Il cemento arriva in centrale di betonaggio con una dichiarazione di prestazione. Ma come si verifica che quella dichiarazione corrisponda al prodotto reale? Le prove di laboratorio sul cemento sono la risposta e conoscerle è utile sia per chi produce che per chi riceve.
Nel numero precedente abbiamo seguito il cemento dalla cava ai silos: un processo lungo, complesso e ad alta intensità di controllo. Ma come fa chi riceve il cemento, la centrale di betonaggio, il laboratorio di qualifica, il cantiere in casi particolari, a verificare che il prodotto consegnato corrisponda a quello dichiarato? La risposta è nelle prove di laboratorio: una serie di test normalizzati, codificati dalla serie UNI EN 196, che misurano le proprietà fisiche, meccaniche e chimiche del cemento in modo oggettivo e ripetibile.
Ne andiamo a vedere alcune tra le più rilevanti per chi lavora con il calcestruzzo, non come un elenco tecnico, ma come strumenti di lettura del cemento. Capire cosa misura ciascuna prova aiuta a interpretare i dati della scheda tecnica, a individuare anomalie nel comportamento del cemento in miscela e a fare scelte consapevoli in fase di qualifica.
La serie UNI EN 196: la famiglia di norme di riferimento
Le prove sul cemento sono disciplinate dalla serie UNI EN 196, un insieme di norme europee armonizzate che coprono tutte le caratteristiche rilevanti del cemento come prodotto. Ogni parte della serie descrive nel dettaglio apparecchiature, preparazione dei campioni, procedura operativa e calcolo dei risultati.
UNI EN 196-1
Determinazione delle resistenze meccaniche: prova a flessione e a compressione su prismi di malta normalizzata (1:3 cemento:sabbia di quarzo) a 2, 7 e 28 giorni. È la prova più importante per la classificazione del cemento.
UNI EN 196-2
Analisi chimica del cemento: contenuto di ossidi principali (CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃), solfati, cloruri, perdita al fuoco. Metodi volumetrici classici e spettroscopia XRF.
UNI EN 196-3
Determinazione dei tempi di presa (inizio e fine presa con ago di Vicat) e della stabilità volumetrica (prova Le Chatelier o autoclave).
UNI EN 196-5
Verifica della pozzolanicità dei cementi pozzolanici: misura la capacità della pozzolana di reagire con la calce.
UNI EN 196-6
Determinazione della finezza: metodo Blaine (superficie specifica per permeabilità all’aria) e setacciatura ventilata.
UNI EN 196-7
Modalità di prelievo e preparazione dei campioni di cemento: aspetto spesso trascurato ma determinante per la rappresentatività dei risultati.
UNI EN 196-8/9/10
Calore di idratazione: metodo della dissoluzione (parte 8) e metodo semi-adiabatico (parte 9). Rilevante per cementi a basso calore e per getti massivi.
Resistenza meccanica: UNI EN 196-1
La prova di resistenza meccanica è la prova cardine per la classificazione del cemento: è quella che determina la sigla 32,5 / 42,5 / 52,5 e il suffisso N o R (sviluppo normale o rapido della resistenza). Non si prova il cemento puro, ma una malta normalizzata composta da una parte in massa di cemento, tre parti di sabbia di quarzo standardizzata (sabbia ISO CEN) e mezza parte di acqua (rapporto acqua/cemento = 0,50).
I provini prismatici (40 mm × 40 mm × 160 mm) vengono confezionati con una procedura rigorosamente standardizzata, stagionati in acqua a 20 ± 1°C e rotti a flessione e a compressione alle età di prova previste. I requisiti minimi di resistenza definiti dalla UNI EN 197-1 devono essere soddisfatti per ogni lotto di produzione.
