Mapefast Ultra: una tecnologia innovativa per il calcestruzzo sostenibile
Il nuovo additivo Mapefast Ultra di Mapei ha permesso la realizzazione del nuovo ponte di Genova a tempo di record.
IL CALCESTRUZZO PER GENOVA: SOSTENIBILE, DUREVOLE E RESISTENTE AGLI AGENTI AGGRESSIVI
La sostenibilità è il principio guida che ha caratterizzato la costruzione del nuovo ponte di Genova. In particolare, per la produzione del calcestruzzo è stato utilizzato un cemento di tipo CEM III/A che prevede la sostituzione del 40% di clinker con loppa d’altoforno, un sottoprodotto proveniente dal ciclo produttivo dell’acciaio. Questo cemento è caratterizzato da un basso livello di emissioni di CO2 (circa 500 kg CO2/tonnellata, rispetto ai circa 900 kg CO2/tonnellata di un tradizionale cemento Portland) e dalla riconosciuta capacità di consentire la produzione di calcestruzzi durevoli e resistenti agli agenti aggressivi, come quello progettato per la costruzione del ponte (classe di esposizione ambientale XA1 secondo la norma europea UNI EN 206).
UN NUOVO PONTE IN 13 MESI: IL CONTRIBUTO DI MAPEI
Un secondo elemento caratterizzante il progetto è stata l’esigenza di realizzare questa infrastruttura fondamentale per la rinascita economica della città di Genova nel minor tempo possibile. Dal 25 giugno 2019, data di esecuzione del primo getto della pila 9, all’inaugurazione del 3 agosto 2020 sono passati solo 13 mesi, un tempo record considerata la dimensione dell’opera.
Gli elementi più imponenti del ponte sono le 18 pile, giganti in calcestruzzo di 45 metri che sorreggono l’impalcato. Le loro dimensioni esterne (9,50 per 4 metri) sono costanti lungo il profilo verticale sia per garantire l’unità prospettica dell’opera che per favorire la velocità di realizzazione, grazie all’utilizzo della stessa tipologia di cassero esterno a pareti componibili.
MAPEI CON L’UNIVERSITÀ DI PADOVA PER LA FORMULAZIONE DI UNA SOLUZIONE AD HOC
Tuttavia, nonostante l’adozione di questi accorgimenti, non sarebbe stato possibile completare l’opera nei tempi previsti senza l’utilizzo di MAPEFAST ULTRA, un additivo accelerante innovativo sviluppato nei laboratori di ricerca Mapei con la collaborazione del Centro Circe del Dipartimento di Geoscienze dell’Università di Padova. Questo perché il cemento CEM III/A, per la sua composizione ricca in loppa d’altoforno, non era in grado di sviluppare le resistenze meccaniche necessarie per procedere speditamente con l’erezione delle pile, soprattutto nel periodo invernale quando la bassa temperatura rallenta fortemente l’idratazione del cemento. Infatti, la reazione pozzolanica della loppa, che costituisce il 40% di questo legante, non si sviluppa subito ma comincia a contribuire significativamente alle resistenze meccaniche solo dopo alcune settimane dal getto.
Grazie all’utilizzo di MAPEFAST ULTRA è stato possibile rimuovere i casseri anche in pieno inverno dopo 16 ore dal getto e procedere con la realizzazione dell’opera al ritmo straordinario di 3 pile al mese.
MAPEFAST ULTRA è stato aggiunto con gli altri ingredienti nel normale ciclo di produzione del calcestruzzo. Per garantire il mantenimento della classe di consistenza S5 (slump > 210 mm) durante il trasporto dalla centrale di betonaggio fino al cantiere è stata utilizzata una combinazione dei superfluidificanti DYNAMON XTEND W400N e DYNAMON EW. Nella tabella 1 viene riportata la composizione del calcestruzzo utilizzato per la realizzazione delle pile del ponte.
| Tipo di cemento | CEM III/A 42.5N |
| Dosaggio di cemento | 400 kg/m3 |
| Filler | 70 kg/m3 |
| Dynamon Xtend W400N | 0,75% sul peso del cemento |
| Dynamon EW | 0,5% sul peso del cemento |
| Mapefast Ultra | 2,66% sul peso del cemento |
| Classe di consistenza | S5 (slump > 210 mm) |
| Diametro massimo degli aggregati | 16 mm |
Tabella 1. Composizione del calcestruzzo utilizzato per le pile del Ponte di Genova.
