Impermeabilizzazione del calcestruzzo integro e fessurato mediante additivi cristallizzanti

Introduzione
È ben noto che la struttura porosa del conglomerato è responsabile dei fenomeni di degrado del materiale: pur essendo generalmente accettato che un calcestruzzo la cui composizione sia stata adeguatamente progettata, con un rapporto acqua/cemento limitato, e per la cui maturazione siano state posti in essere tutte i necessari accorgimenti possa essere caratterizzato da una buona durabilità, è altrettanto evidente che nessun calcestruzzo sia completamente impermeabile.
L’acqua può penetrare nel calcestruzzo, attraverso i suoi pori e le eventuali microfessure esistenti, sia per assorbimento capillare sia per effetto di una pressione idrostatica. Nel primo caso il movimento dell’acqua attraverso le microporosità del materiale avviene in assenza di qualsiasi gradiente di pressione, quale risultato della interazione fra l’acqua e le pareti dei pori. Nel secondo caso, ossia in presenza di un gradiente idraulico, il meccanismo che governa l’ingresso ed il trasporto di acqua attraverso il calcestruzzo viene definito permeabilità. In generale tuttavia con il termine di permeabilità si intende la resistenza del calcestruzzo alla penetrazione e/o al passaggio dell’acqua nelle effettive condizioni di servizio, che includono anche lo stadio fessurato.
 
In tale ottica, la necessità di ridurre la permeabilità del calcestruzzo ha portato, da un lato, all’utilizzo, sempre più diffuso ed accettato, di materiali sostitutivi del cemento (supplementary cementitious materials SCMs), e, dall’altro, allo sviluppo di una intera categoria di additivi noti come Additivi riduttori di permeabilità – Permeability Reducing Admixtures (PRAs).
Secondo ACI 212-3R-10 tali additivi vengono classificati nella maniera seguente:
additivi idrofobi, a base di saponi o catene lunghe di derivati degli acidi grassi, oli vegetali e petrolio, che garantiscono una azione idro-repellente lungo le pareti delle porosità aperte, lasciandole comunque tali;
additivi in polvere, sia inerti sia chimicamente attivi (fra i quali possono essere inclusi i materiali sostitutivi del cemento), che agiscono quali “densificanti” della struttura porosa del calcestruzzo, limitando in tal modo l’ingresso ed il movimento dell’acqua;
additivi cristallini, composti da materiali inorganici veicolati da una miscela di cemento e sabbia, che, a motivo della loro natura altamente idrofila, reagiscono con l’acqua e con i prodotti di idratazione del cemento per formare cristalli di idrosilicati di calcio, che vanno ad aumentare la densità della relativa fase, ed altri precipitati in grado di depositarsi nelle porosità e nelle micro fessure esistenti richiudendole. I meccanismi di reazione di tali additivi sono i medesimi che governano la idratazione del cemento e dunque la formazione degli idrosilicati di calcio: ciò fa sì che i prodotti di tali reazioni possano integralmente legarsi con la struttura della pasta cementizia idratata, contribuendo in maniera significativa ad aumentare la resistenza del conglomerato alla penetrazione dell’acqua, anche sotto significativo gradiente idraulico.
Tale effetto impermeabilizzante può conseguirsi sia mescolando l’additivo in polvere direttamente alla miscela dei componenti del calcestruzzo sia utilizzando l’additivo stesso per il confezionamento di una “boiacca”, da applicarsi quindi agli elementi in calcestruzzo come un “convenzionale” trattamento idrorepellente che ha caratteristiche di adesione e fusione con il supporto estremamente interessanti.
In questo lavoro si passeranno in rassegna alcuni risultati sperimentali volti a verificare la efficacia di un tale trattamento, realizzato con un additivo cristallino secondo quanto descritto nel seguito.
 
Campagna sperimentale
Al fine di verificare la efficacia del trattamento di impermeabilizzazione effettuato mediante la applicazione superficiale, in ragione di 1 kg/m2, di una miscela prodotta con additivo cristallizzante in polvere (Penetron standard ©) e acqua (nella proporzione di 1 parte di additivo e 2 parti di acqua) è stata realizzata una apposita campagna sperimentale così articolata:
- verifica della tensione di adesione del trattamento con un substrato in calcestruzzo, in diverse condizioni di maturazione;
- verifica della tensione di adesione del trattamento con un substrato in calcestruzzo in condizioni di attacco chimico, in ambiente acido (pH 2-3) e basico (pH 11-12);
- verifica della resistenza alla penetrazione dell’acqua sotto pressione, in presenza ed in assenza di trattamento e tanto in regime di spinta quanto in regime di controspinta, per calcestruzzo integro e fessurato.
In particolare le prove di permeabilità all’acqua in pressione sono mirate a verificare sperimentalmente la estensione della penetrazione del processo di cristallizzazione catalizzato dall’additivo all’interno della massa di calcestruzzo e la conseguente efficacia in termini di miglioramento del grado di impermeabilità del manufatto.
 
 
 
Figura 1. Sequenze delle operazioni di preparazione per la prova di penetrazione dell’acqua in pressione su campioni prefessurati.

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