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Versatile, testato e collaudato, il calcestruzzo è stato impiegato per migliaia di anni nella realizzazione di strutture resistenti e durature. Inoltre, la libertà di progettazione e la personalizzazione del calcestruzzo lo rendono uno dei materiali preferiti da architetti e designer.

Composizione del calcestruzzo:

Il calcestruzzo è composto da una miscela di aggregati, cemento, acqua, aria e additivi come additivi e pigmenti.

Gli aggregati, che costituiscono dal 60% all'80% del composto, conferiscono al calcestruzzo forza e massa. I tipi di aggregati più comuni includono ghiaia, pietrisco, scorie, sabbia, vetro e geosintetici. I recenti progressi nel settore della bioedilizia hanno visto un aumento della popolarità degli aggregati realizzati con cemento riciclato o vetro riciclato. Gli aggregati sono normalmente suddivisi nelle categorie da grossolani (circa 9,5 - 37,5 mm di diametro) a fini (meno di 9,55 mm).

Il cemento, che in genere costituisce circa il 10-15% della miscela di calcestruzzo, è il collante che ricopre gli aggregati e tiene insieme la miscela. Il cemento, più comunemente il cemento Portland, è un prodotto che può essere trasportato ovunque. È una combinazione di materiali tra cui ferro, alluminio, calcio e silicio. Combinazioni chimiche diverse danno luogo a diverse forze di legame e al colore finale del calcestruzzo.

Successivamente, l'idrogeno e l'ossigeno presenti nell'acqua creano una reazione chimica chiamata idratazione con le sostanze chimiche presenti nel cemento, trasformando quest'ultimo in un agente che lega gli aggregati tra loro. La quantità di acqua influisce sulla resistenza totale del calcestruzzo. Inoltre, come in ogni processo di miscelazione, il contenuto d'aria è insito nel processo di creazione del calcestruzzo e può influire sulle proprietà fisiche. In genere l'aria costituisce circa il 5-8% dell'impasto.

Infine, gli additivi e i pigmenti colorati svolgono un ruolo importante nel determinare la resistenza complessiva, l'aspetto, il colore e la consistenza del calcestruzzo. Anche se i toni grigi sono quelli più comunemente associati al calcestruzzo, l'uso di pigmenti per la colorazione sta diventando sempre più comune. È consigliabile utilizzare dal 2% al 5% di pigmento per chilo di impasto e sono possibili tonalità che vanno dal rosso al giallo, dal verde al nero fino al cobalto.

Negli ultimi anni sono stati sviluppati numerosi additivi chimici che possono influenzare ulteriormente la composizione finale e le prestazioni del calcestruzzo, in particolare la sua capacità di resistere al gelo e al disgelo.

Gli elementi essenziali delle casseforme:

La miscela di materiali di cui sopra crea un impasto che si indurisce fino a formare la forma della cassaforma. Le casseforme vengono create in collaborazione tra l'architetto e un team di casseformisti per garantire le specifiche corrette. Le casseforme possono essere realizzate con un'ampia varietà di materiali, che danno vita a un'ampia gamma di texture e aspetti. Le casseforme in legno, ad esempio, sono costituite da singole tavole o assi. La natura della superficie di queste tavole o assi determina il carattere finale del calcestruzzo, che spesso presenta una venatura organica. Le tavole possono anche essere pretrattate con resine o laminati per amplificare una texture o, in alternativa, per ottenere una finitura più liscia.

Un'alternativa comune alle casseforme in legno è il metallo, che offre diversi vantaggi. In particolare, la natura del metallo permette di ottenere una finitura più liscia rispetto al legno. Inoltre, le casseforme in metallo sono più facili e veloci da montare e possono essere riutilizzate dopo una costruzione. Il costo iniziale del metallo rispetto al legno è bilanciato dalla velocità e dalla facilità di montaggio delle casseforme metalliche. Questo significa che le casseforme metalliche vengono utilizzate principalmente per progetti di grandi dimensioni, dove il loro utilizzo è più conveniente.

