Il riduttore d'acqua è un componente indispensabile nella moderna preparazione del calcestruzzo. Viene utilizzato principalmente per:
- Riducono l'uso dell'acqua mantenendo il contenuto di cemento e la fluidità del calcestruzzo, migliorando così la resistenza del calcestruzzo.
- Aumenta la fluidità mantenendo invariato il contenuto di cemento e acqua.
Questo articolo si propone di introdurre la differenza tra i metodi tradizionali e quelli Superfluidificanti policarbossilati.
Riduttori d'acqua tradizionali e loro limiti
Lo sviluppo dei riduttori d'acqua ha attraversato tre fasi principali:
1. Riduttori di acqua ordinaria
La prima generazione di riduttori d'acqua, i normali riduttori d'acqua come il resinato di sodio, il lignosolfonato di calcio e il lignosolfonato di sodio, è emersa negli anni '30, ma aveva bassi tassi di riduzione dell'acqua (generalmente inferiori a 12%).
2. Riduttori d'acqua ad alta efficienza
Con l'aumento della richiesta di tassi di riduzione dell'acqua più elevati, negli anni '60 è stata sviluppata con successo la seconda generazione di riduttori d'acqua ad alta efficienza, come i riduttori d'acqua a base di naftalene e melamina. Questi offrono tassi di riduzione dell'acqua più elevati (14%-25%) e un migliore incremento della resistenza, ma non riescono a mantenere lo slump del calcestruzzo appena impastato.
3. Riduttori d'acqua ad alte prestazioni
Per ovviare a questa limitazione, a metà degli anni '80 è stata sviluppata la terza generazione, rappresentata dai superfluidificanti policarbossilati. I riduttori d'acqua ad alte prestazioni presentano elevati tassi di riduzione dell'acqua, un'eccellente ritenzione dello slump, un aumento della resistenza e un basso ritiro. Inoltre, grazie alle loro strutture molecolari altamente progettabili, la loro funzionalità può essere personalizzata modificando le strutture molecolari o introducendo nuovi gruppi funzionali.
Che cos'è un superfluidificante policarbossilato?
Superfluidificante policarbossilato è un additivo innovativo sintetizzato attraverso la copolimerizzazione di monomeri insaturi sotto l'azione di iniziatori, innestando catene laterali con gruppi attivi sul backbone del polimero. Il risultato è un prodotto che offre un'elevata efficienza, una perdita di slump controllata, resistenza al ritiro e nessun effetto negativo sulla presa e sull'indurimento del cemento. I riduttori d'acqua ad alte prestazioni a base di policarbossilati sono fondamentalmente diversi dai riduttori d'acqua a base di naftalene solfonato formaldeide (NSF) e melammina solfonato formaldeide (MSF). Anche a bassi dosaggi, conferiscono un'elevata fluidità alla malta e al calcestruzzo, nonché una bassa viscosità, e mantengono le prestazioni di slump a bassi rapporti acqua/cemento. Presentano una compatibilità relativamente migliore con vari tipi di cemento e sono materiali indispensabili per calcestruzzi ad alta resistenza e fluidità.
Differenze tra i superfluidificanti tradizionali e quelli policarbossilati
| Superfluidificante tradizionale | Superfluidificante policarbossilato | |
|---|---|---|
| Meccanismo di dispersione | Repulsione elettrostatica | Repulsione elettrostatica ed effetti sterici |
| Tasso di riduzione dell'acqua | 15-25% | fino a 40% |
| Conservazione dei crolli | entro 30-60 minuti | fino a 2 ore |
| Impatto ambientale | Contengono formaldeide e altre sostanze chimiche | Senza formaldeide |
| Compatibilità | Problemi di incompatibilità | Altamente compatibile con vari additivi |
In sintesi, rispetto ai tradizionali riduttori d'acqua, il superfluidificante policarbossilato offre i seguenti vantaggi:
- Alto tasso di riduzione dell'acqua: I tassi di riduzione dell'acqua possono raggiungere 25-40%.
- Elevato tasso di crescita della forza: Forza notevolmente migliorata, soprattutto nelle prime fasi di sviluppo della forza.
- Eccellente ritenzione del fango: L'eccezionale ritenzione dello slump garantisce una perdita minima di slump nel tempo.
