TEHNOLOGII: Solutii moderne de aditivare pentru obtinerea unor performante inalte

Piata mondiala a aditivilor pentru betoane (categorie din care fac parte, printre altele, plastifianti de toate tipurile, agenti de accelerare si de intarziere, solutii de antrenare a aerului, de hidroizolare etc.) este dominata de cateva corporatii de anvergura internationala, dintre care se remarca Dow Chemical, BASF, Sika, Grace, Mapei etc. Conform studiilor realizate recent, ponderea cea mai mare din punct de vedere cantitativ o detin plastifiantii normali, in vreme ce analiza valorica indica o dominatie a super-plastifiantilor, cu un volum de 3,16 miliarde USD, in 2014. Acest domeniu este interesant mai ales prin prisma impactului pe care solutiile respective il exercita asupra calitatii constructiilor moderne, avand in vedere faptul ca rezistenta si stabilitatea constituie caracteristici esentiale de performanta pentru cladiri. Inovatia are un rol extrem de important, fiind esentiala in dezvoltarea unor solutii noi, care sa asigure producerea de sortimente superioare, necesare pentru folosirea la aplicatii ce impun respectarea unor cerinte calitative foarte stricte. 

 

Conform definitiei general acceptate, super-plastifiantii reprezinta aditivi al caror rol major este cel de reducere cu aproximativ 30% a cantitatii de apa necesare pentru realizarea betoanelor, in conditiile mentinerii constante a caracteristicilor de fluiditate a acestora. Alte beneficii obtinute prin folosirea unei asemenea metode, in afara de raportul scazut apa-ciment, sunt reprezentate de rezistenta deosebita a materialului obtinut si de adaptabilitatea acestuia la utilizarea pentru lucrari de reabilitare a zonelor deteriorate de infrastructura. Dezvoltati in Japonia in anii '60 si ulterior in Germania, incepand cu 1970, acesti aditivi au facut posibila conceperea unor modele inovatoare de mortar si beton. O aplicatie de mare notorietate este cea a betoanelor ce includ asa-numitul produs "fly ash", constand in microparticule solide continute, de regula, in gazele generate de procesele de combustie. Componenta respectiva are in produsele analizate o pondere de 50% - 60% si, gratie utilizarii super-plastifiantilor, adaosul necesar de apa este extrem de scazut. Rezultatul obtinut este un produs avand caracteristici deosebite de durabilitate si rezistenta si permeabilitate scazuta, in acelasi timp asigurand mentinerea nealterata a proprietatilor in timp si costuri mici de achizitie. In anumite cazuri, sistemul este imbunatatit prin incorporarea unor fibre de polipropilena, care contribuie la majorarea semnificativa a adaptabilitatii la o serie de alte aplicatii, in afara celor clasice de construire a zidurilor de sprijin, coloanelor, structurilor din beton masiv etc. 

 

In ultimele decenii, expertii au depus eforturi deosebite pentru dezvoltarea unor modele de beton cu grad ridicat de lucrabilitate, care sa se intareasca sau consolideze sub propria greutate, fara a mai fi nevoie de operatiuni suplimentare de vibrare, ce presupun timp si resurse financiare suplimentare. Pentru a obtine asemenea rezultate, s-a ajuns la combinatii complexe, ce presupun adaosul de super-plastifianti pentru reducerea cantitatii necesare de apa (raportul apa-ciment sa fie mai mic de 0,55), material calcaros de granulatie fina si agenti pentru cresterea vascozitatii. Efectul combinat al acestor substante este de imbunatatire a flotabilitatii, la care se adauga sporirea semnificativa a rezistentei la segregare a produsului finit. In urma unor studii aprofundate, experti chimisti din intreaga lume au propus, pentru atingerea unor performante similare, folosirea unor amestecuri de super-plastifianti si acceleratori cu proprietati similare care au capacitatea de a actiona, in mod simultan, ca agenti de majorare a vascozitatii. Produsul finit este autonivelant si include 370 kg/mc de amestec de ciment si "fly ash" sau ciment si calcar, iar ratia apa-ciment se situeaza la 0,73 (pentru comparatie, in cazul sortimentului Portland, amestecul contine 260 kg/mc din substantele mentionate anterior). Performantele mecanice si duritatea unui astfel de compus sunt in mod net imbunatatite, conform masuratorilor efectuate fortele de compresiune determinate la 16 ore, 7 zile si 28 de zile fiind de 8 MPa, 30 MPa, respectiv 35 MPa. In ceea ce priveste contractia naturala de uscare, aceasta se stabilizeaza la o valoare cuprinsa intre 600 pm/m si 700 pm/m, determinata la trei luni de la turnare. 

 

In mod permanent, pe plan international se deruleaza studii ce au ca obiect optimizarea aditivilor pentru obtinerea unor betoane de inalta calitate (HPC). Este de notorietate faptul ca influenta diverselor tipuri de adaosuri asupra lucrabilitatii si rezistentei este foarte mare. Unul dintre agentii de reducere a cantitatii necesare de apa este cel din seria naftalinei, la care se adauga solutii avansate din categoria materialelor policarboxilice si agentii de accelerare a procesului de intarire din gama sulfatilor de sodiu. In urma realizarii unor comparatii intre rezultatele obtinute s-a ajuns, de exemplu, la concluzia ca modelele de HPC la care s-au utilizat aditivi policarboxilici prezinta o lucrabilitate si rezistenta superioare fata de produsele pe baza de sulfati de sodiu. Referitor la agentii de accelerare a procesului de intarire, acestia se utilizeaza in general la aplicatiile ce presupun turnarea la temperaturi foarte scazute, unde este necesara imbunatatirea vitezei de solidificare si scurtarea perioadelor de protectie. De regula, in acest scop se foloseste o gama larga de saruri anorganice solubile, intr-un dozaj destul de semnificativ, in discutie fiind insa luat potentialul corosiv destul de ridicat al acestor formule. 