L'INCREMENTO DELLE RESISTENZE MECCANICHE GRAZIE ALL'ADDITIVO ACCELERANTE MAPEI
Il contributo fondamentale del MAPEFAST ULTRA appare evidente dalla Figura 1, dove viene confrontato lo sviluppo delle resistenze meccaniche a compressione di provini di calcestruzzo prodotti in laboratorio utilizzando il “mix-design” sviluppato per le pile del ponte (barre blu) con un analogo impasto di riferimento senza l’additivo (barre rosse). Tutti i provini di laboratorio sono stati maturati simulando un ciclo termico invernale tipico dell’area costiera ligure in grado di realizzare all’interno del getto delle pile una temperatura iniziale di 15 °C e una temperatura finale, dopo 24 ore di maturazione, di 34 °C.
Come si può osservare, già a 19 ore la resistenza meccanica dei provini con il MAPEFAST ULTRA è superiore a 12 MPa, mentre è nulla per il calcestruzzo di riferimento, che neppure dopo 24 ore raggiunge resistenze meccaniche sufficienti per lo scassero. Sulla base di questi risultati di laboratorio, MAPEFAST ULTRA è stato impiegato per l’erezione di tutti i dei piloni del ponte, permettendo il completamento del ponte entro i tempi previsti.
Dalla figura è anche possibile osservare come il MAPEFAST ULTRA, diversamente dai tradizionali additivi acceleranti, non penalizza le resistenze meccaniche a lungo termine. Questo comportamento è dovuto al suo particolare meccanismo di azione, basato sull’effetto di nucleazione delle nanoparticelle di silicato idrato di metalli di transizione che costituiscono il principio attivo dell’additivo. A questo effetto è associato un diverso meccanismo di idratazione del cemento, che passa da nucleazione eterogenea a nucleazione omogenea, con effetti positivi anche sulla microstruttura della pasta di cemento idratata, che risulta meno porosa e permeabile all’acqua e agli agenti aggressivi.
LA MEDAGLIA MARIO GIACOMO LEVI 2018 PER L'ADDITIVO MAPEFAST ULTRA
Per le ricerche svolte per lo studio e la messa a punto del MAPEFAST ULTRA, nel 2018 la Divisione di Chimica Industriale della Società Chimica Italiana ha conferito a Mapei e al Centro Circe dell’Università di Padova la Medaglia d’oro Giacomo Levi per la migliore ricerca congiunta industria-accademia che sia giunta alla fase di realizzazione industriale (si veda Realtà Mapei 151).
Il ruolo fondamentale del MAPEFAST ULTRA nella realizzazione del nuovo ponte di Genova conferma l’importanza della collaborazione tra l’industria e la comunità scientifica per lo sviluppo di tecnologie innovative e testimonia l’impegno di Mapei nel promuovere e favorire la transizione verso la sostenibilità delle costruzioni e una sensibilità ai principi dell’economia circolare.
Giorgio Ferrari. Laboratori R&D Mapei SpA, Milano
Gilberto Artioli. Centro Circe, Università di Padova
Bibliografia
Artioli, G., Valentini, L., Dalconi, M.C., Parisatto, M., Voltolini, M., Russo, V., Ferrari, G., 2014. “Imaging of nano-seeded nucleation in cement pastes by X-ray diffraction tomography”, International Journal of Materials Research 105 (7).
Artioli, G., Valentini, L., Voltolini, M., Dalconi, M.C., Ferrari, G., Russo, V., 2014. "Direct imaging of nucleation mechanisms by synchrotron diffraction micro-tomography: superplasticizer-induced change of C-S-H nucleation in cement". Crystal Growth & Design 15 (1).
