Superfluidificanti per calcestruzzo: 3 famiglie a confronto

Ogni litro d’acqua aggiunto in betoniera per rendere il calcestruzzo più lavorabile si paga in resistenza e durabilità. La miscela deve arrivare in opera con la giusta consistenza, utile a riempire le casseforme ed avvolgere le armature, e al tempo stesso rispettare il rapporto acqua/cemento previsto dal Produttore per garantire le prestazioni richieste. I superfluidificanti per calcestruzzo nascono per sciogliere questo nodo, ma le famiglie in commercio funzionano in modi diversi e offrono prestazioni molto diverse tra loro.

Come agiscono i superfluidificanti per calcestruzzo

I superfluidificanti per calcestruzzo sono additivi che disperdono i granuli di cemento nell’impasto e permettono di ottenere la stessa consistenza con meno acqua di impasto, oppure una consistenza molto più fluida a parità di acqua. La UNI EN 934-2, che tratta in generale gli additivi per calcestruzzo, li distingue dai semplici fluidificanti in base all’efficacia nel ridurre l’acqua d’impasto. Nel linguaggio di cantiere entrambe le categorie vengono chiamate riduttori d’acqua, anche se il divario di prestazioni tra le due è netto.

Appena il cemento entra in contatto con l’acqua, i suoi granuli tendono ad aggregarsi in flocculi (formazione di grumi) che limitano la “mobilità” della pasta cementizia. Le molecole dell’additivo, che vengono adsorbite sulla superficie dei granuli, creano una repulsione tra gli stessi e, come conseguenza, i grumi prima descritti vengono a rompersi, determinando una maggiore mobilità della miscela.

A parità di cemento e di classe di consistenza, meno acqua vuol dire un rapporto a/c più basso, con porosità capillare inferiore e minore permeabilità agli agenti aggressivi. Il superfluidificante diventa così lo strumento con cui conciliare classe di esposizione e classe di consistenza prescritte secondo la UNI EN 206 e UNI 11104, senza aumentare eccessivamente il dosaggio di cemento.

Tra gli additivi fluidificanti (noti anche come riduttori d’acqua) e superfluidificanti per calcestruzzo, i primi ad affermarsi furono i lignosulfonati, sottoprodotti dell’industria della carta. La loro capacità di ridurre l’acqua si fermava in genere intorno al 5-10%, e a dosaggi elevati tendevano a ritardare la presa e a inglobare aria. Fra gli anni sessanta e settanta l’industria chimica ha sviluppato polimeri di sintesi molto più efficaci, da cui derivano le tre famiglie di seguito descritte.

SNF, SMF e PCE: differenze tra le tre famiglie di superfluidificanti

Le tre famiglie di superfluidificanti per calcestruzzo si distinguono per il modo in cui tengono separati i granuli di cemento. Le prime due agiscono per repulsione elettrostatica: le loro molecole, cariche negativamente, vengono adsorbite dai granuli e conferiscono a ciascuno di essi una carica dello stesso segno. La terza, oggi predominante sul Mercato, sfrutta l’ingombro sterico, cioè la presenza fisica di catene polimeriche che impediscono ai granuli di avvicinarsi reciprocamente. Tali additivi superfluidificanti per calcestruzzo hanno quindi profili prestazionali ben distinti:

• Naftalensolfonati (SNF): polimeri a meccanismo elettrostatico, riducono l’acqua d’impasto del 15-25% circa con dosaggi di principio attivo dell’ordine dello 0,5-1,0% sul peso del cemento. La consistenza cala in modo sensibile già 30-60 minuti dopo l’impasto. Oggi il loro impiego è stato sostanzialmente soppiantato dagli additivi PCE di ultima generazione.
• Melamminsolfonati (SMF): a parità di meccanismo e di riduzione d’acqua, ritardano poco la presa e favoriscono lo sviluppo delle resistenze iniziali, motivo per cui sono stati a lungo preferiti nella prefabbricazione. Anche con loro la lavorabilità decade presto, perché la repulsione elettrostatica si esaurisce man mano che l’idratazione ricopre i granuli. Come i SNF, il loro impiego è stato oggi sostanzialmente soppiantato dagli additivi PCE di ultima generazione.
• Policarbossilati eteri (PCE): hanno una struttura a pettine, con una catena principale che si lega al granulo e catene laterali di polietere che sporgono nella soluzione; l’ingombro sterico resta efficace anche quando la carica superficiale si attenua. Raggiungono riduzioni d’acqua del 25-40% con dosaggi indicativi, in termini di principio attivo, di 0,1-0,3% sul peso del cemento.

