Studio per lo sviluppo di un calcestruzzo durevole alleggerito con polistirene espanso (EPS)

The study carried out in this thesis allowed to evaluate the use of expanded polystyrene (EPS) and silica fume, as a mineral addition, for the production of a durable lightweight concrete (LWC) to be used in the construction of reinforced concrete structures. For the experimental activity, two types of concrete were prepared, one ordinary and one lightweight with EPS used in replacement of 35% by volume of ordinary aggregates; on these mixes laboratory tests were carried out to evaluate mechanical performances and permeability and protection provided to embedded steel bars. LAB tests showed that expanded polystyrene lightweight concrete has a good workability, without the occurrence of segregation phenomena and bleeding, thanks to the combined use of silica fume and superplasticized admixture. Furthermore, the low water/binder ratio and the presence of silica fume of LWC have made it possible to obtain a resistance class LC 25/28 even with a EPS replacement of 35%, allowing it to be used also in the structural field. To evaluate the long-term stability of this type of concrete in relation to the penetration of aggressive agents, it was characterized in terms of permeability through electrical resistivity and both capillary and immersion absorption tests. It was observed that electrical resistivity of LWC cement matrix increases over time, thanks to the hydration reaction of the cement and silica fume. Furthermore, the water absorption of lightweight concrete is comparable to that on ordinary concrete with the same composition, demonstrating the low influence of the EPS particles on transport phenomena. From the results obtained from the electrochemical tests on the reinforced specimens realized with this mixture, it has been shown that the passivation of the reinforcement bars, both for carbon and galvanized steel, is guaranteed.

Lo studio effettuato in questo lavoro di tesi ha consentito di valutare l’utilizzo di polistirene espanso (EPS) e di fumo di silice, come aggiunta minerale, per la realizzazione di un calcestruzzo alleggerito durevole da impiegarsi nella realizzazione di strutture in calcestruzzo armato. Per l’attività sperimentale sono state confezionate due tipologie di calcestruzzo, uno ordinario di riferimento ed uno alleggerito con sostituzione di EPS del 35% in volume di aggregati ordinari, sui quali sono state svolte prove di laboratorio per valutarne le caratteristiche meccaniche e di permeabilità e la capacità protettiva nei confronti delle armature a contatto con esse. È emerso che il calcestruzzo alleggerito con EPS presenta una buona lavorabilità, senza che si verifichino fenomeni di segregazione e bleeding, grazie alla presenza del fumo di silice e di un additivo superfluidificante. Il basso rapporto acqua/legante e la presenza del fumo di silice, inoltre, hanno consentito di ottenere anche con una sostituzione di EPS del 35% la classe di resistenza LC 25/28, adatta per l’utilizzo anche in ambito strutturale. Per valutare la stabilità a lungo termine di questo tipo di calcestruzzi in relazione alla penetrazione di eventuali agenti aggressivi, si sono caratterizzate in termini di permeabilità attraverso prove di resistività elettrica e assorbimento capillare e per immersione. Si è osservato che la resistività della matrice cementizia del calcestruzzo alleggerito con EPS cresce nel tempo, grazie alla reazione di idratazione del cemento e del fumo di silice. Inoltre, l’assorbimento di acqua del calcestruzzo alleggerito è confrontabile a quello ordinario a parità di composizione, dimostrando la scarsa influenza delle particelle di EPS sui fenomeni di trasporto. Dai risultati ottenuti dalle prove elettrochimiche sui provini armati confezionati con tale miscela, si è dimostrato che la passivazione delle armature, sia per l’acciaio al carbonio sia per quello zincato, è garantita.