ΠΡΟΣΜΙΚΤΑ ΕΛΑΤΤΩΣΗΣ ΥΔATΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Water Resisting - Waterproofing admixtures Επιμέλεια: Παν. Αναγνωστόπουλος Πολ. Μηχ., συνεργάτης ΙΟΚ1. Λειτουργία των προσμίκτων Τα συγκεκριμένα πρόσμικτα, σύμφωνα με το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 934-2, ονομάζονται Water-resisting admixtures (WRA: πρόσμικτα ανθιστάμενα στο νερό [κατά λέξη]). Αναφέρονται επίσης ως στεγανοποιητικά (waterproofing) πρόσμικτα ή πρόσμικτα ελάττωσης υδατοπερατότητας ή μειωτικά υδατοπερατότητας. Ο όρος «στεγανωτικά μάζης» δεν θεωρείται δόκιμος και δεν πρέπει να χρησιμοποιείται. Η κύρια λειτουργία των προσμίκτων αυτών είναι η μείωση, είτε της απορρόφησης νερού από την επιφάνεια του σκυροδέματος (επιφανειακής απορρόφησης) ή/και της διέλευσης του νερού διαμέσου του σκληρυνθέντος σκυροδέματος. Αυτό επιτυγχάνεται με έναν ή περισσότερους από τους ακόλουθους μηχανισμούς: - μείωση του μεγέθους, του αριθμού και της συνέχειας της δομής του συστήματος των τριχοειδών πόρων - έμφραξη του συστήματος των τριχοειδών πόρων - επένδυση των παρειών των τριχοειδών με υδροφοβικό υλικό για την εμπόδιση της απορρόφησης/τριχοειδούς εισφόρησης του νερού. Τα μειωτικά υδατοπερατότητας πρόσμικτα δρουν επί της δομής των τριχοειδών πόρων του τσιμεντοπολτού. Δεν μπορούν ωστόσο να μειώσουν σημαντικά το νερό που εισχωρεί διαμέσου ρηγματώσεων ή ανεπαρκώς συμπυκνωμένου σκυροδέματος, που αποτελούν δύο από τους συνηθέστερους λόγους διαρροών. Τα πρόσμικτα της κατηγορίας αυτής δείχνουν ότι μειώνουν τον κίνδυνο διάβρωσης του χάλυβα οπλισμών σκυροδεμάτων σε δραστικό περιβάλλον, αλλά αυτό εξαρτάται από τον τύπο ή τον συνδυασμό των προσμίκτων που χρησιμοποιούνται. Τα συγκεκριμένα πρόσμικτα έχουν και άλλες εφαρμογές, περιλαμβανομένης της μείωσης των εξανθημάτων (efflorescence), τα οποία αποτελούν ορισμένες φορές πρόβλημα στα προκατασκευασμένα στοιχεία.2. Υλικά Το μέγεθος και η συνέχεια των τριχοειδών πόρων μπορούν να μειωθούν με την ελάττωση της περιεκτικότητας του μείγματος σε ελεύθερο νερό με χρήση μειωτών ύδατος ή ευρέως φάσματος μειωτών ύδατος (WRA). Τα πρόσμικτα αυτά συχνά διατίθενται στην αγορά ως «στεγανωτικά» ή «μειωτικά διαπερατότητας». Η μείωση του μεγέθους των τριχοειδών από μόνη της δεν συνεπάγεται μείωση της επιφανειακής απορρόφησης – μάλιστα μπορεί να συντελέσει στην αύξησή της – λόγω του ότι η τριχοειδής εισφόρηση αυξάνει όταν μειώνεται η διατομή των πόρων. Η έμφραξη των πόρων μπορεί να επιτευχθεί με την προσθήκη υπερλέπτων πληρωτικών (fillers), δραστικών ή μη, όπως η πυριτική παιπάλη ή με αδιάλυτα οργανικά πολυμερή όπως η άσφαλτος υπό μορφή γαλακτώματος.-1-Τα υδροφοβικά πρόσμικτα είναι συνήθως παράγωγα μεγαλομοριακών λιπαρών οξέων, κυρίως του στεατικού και του ελαϊκού. Ορισμένα πρόσμικτα είναι συνδυασμοί ενός μειωτικού ύδατος (WRA) και ενός υδροφοβικού προσμίκτου ή ενός μειωτικού ύδατος και ενός εμφρακτικού πόρων. Άλλα είναι τριμερή: μειωτικό + υδροφοβικό + εμφρακτικό πόρων.3. Μηχανισμός δράσεως Το νερό απορροφάται, ακόμη και εντός πυκνού σκυροδέματος, διαμέσου των τριχοειδών πόρων, που δεν είναι παρά τα κενά που προκύπτουν από την περίσσεια νερού που προστίθεται στο ανάμιγμα προκειμένου να εξασφαλισθεί εργασιμότητα. Μια τυπική σύνθεση σκυροδέματος περιέχει 200 ή περισσότερα λίτρα νερού ανά κυβικό, από τα οποία μόλις 90 lt απαιτούνται για την ενυδάτωση του τσιμέντου. Τα υπόλοιπα ~110lt, δηλ. το ~11% του όγκου του σκυροδέματος δημιουργούν το πλέγμα των τριχοειδών πόρων που επιτρέπουν την είσοδο εντός του σκυροδέματος αέρα, νερού και λοιπών χημικών. Όταν το νερό του μίγματος μπορεί να μειωθεί έτσι ώστε ο λόγος νερού προς τσιμέντο να περιοριστεί στο 0,45 (δηλ. ~160lt νερού ανά κυβικό), το πλέγμα των τριχοειδών χάνει σημαντικό μέρος της συνέχειας του και ανάλογα μειώνεται η