Acceleranti di presa per calcestruzzi proiettati a base di silicati di sodio - FLUID SPRITZ

0.0 - Acceleranti di presa del cemento

Nella proiezione ad umido del calcestruzzo il Silicato di Sodio riveste ancora oggi un ruolo predominante come accelerante di presa del cemento. Le ragioni per cui il sodio silicato regge, brillantemente, il confronto con gli altri tipi di acceleranti, comparsi sul mercato negli ultimi anni, sono molteplici:

• Il prezzo inferiore,
• L’efficienza,
• L’adattabilità alle varie condizioni operative,
• La stabilità chimica,
• L’azione anticorrosiva verso i metalli,
• La sicurezza dei lavoratori,
• L’igienicità ed il rispetto per l’ambiente.

Come nota ulteriore vale la pena considerare che il silicato di sodio viene prodotto in Italia, su vasta scala ed è facilmente reperibile sul mercato.

L’efficienza del silicato di sodio è indiscussa. Esso si trasporta, si movimenta agevolmente e si mescola rapidamente ed intimamente con l’impasto cementizio, dando luogo ad un prodotto perfettamente omogeneo.

Il silicato di sodio è attivo con tutti i tipi di cemento e si adatta con estrema elasticità alle più ampie condizioni operative. Il suo dosaggio può esser variato in limiti molto larghi (dal 5 al 20% sul peso del cemento) in funzione delle esigenze correlate al tipo di cemento, al rapporto acqua/cemento operativo, alla temperatura ambiente, alla inclinazione della parete da spruzzare, ecc. Il sodio silicato, inoltre, permette l’applicazione del calcestruzzo in grossi spessori per singola passata, consentendo elevate velocità di spruzzo con basso sfrido, notevole risparmio di tempo e dei costi.

Le soluzioni di silicato di sodio sono molto stabili e si mantengono inalterate nel tempo.

La loro efficacia non risente della temperatura, della umidità, dell’azione di ossidanti o riducenti.

Le soluzioni di silicato di sodio esplicano un’azione anticorrosiva sui metalli. Ad esempio, il silicato di sodio a contatto del ferro, di cui sono composti i serbatoi di stoccaggio, le armature del calcestruzzo, le centine, ecc. porta alla formazione di mono strati di ferro silicato insolubile, impervio all’ossigeno, che rappresenta un’ottima barriera ai fenomeni di corrosione.

1.0 - Chimismo della presa del cemento e azione accelerante del silicato

I componenti principali del cemento sono l’Alluminato Tricalcico (C3A) ed il Silicato Tricalcico (C3S). Il primo è responsabile della presa (irrigidimento iniziale) e il secondo dell’indurimento (capacità di resistere alle sollecitazioni elevate).

La presa del cemento è soprattutto una conseguenza dell’idratazione dell’Alluminato Tricalcico (C3A). Questa reazione è talmente veloce da determinare la presa appena il cemento è impastato con l’acqua. Onde evitare tale inconveniente i produttori di cemento aggiungono al clinker, dopo macinazione, discrete quantità di gesso, quale ritardante di presa. In questo modo vengono ottenuti gli intervalli di tempo, necessari alla preparazione del calcestruzzo nella stazione di betonaggio, al suo trasporto in betoniera ed infine alla sua messa in opera. Il silicato di sodio, aggiunto all’impasto cementizio, reagisce con il gesso neutralizzandone l’effetto ritardante. Ciò causa la presa istantanea.

2.0 - Scelta del silicato di sodio – Caratteristiche di FLUID SPRITZ

Il mercato offre un vasto assortimento di silicati aventi fra loro caratteristiche molto diverse secondo l’uso di cui sono destinati. Nelle operazione di spritz beton l’uso di un silicato di sodio inadeguato, può causare inconvenienti sia in fase di applicazione (eccessivo, sfrido, ricadute), sia sul calcestruzzo indurito (comparsa di efflorescenze, rilascio di alcali, screpolature, basse resistenze a compressione, ecc.).

Anche la concentrazione del silicato di sodio è importante:

• Soluzioni troppo concentrate risultano viscose e si movimentano male, specialmente nella stagione fredda;
• Soluzioni troppo diluite impongono maggiori dosaggi di liquido accelerante e apportando maggiori quantità d’acqua nell’impasto, aumentano il rapporto acqua/cemento con i ben noti inconvenienti (aumento della porosità e permeabilità del cemento, diminuzione della resistenza meccanica dello stesso).

La nostra società, nei suoi ultra trentennali anni di esperienza, ha ottimizzato un tipo di silicato di sodio per spritz beton, col nome commerciale FLUID SPRITZ, caratterizzato da un accurato equilibrio dei costituenti (SiO2 – Silice o Diosssido di Silicio; Na2O – Ossido di Sodio; H2O - Acqua), assenza di solidi sospesi, assenza dei perniciosi ioni solfato e cloruro.

Il contenuto di Ossido di Sodio (Na2O) è tale che, adottando un dosaggio di silicato di sodio/cemento = 0,10 - 0,15 si abbia la neutralizzazione, quasi stechiometrica, del calcio solfato (CaSO4 . H2O) presente nel cemento come ritardante di presa.

