APPLICAZIONI DI POMICE

Pozzalana naturale

La pozzolana pomice è la pozzolana naturale e sostenibile che i romani usavano con successo nelle loro miscele di calcestruzzo che sfidavano i millenni. Sostenuto dalla conferma della ricerca condotta dai migliori scienziati nazionali, dalla quantificazione della ricerca universitaria e dalle prove durature del calcestruzzo romano, quando si tratta di selezionare la pozzolana ideale, la pozzolana pomice è la scelta chiara.

1 • Il calcestruzzo standard non è abbastanza buono: ha bisogno di una spinta pozzolanica per aumentare la resistenza, la densità e la longevità e per mitigare i danni da infiltrazione dovuti al gelo, al disgelo e all'attacco chimico.

2 • Un’ampia ricerca condotta dai Sandia National Laboratories per il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (e verificata da Atomic Energy Canada) ha concluso che la soluzione secolare per sigillare le fratture nei tunnel di roccia salata utilizzata per isolare i rifiuti di generazione di energia era una malta cementizia ultrafine fortificata con Hess UltraPozz.

3 • I romani scoprirono il segreto del cemento forte e duraturo: la pozzolana pomice.

Pozzolano ritrovato

L’industria edile ha ampiamente “riscoperto” i benefici del calcestruzzo pozzolanico quando la generazione industriale dell’energia a carbone era alla ricerca di un mercato per utilizzare le ceneri volanti rimosse dalle ciminiere. Certamente le ceneri volanti agiscono da sostitutivo pozzolanico, ma la pomice pozzolana naturale offre vantaggi ulteriori. Questo è stato dimostrato da vasti studi effettuati da scienziati di grande esperienza che hanno utilizzato processi moderni nei laboratori statunitensi Sandia National Laboratories e presso la Atomic Energy Commission canadese. Gli fu richiesto di sviluppare una malta cementizia in grado di sigillare le microfratture nelle camere di isolamento per lo smaltimento dei rifiuti situate in profondità nel sottosuolo nell’impianto pilota di confinamento dei rifiuti del Dipartimento dell’energia americano situato in Nuovo Messico. Hanno formulato un mix design per una malta cementizia efficace e duratura che prevedeva Hess UltraPozz come componente pozzolanica essenziale.

Poiché la pomice finemente macinata e graduata è una pozzolana così efficace nella malta cementizia, il passo verso le applicazioni nel calcestruzzo standard e nei cementi di pozzo è stato breve. Questi benefici quantificabili sono stati documentati attraverso studi approfonditi dell’Università dello Utah, dell’Università del Texas-Austin, dell’Università di Washington e della Clemson University.

Hess Pumice commercializza due tipi di pozzolana pomice: HessPozz standard e Hess UltraPozz. Entrambi sono realizzati raffinando con precisione una pomice pulita e pura, una silice bianca amorfa creata da eventi vulcanici millenni fa. La pomice non è un sottoprodotto dei processi di controllo dell'inquinamento; non contiene materiali pericolosi, né metalli pesanti. La pomice è una pozzolana naturale, calcinata naturalmente e nata nelle viscere dei monumenti più temibili della Natura: i vulcani.

Il problema del calcestruzzo standard

Il fatto è che il calcestruzzo standard non è abbastanza buono. Quasi non appena viene posizionato il calcestruzzo standard, inizia il processo di degrado. Studi recenti suggeriscono che solo il 75% circa della polvere di cemento viene convertito in calcio silicato idrato (CSH), il legante che incolla insieme il calcestruzzo. La maggior parte del restante 25% viene convertito in idrossido di calcio (CH), un sottoprodotto della reazione di idratazione tra acqua e cemento, un sottoprodotto che tende a creare una serie di problemi che hanno un effetto deleterio sul calcestruzzo prestazioni a lungo termine e persino il suo aspetto. [ ••• ]

L'aggiunta di una pozzolana pomice naturale di elevata purezza, HessPozz o Hess UltraPozz, alla formulazione del calcestruzzo attenua o elimina completamente il problema del CH. In effetti, la pozzolana pomice trasforma il CH in CSH aggiuntivo, densificando il calcestruzzo e rendendolo quasi impermeabile, il che mitiga un elenco di altri problemi comuni: attacchi chimici e danni da gelo e disgelo, solo per citarne due.

