La stagionatura (detta anche maturazione dei getti o post-trattamento) è l'insieme degli accorgimenti protettivi a cui deve essere sottoposto il calcestruzzo "giovane"calcestruzzo indurito, il cui indurimento ha appena avuto inizio, al fine di mantenerlo caldo e umido, impedendo l'evaporazione dell'acqua del calcestruzzo e proteggendolo dal calore esterno, dal vento, dal gelo, dalla grandine e dalla forte pioggia (che provocherebbe dilavamento).

Il termine curing invece ha un significato più ampio comprendendo sia i suddetti accorgimenti/azioni che gli agenti esterni utilizzati per proteggere il calcestruzzo durante la maturazione.

La conservazione del calore e dell'umidità all'interno del conglomerato cementizio assicura la perfetta idratazione del cemento con conseguenti ripercussioni positive sulla resistenza meccanica del calcestruzzo e sulle altre sue proprietà, quali l'impermeabilità e la riduzione del ritiro, garantendo così il raggiungimento delle caratteristiche prestazionali prescritte dal progettista in termini di durabilità e resistenza meccanica.

Il post-trattamento deve iniziare immediatamente dopo le operazioni di getto (di finitura se si tratta di pavimenti industriali) anche se la fase più pericolosa, nel caso di superfici verticali, si ha immediatamente dopo la scasseratura del getto che deve avvenire quando il calcestruzzo ha conseguito una resistenza meccanica tale da garantire l'assorbimento delle sollecitazioni a cui la membratura sarà sottoposta subito dopo il disarmo (circa ). Infatti dopo la scasseratura il calcestruzzo sformato è in balia degli agenti atmosferici, pertanto una sua non idonea protezione può compromettere in modo determinante la risposta finale attesa del calcestruzzo, anche se questo è stato realizzato con un idoneo mix design e posato in maniera corretta. Stagionatura e durata dell'opera in calcestruzzo La buona riuscita di un'opera in calcestruzzo armato non dipende solo dalla qualità del materiale impiegato e dalla metodologia di getto: il raggiungimento delle prestazioni programmate dal progettista delle strutture dipende anche da un'idonea maturazione del getto che è funzione degli eventi atmosferici esistenti al momento della sua sformatura; un clima asciutto, caldo e ventilato al momento della scasseratura può causare tra l'altro: un'elevata evaporazione dell'acqua di idratazione dalla superficie del getto, con conseguente aumento della porosità superficiale; il rischio di fessurazioni a causa del maggior ritiro igrometrico; minore resistenza meccanica della parte corticale; minore resistenza all'abrasione (pavimentazioni industriali). Questi fenomeni rendono meno compatto lo strato esterno del conglomerato consentendo agli agenti aggressivi una più facile penetrazione verso l'interno con conseguente abbattimento della durabilità e pertanto della vita utile del materiale e quindi dell'opera. Di contro un clima freddo determina un rallentamento dell'idratazione del cemento e quindi dell'indurimento della corteccia del getto, con conseguente necessità di tempi di scasseratura molto più lunghi.

Influenza della temperatura sulle prestazioni meccaniche La temperatura esterna, insieme all'umidità dell'aria e all'azione del vento, gioca un ruolo importante sul valore della resistenza meccanica del calcestruzzo: si è constatato che a brevi stagionature al crescere della temperatura cresce anche il valore della resistenza meccanica a compressione, mentre a lunghe stagionature al decrescere della temperatura aumenta il valore della resistenza meccanica a compressione.

