Gli aggregati occupano la maggior parte del volume del calcestruzzo e ne influenzano resistenza, lavorabilità e durabilità. Le prove di laboratorio sono lo strumento con cui si verifica che siano all’altezza del compito.
Chiudiamo questa serie con il terzo appuntamento dedicato alle prove di laboratorio, dopo il calcestruzzo (numero 8) e il cemento (numero 13). Gli aggregati, pur essendo il componente volumetricamente dominante della miscela, sono spesso quelli su cui il controllo qualità è più trascurato. Eppure, un aggregato fuori specifica per granulometria, forma, contenuto di fini o resistenza meccanica, può vanificare un mix design accurato e compromettere le prestazioni dell’intera struttura.
Le prove descritte in questo numero sono quelle della serie UNI EN 933 (caratteristiche geometriche) e UNI EN 1097 (caratteristiche fisiche e meccaniche), integrate dai controlli chimici della UNI EN 1744. Come per il cemento, ne andiamo a vedere alcune tra le più rilevanti per chi lavora quotidianamente con il calcestruzzo: non una lista esaustiva, ma uno strumento di lettura critica dei certificati di prova.
Il quadro normativo di riferimento
Le prove sugli aggregati sono disciplinate da tre serie di norme europee, ciascuna dedicata a una famiglia di caratteristiche. La UNI EN 12620, la norma di prodotto per gli aggregati per calcestruzzo, richiama queste prove come metodi di riferimento per la dichiarazione delle prestazioni e per il controllo della produzione in fabbrica.
| Norma | Descrizione e campo di applicazione |
|---|---|
| UNI EN 933 | Prove per la determinazione delle caratteristiche geometriche degli aggregati: granulometria (parte 1), contenuto di fini (parte 1), indice di appiattimento (parte 3), indice di forma (parte 4), equivalente in sabbia (parte 8), contenuto di conchiglie (parte 10). |
| UNI EN 1097 | Prove per la determinazione delle caratteristiche meccaniche e fisiche: resistenza all’usura con metodo micro-Deval (parte 1), resistenza alla frammentazione con metodo Los Angeles (parte 2), massa volumica e assorbimento d’acqua (parte 6), resistenza al gelo e disgelo (parte 9). |
| UNI EN 1744 | Prove per le proprietà chimiche degli aggregati: contenuto di solfati solubili in acido (parte 1), componenti che alterano il tempo di presa (parte 1), reattività alcali-silice (metodi vari). |
| UNI EN 12620 | Norma di prodotto per gli aggregati per calcestruzzo. Definisce le categorie di prestazione e i limiti accettabili per ogni caratteristica in funzione dell’utilizzo previsto. |
Analisi granulometrica: UNI EN 933-1
L’analisi granulometrica per setacciatura è la prova fondamentale sugli aggregati: misura la distribuzione delle dimensioni dei grani e permette di verificare che l’aggregato consegnato corrisponda alla categoria granulometrica dichiarata (d/D) e alla curva di progetto del mix design.
Il campione di aggregato essiccato viene fatto passare attraverso una serie di setacci a maglia quadrata decrescente. La massa trattenuta su ciascun setaccio viene pesata e il risultato è espresso come percentuale passante cumulativa in funzione della dimensione della maglia. La curva che ne risulta, la curva granulometrica, viene confrontata con i limiti prescritti dalla norma o dal capitolato.
- Dimensioni dei setacci: la serie normalizzata europea prevede: 0,063, 0,125, 0,25, 0,5, 1, 2, 4, 8, 16, 31,5, 63 mm. I setacci da utilizzare sono scelti in funzione della categoria granulometrica dell’aggregato in prova.
- Preparazione del campione: il campione deve essere ridotto a massa rappresentativa mediante quartatura o riduttore campione. La massa minima del campione di prova dipende dalla dimensione massima del granulo: per un aggregato con D = 32 mm è richiesto un campione minimo di circa 10 kg. Un campione troppo piccolo introduce variabilità statistica inaccettabile.
- Lavaggio preventivo: prima della setacciatura a secco, il campione viene lavato sul setaccio da 0,063 mm per eliminare le particelle fini aderenti ai granuli più grossi. Il materiale trattenuto viene essiccato e poi setacciato. Il materiale passante al lavaggio costituisce il contenuto di fini misurato per questa via.
