Studiu: Impermeabilizarea și protecția la coroziune a betonului
Societatea noastră REXIMACO SRL fondată în 1992, are ca obiect de activitate aplicarea de tratamente chimice la construcții în vederea obținerii impermeabilizării și/sau combaterii ascensiunii capilare la construcții vechi sau noi din beton sau zidărie.
Rezultatele obținute în practică cu privire la aplicarea acestor tehnologii, care sunt, de fapt, tratamente chimice ce conferă proprietățile vizate structurilor din construcții au încurajat dezvoltarea acestei ramuri a chimiei aplicate în construcții, în ultimii ani a luând un avânt considerabil.
Având un colectiv de chimisti am ales să aducem în România câteva mărci de produse care sunt foarte bine cotate pe piața internațională.
Astăzi vă prezentăm produsele XYPEX de impermeabilizare prin cristalizare a structurilor din beton vechi sau noi și a tencuielilor de tip ciment – nisip fără var.
Produsele XYPEX sunt un amestec de ciment portland cu finețe foarte mare de măcinare și cu o compoziție controlată, cu silice activată chimic și un pachet de reactivi care conțin un catalizator de reacție ce are rolul de a iniția reacțiile de cristalizare.
Principial procesul demarează cu scindarea catalizatorului în radicali ionici în soluție apoasă în care se gasesc dizolvați și reactanții pachetului XYPEX. Pe lângă rolul de inițiere a reacțiilor pachetului de reactivi XYPEX apare și o creștere a randamentului de hidratare a cimentului din amestec ducând în final la creșteri ale proprietăților mecanice ale betonului astfel tratat.
Este interesant de subliniat că reacția de cristalizare nu începe decât după formarea primelor structuri de hidratare a cimentului din betonul respectiv care generează cristalohidrați ( C-S-H ) și Hidroxid de Calciu ( Ca(OH)2 ). Este cunoscut faptul că formațiunile de hidratare denumite în unele studii de specialitate și geluri dure, au diferite forme fiind practic compuși anorganici complecși a căror structură este stabilă numai în mediu bazic obținut pe seama Hidroxidului de Calciu Ca(OH)2 ca produs secundar de reacție. Structurile C-S-H au o varietate de forme : cristale fibroase, cristale plate, cu rețea reticulară, particule cu forme neregulate.
De asemenea un rol important îl au și materialele liante adaugate cum este puzzolana – un material natural sau artificial care conține silice în formă reactivă. De fapt puzzolanele, ca definiție, sunt materiale silicioase sau silico-aluminoase care, ca atare, nu au proprietăți de liere notabile sau chiar deloc. Este foarte important ca silicea conținută să fie de tip amorf necristalizată deoarece în formă cristalină, ordonată nu prezintă reactivitate chimică. De notat că puzzolanele nu influențează negativ capacitatea de cristalizare a pachetului de reactivi XYPEX ci din contră, contribuie la acest proces.
O probă de beton netratat cu o vârstă de 28 zile a fost secționată la 50 mm de fața sa și la microscopul electronic se observă apariția cristalelor de Ca(OH)2 iar pe fundal formarea structurilor C-S-H, Foto 1.
Interacțiunea cu produsele de hidratare XYPEX se poate observa foarte bine în Foto 2 unde secționarea a fost făcută în aceleași condiții. Se observă formarea structurilor dentritice filiforme, aciculare, specifice structurilor cristaline XYPEX care au început dezvoltarea pe seama Ca(OH)2 , a cimentului nehidratat și a structurilor C-S-H din elementul de beton.
Pentru a înțelege rolul și necesitatea utilizării XYPEX la impermeabilizarea betonului trebuie să menționăm că structura acestuia este influențată de mai mulți factori:
- Raportul apă/ciment
- Randamentul de hidratare
- Gradul de vibrare a elementului turnat
- Contracția la întărire care poate genera sisteme de microfisuri suplimentare
Permeabilitatea unui beton este dată de totalitatea porilor comunicanți la care participă și sistemul de microfisuri, goluri ocluse sau canalicule generate de ascensiunea aerului antrenat la turnare care nu a fost ajutat să iasă printr-o vibrare corespunzătoare.
Rolul principal al produselor XYPEX respectiv de impermeabilizare este acela de a contracara aceste deficiențe prin compactarea structurii betonului și evitarea pătrunderii apei în structură lăsând totodată o respirație naturală a betonului diminuată la 50%.
