servizi&prove

DIAGNOSTICA STRUTTURALE › CALCESTRUZZO
ANALISI TERMICA DIFFERENZIALE (D.T.A.)

campi di applicazione

- strutture pre e post incendio, cemento, malte storiche, intonaci, beni culturali.

Obiettivi

- misurare le proprietà chimico-fisiche di una sostanza, in funzione della variazione di temperatura e riconoscere qualitativamente  la composizione della matrice indagata sulla base della temperature di fusione o di transizione.

Principali vantaggi

- con questa tecnica si possono seguire transizioni di fase o, in generale reazioni chimiche, attraverso la misura del calore assorbito o ceduto, e caratterizzare i composti coinvolti nelle transizioni sia qualitativamente che quantitativamente
- è’ possibile inoltre, stabilire una connessione fra la riduzione del contenuto di acqua e la resistenza del materiale indagato.

Scopo

L’analisi termica-differenziale (DTA) consiste, in generale, nel riscaldare un campione di materiale in esame e di registrare, rispettivamente, l’emissione o l’assorbimento di calore. Da questi dati è possibile ricavare la presenza calcare, di gesso o di calce presente in un campione. Condotta insieme all’analisi termogravimetrica, consente la quantificazione della calcite, del gesso e della portlandite; permette inoltre, una stima del grado di idraulicità[1] di una malta e una valutazione del grado di riargillificazione[2], a seguito di un processo di degrado di un manufatto.



[1] Le caratteristiche dipendono dalla quantità di minerali di natura argillosa, presenti nella roccia naturale, o aggiunti, in fase di preparazione, nelle miscele artificiali, per la formazione di leganti idraulici nelle malte (calce idraulica o cemento):

a)     un alto grado di idraulicità, equivale ad un forte tenore di minerali argillosi, con corrispondente diminuzione dei tempi di presa e di indurimento;
b)     un debole grado di idraulicità, equivale a circa circa 15 gg per i tempi di presa, e 30 gg per i tempi di indurimento;
c)     un eminente grado di idraulicità, equivale ad una presa e indurimento in tempi al di sotto dei 4 gg, dove la reazione di idratazione dei composti di calcio con la silice, l'allumina e il ferro domina. 

[2] Processo di degrado di un corpo ceramico o di un manufatto costituito da silicati argillosi, con tendenza a riassorbire acqua, con conseguente aumento di volume e forti pressioni, sulla struttura circostante.

 

Criteri di funzionamento

La tecnica consiste nella registrazione, in funzione della variazione di temperatura, della differenza di temperatura tra la sostanza in esame e uno standard inerte, mentre i due campioni sono sottoposti ad un identico processo di riscaldamento/raffreddamento. Nello strumento, una termocoppia è  inserita in un materiale inerte (generalmente Al2O3) che non subisce cambiamenti nell’intervallo di temperatura studiato, l’altra termocoppia è inserita nel campione in esame. Il processo consente di estrapolare un grafico, dove la curva di base, registra il semplice riscaldamento della sostanza in esame in assenza di trasformazioni, mentre la posizione, la forma ed il numero di picchi presenti sulla curva DTA, possono essere utilizzati per l’identificazione qualitativa di una sostanza, in funzione del processo in atto. Le aree dei picchi, inoltre, possono essere utilizzate per le analisi quantitative, in quanto direttamente proporzionali  alle variazioni di entalpia che li hanno generati.

 

Applicazioni specifiche delle tecniche combinate (TGA/TG)

 

1)  Nel campo dei beni culturali

 Le applicazioni delle analisi termiche, nel settore archeologico e dei beni culturali in genere, possono essere molteplici: dall’esecuzione di vere e proprie analisi qualitative e/o quantitative dei reperti all’individuazione di antichi metodi di lavorazione dei manufatti; dal riconoscimento dei materiali caratterizzanti i manufatti in genere, alla determinazione di alcuni parametri fisici, relativi a trattamenti ai quali è stato sottoposto un materiale nel corso della sua lavorazione.

Le analisi termiche differenziali combinate DTA/TG (analisi termica differenziale/termogravimetrica) sono anch’esse spesso utilizzate nel campo applicativo dei beni culturali, allo scopo di individuare la presenza di solfati (in piccolissime quantità) nei materiali lapidei soggetti a degrado. Inoltre sono impiegate nella caratterizzazione dei costituenti essenziali dei cementi e per lo studio delle trasformazioni termiche che avvengono in un manufatto sottoposto a cicli di cottura (ad esempio le argille adoperate per la produzione di laterizi o calcari che dovranno essere usati per produrre calce etc.).

 

2)  Nella valutazione del danno da incendio[1]

 Un’immediata valutazione della temperatura raggiunta, si basa sulla reazione di disidratazione della pasta cementizia. Mediante l’analisi termogravimetrica, combinata ad analisi termiche differenziali, è possibile stimare l’acqua legata ai silicati di calcio (contenuti nel cls), o è possibile stimare la quantità di acqua ancora legata ai silicati di calcio ed, in quali intervalli di temperatura, questa quantità è carente. Effettuando le analisi sui campioni prelevati a diverse profondità (ad esempio da una stessa carota), è possibile determinare il profilo delle temperature raggiunte dal calcestruzzo durante l’evento incendiario. Nel caso tipico di un campione di calcestruzzo, esposto ad un aumento di temperatura non indifferente, esso subisce una progressiva variazione dei suoi componenti, con particolare attenzione per quelli idrati. Dall’individuazione della variazione del contenuto d’acqua nel cemento, è possibile stabilire una correlazione con la resistenza meccanica a compressione del provino sottoposto ad indagine.

 



[1]  S. Tattoni - Metodi di indagini sulle strutture – Università degli Studi di Cagliari, Dipartimento di Ingegneria Strutturale