Aditivi pentru beton – ce sunt aditivii, care sunt tipurile si ce avantaje confera betoanelor

Aditivi beton

Ce reprezintă aditivii pentru beton și mortar?

Aditivii pentru beton sunt substanțe ce acționează în mod fizico-chimic în reacția cu cimentul. De regulă se găsesc sub formă lichidă și nu în formă de pulbere, datorită faptului că lichidul dispersează mult mai ușor în masa betonului.

Se adaugă în cantități mici (max. 5% din cantitatea de ciment) :

  • În timpul preparării betonului, obligatoriu împreună cu apa de amestecare sau
  • La betonul semiumed,  cu puțin timp înaintea betonării, deoarece trebuie luate măsuri pentru o bună omogenizare la turații înalte a vehiculului de amestecare (CIFA) de minimum 4-5 minute.

Aditivii pentru beton conferă o serie de avantaje:

  • La betonul proaspăt facilitează transportul, pomparea și obținerea unei  lucrabilități  mai  bune;
  • Îmbunătățește în principal rezistența mecanică a betonului întărit ,  criteriu  ce  influențează pozitiv siguranța  și  durabilitatea   construcțiilor.

În țările UE, referitor la aditivii pentru beton se aplică standardul ΕΝ 934-2 Aditivi pentru beton, mortar şi pasta – Cap. 2: Aditivi pentru beton- Definiție, condiții, conformitate, marcare și etichetare.

Conform directivei comunitare 89/106/CEE despre Produse de Construcții (în România această directivă fiind preluată  prin H.G. 622 /2004 – Condiții de introducere  pe piață a produselor  pentru construcții),  acest standard a fost armonizat în mod obligatoriu cu legislația tuturor statelor membrii al UE, și în consecință este în vigoare ca standard național pe plan european. Deci aditivii pentru beton trebuie conformați cu cerințele standardului EN 934-2, iar acest fapt să fie indicat prin marcajul  CE.

Aditivii sunt caracterizați prin eficacitatea lor adică eficiența lor conform destinației de utilizare. În afara unei acțiuni principale, un aditiv poate avea mai multe acțiuni secundare (eficacitate multiplă).

Conform  standardului EN 934-2 aditivii pentru beton sunt clasificați în 11 tipuri ,  dintre care 8 au eficacitate simplă iar 3 au eficacitate dublă.

De multe ori în descrierea tipului produsului este inscripționată în mod eronat numai acțiunea sa principală ex.  puternic reductor de apă / superplastifiant, deși produsul este concomitent și puternic reductor  de apă / întârziere de priză a betonului !

Aici se pune

  1. problema informării tehnice corecte, deoarece întârzierea poate fi nedorită ex. la construcția de pardoseală industrială  și
  2. o problemă de concurență neloială și inducere în eroare, deoarece un superplastifiant și un întârzietor este în mod cert mai scump decât un întârzietor-superplastifiant.

Tipurile de aditivi cu tabelurile corespunzătoare de cerințe speciale ale standardului EN 934-2.

1. Plastifiant / Reductor de apă (Tabelul 2)

Aditiv ce permite reducerea conținutului de  apă a  betonului fără totuși să fie redusă lucrabilitatea, sau care crește  fluiditatea (lucrabilitatea) fără adăugare de apă. Este vorba în principiu despre o acțiune de  plastifiere, ce are rezultat diferit dacă    adăugarea se efectuează în timpul preparării sau la betonul semiumed, la care adăugarea de apă și aditiv se fac în autobetoniere la  locul de  punere în opera (distante  foarte mari între stații de betoane  și  locul de punere în operă -100 – 200 Km)

Principalii componenți activi ai acestor aditivi sunt substanțele tensoactive. Aceste substanțe sunt absorbite pe particule de ciment, conferindu-le o sarcină superficială negativă, care determină respingerea declasând fenomenul de defloculare, prin care se produce stabilizarea dispersării lor, şi respingerea bulelor de aer, care nu se mai pot atașa de particulele de ciment. Deoarece fenomenul de floculare blochează o parte din apa amestecului și, în plus, suprafețele de contact între particulele de ciment nu participă la hidratarea timpurie, aditivii reducători de apă determină creșterea suprafeței cimentului care participă la hidratarea inițială și, în plus, măresc cantitatea de apă disponibilă pentru reacțiile de hidratare.

Efect aditivi beton plastifianti
Fig.1 Modul de acţiune al aditivilor reducători de apă

Încărcarea electrostatică determină formarea, în jurul fiecărei granule de ciment, a unui film de molecule de apă orientate, prin care se împiedică o apropiere prea strânsă a particulelor între ele (fig.1). În acest caz, particulele prezintă o mobilitate mai mare, iar apa nemaifiind captată în formațiuni floculate, devine disponibilă pentru a lubrifia amestecul, ceea ce îmbunătățește lucrabilitatea sa. Cum efectul de dispersie a particulelor de ciment determină expunerea contactului cu apa și deci hidratării timpurii a unei suprafețe de ciment mai mari, se constată o creștere a rezistenței mecanice a betonului cu o viteză mai mare , comparativ cu un beton având același raport A/C, dar preparat fără aditivi reducători de apă .