Pachetul de reactivi XYPEX aflat în masa betonului, inițial în soluție apoasă, întâlnește produșii de hidratare care sunt activați de radicalii ionici ai catalizatorului și începe procesul de formare a complecșilor anorganici cu aspect fibros insolubili ce formează o rețea ce se dezvoltă până nu mai are acces apa. În acest moment reacția se oprește iar reactivii rămași vor fi activați de câte ori apa va apare ca urmare a unor deranjamente ce pot apare în viața structurii.
În acest fel, structura cristalină devine parte permanentă și integrantă a matricei betonului, prevenind pătrunderea apei și a altor lichide chiar și sub presiune hidrostatică puternică și conferind protecție împotriva mediilor agresive date de o mare diversitate de soluții corozive pentru beton în limite largi de pH 3 - 11, contact permanent.
În imaginea de mai sus se observă dezvoltarea cristalizării dentritice precum și „mugurii” ce vor genera în continuare fibre cristaline care în final vor obtura complet un por comunicant în masa betonului. Amintim că un rol important în dezvoltarea reacțiilor îl constituie prezența apei în beton, practic în porozitatea relativă, comunicantă. Catalizatorii conținuți în pachetul de reactivi asigură prin proprietățile lor fizico-chimice penetrarea reactivilor prin apa conținută în pori sau microfisurile betonului după care în prezența radicalilor ionici de inițiere, începe dezvoltarea cristalină.
O testare pentru a evidenția capacitatea de stopare a infiltrațiilor prin fisuri cu deschideri de până la 0,4 mm a fost efectuată in situ pe plăci din beton cu grosimea de 15 cm, care au fost fisurate intenționat.
Placa din beton martor netratată a avut fisuri cu o deschidere medie de 0,23 mm care a continuat să curgă dincolo de limita de 25 zile prevăzută pentru test.
Placa de beton tratată cu XYPEX a avut fisuri cu o deschidere medie de 0,38 mm iar curgerile prin fisuri au încetat după doar 4 zile. Aceasta a fost o demonstrație pe viu, a abilităților de închidere prin cristalizare a fisurilor cu tehnologia XYPEX.
Pentru a avea o imagine cât mai clară a dezvoltării cristaline, vizibilă cu ochiul liber, s-au preparat probe cu un conținut foarte mare de XYPEX care au fost lăsate să cristalizeze în mediu umed . După 90 zile de la preparare probele respective au prezentat o dezvoltare cristalină deosebit de importantă fapt pus în evidență de apariția cristalizării la exteriorul probei, așa cum se observă în fotografia de mai jos, Foto 4.
Acest fenomen a fost pus în evidență și la tratarea bazinelor de retenție apă supraterane unde s-a executat un tratament cu XYPEX CONCENTRATE la interiorul acestuia urmat de o perioadă de post tratament de 8 zile ce a constat din udarea suprafețelor tratate pentru a fi asigurată apa de reacție.
Ulterior s-a montat instalația de alimentare și de distribuție a apei , după care bazinul a fost spălat și umplut cu apă. După 90 zile timp în care bazinul a fost plin s-a constatat același fenomen de apariție a cristalizării la exterior prin diafragma de 25 cm grosime.
Un alt aspect demn de consemnat este acela de protecție a betonului la coroziune. Structurile cristaline dentritice ale pachetului de reactivi XYPEX asigură o stabilitate deosebită la atac chimic.
În acest caz tratamentul cu XYPEX indiferent prin ce procedeu, de aditivare sau aplicare tratament post turnare, se face la o concentrație mai mare funcție de gradul de atac chimic care va agresa structura.
Un test ilustrativ a fost efectuat prin expunerea unor cuburi la atac sulfatic.
Atacul sulfaţilor studiat se referă la Tipul III de coroziune. Pe durata contactului cu ape contaminate cu agenți chimici care generează coroziune la beton și armătură (apă freatică din sol, ape uzate care urmează a fi tratate în stații de epurare, etc.) care conţin o cantitate de sulfaţi, cloruri, nitriți, peste concentrațiile admise, pot iniția coroziunea în beton. De exemplu compuși sulfaţici reacţionează cu aluminaţii tri-calcici din beton. Produsul acestei reacţii este denumit “etringit”, care are un volum semnificativ mai mare decât volumele din fazele iniţiale. Drept rezultat al acestui proces, sistemul de pori se umple cu produse rezultate din această reacţie sulfatică.