- Omogeneità superiore: conferisce un'eccellente fluidità al calcestruzzo, facilitando il versamento e la compattazione, adatto per calcestruzzo autolivellante e autocompattante.
- Produzione controllabile: Le regolazioni del peso molecolare del polimero, della lunghezza delle catene laterali, della densità e del tipo di gruppi di catene laterali consentono di personalizzare i tassi di riduzione dell'acqua, la ritenzione dello slump e le proprietà di addensamento dell'aria.
- Ampia compatibilità: Presenta una buona disperdibilità e ritenzione dello slump con diversi tipi di cemento, tra cui il normale cemento Portland, il cemento di scorie e il cemento miscelato.
- Basso ritiro: Migliora la stabilità del volume, riducendo il ritiro a 28 giorni di circa 20% rispetto ai riduttori d'acqua a base di naftalene, attenuando così i rischi di fessurazione.
- Rispettoso dell'ambiente: non tossico, non corrosivo, privo di formaldeide e di altri componenti nocivi.
Spiegazione aggiuntiva
Riduttori d'acqua ad alte prestazioni a base di policarbossilati sono progettati in base ai principi della struttura molecolare, utilizzando la teoria della repulsione di carica DLVO e la teoria degli ostacoli sterici. Gruppi attivi con diverse funzionalità sono innestati sulla catena principale, formando il polimero. La catena principale della molecola di policarbossilato si adsorbe saldamente sulla superficie delle particelle di cemento, ostacolando efficacemente l'idratazione e migliorando la ritenzione dello slump, mentre le catene laterali circondano le particelle di cemento, fornendo sia ostacoli sterici che repulsione elettrostatica. Questo meccanismo, diverso dalla repulsione elettrostatica utilizzata dai tradizionali riduttori d'acqua per disperdere le particelle di cemento, si traduce in una dispersibilità e in una riduzione dell'acqua superiori, elevando in ultima analisi le prestazioni complessive dei prodotti a base di malta e calcestruzzo.
I riduttori d'acqua policarbossilati sono sintetizzati tramite polimerizzazione a radicale libero in soluzione acquosa, contengono una quantità minima di ioni cloruro e richiedono solo una piccola quantità di alcali per la neutralizzazione, con un contenuto di alcali molto basso. Al contrario, il contenuto di alcali dei riduttori d'acqua a base di naftalene varia in modo significativo a causa delle differenze nei processi di solfonazione.
Gli alcali sono un fattore primario nelle reazioni alcali-aggregati (AAR), che hanno causato numerosi casi di deterioramento del calcestruzzo in tutto il mondo. Gli alcali presenti nel calcestruzzo provengono principalmente da cemento, ceneri volanti, riduttori d'acqua e altre materie prime. A livello globale, si pone un'enfasi significativa sul controllo del contenuto di alcali. Ad esempio:
- Il Sudafrica impone un contenuto massimo di alcali totali di 2,1 kg/m³.
- Il progetto cinese Three Gorges lo limita a 2,5 kg/m³.
- Gli Stati Uniti lo limitano a 3,3 kg/m³.
Essendo uno dei cinque componenti essenziali del calcestruzzo, il contenuto di alcali dei riduttori d'acqua, in particolare di Na2SO4, influisce direttamente sul contenuto totale di alcali del calcestruzzo. A causa dei processi di produzione che prevedono la solfonazione con acido solforico concentrato e la neutralizzazione con idrossido di sodio, alcuni riduttori d'acqua a base di naftalene contengono livelli di Na2SO4 fino a 30%, con la maggior parte intorno a 10% e un contenuto di ioni cloruro generalmente superiore a 0,3% o più. I riduttori d'acqua a base di policarbossilati, invece, sono sintetizzati tramite polimerizzazione in soluzione acquosa senza solfonazione e richiedono solo un minimo di idrossido di sodio per la regolazione del pH, con un contenuto trascurabile di ioni alcalini e cloruri. Ciò migliora significativamente la durabilità di malte e calcestruzzi e rende i riduttori d'acqua a base di policarbossilati componenti essenziali per la produzione di calcestruzzi ecologici e ad alte prestazioni.
