganzione è ostacolata dalla idrorepellenza delle sfere di

polistirolo e dalle forma labirintica della struttura della malta cementizia. Questo

garantisce grande resistenza ai fenomeni di capillarità e, come detto, ridotta

resistenza alla diffusione del vapore acqueo in surplus, che così non condensa

anche con sbalzi di temperatura elevati.

Inoltre, grazie alla sua impermeabilità, durante le fasi di preparazione non è

necessario considerare nell’acqua totale d’impasto anche quella che normalmente

viene assorbita dagli altri aggregati leggeri; operazione di norma molto delicata in

quanto un errore di valutazione potrebbe compromettere sia la resistenza

meccanica che la lavorabilità del calcestruzzo.

RESISTENZA MECCANICA

L’impiego di aggregati leggeri naturali o artificiali consente di ottenere calcestruzzi

leggeri di varia densità e di conseguenza di varia resistenza meccanica.

Grafico 2 – Rappresentazione dell’andamento delle densità e della resistenza a

compressione in funzione dell’aggregato utilizzato.

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

Data la scarsa rispondenza dei cls polistirolici alla legge di Hooke, non è possibile

utilizzare i metodi di calcolo dei cementi amati tradizionali; questo determina un

certa difficoltà nel fornire indicazioni utili al dimensionamento di questi prodotti.

I dati di riferimento comunemente utilizzati sono ottenuti per via analitica poiché

fino a qualche anno fa i dati sperimentali delle prove di laboratorio non erano

disponibili in quantità sufficiente.

Come si può notare dal grafico 2, i dati relativi alla resistenza meccanica a

trazione e a compressione sono normalmente più bassi rispetto a quelli dei cls

tradizionali per via dello scarso aiuto fornito al cemento dello scheletro in

polistirolo.

Qualche piccolo accorgimento, come rendere l’impasto con polistirolo il più

omogeneo possibile o usare cementi più lenti per minimizzare le fessure per ritiro,

può migliorare le cose anche se in maniera limitata.

I risultati sperimentali hanno però confermato che il modulo di elasticità è inferiore

a quello di un calcestruzzo ordinario per via della minor rigidità degli inerti rispetto

a quelli correntemente utilizzati. Questo, da un lato riduce la rigidezza dei

manufatti realizzati in cls leggero, dall’altro determina una riduzione delle tensioni

interne di origine termo-igrometrica riducendo quindi la tendenza alla

fessurazionie.

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

ALTRE CARATTERISTICHE

ISOLAMENTO ACUSTICO

La trasmissione di energia sonora attraverso un generico componente può

avvenire secondo due distinte modalità: per via aerea e per percussione diretta del

componente stesso. E’ questo il caso dei solai che entra in vibrazione ad esempio

per colpa dello scalpiccio e che, a causa della sua rigidità, è in grado di

trasmettere il suono anche a grande distanza dalla sua fonte.

Anche se per ridurre questo tipo di diffusione del suono, le soluzioni migliori sono

quelle multistrato o a pavimento galleggiante, non si deve trascurare che, grazie

alle elevate prestazioni fonoassorbenti dell’EPS, i calcestruzzi polistirolici sono in

grado di ridurre la trasmissione se utilizzati per realizzare sottofondi leggeri o

blocchi per murature.

Oltre però ad essere superiore in prestazioni acustiche ai cls tradizionali,

presentano un maggior potere fonoassorbente per i rumori di ambiente (echi e

rimbombo) anche in confronto agli altri cls leggeri e alleggeriti.

COMPORTAMENTO AL FUOCO

L’EPS è un materiale che brucia completamente e i prodotti della sua combustione

completa sono soltanto anidride carbonica e acqua; pertanto non risulta

assolutamente tossico. Per l’accensione spontanea è necessaria una grossa

Grafico 3 – Effetti dell’isolamento acustico di cls polistirolici a seconda della

densità

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

quantità di energia (450 – 500° C ), quindi scintille o piccole braci incandescenti

non sono in grado di avviare la combustione. Sotto l’azione del calore le particelle

espanse tendono a contrarsi e quindi ad allontanarsi dalla fonte di calore prima di

incominciare a decomporsi. Ad ogni modo non si può ritenere che il polistirolo a

vista sia un materiale in grado di soddisfare le norme di prevenzione incendi.

Questo però vale per lastre di polistirolo montate in modo che possano entrare in

contatto diretto con fiamme o grosse fonti di calore. Per quanto riguarda le

particelle disperse all’interno di un complesso, come nel caso dei calcestruzzi

polistirolici, il comportamento è da ritenersi completamente diverso. Infatti in

questo caso l’EPS è sottratto ad un possibile contatto diretto con una possibile

causa di innesco, oltre che al contatto con aria necessaria per la sua combustione.