La început, aceasta conduce la o creştere mică în duritate a betonului. Imediat ce porii sunt umpluţi cu produse de reacţie, presiunea internă va deveni o forţă distructivă, care va deteriora microstructura betonului, cu efecte dramatice asupra elementului din beton, mai întâi a rezistenţei la tensionare/întindere, apoi la rezistenţa la compresiune a betonului. Pe durata concentrărilor tipice, corespunzătoare caracteristicilor mediilor XA2 şi XA3 , această reacţie durează luni, sau poate ani întregi. De aceea, testele accelerate sunt utilizate pentru verificarea diferitelor tipuri de beton la rezistenţa la atacurile cu sulfaţi – teste care, din cauza concentraţiilor crescute de medii corozive, pot identifica deteriorări de suprafaţă, în luni sau săptămâni.
Concentraţia standard, utilizată la testele de laborator, este de 36.000 mg de SO42-/l. Această concentraţie este de şase ori mai mare faţă de limita superioară a mediului agresiv cu caracteristică chimică XA3 (3,000 la 6,000 mg/l).
Mostrele, cuburi de 150 mm au fost plasate în containere din material plastic, cu concentraţie constantă de sulfaţi, de 36.000 mg/l, pe întreaga durată a experimentului. Verificările au început în Octombrie şi au fost încheiate în Februarie. Timpul total de expunere a mostrelor a fost de aproximativ 4 luni.
După ce masa mostrelor a fost complet saturată, s-a măsurat greutatea probelor cu o precizie de 0,1g . După ce testele s-au încheiat, mostrele au fost spălate cu apă curată, după care s-a înregistrat din nou greutatea lor. Diferenţa de masă s-a considerat a fi pierderea de masă cauzată de atacul/coroziunea sulfaţilor. În acelaşi timp s-a efectuat şi documentarea fotografică a mostrelor.
Rezultatele arată că pierderea de masă a mostrelor, efectuată cu aditivul XYPEX Admix C-1000 în concentraţie de 4%, ca şi cu aditivul XYPEX ADMIX C-1000NF, în ambele concentraţii de 0,8% și 1% față de cantitatea de ciment, a fost între 5 şi 50 g/m2 , şi mostrele au fost caracterizate , prin examinare vizuală, ca arătând nici o deteriorare.
In cazul mostrelor de control, pierderea de masă a fost de 4860 g/m2 .
Dacă comparăm aceste rezultate cu criteriile tipice, utilizate pentru evaluarea betonului la deteriorări de îngheţ-dezgheţ şi expunere la sare (limita superioară acceptată este de 1,000 g/m2), este evident că betonul cu XYPEX este “rezistent”, chiar şi la expunerea la sulfaţi, în vreme ce betonul de control, fără XYPEX, se deteriorează pe suprafaţă şi va continua să se deterioreze şi în profunzime prin sistemul de pori.
Din punctul de vedere al durabilității în timp s-a constatat o deosebită stabilitate a rețelei cristaline formate, pusă în evidență prin numeroase teste de atac chimic și de expunere la factori externi de coroziune cum este poluarea ce supune suprafețele betonului la un mediu acid cu conținut ridicat de cloruri de sodiu și de calciu ( în special în vecinătatea căilor de acces rutier ) sau de ape cu pH acid în zonele platformelor industriale.
De asemenea cu ajutorul noului produs XYPEX BIO SAN 500 se pot trata sisteme de canalizare tancuri de fermentare nămol, etc. conferind betonului rezistență atât la procesele oxidative ale bacteriilor ce se hrănesc cu hidrogenul sulfurat emanat de fermentarea materiei organice cât și la atacul sulfatic .
Având în vedere cele prezentate, tratamentele de impermeabilizare cu produse XYPEX se fac o singură dată în viața construcției, iar eventuale deranjamente se repară local cu minim de intervenție și de deranj.
Un avantaj deosebit conferit de aplicarea produselor XYPEX destinate structurilor existente este dat de o deosebită capacitate de impermeabilizare și creștere a rezistenței la coroziune și în cazul aplicațiilor cu produsul destinat XYPEX CONCENTRTATE și XYPEX MODIFIED.
Penetrarea betonului dovedită prin extragere de carote ”in situ” a arătat o capacitate de protejare în profunzime a betonului de până la 30 cm dela fata de aplicare după 130 zile, în cazul aplicațiilor post turnare cu produsul XYPEX CONCENTRATE cu asigurarea unei impermeabilizări eficiente, cu o durată de viață egală cu a betonului pe care este aplicat.
Produsul XYPEX MODIFIED se aplică ca al doilea strat pentru creșterea concentrației de reactivi XYPEX în betonul ce urmează a fi tratat.
Demn de remarcat că reacțiile de cristalizare a pachetului XYPEX poate continua între 3 și 5 ani dela aplicare până la epuizarea reactanților.
Pentru informații suplimentare se poate vizita site-ul www.reximaco.ro sau www.xypex.com