Se è vero che la resistenza chimica è probabilmente il vantaggio maggiore derivato dall'aggiunta di pozzolana di pomice alle miscele di calcestruzzo, sicuramente non è l’unico.

Ad esempio, nelle regioni con aggregati reattivi, la reazione alcali-silice (ASR) è un problema sempre presente. Numerose ricerche hanno dimostrato che il cemento miscelato con pomice (utilizzando pomice Hess essere un attenuatore altamente efficace dell’ASR.

BENEFICI DELLA POMICE POZZOLANA

In particolare, la ricerca documenta e quantifica come Hess StandardPozz o UltraPozz migliorano il calcestruzzo—

bullet Migliora la resistenza alla compressione a lungo termine.

bullet Fortifica contro l’attacco del cloruro.

bullet Fornisce un’elevata resistenza all’attacco dei solfati (classe 3 di qualificazione per l’esposizione ambientale a solfati severi).

bullet Mitiga o elimina ASR distruttivo.

bullet Riduce il calore di idratazione.

bullet Aumenta la resistenza all’abrasione.

bullet Riduce notevolmente la permeabilità.

bullet Guarisce autogenamente.

bullet Migliora la durevolezza.

SICURO, ATTRAENTE ED ECOLOGICO

Studi recenti hanno corroborato dati di test precedenti che indicano che le pozzolane naturali di pomice Hess sono prive di silice cristallina e altri materiali pericolosi. La nostra pomice è così sicura che viene utilizzata anche come abrasivo delicato per pulire i denti e come agente esfoliante nelle creme per la pelle. Mentre le pozzolane dei sottoprodotti lottano con i contaminanti regolamentati, la pozzolana naturale di Hess è una scelta ecologica e rispettosa della salute. [ ••• ]

CENERE VOLANTE VS. POMICE POZZOLANA

Per volere del Dipartimento dei trasporti del Texas, l’Università del Texas ad Austin ha condotto uno studio di ricerca in un periodo di due anni (2012-2014) per identificare le pozzolane naturali ideali per sostituire le ceneri volanti di classe F nelle applicazioni concrete. Hanno anche eseguito gli stessi test utilizzando ceneri volanti per stabilire una linea di base per confrontare i risultati delle prestazioni delle pozzolane testate con le ceneri volanti. I risultati mostrano chiaramente che la pozzolana pomice (dal deposito di Hess nel sud-est dell’Idaho) è una pozzolana sostitutiva con prestazioni superiori per le ceneri volanti.

GRADI DI HESS POZZOLANO

Offriamo due gradi Pozz: Hess Standard Pozz (DS325) e Hess UltraPozz (NCS-3). Perché sceglierne uno rispetto all’altro? Se si dispone di un’applicazione di fascia alta (tipicamente prefabbricata), UltraPozz fornirà il miglior risultato in ogni categoria di prestazioni del calcestruzzo. Standard Pozz è la soluzione migliore per applicazioni su larga scala: infrastrutture, strade, edifici.

GRADI DI HESS POZZOLANO
MARCHIO	GRADO HP

Hess Pozz	DS325 • 80%+ passando -325 mesh (APS 13–17µ)
Hess UltraPozz	NCS-3 (APS 3µ)

Flatline ASR

Il grafico qui sotto parla in grande. Ma è supportato dalla ricerca sugli standard ASTM che fornisce dati definitivi che Hess Standard Pozz (una pozzolana pomice naturale e accuratamente raffinata) mitiga o elimina la reazione di silice alcalina (ASR) nella stagionatura del calcestruzzo in presenza anche dell'aggregato più reattivo.

