L’aggiunta della cenere volante, e quindi delle pozzolane, determina alcuni problemi come la diminuzione di resistenze meccaniche a breve stagionatura e la lenta idratazione delle stesse che in alcune situazione può essere un elemento positivo per la qualità del prodotto finale come ad esempio nei getti massivi dove è necessario ridurre al minimo il calore d’idratazione.

La pozzolana può essere definita come ogni sostanza silicea o silico-alluminosa che in presenza d’acqua è capace di reagire con l’idrossido di calcio, prodotto dalla reazione d’idratazione del cemento, per formare composti cementanti. La silice viene detta in questi casi silice attiva.

Perché un materiale abbia un’attività pozzolanica è necessario che:

• sia presente in misura sufficiente la silice;
• questa non sia in forma cristallina ma amorfa;
• la sua superficie specifica sia molto spinta in modo da entrare in contatto con la soluzione acquosa in cui è presente l’idrossido di calcio.

4.1 Origine della cenere volante
 

Mediamente bruciando il carbone si ottiene il 15% di cenere volante. Questa in parte precipita sul fondo della camera di combustione sotto forma di cenere di fondo (in inglese bottom ash) costituita da granuli grossi fino a qualche centimetro. La maggior parte della cenere prodotta (circa 80-85% del totale) viene trascinata dai fumi della combustione dai quali viene separata da un filtro prima che questi siano scaricati come gas esausti nell’atmosfera: è questa la frazione che costituisce la cenere volante (in inglese fly-ash).

La cenere di fondo pesante per la sua grossezza non ha caratteristiche pozzolaniche come la cenere volante e quindi non viene utilizzata come tale.

La cenere volante si presenta di solito sotto forma di particelle sferiche di diametro compreso da meno di 1 micron fino a 200 micron ma la maggior parte della polvere ha dimensioni minore ai 45 micron. Questa è un materiale di natura prevalentemente silico-alluminosa; essa ha una struttura prevalentemente vetrosa a causa del brusco raffreddamento che impedisce la cristallizzazione delle goccioline liquide formate nella camera di combustione.

I primi tentativi di impiegare le ceneri volanti come pozzolana nei calcestruzzi risale agli anni ’30 quando in USA si iniziò a bruciare carbone polverizzato. Solo negli anni ’50 ci furono le prime importanti applicazioni su vasta scala nelle costruzioni in calcestruzzo e nel ’70 la crisi energetica e gli alti costi del petrolio diedero una forte spinta all’utilizzo di carbone e, quindi, una grande produzione di cenere volante.
 

 
4.2 Composizione chimica

La composizione chimica delle cenere volanti ha sostanzialmente due tipologie; secondo ASTM C 618 le ceneri volanti vengono classificati in base al contenuto di  che rappresentano i costituenti principali. La norma definisce le due ceneri con i seguenti limiti:
 

Tipo di cenere	Quantità di
F	> 70%
C	> 50%

Nella tabella seguente vengono riportate le tipiche composizioni delle ceneri volanti:
 
 

Combustibile di provenienza	Tipo di cenere volante secondo ASTM	Composizione chimica (%) della cenere
									p.a.f.*
Antracite carbone bituminoso	F	44	28	9	4	2	1	1.5	7
Lignite carbone sub-bituminoso	C	36	22	4	24	5	3	2.5	1
p.a.f. Perdita al fuoco

Le ceneri disponibili in Italia si ottengono quasi tutte dalla combustione di lignite e quindi sono di tipo F

Le ceneri volanti presentano una fase vetrosa molto spinta che può arrivare fino ad una percentuale di circa 80% mentre la restante parte è caratterizzata da una ben definita fase cristallina.
 

4.3 Distribuzione granulometrica

Le ceneri volanti sono caratterizzate da una distribuzione granulometrica molto simile a quella dei diffusi cementi portland Le particelle che costituiscono la polvere hanno una dimensione compresa tra 5 micron fino al massimo a 200 micron e non registrano sensibili variazioni dovute alle due tipologie F e C anche se le prime sono leggermente più equidimensionali. Le ceneri, in ogni caso, sono prodotti molto variabili sia in composizione che in dimensioni fisiche a causa della loro origine e quindi una generalizzazione ha il solo scopo di definire il materiale e il suo effetto nei calcestruzzi.

Uno studio completo e preciso può essere realizzato solo dopo un’attenta sperimentazione sulle caratteristiche chimiche e fisiche del materiale in oggetto. A titolo comparativo viene riportata una tipica curva granulometrica dei grani di un cemento portland 3.25 a confronto con quelle relative alle due tipologie di ceneri volanti.

I grani delle ceneri volanti presentano normalmente un aspetto sferoidale ma non mancano grani con forme leggermente differenti sia in forma che dimensioni. Queste si formano dopo una collisione delle goccioline di cenere liquida con frammenti grossolani di carbone incombusto durante il loro trascinamento nei fumi della combustione. Queste particelle grosse in parte tendono a fondersi assumendo una forma tondeggiante ed in parte rimangono nella loro forma irregolare anche dopo il raffreddamento.
 

4.4 Normativa

La normativa di riferimento per la cenere volante è la UNI EN 450. Questa norma europea stabilisce i requisiti per le caratteristiche chimiche e fisiche nonché i procedimenti per il controllo di qualità delle ceneri volanti che possono essere utilizzate in tutta sicurezza come aggiunta pozzolanica per la produzione di calcestruzzo strutturale gettato in opera o prefabbricato. Non è comunque compito di questa norma stabilire le disposizioni per l'uso delle ceneri volanti nel calcestruzzo, per le quali si dovrebbe fare riferimento alla EN 206.

Le principali prove previste sono riportate nella tabella seguente.
 

Caratteristiche chimico-fisico	Norma procedurale	Valore limite ammesso
Perdita al fuoco (%)	EN 196-2	£ 5.0 – 7.0
Cloruri ()	EN 196-21	£ 0.1.0
Solfati () (%)	EN 196-2	£ 3.0
Calce libera ()	EN 451-1	£ 1.0 £ 2.5
Espansività (mm)	EN 196-3	£ 10.0
Finezza (&) (residuo a 45  ad umido)	EN 451-2	£ 40.0
Indice di pozzolanità (%)	EN 196-1	³ 75.0 a 28 gg ³ 85.0 a 90 gg
Massa volumica (kg/)	En 196-6	valore medio ± 150