| Classe | Suffisso | Resistenza a 2 giorni (N/mm2) | Resistenza a 28 giorni (N/mm2) |
|---|---|---|---|
| 32,5 | N | - nessun requisito | 32,5 - 52,5 |
| 32,5 | R | ≥ 10 | 32,5 - 52,5 |
| 42,5 | N | ≥ 10 | 42,5 - 62,5 |
| 42,5 | R | ≥ 20 | 42,5 - 62,5 |
| 52,5 | N | ≥ 20 | ≥ 52,5 (nessun limite superiore) |
| 52,5 | R | ≥ 30 | ≥ 52,5 (nessun limite superiore) |
La resistenza del cemento su malta normalizzata non è direttamente convertibile nella resistenza del calcestruzzo: le condizioni di prova sono completamente diverse (rapporto a/c fisso a 0,50, sabbia standardizzata, assenza di aggregati grossi). La prova EN 196-1 serve a classificare e confrontare i cementi tra loro, non a prevedere la resistenza della miscela. Per quest’ultimo scopo la strada è la qualifica della miscela sul calcestruzzo reale, come descritto nel numero 7.
Tempi di presa: UNI EN 196-3
La prova con l’ago di Vicat misura il tempo di inizio e fine presa della pasta cementizia pura, senza aggregati, senza additivi, a consistenza normale. La ‘consistenza normale’ è determinata nella stessa norma: è il tenore d’acqua necessario perché l’ago di Tetmajer (diametro 10 mm) penetri a una profondità specifica nella pasta fresca.
Una volta preparata la pasta alla consistenza normale, con l’ago di Viacat più sottile (diametro 1,13 mm) viene lasciato cadere sulla pasta a intervalli regolari. L’inizio presa corrisponde al momento in cui l’ago non riesce più a penetrare fino al fondo dello stampo (resistenza alla penetrazione sufficiente); la fine presa al momento in cui l’ago non lascia più alcuna impronta sulla superficie.
- Requisiti EN 197-1: inizio presa non inferiore a 45 minuti per tutte le classi; fine presa non specificata dalla norma ma tipicamente entro 12 ore.
- Variabilità in funzione della composizione: cementi a basso C3A (come i CEM III con loppa) hanno tempi di presa più lunghi; cementi ad alta reattività (CEM I 52,5 R) possono avere inizio presa vicino ai 45 minuti minimi. La temperatura di prova (20°C) è critica: ogni variazione di 5°C può spostare l’inizio presa di 15–30 minuti.
- Implicazioni pratiche: i tempi di presa del cemento su pasta pura sono indicativi, non predittivi del comportamento in miscela, dove additivi ritardanti o acceleranti modificano sensibilmente i valori. Ma una variazione anomala rispetto ai valori storici del cemento è un segnale da investigare prima di procedere con la produzione.
Finezza: UNI EN 196-6
La finezza del cemento misura la dimensione delle particelle (o più precisamente la superficie specifica totale del materiale) ed è uno dei parametri più influenti sulla velocità di idratazione e sullo sviluppo della resistenza. Particelle più fini espongono una superficie maggiore all’acqua, idratandosi più rapidamente.
Il metodo Blaine misura la superficie specifica in cm²/g attraverso la permeabilità all’aria di un letto di cemento compresso: quanto più il cemento è fine, tanto più lentamente l’aria lo attraversa. I valori tipici per i cementi comuni si collocano tra 2.800 e 5.000 cm²/g. Tuttavia, con i cementi compositi e a ridotto contenuto di clinker oggi sempre più diffusi (CEM II, CEM III, CEM IV) il metodo Blaine perde di significatività: la presenza di materiali supplementari con morfologia e densità diverse dal clinker altera il risultato in modo non rappresentativo. Per questi cementi il metodo preferito nelle cementerie ed il più indicativo è la distribuzione granulometrica: con un granulometro laser, si misura esattamente la dimensione in % delle particelle di cemento tra 0 micron e la dimensione massima, che normalmente non supera i 90 micron. In questo modo è possibile confrontare le finezze di due cementi anche se hanno composizioni mineralogiche diverse.
- Finezza e sviluppo della resistenza: un cemento macinato più fine sviluppa resistenza più rapidamente nelle prime 24/48 ore, ma non necessariamente raggiunge resistenze più alte a 28 giorni, quelle dipendono principalmente dalla composizione mineralogica del clinker.