In FLUID SPRITZ, il contenuto di silice (SiO2) è almeno 3,5 volte quello della Na2O. Questo rapporto è particolarmente importante poiché, con rapporti differenti si attenuerebbe l’effetto tampone del silicato di sodio nei confronti dell’elevata alcalinità del cemento. Ne conseguirebbero il rilascio di alcali, la pericolosa reazione alcali-aggregati ed il manifestarsi di efflorescenze. L’elevato contenuto di SiO2 nel silicato di sodio, oltre ad evitare gli inconvenienti accennati, genera, per reazione con la calce, calcio silicato - gel.

Questo particolare composto esercita un’azione di colmatura delle porosità della pasta cementizia apportando significative riduzioni della permeabilità intrinseca e positive influenze in termini di conseguimento e mantenimento di resistenze meccaniche elevate. Inoltre, conferisce all’impasto una superiore plasticità coesiva che si traduce in considerevoli riduzioni dei fenomeni indesiderati del rimbalzo (attraverso la conversione dell’urto elastico in urto plastico).

FLUID SPRITZ è esente da solidi sospesi e, come tale, non origina sedimenti nei serbatoi di stoccaggio e, grazie all’assenza di cloruri esercita un’efficiente azione protettiva nei confronti delle armature metalliche del conglomerato cementizio armato.

FLUID SPRITZ è considerato non pericoloso e non richiede etichettatura secondo normativa europea 67/548/EEC (Regolamento 793/93).

3.0 - Rispetto dell'ambiente e sicurezza

L’eccesso di SiO2 rispetto a Na2O conferisce a FLUID SPRITZ una alcalinità (pH 11,5) inferiore a quella della sospensione di cemento in acqua (pH 12,5) ed un potere tampone verso l’eccessiva alcalinità della calce.

Spruzzi accidentali di FLUID SPRITZ negli occhi, pur causando irritazioni, non causano cecità o danni permanenti. È stato ampiamente dimostrato che il silicato di sodio non causa silicosi (cfr.: J.S. Falcone “Solubile Silicates” ACS 194,1982 pag. 62).

Infine il silicato di sodio rispetta l’ambiente; diluendosi in acqua ed in presenza dell’anidride carbonica (CO2) in essa disciolta, si converte in bicarbonato di sodio ed acido monosilicico.

Quest’ultimo, detto anche silice idrata monomerica (SiO2 . H2O), non è tossico ed è presente in tutte le acque potabili a concentrazioni inferiori alla sua saturazione (100 mg/litro circa).

La presenza di Si(OH)4, è necessaria alla vita vegetale e animale (cfr. R.K.ILER “The Chemistry of Silica” J. Wiley; New York 1989, pag. 748-769).

Infine c’è da segnalare la benefica azione addolcente del silicato di sodio sulle acque dure, dovuta alle sue capacità di scambio-ionico.

4.0 - Note relative al dosaggio

La quantità di FLUID SPRITZ deve essere proporzionata alla quantità di cemento usato ed al contenuto di gesso presente nel cemento stesso. Normalmente il contenuto di gesso nel cemento è inferiore al 3% ed in tal caso è sufficiente un rapporto silicato di sodio/cemento = 0,10 (Esempio: 50 kg/500 kg = 0,10); purtroppo non sono inusuali casi in cui il contenuto di gesso nel cemento supera il 4%. In questi casi il rapporto richiesto diventa silicato di sodio/cemento = 0,15 (Esempio: 75 kg/500 kg = 0,15).

A titolo indicativo, per una buona operazione di spritz, possono essere adottati, salvo verifica in sito, i dosaggi relativi ad 1 mc di calcestruzzo (1000 litri), riportati nella parte sinistra della tabella.

Adoperando un buon cemento con i dosaggi sopra indicati si ottengono calcestruzzi con ottime resistenze sia a breve che a lungo termine. Se non si fa uso del superfluidificante FLUID S il più elevato rapporto acqua/cemento, richiesto per la lavorabilità, comporta decrementi delle resistenze meccaniche del calcestruzzo. La granulometria degli aggregati deve essere ben assortita. A titolo indicativo può essere adottata la miscela riportata a destra in tabella.

5.0 - Dosaggio e innovazioni tecnologiche

L’evoluzione tecnologica offre interessanti opportunità per l’ottimizzazione dei calcestruzzi proiettati (spritz beton, shotcrete, guniti, ecc.). A titolo di esempio, recenti sperimentazioni ed applicazioni pratiche significative, hanno evidenziato che le innovative pompe NORMET SPRAYMEC consentono riduzioni del dosaggio efficace di silicato di sodio sino a valori pari a circa il 50%, in un contesto caratterizzato da un controllo globale della qualità e della omogeneità del calcestruzzo spruzzato.

La combinazione FLUID SPRITZ e NORMET SPRAYMEC ha consentito un ulteriore passo avanti.

Il dosaggio efficace necessario, determinato nel valore del 12% in peso, rispetto al peso del cemento, con silicati di differente provenienza, si è ridotto ulteriormente, grazie alle peculiari caratteristiche di FLUID SPRITZ, sino a valori dell’8%.

Considerando che dosaggi elevati di accelerante possono sempre comportare decrementi qualitativi (vedere grafico sotto), le conseguenze del successo sinergico FLUID SPRITZ/NORMET SPRAYMEC sono certamente importanti in termini tecnologici e tutt’altro che trascurabili sotto il profilo economico.

Edoardo Mocco