O distribuție mai uniformă a cimentului dispersat în masa de beton poate contribui, de asemenea la dezvoltarea unor rezistențe mecanice mai mari, deoarece procesul de hidratare este favorizat. Deși aditivii reducători de apă influențează viteza hidratării cimentului, natura produșilor de hidratare rămâne neschimbată , la fel ca și caracteristicile structurale ale pietrei de ciment. Ca urmare, utilizarea aditivilor reducători de apă nu modifică rezistența betonului la îngheț-dezgheţ , cu condiția ca raportul A/C să nu crească o dată cu utilizarea de aditivi.

Un alt aspect ce trebuie avut în vedere la folosirea aditivilor este pericolul segregării betonului și al separării de apă (mustuirea betonului). Eficiența reducătorilor de apă în ceea ce privește rezistența betonului variază în funcție de compoziția cimentului și este maximă în cazul cimenturilor cu conținut scăzut de alcalii sau de C3A.

2. Superplastifiant – Reductor puternic de apă (Tabelurile 3.1 şi 3.2 )

Aditiv cu aceeași acțiune ca a anteriorului, dar la mult mai mare intensitate.

Aditivii puternic reducători de apă sunt mai eficienți decât cei obișnuiți, în ceea ce privește realizarea unor betoane cu tasări mari. Separarea apei este semnificativ mai redusă datorită cantității mici de apă utilizate.

Acțiunea principală  a acestor  superplastifianti  constă în faptul că moleculelor lor lungi se înfășoară în jurul particulelor de ciment, conferindu-le o încărcare negativă mare, astfel încât se resping reciproc. Aceasta determină deflocularea și dispersarea particulelor de ciment. Îmbunătățirea lucrabilităţii ce rezultă din aceasta, poate fi valorificată în două moduri: prin producerea de beton cu o lucrabilitate foarte mare sau cu rezistențe mecanice foarte mari.

Efect aditiv beton superplastifiant
Fig. 2 – Corelația între valoarea răspândirii și conținutul de apă al betonului cu și fără superplastifiant

La un anumit raport A/C și conținut de apă de amestecare, acțiunea dispersantă a superplastifianţilor îmbunătățește lucrabilitatea betonului în mod tipic prin creșterea tasării de la 70 mm la 200 mm, fără ca aceasta să diminueze coeziunea betonului proaspăt (fig. 2) .

Betonul rezultat poate fi pus în operă cu un efort de compactare mic sau chiar fără compactare şi nu reprezintă fenomene de segregare sau de separare de apă în exces. Un asemenea amestec este definit ca “beton fluid” și este foarte util pentru umplerea unor spații dens armate, a unor zone greu accesibile sau locuri unde se impune o punere în operă foarte rapidă. Un beton fluid corespunzător compactat asigură o cimentare normală a armăturii.

A doua cale de folosire a superplastifianţilor constă în obținerea unor betoane de lucrabilitate normală, dar care dezvoltă rezistențe mecanice foarte mari datorită unei diminuări importante a raportului apă / ciment.

3. Stabilizator (Tabel 4)

Aditiv ce acționează împotriva fenomenului de separare a apei de amestecare din masa betonului și urcarea ei la suprafață.

4. Aditiv antrenori  de aer  (Tabelul 5)

Aditiv care introduce în timpul amestecării o cantitate controlata de bule de aer mici, dispersate omogen, care rămân ulterior în masa  betonului  întăririt . Această structură de beton duce la reducerea rezistenței mecanice, dar conferă o rezistență sporită la îngheț. Apa inclusă în masa betonului poate fără obstacole să se dilate, când va îngheța, fără a prejudicia coeziunea în structura  betonului .

5. Accelerator de priza  (Tabelul 6)

Aditiv care reduce timpul de întărire a betonului din starea sa plastică la forma solidă. Întărirea rapidă este importantă la construcția de pardoseli industriale, unde interesează traficul rapid.

6. Accelerator de întărire (Tabelul 7)

Aditiv care accelerează rezistența inițială cu sau fără influență asupra timpului de  întărire. Întărirea betonului  nu evoluează în mod neapărat în același fel. Un beton care s-a întărit după o oră, poate prezenta o rezistență mai mică la compresiune după șase ore, de exemplu, față de un beton care s-a întărit după trei ore, dar   la șase ore a căpătat o rezistență crescută.