Come si può spiegare questo comportamento? Le basse temperature rallentamento le reazioni di idratazione del cemento, pertanto alle brevi stagionature il grado di idratazione della matrice cementizia decresce con la temperatura e con lui la resistenza a compressione del materialecome si vedrà in seguito con la formula di Powers la resistenza meccanica dipende anche dal grado di idratazione. Alle lunghe stagionature, il cemento, se il calcestruzzo ha subito una stagionatura adeguata, ha raggiunto un grado di idratazione pari a 1 indipendentemente dalla temperatura esterna. Si ritiene pertanto che l'aumento di resistenza a compressione al decrescere della temperatura sia legato alla qualità dei silicati idrati di calcio (C-S-Hil simbolo C-S-H non è una formula chimica ma piuttosto le iniziali in inglese di Calcium Silicate Hydrated ) che sono responsabili della resistenza meccanica del conglomerato. I C-S-H che si formano a basse temperature risultano meccanicamente di migliore qualità rispetto a quelli che si producono a temperature più elevate. Pertanto se è vero che ad elevate temperature per brevi stagionature si producono C-S-H in maggiore quantità, a seguito del maggiore grado di idratazione del cemento, ma di minore qualità, a lunghe stagionature, quanto l'idratazione del cemento è completa e il grado di idratazione è pari a 1, la quantità di C-S-H prodotti è più o meno la stessa sia per basse che per alte temperature, ma nel primo caso i silicati idrati di calcio hanno una migliore qualità e pertanto garantiscono una maggiore resistenza meccanica.

Clima estivo

In estate normalmente si è in presenza di un clima caldo e asciutto (UR < 95%).

In presenza di temperature ambientali elevate il calcestruzzo fresco, a causa della maggiore velocità delle reazioni di idratazione, perde più velocemente la sua lavorabilità.

Inoltre il calcestruzzo più esterno, costituente il copriferro, a causa della maggiore evaporazione superficiale, che aumenta se in concomitanza con il clima asciutto e caldo si aggiunge l'azione del vento, si può essiccare precocemente causando: una maggiore porosità superficiale a causa della minore idratazione del cemento in superficie per carenza di acqua, determinando un minore qualità del copriferro e pertanto minore protezione per le sottostanti armature. Una eccessiva evaporazione può causare il blocco del grado di idratazione del cemento per mancanza di acqua con conseguente arresto del processo di indurimento della parte corticale del calcestruzzo; rischio di formazione di fessurazioni superficiali, dovute sia al maggior ritiro plastico del calcestruzzo fresco che al maggior ritiro igrometrico del calcestruzzo indurito, che possono interessare anche le armature. Anche in questo caso si compromette la durabilità del materiale. La formazione delle fessure è causata dalla formazione di coazioni di trazione indotte dal ritiro della parte corticale contrastato dal nucleo interno del conglomerato (ancora umido e pertanto non esposto ancora al ritiro). Quando la sollecitazione di trazione supera il valore di resistenza, sempre a trazione, del calcestruzzo si generano le fessure, minore resistenza meccanica della parte corticale rispetto alla parte più interna; minore resistenza meccanica del calcestruzzo in opera rispetto a quello dei provini cubici confezionati dal Direttore dei Lavori; minore resistenza all'abrasione superficiale che ad esempio nel caso di pavimenti industriali è notevolmente penalizzante; aumento della perdita di lavorabilità; maggior rischio di formazione di giunti freddi; Maggiore difficoltà nel controllo del contenuto d'aria trattenuta

Clima invernale

Problemi analoghi si verificano anche in climi freddi, infatti la velocità di idratazione del cemento diminuisce al decrescere della temperatura con conseguente allungamento dei tempi di presa ed indurimento del calcestruzzo con rinvio della scasseratura e con il rischio di una stagionatura troppo breve. Al di sotto dei si ha un marcato rallentamento dei tempi di presa, che comporta maggiori tempi di stagionatura in cassero che vanno ad incidere sulla produttività del cantiere. Inoltre, se la temperatura esterna scende sotto lo zero, l'acqua d'impasto congela, compromettendo le prestazioni finali. Sotto i −10 °C circa il processo di presa cessa addirittura.