Armatura:
In genere l'armatura viene posizionata prima nella cassaforma e poi viene versata sopra la boiacca. Il calcestruzzo moderno utilizza barre di rinforzo, o armature, per realizzare un calcestruzzo armato con una minore tendenza alla fessurazione. Nel corso del tempo le barre si ossidano e degradano il calcestruzzo, ma ci vogliono decenni prima che ciò accada e la maggior parte degli edifici dura più di cento anni senza bisogno di riparazioni.

Una volta indurito, il calcestruzzo viene lavato e levigato per ottenere la texture desiderata dai progettisti.

Pianificazione dei dettagli in calcestruzzo:

Durante la fase di progettazione è fondamentale rivedere i dettagli del processo di costruzione, dalle casseforme alle armature, dal contenuto della miscela di calcestruzzo al pre-dimensionamento della struttura, fino all'integrazione di elementi come grondaie e canali di scolo.

Se curati nei dettagli, i giunti di dilatazione sono molto più che elementi funzionali, ma possono anche aggiungere un senso di ritmo e consistenza al calcestruzzo, prevenendo al contempo linee di fessurazione che potrebbero emergere in futuro.

Progettare tenendo conto del clima:

Le intemperie possono avere un effetto negativo sulla finitura del calcestruzzo, soprattutto nei climi più freddi e umidi. Poiché il calcestruzzo è un materiale poroso, le resine, le vernici e l'impermeabilizzazione, quest'ultima in particolare nei casi in cui l'idrostaticità è un problema, devono essere considerate e specificate con attenzione. Alcuni di questi prodotti non si notano, mentre altri aggiungono una lucentezza o una sfumatura di colore.

La conoscenza delle imprese locali è particolarmente importante per confermare che la composizione della miscela di calcestruzzo sia corretta per un determinato clima. Inoltre, è essenziale la progettazione di elementi architettonici adatti al clima, come le sporgenze sulle facciate estese nelle zone umide. 

Il futuro del calcestruzzo:

Oggi le nuove formulazioni di cemento e aggregati consentono di ottenere applicazioni di calcestruzzo più sottili e di aumentare il numero di forme che si possono realizzare.

Tra i progressi principali c'è quello del calcestruzzo ad altissime prestazioni (UHPC), noto anche come calcestruzzo a potenza reattiva (RPC). Sviluppato per garantire resistenza e duttilità, questo calcestruzzo può raggiungere una resistenza alla compressione fino a 29.000 psi e una resistenza alla flessione di 7.000 psi, offrendo una capacità di deformarsi e di sostenere carichi sia di flessione che di trazione che fino a poco tempo fa non era possibile.

Il calcestruzzo a trasmissione luminosa è dotato di fibre ottiche che corrono da una sezione all'altra del calcestruzzo, trasmettendo efficacemente la luce da una parte all'altra e mostrando l'impressionante consistenza materiale del calcestruzzo. Il calcestruzzo autopulente è reso possibile dall'aggiunta di particelle di biossido di titanio al cemento. Pur continuando a funzionare come il tipico cemento Portland standard, l'aggiunta di questa sostanza chimica lavora con la luce del sole per abbattere gli agenti inquinanti sulla superficie del calcestruzzo.

Infine, la sostenibilità è sicuramente al centro di qualsiasi discorso sui materiali del futuro. Esempi di progressi in quest'area sono i calcestruzzi permeabili che permettono all'acqua piovana di essere assorbita in modo efficiente dalla terra, la maggiore disponibilità di materiali riciclati che possono essere incorporati nella miscela di calcestruzzo, la promozione della produzione locale di calcestruzzo e cemento, l'analisi rigorosa del ciclo di vita e le strategie di progettazione che considerano la potenziale massa termica del calcestruzzo nelle prestazioni energetiche passive.