- Finezza e fabbisogno d’acqua: cementi più fini hanno una maggiore superficie da bagnare e tendono ad assorbire più acqua, aumentando il fabbisogno d’acqua della miscela a parità di lavorabilità. Un aspetto da considerare nel mix design, specialmente con cementi ad alta finezza o con aggiunte di fumo di silice.
- Finezza e calore di idratazione: particelle più fini si idratano più rapidamente e generano calore in modo più concentrato nel tempo. In getti massivi, un cemento a finezza elevata può causare picchi termici più pronunciati rispetto a uno più grossolano della stessa composizione.
Calore di idratazione: UNI EN 196-8 e 196-9
Il calore di idratazione è il calore totale sviluppato dal cemento durante la reazione con l’acqua, espresso in J/g. È una proprietà intrinseca del cemento, determinata dalla sua composizione mineralogica, e ha implicazioni pratiche rilevanti per i getti di grande volume (dighe, fondazioni profonde, platee massicce) dove l’accumulo di calore può generare gradienti termici e fessurazioni da shock termico.
I cementi a basso calore di idratazione, come i CEM III con alto contenuto di loppa o i CEM II/B-V con ceneri volanti, sviluppano meno calore per unità di massa perché contengono meno C3A e C3S.
La norma prevede due metodi di misura: il metodo della dissoluzione (EN 196-8, più preciso, misura il calore a 7 e 28 giorni) e il metodo semi-adiabatico (EN 196-9, più rapido e pratico, misura il calore sviluppato in un calorimetro a dispersione termica nota nelle prime 41 ore). Quest’ultimo è particolarmente utile per simulare il comportamento del calcestruzzo in getti massivi e per verificare la conformità ai requisiti di basso calore imposti dal capitolato.
Tutte le prove in sintesi
| Prova | Norma | Cosa misura | Apparecchiatura | Quando è richiesta |
|---|---|---|---|---|
| Resistenza meccanica | EN 196-1 | Resistenza a flessione e compressione su malta normalizzata a 2, 7, 28 giorni | Tavola vibrante, forma prismatica 40x40x160, pressa | Classificazione e ogni lotto |
| Tempi di presa | EN 196-3 | Inizio e fine presa della pasta cementizia pura | Inizio e fine presa della pasta cementizia pura | Inizio e fine presa della pasta cementizia pura |
| Stabilità volumetrica | EN 196-3 | Espansione da calce libera e MgO (Le Chatelier) | Cilindri Le Chatelier, bagno termostatico, ebollitore | Classificazione, ogni lotto |
| Finezza Blaine | EN 196-6 | Superficie specifica del cemento (cm²/g) | Apparato Blaine a permeabilità d’aria | Controllo produzione, qualifica |
| Calore di idratazione | EN 196-8/9 | Calore sviluppato durante l’idratazione (J/g) | Calorimetro (dissoluzione o semi-adiabatico) | Getti massivi, capitolati speciali |
| Analisi chimica | EN 196-2 | Composizione in ossidi, solfati, cloruri, LOI, RI | XRF, titolazioni volumetriche, forni muffola | Contestazioni, requisiti speciali |
| Pozzolanicità | EN 196-5 | Reattività della componente pozzolanica | Bagno termostatico, filtrazioni, titolazioni | Cementi CEM IV e pozzolanici |
Le prove di laboratorio sul cemento non sono un adempimento formale della cementeria: sono la base su cui si costruisce la fiducia nell’intera catena produttiva del calcestruzzo. Chi conosce queste prove sa come leggere una scheda tecnica, come interpretare una variazione di comportamento del cemento in miscela e come impostare una contestazione documentata. La prova EN 196-1 classifica il cemento; le altre prove ne raccontano il carattere.
Nel prossimo numero:
Il ciclo di produzione e selezione degli aggregati — dall’estrazione in cava alla consegna in centrale: frantumazione, lavaggio, classificazione granulometrica e controllo qualità lungo tutta la filiera.