MITIGAZIONE LA REAZIONE ASR
Studio dell’Università dello Utah: progetti di miscele di malta testati secondo una procedura ASTM C1567 modificata utilizzando cemento di tipo 1 e sostituzione del 25% di aggregati fini con vetro di rottame macinato. Hess Pozz (DS325) è stato utilizzato al 20% e al 30% di sostituzione del cemento. La variazione percentuale della lunghezza per “espansione accettabile” è inferiore allo 0,1% a quattordici giorni con aggregati reattivi.
MISCELA	VARIAZIONE LUNGHEZZA % ASR	VALUTAZIONE
100Cemento + 25%Vetro	0.699	Espansione deleteria
80Cemento + 20%DS325 + 25%Vetro	0.029	Espansione accettabile
70Cemento + 30%DS325 + 25%Vetro	0.011	Espansione accettabile


Studio dell’Università del Texas-Austin: la resistenza all’ASR è stata misurata secondo le procedure di ASTM C1293, fatta eccezione per il design della miscela di calcestruzzo utilizzato, che è dettagliato nella tabella PROGETTAZIONE DELLA MISCELA di seguito. L’espansione media di ciascuna miscela è stata calcolata da tre o più barre e l’intervallo è stato verificato per vedere se rientrava nei limiti indicati nella norma ASTM C1293. RISULTATI: La miscela di calcestruzzo SCM di pomice si è comportata molto bene e ha mantenuto le espansioni al di sotto del limite dello 0,4% dell’ASTM C1293, convalidando i risultati trovati dall’ASTM C1567 Accelerated Malta Bar Test per ASR. La tabella seguente elenca l’espansione media dei prismi di cemento a 24 mesi, insieme all’intervallo dei dati.
MISCELA	VARIAZIONE LUNGHEZZA % ASR (24 MESI)
Control	0.109 ± 0.020
15% Pomice (DS325)	0.022 ± 0.007
15% Cenere volante	0.016 ± 0.017
25% Pomice (DS325)	0.015 ± 0.001
25% Cenere volante	0.016 ± 0.005

IN BREVE LA REAZIONE DELLA SILICA ALCALICA

Non c’è niente di semplice nell’ASR. Nonostante gli ingenti danni che provoca alle infrastrutture della civiltà e gli anni di studi e test di standard e raccomandazioni di mitigazione, i meccanismi che guidano i gel espansivi che fanno il danno continuano a sfidare la comprensione definitiva. [ ••• ]

Fondamentalmente, il danno ASR risulta dall’incontro di tre componenti essenziali: silice reattiva (presente nell'aggregato), alcali (principalmente dal cemento Portland) e umidità. Quando questi tre componenti sono presenti in quantità sufficienti, formano gel che trattengono l'umidità che si espandono incessantemente all'interno e intorno agli aggregati, frantumando il calcestruzzo dall'interno. Molto prima che la fessurazione sintomatica sia visivamente evidente nella struttura in calcestruzzo, l'integrità della microstruttura in calcestruzzo è già stata danneggiata.

L’ASR può essere prevenuta eliminando uno dei tre e la mossa migliore è evitare l’uso di aggregati reattivi. Ma non è così semplice come sembrerebbe. Sebbene gli aggregati possano essere classificati generalmente come reattivi e non reattivi, non tutti gli aggregati silicei sono inclini all’ASR e non tutti i cosiddetti e classificati non reattivi sono completamente immuni all’ASR. Sono in gioco troppi fattori: mineralogia aggregata, grado di cristallinità, solubilità.

Invece di lanciare quella sfida del forse-forse-no, un progettista può rivolgersi a un materiale cementizio supplementare (SCM), come la pozzolana pomice di Hess. Cenere volante è più economico, certo, ma la sua efficacia è un azzardo (vedi Pozz pomice invece di Cenere volante, di seguito). I test di laboratorio eseguiti utilizzando il vetro rottame altamente reattivo dimostrano che la scelta di HessPozz come SCM attenuante interrompe la reazione della silice alcalina, anche se dosato con un sostituto del cemento Portland del 20%.