 

Clasa aditivilor pentru modificarea vascozitatii influenteaza proprietatile reologice ale cimentului. In general, in acest scop se utilizeaza polimeri naturali, cum ar fi, de exemplu, guma welan, semisintetici (eteri celulozici modificati) sau sintetici (de tipul alcoolului polivinilic). Initial folositi la fabricarea de mortare in scopul minimizarii scurgerii materialului si sporirii caracteristicilor de adeziune, ulterior au fost identificate alte utilizari interesante, legate mai ales de realizarea lucrarilor subacvatice pentru prevenirea "spalarii" particulelor fine de la exteriorul structurii (de aici provine titulatura de "aditivi antispalare" - AWA). O aplicatie si mai recenta este cea a betonului cu autoconsolidare (SCC) al carui grad de intrebuintare este tot mai mare in ultima perioada. Primele versiuni de SCC au inclus o pondere insemnata de particule fine pentru a se asigura mentinerea stabilitatii statice si mecanice, insa produsele respective au ridicat numeroase semne de intrebare in ceea ce priveste particularitatile de contractie ale betonului intarit. Odata cu aparitia aditivilor de vascozitate s-au putut dezvolta tipuri cu o stabilitate superioara, o fluiditate limitata si mult mai putin restrictive in ceea ce priveste continutul de apa. De asemenea, substantele din categoria respectiva au aplicatii diverse in gama betoanelor cu grad mare de lucrabilitate, intrucat garanteaza caracteristici imbunatatite pentru operatiunile de finisaj. Cele mai recente solutii din gama aditivilor de vascozitate sunt mai robuste in raport cu variatiile dimensionale specifice betoanelor si prezinta proprietati imbunatatite in ceea ce priveste intarzierea procesului de intarire. 

 

O categorie speciala de aditivi este reprezentata de cei care au rolul de a inhiba procesele de coroziune. Produsele din clasa respectiva sunt destinate protejarii structurilor din beton ce intra in contact cu apa marina sau sunt subiectul unor interactiuni de alte naturi cu saruri de diverse tipuri. Acesti aditivi asigura o reducere a ratei de coroziune si contribuie la cresterea semnificativa a duratei de exploatare a structurii, insa, cu toate acestea, nu reusesc sa reprime complet procesul distructiv. Cel mai des, substantele chimice folosite in scopul respectiv sunt nitriti de calciu care se adauga la amestec in timpul procesului de productie a betonului. Materialul actioneaza ca un inhibitor anodic, prin cresterea nivelului clorurat la care se initiaza procesul de coroziune. Datorita faptului ca respecta cerintele specifice aditivilor de accelerare, solutia analizata se foloseste in combinatie cu un material care sa genereze incetinirea procesului de intarire la utilizarea in climaturi calde sau toride. Un alt inhibitor disponibil al fenomenului de coroziune este o mixtura organica de amine si esteri, ce asigura protectia printr-un mecanism dual ce consta in formarea unei pelicule ce previne patrunderea clorurilor si le anihileaza prin tehnologia aminelor. In fine, o ultima solutie se refera la folosirea asa-numitilor "inhibitori migranti ai coroziunii" (MCI) - o metoda patentata aplicata, in general, in zona tropicelor. 

 

O ultima grupa de aditivi tot mai des utilizati in industria constructiilor este reprezentata de substantele de control al hidratarii. Este vorba, in general, despre amestecuri folosite pentru retinerea apei in structura cimenturilor de tip Portland pentru perioade ce variaza intre cateva zile si mai multe saptamani, cu intentia demararii procesului propriu-zis de formare a betonului la o data ulterioara. Acest material in stare "de asteptare" poate fi "trezit" fie prin simpla asteptare de atenuare a efectelor aditivului, fie prin activarea cu ajutorul unei solutii de accelerare. Metoda este utila atunci cand se doreste mentinerea lucrabilitatii pentru perioade indelungate, precum si in situatiile in care este necesara stabilizarea betoanelor nelivrate pentru intervalul nocturn, in vederea livrarii in urmatoarea zi. Aditivul face parte din categoria solutiilor de intarziere a procesului de intarire si poate actiona in toate fazele minerale ale cimentului, spre deosebire de produsele clasice care au tendinta de a reactiona in principal asupra silicatilor si care fac betonul inutilizabil la cote mai mari de dozare. In general, solutia propusa de specialisti in acest scop este produsa pe baza de acizi carboxilici si/sau acizi/saruri organice cu un anumit continut de fosfor. Alti aditivi utilizati in ultimul timp sunt cei de diminuare a reactiilor alcalino-silicatice, pentru colorarea betoanelor, reducerea permeabilitatii, minimizarea eflorescentelor, respingerea moleculelor de apa etc. 

 

{adauga_php file=formular.php}