Una variazione anche piccola nella curva granulometrica dell’aggregato in produzione rispetto a quella usata nella qualifica del mix design può alterare significativamente il fabbisogno d’acqua della miscela e la sua lavorabilità. Questo è uno dei motivi per cui il controllo granulometrico degli aggregati deve essere effettuato con regolarità nel FPC della centrale, e non solo al momento della qualifica iniziale. La variabilità naturale di un giacimento, anche ben gestito, produce inevitabilmente fluttuazioni nella granulometria del prodotto.
Contenuto di fini e qualità dei fini: UNI EN 933-1 e 933-8
Il contenuto di fini, la percentuale di materiale con dimensione inferiore a 0,063 mm, è uno dei parametri più critici per la qualità dell’aggregato. Un eccesso di fini aumenta la superficie specifica del materiale, richiede più pasta cementizia per ricoprire i granuli e più acqua per mantenere la lavorabilità, con effetti negativi sul rapporto a/c e sulla durabilità.
Ma non è solo la quantità dei fini a contare: conta anche la loro natura. Fini di natura argillosa o limosa sono molto più dannosi dei fini calcarei o silicei, perché hanno una superficie specifica molto maggiore, assorbono acqua in modo significativo e possono ridurre l’aderenza tra pasta e aggregato. La prova dell’equivalente in sabbia (UNI EN 933-8) è lo strumento per distinguerli.
- Equivalente in sabbia (SE): misura la proporzione di fini argillosi rispetto ai fini totali di una sabbia. Il campione viene agitato in una soluzione flocculante in una provetta graduata: le argille si depositano lentamente formando un flocculo morbido sopra la sabbia. Il rapporto tra l’altezza della sabbia e l’altezza totale del sedimento, moltiplicato per 100, dà l’equivalente in sabbia. Valori elevati (SE > 75–80) indicano sabbie pulite; valori bassi (SE < 60) indicano presenza significativa di argille.
- Blu di metilene (MB): prova complementare all’equivalente in sabbia per quantificare i fini attivi (argille espandibili). Si aggiunge progressivamente una soluzione di blu di metilene alla sospensione di fini e si verifica con carta assorbente quando tutta la soluzione è stata adsorbita. Il risultato, espresso in grammi di blu per chilogrammo di fini, è un indicatore della dannosità delle argille presenti.
Forma dei granuli: indice di appiattimento e indice di forma, UNI EN 933-3/4
La forma dei granuli è una caratteristica che influenza la lavorabilità del calcestruzzo, il fabbisogno d’acqua e la resistenza meccanica. La norma distingue due indici complementari che quantificano le deviazioni dalla forma ideale sferica o cubica.
L’indice di appiattimento (FI) misura la percentuale in massa di granuli ‘piatti’, cioè con spessore inferiore a 0,6 volte la loro dimensione media. La procedura prevede la separazione del campione in frazioni granulometriche con setacci a maglia quadrata, poi il passaggio di ciascuna frazione attraverso setacci a barre con apertura pari al 60% della dimensione della frazione. I granuli che passano sono quelli ‘appiattiti’.
L’indice di forma (SI) misura invece la percentuale di granuli ‘allungati’, con lunghezza superiore a 1,8 volte il loro spessore. Viene determinato misurando con calibro le dimensioni di un campione statisticamente significativo di granuli.
- Limiti tipici: la UNI EN 12620 definisce categorie di indice di appiattimento (FI15, FI20, FI35, FI50) e di indice di forma. I capitolati più rigorosi per calcestruzzi strutturali richiedono generalmente FI ≤ 20–25. Per i calcestruzzi autocompattanti i limiti sono ancora più severi.
- Implicazioni pratiche: un aggregato con alto indice di appiattimento richiede più pasta cementizia per riempire gli interstizi, aumenta la superficie specifica e riduce la lavorabilità. Nei calcestruzzi pompati, i granuli appiattiti possono causare blocchi nelle tubazioni in corrispondenza delle curve.
Resistenza alla frammentazione: prova Los Angeles, UNI EN 1097-2
La prova Los Angeles misura la resistenza dell’aggregato alla frammentazione per urto e attrito; ovvero la sua durezza e tenacità meccanica. È una delle prove più importanti per valutare l’idoneità dell’aggregato ai calcestruzzi strutturali e alle pavimentazioni, dove le sollecitazioni meccaniche sono rilevanti.
Il principio della prova è semplice quanto efficace: un campione di aggregato di massa nota (solitamente 5 kg) viene introdotto in un tamburo rotante in acciaio insieme a una carica di sfere di acciaio. Il tamburo ruota per 500 giri a 31–33 giri al minuto. L’urto ripetuto delle sfere sui granuli e l’attrito tra granuli e sfere frantumano progressivamente il materiale. Al termine, il campione viene setacciato sul setaccio da 1,6 mm: la massa che passa è il materiale frantumato. Il coefficiente Los Angeles (LA) è la percentuale in massa di materiale frantumato rispetto alla massa iniziale.