In generale si può addirittura affermare che dalle prove di laboratorio risulta che

questo tipo di cls leggero resiste al fuoco molto meglio di un cls tradizionale; basti

pensare che dopo oltre 2,5 ore a 150° C la struttura rimane inalterata, fatta

eccezione per i primi centimetri (non più di 2) in cui le particelle incominciano a

rammollire ed a temperatura di circa 450°C si trasformano in CO – CO 2 vapore

acqueo.

Nel prove di contatto diretto con fiamma il cls resiste per oltre 2 ore mantenendo

anche in questo caso inalterata la struttura, fatta eccezione per la sublimazione

delle particelle superficiali (non più di 3 cm).

COSTI

Non è possibile quantificare in termini monetari il costo del calcestruzzo leggero

poiché si dovrebbe tener conto dei numerosi prodotti presenti sul mercato, delle

differenti caratteristiche da questi offerte, degli additivi utilizzati, ecc.

In generale però possiamo dire che un metro cubo di calcestruzzo leggero costa

mediamente di più di quello ordinario, sia per la scarsa distribuzione nel territorio

dei fornitori di inerti leggeri, che fa alzare i costi di trasporto, sia per il maggior

costo di produzione degli aggregati leggeri rispetto a quelli naturali.

L’uso di cls leggero può però risultare conveniente in quanto, grazie alla sua

leggerezza, si riducono i carichi permanenti delle strutture e si può quindi ridurre le

dimensioni degli elementi portanti in c.a.. La riduzione del peso permette inoltre di

costruire su terreni di scarsa portanza senza dove ricorrere a fondazioni speciali,

estremamente costose; per lo stesso motivo è possibile quindi costruire edifici più

alti in cui la maggior superficie abitabile compensa di gran lunga il maggior costo

del calcestruzzo leggero

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

CAMPI D’IMPIEGO

Oltre ai settori d’impiego tipici dei calcestruzzi ordinari, esiste un’estrema varietà

applicazioni propria dei calcestruzzi leggeri. E’ inoltre facile assimilare certe

attitudini dei cls alleggeriti a quelle dei cls leggeri, ma alcuni aspetti della

tecnologia di questi ultimi risultano assolutamente unici.

I getti diretti su liquidi liberi ed anche i getti subacquei; i grandi getti di bloccaggio e

i grandi getti in zone dove gli inerti tradizionale e quelli alleggeriti sono difficili da

reperire, sono solo alcuni esempi.

I cls polistirolici sono generalmente poco fluidi, quindi si prestano bene a getti di

alcuni metri di spessore con una discreta resistenza meccanica; se additivati, si

può aumentarne la fluidità, per quegli impieghi che richiedono maggior lavorabilità,

ma bisogna però tener conto della segregazione degli inerti.

Certo è che non si può far assomigliare a tutti i costi il calcestruzzo leggero a

quello classico aumentandone densità e dosaggio; è necessario

capirne la natura e sfruttarne le caratteristiche all’interno del loro ambito

specifico, mantenendo resistenze comprese tra 5 e 50 Kg/cm^2, del tutto

simili a quelle delle murature tradizionali.

Nell’edilizia residenziale ome in quella industriale i calcestruzzi leggeri sono solitamente indicati per

realizzare pendenze e sottofondi leggeri o solamenti termici. Usati

• come intonaci sono adatti per tagliare ponti termici, acustici e per proteggere

le strutture dal fuoco.

Figura 2 – Possibili impieghi dei cls leggeri nell’edilizia

residenziale tradizionale

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

Anche se questi sono gli usi più frequenti, esistono numerosissimi altri campi

d’impiego:

�� Riempimento di vani laminati

�� Riempimento di cavità più o meno profonde (quando serve colmare

grosse con un materiale resistente, stabile nel tempo e che non assesti)

�� Ripristini o risanamenti in costruzioni antiche (per ridistribuire i carichi

di una pavimentazione su una struttura o volta in mattoni)

�� Fondazioni antivibrazione

�� Bloccaggio e isolamento di condutture interrate (per posare tubi di varia

natura sul fondo di scavi irregolari, evitare i problemi di riassestamento del

rinterro o isolare tubi sotterranei in temperatura senza ulteriori

coibentazioni)

�� Bloccaggio di vasche interrate (offre una buona protezione alle eventuali

pareti metalliche e costituisce una valida barriera dalle correnti vaganti)

�� Strutture con bassa resistenza meccanica

�� Fondazioni in zone paludose (grazie alla capacità di galleggiare sui liquidi

e indurire su qualsiasi tipo di terreno)

�� Blocchi per murature e solai (forati e non forati)

�� Elementi prefabbricati (pannelli di tamponamento e solai misti in metallo e

cls leggero)

�� Applicazioni speciali e grandi getti (per riempire cavità tra le murature

dei tunnel e la roccia riducendo al minimo il peso)

Oltre ai gia elencati:

�� Isolamento termico

�� Isolamento acustico

�� Formazione di pendenze

�� Sottofondi molto leggeri

�� Riempimento di sottotetti

�� Protezione delle strutture dl fuoco

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ALCUNI CONFRONTI

Il confronto tra le prestazioni dei cls leggeri, alleggeriti e tradizionali utilizzati nelle

applicazioni appena elencate, non è sempre facile; il più delle volte deve essere

compiuto caso per caso a seconda delle contingenze, soprattutto quando si parla

di costi.

