Soluzione di agente riducente l'acqua per diversi problemi di cemento

Cemento ad alto contenuto di alcali
Gli alcali solubili nel cemento sono solitamente espressi come Na₂O equivalente e provengono principalmente dall'argilla e dagli additivi utilizzati nella produzione del cemento. Una quantità adeguata di alcali solubili favorisce l'idratazione del cemento, che facilita lo sviluppo precoce della resistenza del calcestruzzo. Gli esperimenti hanno dimostrato che la fluidità del calcestruzzo cementizio aumenta con il contenuto di alcali. Tuttavia, quando il contenuto di alcali raggiunge un certo livello, l'idratazione del cemento accelera bruscamente, provocando una significativa riduzione della fluidità della pasta di cemento. Anche l'effetto plastificante degli agenti che riducono l'acqua diminuisce notevolmente, portando a una maggiore perdita di slump nel tempo per il calcestruzzo utilizzato nelle applicazioni di calcestruzzo preconfezionato e pompabile.

La ragione principale di questo fenomeno è che gli alcali presenti nel cemento accelerano la dissoluzione dell'alluminato tricalcico (C3A). In presenza del gesso come regolatore di presa, i cristalli AFt si formano rapidamente e incapsulano la superficie di C3A, inibendo l'idratazione diretta all'alluminato di calcio e migliorando la fluidità della pasta cementizia.

Tuttavia, un contenuto eccessivo di alcali porta alla formazione di una grande quantità di cristalli AFt nella fase iniziale, riducendo la fluidità e rendendo meno efficaci gli agenti che riducono l'acqua. Ciò è caratterizzato da un’efficienza di riduzione dell’acqua inadeguata, da scarsi effetti di plastificazione e da una maggiore perdita di slump nel tempo. Quando si utilizza cemento ad alto contenuto alcalino, gli agenti riducenti l'acqua a basso contenuto di solfati mostrano prestazioni scarse. Al contrario, gli agenti che riducono l'acqua con un alto contenuto di solfato (ad esempio, un contenuto di solfato di sodio superiore al 20%) dimostrano un'adattabilità significativamente migliore.

Questo miglioramento è dovuto al fatto che gli agenti riducenti l’acqua a basso contenuto di solfati contengono CaSO4 che si dissolve facilmente. Prima che il gesso nel cemento si dissolva, una quantità significativa di SO3 è già presente nell'acqua, reagendo con C3A per formare cristalli AFt, prevenendo la formazione di alluminato di calcio e mitigando la perdita di fluidità. Gli agenti riducenti l'acqua ad alto contenuto di solfato di sodio sono più adatti per il cemento ad alto contenuto di alcali. Molti agenti riducenti l’acqua a base di policarbossilati hanno bassi livelli di pH e, se combinati con ritardanti acidi come l’acido citrico, hanno difficoltà ad adattarsi al cemento ad alto contenuto alcalino. Gli additivi acidi neutralizzano rapidamente gli alcali, rilasciando calore, che aumenta la temperatura e accelera l'idratazione del cemento. Ciò si traduce in una scarsa fluidità e una rapida perdita di slump. I ritardanti alcalini, invece, possono evitare questi problemi.

Cemento a basso contenuto di alcali e carente di zolfo
Il contenuto ottimale di alcali solubili nel cemento è generalmente considerato pari allo {{0}},4%-0,6%. Il cemento con meno dello 0,4% di alcali viene definito cemento a basso contenuto di alcali. Gli alcali solubili sono spesso presenti come sali solfati, quindi il cemento a basso contenuto di alcali è anche chiamato cemento carente di zolfo.

Quando il cemento a basso contenuto di alcali viene miscelato con agenti che riducono l'acqua, la fluidità è generalmente scarsa. L’aumento del dosaggio dell’agente riducente l’acqua offre miglioramenti limitati e spesso esacerba problemi come sanguinamento, scarsa omogeneità del calcestruzzo e rapida perdita di consistenza. I comuni agenti riduttori d'acqua non riescono ad adattarsi efficacemente al cemento carente di zolfo, anche con un dosaggio di ritardante significativamente aumentato.