Perché i policarbossilati eteri sono lo standard per HPC e SCC

I policarbossilati eteri sono diventati lo standard per tutte le tipologie di calcestruzzi, ed in particolare per i calcestruzzi ad alte prestazioni (HPC) e per i calcestruzzi autocompattanti (SCC) perché, tra i superfluidificanti per calcestruzzo, sono gli unici la cui molecola si può progettare in funzione dell’impiego. Il produttore può regolare la lunghezza delle catene laterali e la densità di carica. Una densità di carica elevata favorisce un adsorbimento rapido e una fluidificazione immediata, utile in prefabbricazione; una densità più bassa rallenta l’adsorbimento e prolunga la lavorabilità, come richiede il preconfezionato trasportato a lunga distanza. SNF e SMF, polimeri a struttura fissa, offrono margini di regolazione molto più ridotti, e per questo sono stati sostanzialmente sostituiti dai PCE.

Nei calcestruzzi ad alte prestazioni, un additivo superfluidificante per calcestruzzo a base di PCE consente di ottenere impasti lavorabili con rapporti a/c finanche di 0,30-0,35, e nelle miscele ad altissima resistenza si scende ancora. A tali valori corrispondono resistenze a compressione elevatissime e una matrice cementizia molto compatta, adatta a strutture particolarmente sollecitate da azioni meccaniche ed aggressive particolarmente rilevanti.

Il calcestruzzo autocompattante pone una richiesta ancora più severa. Deve riempire le casseforme ed avvolgere armature molto fitte per effetto del solo peso proprio, senza vibrazione, e al tempo stesso restare omogeneo, senza segregazione dell’aggregato grosso. Fluidità spinta e coesione tendono ad essere in contrasto tra loro. I PCE sciolgono il conflitto: la dispersione sterica produce un’altissima fluidità con poca acqua libera e la miscela conserva la coesione necessaria a trattenere gli aggregati, eventualmente con il supporto di un additivo modificatore di viscosità (MAGMA FLOW di General Admixtures). In cantiere il risultato si traduce in getti più rapidi, meno rumore, maggiore ottimizzazione delle maestranze e superfici faccia a vista di qualità superiore.

Per individuare la formulazione più adatta a ciascun getto si può consultare la gamma di additivi per calcestruzzo nella sezione Prodotti di General Admixtures (Linea PRIMIUM).

Le domande più frequenti

Qual è la differenza tra fluidificante e superfluidificante?

Entrambi appartengono alla famiglia dei riduttori d’acqua, ma differiscono per efficacia. Un fluidificante riduce l’acqua d’impasto intorno al 5-10% a parità di consistenza; i superfluidificanti per calcestruzzo arrivano a riduzioni ben più marcate, fino al 25-40% nel caso dei policarbossilati. La UNI EN 934-2 classifica le due categorie separatamente proprio in base a questa capacità. In cantiere la differenza si vede subito: un fluidificante migliora la lavorabilità di un calcestruzzo ordinario, mentre un superfluidificante permette di ottenere consistenze fluide o autocompattanti senza alzare il rapporto acqua/cemento. I superfluidificanti, inoltre, permettono di mantenere la classe di consistenza per tempi decisamente maggiori.

Quanto superfluidificante mettere nel calcestruzzo?

Il dosaggio si esprime in percentuale sul peso del cemento e varia con la famiglia di additivo e con la concentrazione del prodotto commerciale. In termini di principio attivo, naftalenici e melamminici lavorano in genere tra lo 0,5 e l’1%, i policarbossilati tra lo 0,1 e lo 0,3%. La scheda tecnica indica invece il dosaggio del prodotto liquido, che contiene acqua e risulta quindi più alto. Il valore corretto per un additivo superfluidificante per calcestruzzo si stabilisce con prove sui materiali reali, perché cemento, aggregati e temperatura modificano la risposta della miscela.

Si può aggiungere acqua al calcestruzzo in cantiere al posto del superfluidificante?

No. L’acqua aggiunta in autobetoniera alza il rapporto acqua/cemento oltre il valore di progetto e porta il calcestruzzo fuori dalla classe di resistenza e di esposizione prescritte, con conseguenze sulla resistenza e durabilità della struttura. Quando la consistenza cala durante il trasporto, la correzione corretta (retempering) passa attraverso una lieve aggiunta di superfluidificante, da eseguire solo se previsto dal produttore del calcestruzzo e nelle quantità da lui indicate. I policarbossilati si prestano bene a questa operazione, perché ripristinano la fluidità senza aggiungere acqua all’impasto.

Quale superfluidificante usare per il calcestruzzo moderno?

Per il calcestruzzo moderno la scelta ricade quasi sempre sui policarbossilati eteri (PCE). I PCE offrono un’alta fluidità con poca acqua e si abbinano a tutte le tipologie di cementi ed additivi. Inoltre, oltre alla lavorabilità iniziale, i PCE sono in grado di garantire eccellenti mantenimenti della lavorabilità, anche in condizioni estremamente difficoltose (climi estivi).