Diverso è quando si parla di caratteristiche quali il peso o la trasmissione termica.

SOLAIO IN LATEROCEMENTO

Spessore

(m)

Peso al m^2

(Kg)

Conducibilità

(Kcal/mhK)

1 Manto impermeabile 0,01 10 0,16

2 Cls strutturale 0,085 200 1,25

3 Blocchi in laterizio 0,14 120 0,3

4 Intonaco civile 0,02 40 0,8

5 Massello in malta ordinaria 0,08 180 1,15

6 Massello in Cls alleggerito

con argilla espansa

0,08 114 0,3

7 Massello in Cls leggero 0,08 24 0,084

Peso totale per m^2:

Manufatto tradizionale: 550 Kg

Manufatto con cls alleggerito con argilla espansa: 484 Kg

Manufatto con cls leggero: 394 Kg

Coefficienti di trasmissione termica:

Manufatto tradizionale: 1,12 Kcal/m^2hK

Manufatto con cls alleggerito con argilla espansa: 0,90 Kcal/m^2hK

Manufatto con cls leggero: 0,56 Kcal/m^2hK

Come si può osservare dai risultati ottenuti, la riduzione del peso si aggira

attorno al 30% rispetto a quello di un manufatto tradizionale; non vi è

Figura 3 – Solaio in laterocemento

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

nemmeno una riduzione della resistenza a compressione poiché il cls legger

è stato sostituito ad una parte non portante della struttura. Risulta inoltre

evidente il vantaggio in termini di resistenza al passaggio del calore; si può

infatti notare come il coefficiente di trasmissione termica sia inferiore del

50% rispetto a quello di una struttura di tipo tradizionale.

MURO A CASSA VUOTA

Coefficienti di trasmissione termica:

Manufatto tradizionale: 1,13 Kcal/m^2hK

Manufatto con cls alleggerito con argilla espansa: 0,86 Kcal/m^2hK

Manufatto con cls leggero: 0,37 Kcal/m^2hK

Anche in questo caso il manufatto eseguito con cls leggero garantisce una

un isolamento termico tre volte superiore (quasi 70%) a quello di una

normale intercapedine utilizzata nelle murature tradizionali e due volte

superiore a quella del manufatto eseguito con cls alleggerito

Spessore

(m)

Conducibilità

(Kcal/mhK)

1 Intonaco per esterno 0,02 0,85

2 Muratura in mattoni semipieni 0,12 0,55

3 Muriccio in mattoni forati 0,08 0,4

4 Intonaco in interno 0,02 0,45

5 Intercapedine 0,08 raddoppia fatt. lim.

6 Cls alleggerito con argilla

espansa

0,08 0,3

7 Cls leggero 0,08 0,04

Figura 4 – Muro a

cassa vuota

AIPE – Il calcestruzzo leggero e L’EPS

COPERTURA INCLINATA IN LAMIERA GRECATA

Spessore

(m)

Peso al m^2

(Kg)

Conducibilità

(Kcal/mhK)

1 Manto impermeabile 0,015 15 0,16

2 Lamiera grecata in acciaio 0,0008 11 50

3 Lana di roccia 0,06 10 0,04

4 Massello in Cls alleggerito

con argilla espansa

0,045 65 0,3

5 Massello in Cls leggero 0,045 15 0,084

Peso totale per m^2:

Manufatto tradizionale: 36 Kg

Manufatto con cls alleggerito con argilla espansa: 91 Kg

Manufatto con cls leggero: 41 Kg

Coefficienti di trasmissione termica:

Manufatto tradizionale: 0,77 Kcal/m^2hK

Manufatto con cls alleggerito con argilla espansa: 2,43 Kcal/m^2hK

Manufatto con cls leggero: 1,25 Kcal/m^2hK

In questo caso il peso del manufatto in cls leggero è di poco superiore a

quello isolato con la lana di roccia; non bisogna però sottovalutare

l’aumento della resistenza meccanica garantito dal rivestimento in cls,

l’elevata impermeabilità che, al contrario della lana di roccia, richiede una

semplice guaina impermeabile, la più lunga durata nel tempo. Anche il

coefficiente di trasmissione termica è più elevato del manufatto eseguito

con lana di roccia, che comunque rimane uno dei materiali maggiormente

isolanti, ma risulta essere la metà del più simile manufatto eseguito con cls

alleggerito con argilla espansa.