Calcestruzzo asciutto o saturo: perché la conducibilità termica cambia

Chi lavora con il calcestruzzo conosce bene il problema.

Il termotecnico inserisce nel modello energetico un valore di conducibilità preso da una tabella, sapendo che la fondazione lavorerà a contatto con un terreno umido. Il laboratorio riceve provini eterogenei, pieni di aggregati e pori, e deve restituire un dato ripetibile.

A volte ha a disposizione una sola carota, con una sola faccia utile, e non può permettersi di forarla.

Il ricercatore che sviluppa nuove miscele o geopolimeri vuole confrontarle nelle condizioni in cui lavoreranno davvero, non solo a secco.

Tutti si fanno la stessa domanda: quanto conduce davvero questo calcestruzzo, qui e ora?

Una nuova application note di C-Therm, di cui FKV è distributore per l’Italia, dà una risposta che fa riflettere. Dopo 24 ore in acqua, un provino cementizio è passato da 0,566 a 0,804 W/m·K: +42% di conducibilità termica, misurata con lo strumento Trident e il metodo Transient Plane Source (TPS) in configurazione single-sided.

Il messaggio per chi progetta, controlla o studia materiali da costruzione è semplice: il calcestruzzo non ha una sola conducibilità termica.

Cambia con l’acqua che contiene, e va misurata nelle condizioni in cui il materiale lavora davvero.

Continua ad approfondire nell’articolo e scopri tutti i dettagli di questa applicazione funzionale per il tuo metodo.

Il limite del valore di tabella

Il calcestruzzo regola il flusso di calore in buona parte delle infrastrutture: fondazioni, solette, muri controterra, rivestimenti di gallerie. La sua conducibilità termica entra direttamente nei modelli energetici dell’involucro edilizio.

Nella pratica, però, il valore di progetto viene spesso preso da tabelle pubblicate, come un unico numero legato alla densità.

In esercizio il calcestruzzo è un materiale poroso: il fluido nei pori cambia con l’esposizione a pioggia, umidità del terreno o falda, e la conducibilità cambia con lui.

Tre sfide quando si misura il calcestruzzo

1. Eterogeneità. A scala degli aggregati il materiale non è uniforme. Serve un sensore che interroghi un volume abbastanza ampio da mediare tra matrice cementizia e inerti, invece di leggere una sola fase.
2. Umidità che si sposta. Su un provino bagnato, un apporto di calore prolungato spinge l’acqua a ridistribuirsi nei pori durante la prova stessa. Meglio un metodo che limiti intensità e durata dell’impulso termico.
3. Preparazione del campione. Tecniche come il Transient Line Source (TLS) richiedono un foro pilota e un agente di accoppiamento: più lavoro su ogni provino e meno campioni misurati al giorno.

Il metodo: TPS single-sided con C-Therm Trident

Le misure sono state eseguite sullo strumento C-Therm Trident con sensore TPS in configurazione single-sided. Il sensore appoggia su una sola faccia esposta del provino e sopra di esso c’è un backing isolante.

Questa configurazione è utile quando è accessibile una sola faccia, o quando ricavare una coppia di provini gemelli non è pratico: per esempio su carote, elementi già gettati o campioni da non tagliare.

Quando invece si possono preparare due facce corrispondenti, Trident lavora anche in configurazione a sandwich con sensore TPS standard.

In un’altra application note C-Therm il sensore è stato posto tra due facce gemelle senza agente di contatto, con circa 5–10 minuti per tornare all’equilibrio termico tra una misura e l’altra e 10 misure in punti diversi del campione.

I risultati: +42% dopo 24 ore in acqua

I provini sono stati misurati prima allo stato asciutto, poi immersi completamente in acqua a temperatura ambiente per 24 ore, asciugati in superficie e rimisurati subito.

La saturazione ha aumentato la conducibilità misurata di 0,238 W/m·K, cioè del 42% circa rispetto allo stato asciutto.

Perché l’acqua cambia tutto

Il calcestruzzo è un sistema multifase: pasta di cemento idratata, aggregati e una rete connessa di pori capillari e vuoti.

La sua conducibilità dipende molto da cosa occupa quei pori.

A temperatura ambiente l’aria conduce circa 0,026 W/m·K, l’acqua circa 0,6 W/m·K: oltre 20 volte di più. Quando l’acqua sostituisce l’aria, una fase isolante lascia il posto a una conduttiva e si aprono percorsi per il calore dove prima il flusso era interrotto.

Cosa significa in pratica

• Progettazione e modelli energetici: un elemento controterra o esposto all’acqua può disperdere più calore di quanto indichi il valore a secco.
• Ricerca su miscele e geopolimeri: confrontare formulazioni nello stesso stato di umidità rende i dati davvero paragonabili.
• Controllo qualità e laboratori prove: la configurazione single-sided misura anche quando c’è una sola faccia disponibile, senza forare il provino.

Misuralo con FKV

FKV distribuisce in Italia la gamma C-Therm e affianca laboratori, università e aziende nella scelta della configurazione Trident più adatta ai loro campioni.

Hai provini, carote o elementi da caratterizzare?

Scrivi a info@fkv.it o visita www.fkv.it per richiedere una demo.