COME LA POMICE POZZOLANA MITIGA L’ASR

La scienza dietro la sorprendente reazione pozzolanica innescata dalla pozzolana pomice è questa: la colla per calcestruzzo che lega gli aggregati, l’idrato di silice di calcio (CSH), è il risultato della combinazione di acqua e cemento Portland. Ma quella stessa reazione di idratazione produce anche sottoprodotti di idrossido di calcio (CH) (fino al 25% del cemento Portland idratato) che non solo non contribuiscono alla forza e alla densità del calcestruzzo, ma agiscono attivamente contro di essa, introducendo problemi come l’integrità -distruggendo la reazione della silice alcalina così come uno sciame di altri problemi futuri che derivano dalla porosità indotta da CH. [ ••• ]

La sostituzione di parte del cemento Portland con pozzolana pomice naturale innesca una reazione all’interno della pasta di calcestruzzo idratato che consuma CH e lo converte in CSH aggiuntivo. La pozzolana riduce anche il contenuto di alcali della miscela di calcestruzzo e il pH della soluzione dei pori del calcestruzzo.

Pensalo come un recupero molecolare: il calcestruzzo viene densificato e rafforzato mentre il CH che crea problemi viene consumato e riproposto. L’ASR è mitigato.

Inoltre, una notevole riduzione della permeabilità del calcestruzzo (porosità) significa che gli attacchi di solfato e cloruro sono mitigati. L’acciaio d'armatura è protetto senza la necessità di addensare il calcestruzzo. Il ciclo di gelo-disgelo di infiltrazione d’acqua è impedito. Le efflorescenze sono praticamente eliminate. La resistenza alla compressione ottiene un aumento significativo.

Beneficio dopo beneficio. Struttura dopo struttura. Chilometro dopo chilometro.

PROBLEMI CON LA CENERE VOLANTE

Sebbene la cenere volante possa avere un effetto attenuante sulla reazione della silice alcalina, è fondamentale che venga utilizzata la giusta cenere volante. Poiché la cenere volante è il sottoprodotto della combustione del carbone, le qualità efficaci della cenere variano ampiamente. [ ••• ]

Citando un rapporto della Federal Highway Administration statunitense (FHWA-RD-03-047): “Forse il parametro più importante che influenza la capacità delle ceneri volanti di controllare l’espansione dell’ASR è il contenuto di CaO delle ceneri. In particolare, le ceneri volanti con un contenuto inferiore di CaO producono una struttura di idrato di silicato di calcio (CSH) con un rapporto calcio-silicio inferiore, che conferisce una carica superficiale negativa, portando all’assorbimento di cationi, in particolare alcali. Inoltre, le ceneri a basso contenuto di calcio sono più efficaci nel controllo dell’ASR perché gli alcali contenuti nelle ceneri generalmente non sono disponibili per la soluzione dei pori, mentre le ceneri ad alto contenuto di calcio tendono a rendere i loro alcali più facilmente disponibili. Sebbene le ceneri ad alto contenuto di calcare possano ancora essere utilizzate per combattere l’ASR, potrebbero essere necessari dosaggi significativamente più elevati, specialmente quando si utilizzano aggregati altamente reattivi.”

Hess Pozz/ASR Miti•Gator™ non ha tale variazione di prestazioni. Funziona in modo coerente e prevedibile. Non c’è bisogno di testare per scoprire cosa otterrai e quanto dovrai dosare.

Le preoccupazioni per la disponibilità continua e la qualità delle prestazioni delle ceneri volanti di classe F hanno spinto il Dipartimento dei trasporti del Texas a commissionare uno studio biennale (2012-2014) dall’Università del Texas-Austin per valutare le pozzolane disponibili in commercio per sostituire le ceneri volanti in migliorare le prestazioni concrete. Hess Standard Pozz è stato utilizzato nello studio e si è comportato eccezionalmente bene in ogni categoria di test, rendendola la pozzolana ideale.

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