- Interpretazione del risultato: un valore basso di LA indica una roccia dura e resistente. Valori tipici: rocce ignee e metamorfiche dure (granito, basalto, gneiss) LA = 15–25; calcari compatti LA = 20–35; calcari teneri o arenarie LA = 30–50. La UNI EN 12620 definisce categorie LA20, LA25, LA30, LA35, LA40, LA50.
- Relazione con le prestazioni del calcestruzzo: aggregati con alto LA producono calcestruzzi con minore resistenza meccanica e maggiore ritiro, perché la frantumazione sotto carico riduce il contributo degli aggregati allo scheletro resistente della miscela.
Resistenza all’usura: prova micro-Deval, UNI EN 1097-1
Mentre la prova Los Angeles valuta la resistenza alla frammentazione per impatto, la prova micro-Deval misura la resistenza all’usura per attrito in condizioni umide, un meccanismo di degrado diverso, più simile a quello che l’aggregato subisce nelle pavimentazioni stradali e nelle opere idrauliche.
Il campione (350 g di aggregato nella frazione 10–14 mm) viene introdotto in un cilindro rotante in acciaio con una carica di sfere di acciaio e acqua. Dopo 12.000 giri, il materiale viene lavato e setacciato sul setaccio da 1,6 mm. Il coefficiente micro-Deval (MDE) è la percentuale di materiale passante rispetto alla massa iniziale. Valori bassi indicano buona resistenza all’usura.
Los Angeles e micro-Deval misurano proprietà diverse e complementari. Un aggregato può avere basso LA (resistente alla frammentazione) ma alto MDE (scarsa resistenza all’usura), o viceversa. Per le pavimentazioni stradali e i calcestruzzi per piani di calpestio soggetti ad abrasione, la prova micro-Deval è spesso più significativa del LA. Per i calcestruzzi strutturali ordinari, il LA rimane il riferimento principale.
Massa volumica e assorbimento d’acqua, UNI EN 1097-6
La massa volumica e l’assorbimento d’acqua sono proprietà fisiche che influenzano direttamente il mix design e il comportamento del calcestruzzo fresco.
La massa volumica dell’aggregato è determinata con il metodo della pesata in acqua (principio di Archimede): si misura la massa del campione in aria e in acqua e si calcola il volume dei granuli. La norma distingue tra massa volumica reale (senza i pori), massa volumica apparente (includendo i pori impermeabili) e massa volumica della particella satura e asciutta in superficie (SSA) che è la condizione di riferimento per il mix design.
L’assorbimento d’acqua esprime la capacità dei pori dell’aggregato di assorbire acqua durante la miscelazione. Si misura come percentuale di acqua assorbita in 24 ore rispetto alla massa dell’aggregato essiccato. È un parametro cruciale nel mix design: l’acqua assorbita non partecipa all’idratazione del cemento ma riduce la lavorabilità della miscela se non viene compensata.
- Aggregati naturali densi: assorbimento tipicamente inferiore all’1–2%. Graniti e basalti possono avere assorbimento inferiore allo 0,5%.
- Aggregati calcarei: assorbimento variabile, tipicamente 1–3% ma con punte fino al 5–6% per calcari porosi o alterati.
- Aggregati riciclati: assorbimento strutturalmente più elevato, tipicamente 3–9% o più, a causa della pasta cementizia residua aderente ai granuli. Il mix design deve tenerne conto esplicitamente, come già discusso nei numeri 4 e 14.
Reattività alcali-silice (ASR), UNI EN 1744-1 e metodi petrografici
La reazione alcali-silice (ASR) è una delle patologie più insidiose del calcestruzzo: lenta, progressiva e irreversibile. Si innesca quando gli alcali del cemento (sodio e potassio) reagiscono con alcuni minerali silicei reattivi presenti negli aggregati (opale, calcedonio, cristobalite, alcune forme di quarzo) formando un gel igroscopico che assorbe acqua, si espande e genera pressioni interne nella pasta cementizia.
La difficoltà è che la reazione può manifestarsi anche dopo anni o decenni dal getto, e che non tutti i minerali silicei sono ugualmente reattivi: la reattività dipende dalla struttura cristallina, dalla dimensione delle particelle e dalle condizioni ambientali (umidità elevata accelera la reazione). La valutazione del rischio ASR richiede più metodi combinati.