Ciclo gelo - disgelo Come è noto l'acqua nel passare dalla fase liquida a quella solida ha un aumento di volume di circa il 9%. Quando i pori del calcestruzzo sono saturi di acqua e non possiedono un volume di vuoti tale da compensare l'aumento di volume dell'acqua durante il suo passaggio di statoquesta situazione si presenta quando il grado di saturazione del calcestruzzo è superiore al 91,7% che rappresenta il grado di saturazione critica, l'aumento di volume dell'acqua, provocato dal congelamento, non è più in grado di essere contenuto all'interno dei pori. In queste condizioni si generano all'interno del conglomerato delle pressioni capaci di distruggere progressivamente il calcestruzzo, soprattutto se il fenomeno si ripete ciclicamente, per effetto di una tipica rottura a fatica.

Il fenomeno è analogo a quello di una bottiglia di acqua che, se inserita piena o quasi piena nel congelatore, a seguito del passaggio di stato dell'acqua, si rompe. I pori più soggetti a questo fenomeno sono quelli capillari di dimensioni comprese tra 0,1 e , in quelli inferiori il congelamento avviene a temperature molto al di sotto di 0 °C. La situazione più pericolosa è riscontrabile quando la parte corticale del calcestruzzo è molto porosa, e la gelata trova i pori saturi di acqua a seguito di una precedente pioggia. Il fenomeno degradante si manifesta sotto forma di fessurazioni, sfaldamenti e distacchi superficiali.

Rimedi

I metodi per migliorare la resistenza del calcestruzzo indurito all'azione del gelo sono i seguenti: utilizzare un mix design con bassi valori del rapporto acqua/cemento, effettuare un'idonea costipazione del getto ed una adeguata stagionatura dello stesso. Questo consente di avere un calcestruzzo compatto che ostacola l'ingresso di acqua piovana; introdurre nella matrice cementizia, mediante opportuni additivi areanti delle bolle d'aria di dimensioni superiori a 100 µm (100 - 300 µm). Questi macropori, inizialmente anidri, accolgono l'acqua proveniente dai pori capillari all'interno dei quali sta iniziando il congelamento. La parte congelata, aumentando di volume, spinge verso l'esterno dei pori capillari l'acqua non ancora congelata che viene ospitata dalle bolle d'aria. In tal modo il congelamento non determina l'insorgere di eccessive tensioni interne. Affinché questo meccanismo risulti efficace è necessario che il tragitto dell'acqua non ancora congelata verso i macropori non sia lungo, pertanto la spaziatura delle bolle d'aria non deve superare qualche centinaio di μm (mediamente da 200 a 400 µm). La spaziatura tra le macrobolle viene indicata con il nome inglese di spacing. La percentuale del volume delle bolle d'aria rispetto a quello del calcestruzzo deve essere di circa il 4-6% che passa a circa l'8% nel caso di inerti di diametro massimo < 20 mmAl crescere del diametro dell'aggregato, per la regola di Lyse, diminuisce il volume d'acqua dell'impasto per una data classe di consistenza, pertanto a parità di rapporto acqua/cemento, diminuisce il dosaggio di cemento e di conseguenza il volume di pasta cementizia che deve essere protetto dal ciclo gelo-disgelo. Pertanto il volume di aria inglobata decresce con l'aumentare della pezzatura massima dell'inerte.. La presenza di bolle d'aria nella percentuale sopra riportata determina, a parità di progetto di miscela, una riduzione della Rck del calcestruzzo di circa il 20%. Per compensare questa riduzione bisogna ridurre opportunamente il rapporto acqua/cemento del calcestruzzo aerato. utilizzo di inerti non gelivi. In fase di posa in opera, per accelerare le fasi di presa ed indurimento del conglomerato, al fine di garantire il raggiungimento, in tempi relativamente brevi, di una idonea resistenza meccanica (circa 5-10 MPa) necessaria alla scasseratura del getto, è invece consigliabile: evitare di gettare nel tardo pomeriggio per evitare che le fasi di presa e primo indurimento coincidano con le ore notturne più fredde;