Aditivii acceleratori de  întărire sunt utilizați cu prioritate la prepararea betoanelor utilizate la realizarea prefabricatelor, unde  trebuie să aibă loc decofrarea rapidă a acestor  elemente. O altă utilizare importantă a acestor  aditivi  este prepararea betoanelor la temperaturi scăzute (perioada de timp friguros), când betonul trebuie să capete o rezistență inițială mai mare față de presiunea din cauza  apei înghețate din structura betonului .

7. Întârzietor (Tabelul 8)

Aditiv care crește timpul de întărire a betonului din starea plastică la starea solidă. Întârzierea întăririi betonului prezintă interes deosebit pentru betonul transportat  la distanțe mari, precum și în timpul betonării de volume mari,  unde nu este dorită oprirea fluxului de turnare a betoanelor .

8. Aditivi impermeabilizanți în masa (reductor al absorbției apei ) (Tabelul 9)

Trecerea apei prin beton (permeabilitatea) este o problemă complexă care necesită clarificări și definiții. Betonul etanș este un termen foarte general și trebuie să se facă  o distincție între:

  • absorbția capilară a apei care vine în contact simplu (fără  presiune) cu betonul și
  • intrarea apei cu presiune în beton.

Standardul EN 934-2 definește conform cerințelor tabelului 9 aditivii impermeabilizanți  în masă (reductor de absorbție capilară a apei) iar verificarea se face comparativ pe mortar de testare și nu pe beton. Standard-ul german DIN 1048 este mult mai riguros deoarece cere betonului cu impermeabilitate redusă, ca pătrunderea apei după aplicarea de presiune 0,5 Ν/mm2 sau 5 bar pentru 3 zile și nopți nu trebuie să depășească 5 cm.

Pentru satisfacerea cerinței de mai sus, în afara utilizării unui aditiv impermeabilizant (reducător de absorbție a apei)  conform EN 134-2 este sigur nevoie de o compoziție specială a betonului (conținut în ciment și adaosuri  inerte,  adăugare redusă a apei de amestec) dar și respectarea riguroasă a tehnicii de șantier (vibrare corespunzătoare și tratarea betonului proaspăt pentru evitarea creării de fisuri din cauza  compoziției  betonului ).

Posibilele căi de intrare a apei în beton:

  • Pori capilari a mortarului (mortar de ciment întărit)
  • Cavități (goluri) în structura betonului  precum și fisurări, din cauza calității și prelucrării  betonului proaspăt.
  • Fisurări provocate de presiunea – încărcarea betonului întărit.

Un aditiv impermeabilizant (reducător de absorbție a apei) acoperă prima categorie de căi de intrare a apei: blochează în mod fizico – chimic porii capilari, după reacţia aditivului cu cimentul. Aditivii reductori de apă/plastifianți acționează împotriva  creării de cavități la betonul proaspăt (a doua categorie a căilor de intrare  a apei).

9. Întârzietor – Reductor de apă – Plastifiant (Tabelul 10)

Aditiv care oferă acțiunile combinate ale unui reductor de apă / plastifiant (acțiunea principală) și ale unui intârzietor (acțiune secundară).

Utilizarea unui întârzietor de priză  cu acțiunea suplimentară de reductor de apă/ plastifiant contribuie la prepararea de  betoane de calitate înaltă, cu rezistență crescută. În plus, permite prin compoziția corectă  reducerea costului betonului.

10. Întârzietor- puternic reductor de apă / Superplastifiant (Tabelurile 11.1 şi 11.2)

Aditiv care oferă acțiunile combinate ale unui reductor de apă de grad înalt / superplastifiant (acțiune principală) și ale unui întârzietor (acțiune suplimentară).

11. Accelerator de priza – Reductor de apă / Plastifiant (Tabelul 12)

Aditiv care oferă acțiunile combinate ale unui reductor de apă / Plastifiant (acțiunea principală) și ale unui întarzietor (acțiune suplimentară)

Concluzii

Problematica utilizării aditivilor la prepararea betoanelor prezintă o deosebită importanță, de  complexitate ridicată datorită numărului foarte mare de produse concurente existente la acest moment pe piață, fiecare aditiv având propriile mecanisme de acționare, efectele sale asupra betoanelor fiind de obicei personalizate. Practic, nu există doi aditivi diferiți a căror influență asupra betoanelor să fie identică, sub toate aspectele fizico-mecanice.

Astfel, caracteristicile fizico-mecanice care se îmbunătățesc (unele chiar considerabil) diferă de la aditiv la aditiv. Mai mult, studiile au demonstrat faptul că efectele aceluiași tip de aditiv sunt diferite pe clase diferite de beton.

Rezultă că, pentru alegerea unui anumit tip de aditiv, este necesar ca proiectantul să stabilească care este cea mai necesară proprietate de material care trebuie îmbunătățită.