- Analisi petrografica (UNI EN 932-3): l’esame al microscopio di sezioni sottili o lucide dell’aggregato identifica la presenza e la percentuale di minerali potenzialmente reattivi. È il primo livello di indagine: rapido e qualitativo. Non dice se la reazione avverrà, ma se esiste il rischio.
- Prova di espansione in barra di malta accelerata (UNI EN 1744-3): barre di malta vengono immerse in soluzione di NaOH a 80°C per 14 giorni. L’espansione misurata indica la reattività: valori superiori allo 0,10% segnalano rischio elevato.
- Prova di espansione su prisma di calcestruzzo: prismi di calcestruzzo vengono conservati a 38°C e 100% di umidità per mesi. Più lenta (6–18 mesi), ma più rappresentativa delle condizioni reali. È il metodo di riferimento per la valutazione definitiva del rischio.
In presenza di rischio ASR confermato, le strategie preventive includono: limitare il contenuto di alcali del cemento (cementi a basso contenuto di alcali), impiego di aggiunte pozzolaniche (ceneri volanti, fumo di silice, loppa) che riducono la disponibilità di alcali in soluzione, e limitazione del contenuto equivalente di alcali totali nel calcestruzzo. La scelta di aggregati provenienti da giacimenti con storia di ASR documentata deve essere attentamente valutata, indipendentemente dai risultati di prova, che possono non rilevare tutti i casi di rischio.
Il ciclo produttivo in sintesi
| Prova | Norma | Cosa misura | Risultato espresso | Quando è richiesta |
|---|---|---|---|---|
| Analisi granulometrica | EN 933-1 | Distribuzione dimensionale dei grani | % passante cumulativa per setaccio | FPC, qualifica, accettazione |
| Contenuto di fini | EN 933-1 | % materiale < 0,063 mm | % in massa | FPC, ogni lotto |
| Equivalente in sabbia | EN 933-8 | Qualità dei fini (argilla vs minerali puliti) | SE (%) — valori alti = sabbia pulita | Sabbie, qualifica, FPC |
| Blu di metilene | EN 933-9 | Argille attive (espandibili) nei fini | MBF (g/kg) | Sabbie con fini elevati |
| Indice di appiattimento | EN 933-3 | Percentuale di granuli piatti (spessore < 0,6 × dim. media) | FI (%) | Qualifica, capitolati speciali |
| Indice di forma | EN 933-4 | Percentuale di granuli allungati | SI (%) | Calcestruzzi autocompattanti, cls ad alta resistenza |
| Los Angeles | EN 1097-2 | Resistenza alla frammentazione per urto | LA (%) — valori bassi = roccia dura | Qualifica, capitolati strutturali |
| Micro-Deval | EN 1097-1 | Resistenza all’usura per attrito in umido | MDE (%) — valori bassi = buona resistenza | Pavimentazioni, opere idrauliche |
| Massa volumica e assorbimento | EN 1097-6 | Densità dei granuli e capacità di assorbire acqua | kg/m³ e % assorbimento | Mix design, qualifica, FPC |
| Reattività ASR | EN 1744-3, EN 932-3 | Rischio di reazione alcali-silice | Espansione (%) o valutazione qualitativa | Qualifica per esposizioni aggressive, giacimenti a rischio |
Questo era l’ultimo numero della serie
In quindici numeri abbiamo percorso l’intera filiera del calcestruzzo: dalle materie prime, cemento e aggregati con i loro cicli produttivi e le loro prove, alla progettazione della miscela, dalla produzione in centrale alla messa in opera, dalle prove di qualifica e conformità alle patologie di degrado, fino ai temi della sostenibilità e delle certificazioni ambientali.
Non è un percorso esaustivo, il calcestruzzo è un materiale abbastanza vasto da riempire biblioteche intere. Ogni numero si è appoggiato ai precedenti e ha preparato il terreno per i successivi, costruendo progressivamente un quadro di riferimento utile tanto al professionista tecnico quanto a chi si avvicina al settore per la prima volta.
Le prove di laboratorio sugli aggregati non sono un adempimento burocratico: sono la verifica che lo scheletro del calcestruzzo sia all’altezza del compito che gli viene affidato. Chi sa leggere un certificato di prova sugli aggregati e capire cosa significa un LA di 28 invece di 35, o un SE di 65 invece di 80, ha gli strumenti per fare scelte più consapevoli in fase di qualifica, di acquisto e di controllo. La conoscenza dei materiali è il fondamento della qualità del calcestruzzo.