La causa principale di questa incompatibilità risiede nell’insufficienza di SO3 nel cemento, che non riesce a sopprimere efficacemente l’idratazione di C3A. Ciò porta ad un rapido ed eccessivo adsorbimento degli additivi da parte del C3A, riducendo l'efficienza plastificante degli agenti riducenti l'acqua. L'integrazione di alcali solubili (ad esempio, solfati) è l'unica soluzione efficace. Il semplice aumento del dosaggio del ritardante ha un effetto minimo.

Cemento ad alta miscelazione
Secondo gli standard cinesi del cemento, al cemento possono essere aggiunte grandi quantità di additivi come ceneri volanti, pozzolane, scorie e calcare finemente macinato. Questi additivi variano in termini di attività, richiesta di acqua, contenuto di minerali e proprietà di adsorbimento, influenzando la compatibilità degli additivi con il cemento.

Le ceneri volanti di alta qualità dovrebbero avere un'attività elevata (alto contenuto reattivo di SiO2 e Al2O3), bassa perdita all'ignizione (LOI), granulometria fine e bassa richiesta di acqua. Il LOI, che indica il contenuto di carbonio incombusto nelle ceneri volanti, ha il maggiore impatto sulla compatibilità degli additivi. Un contenuto di carbonio più elevato degrada le prestazioni del calcestruzzo aumentando la domanda di acqua e il sanguinamento, esacerbando la deformazione da ritiro e indebolendo il legame tra pasta di cemento e aggregati.

Il carbonio incombusto nelle ceneri volanti forma anche una pellicola idrofobica sulle superfici delle particelle, ostacolando la penetrazione dell'acqua e riducendo la reattività delle ceneri volanti. Il carbonio compete ulteriormente con il cemento per l'adsorbimento degli additivi, influenzando la fluidità della pasta di cemento. Le soluzioni includono l'aumento del dosaggio degli additivi e l'utilizzo combinato di agenti aeranti di alta qualità. Bolle d’aria fini e uniformi possono mitigare gli effetti negativi delle ceneri volanti ad alto contenuto di carbonio.

Il cemento delle scorie, con il suo alto contenuto di alluminati, spesso richiede ulteriore gesso per regolare la presa. I normali processi di produzione del cemento Portland possono esacerbare la carenza di zolfo nel cemento delle scorie. Gli agenti riduttori d'acqua ad alto contenuto di solfati, combinati con agenti aeranti di qualità, offrono prestazioni migliori per tale cemento.

Cemento ad alto contenuto di C3A
Il cemento è costituito principalmente da C3S, C2S, C3A e C4AF, con la loro attività di adsorbimento classificata come C3A > C4AF > C3S > C2S. C3A ha la più alta capacità di adsorbimento per gli agenti che riducono l'acqua. All’aumentare del contenuto di C3A, la fluidità del calcestruzzo diminuisce e la perdita di deformabilità nel tempo aumenta.

Un eccesso di C3A (oltre l'8%) influisce negativamente sulla fluidità del calcestruzzo consumando la maggior parte degli agenti che riducono l'acqua, lasciando agenti insufficienti per disperdere altri componenti minerali come C3S. I test hanno dimostrato che l'aggiunta di SO3 (tramite agenti riducenti l'acqua ad alto contenuto di solfati) o l'uso combinato di ritardanti dell'acido idrossicarbossilico possono sopprimere l'idratazione e l'adsorbimento di C3A. I ritardanti multialcolici sono meno efficaci.

Agenti riducenti l'acqua a basso costo con dosaggio maggiore possono anche soddisfare la domanda di C3A migliorando al tempo stesso la fluidità di altri componenti come C3S. Poiché tali agenti sono convenienti, non aumentano significativamente le spese.