διαπερατότητα. Η καλύτερη μέθοδος για να επιτευχθεί η μείωση του νερού είναι η χρήση μειωτού νερού (ρευστοποιητού) που επιπρόσθετα μπορεί να εξασφαλίσει επαρκή εργασιμότητα για την πλήρη συμπύκνωση του σκυροδέματος καθώς και μείωση της συστολής ξηράνσεως. Τα πρόσμικτα έμφραξης πόρων (εμφρακτικά) έχουν ως βάση εξαιρετικά λεπτόκοκκα υλικά πλήρωσης (φίλερς), ενεργά ή ουδέτερα, ή αδιάλυτα γαλακτώματα πολυμερών με μέγεθος σωματιδίων ~0,1 μικρά, που είναι επαρκώς μικρά ώστε να εισέρχονται εντός των τριχοειδών κατά τα πρώϊμα στάδια της ενυδάτωσης και να τα εμφράσουν. Τα υδροφοβικά πρόσμικτα σχεδιάζονται ώστε να είναι διαλυτά αλλά να αντιδρούν με το ασβέστιο του «φρέσκου» τσιμέντου ούτως ώστε να παρέχουν αδάλυτο υλικό απορροφώμενο στις επιφάνειες των τριχοειδών ρηγματώσεων. Μετά την ξήρανση των τριχοειδών πόρων η υδροφοβική επίστρωση παρεμποδίζει την είσοδο νερού στους πόρους με εισφόρηση, πλην όμως η αντίσταση που δημιουργείται είναι περιορισμένη και εξαρτάται απο την υδροστατική πίεση του ενεργούντος νερού, την ποιότητα του σκυροδέματος και την αποτελεσματικότητα του προσμίκτου.4. Χρήση 4.1 Δοσολογία Εξαρτάται από τον τύπο του στεγανοποιητικού προσμίκτου. Οι τιμές που αναφέρονται στην συνέχεια πρέπει να θεωρηθούν ενδεικτικές. Οι αναλογίες των μειωτών νερού (WRA) κυμαίνονται μεταξύ 0,2 και 2,0% κατά βάρος του τσιμέντου, των δε υδροφοβικών προσμίκτων από 1,0 έως 2,0%. Τα εμφρακτικά πόρων (pore blockers) προστίθενται σε αναλογία 5 – 10% κ.β. του τσιμέντου (η αναλογία συνήθως εκφράζεται ανά m3 σκυροδέματος).-2-4.2 Επιλογή προσμίκτου Ακόμη και αν δεν προβλέπεται πρόσμικτο μείωσης νερού (WRA) για άλλους λόγους, στις περιπτώσεις που επιδιώκεται μείωση της διαπερατότητας του σκυροδέματος, η χρήση του είναι επιβεβλημένη, προκειμένου ο υδατοτσιμεντοσυντελεστής να περιορισθεί σε τιμές μικρότερες του 0,45 ή ακόμη και μικρότερες του 0,40. Τα υδροφοβικά πρόσμικτα είναι αρκούντως αποτελεσματικά στην μείωση της επιφανειακής απορρόφησης νερού υπό χαμηλή υδροστατική πίεση και σε θέσεις διαδοχικής ύγρανσης - ξήρανσης. Η αποφυγή διαδοχικών κύκλων επιφανειακής ύγρανσης/αποξήρανσης του σκυροδέματος μπορεί να μειώσει ουσιαστικά την αρχική εισχώρηση χλωρίου και την συγκέντρωσή του στις επιφανειακές στοιβάδες, πράγμα που συνιστά βασική προϋπόθεση για την μείωση της διάχυσης των χλωριόντων στην μάζα του σκυροδέματος. Στις περιπτώσεις έκθεσης του σκυροδέματος σε μόνιμη υδροστατική πίεση ή στις περιπτώσεις έκθεσής του σε υψηλές πιέσεις είναι περισσότερο αποτελεσματική η χρήση προσμίκτου έμφραξης πόρων (εμφρακτικού) ή προσμίκτου συνδυασμένης δράσης. 4.3 Τύπος τσιμέντου Τα πρόσμικτα μείωσης διαπερατότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν με όλα τα τσιμέντα που αναφέρονται στο πρότυπο ΕΝ 197-1, συμπεριλαμβανομένων των μιγμάτων ποζολανών με τσιμέντο CEM 1. Επισημαίνονται πάντως ότι στις περιπτώσεις αναμεμειγμένων τσιμέντων (blended) και τσιμέντων ανθεκτικών στα θειϊκά αναμένεται ελαφρώς μεγαλύτερη επιβράδυνση πήξης. 4.4 Υπερδοσολογία Εξαρτάται από τον τύπο του προσμίκτου που χρησιμοποιείται και σε κάθε περίπτωση πρέπει να ελέγχονται τα στοιχεία που παρέχει ο παραγωγός του υλικού. Στις περιπτώσεις προσθήκης ανοργάνων πληρωτικών (fillers) η αύξηση της ποσότητος οδηγεί συνήθως στην μείωση του εργασίμου. Οι οργανικής βάσης μειωτές διαπερατότητας συχνά έχουν και αερακτική δράση και σε μεγάλη περιεκτικότητα μπορούν να οδηγήσουν σε μείωση της συνολικής ενυδάτωσης του τσιμέντου λόγω περιορισμού των ενεργών επιφανειών. Τα εν λόγω φαινόμενα μπορούν να έχουν ως αποτέλεσμα την προοδευτική μείωση των ανοχών, όταν η δοσολογία υπερβαίνει τα όρια που καθορίζονται από τους παραγωγούς των υλικών.5. Επιπτώσεις στα χαρακτηριστικά του σκυροδέματος 5.1 Αντοχή Τα πρόσθετα μείωσης διαπερατότητας που εντάσσονται στην κατηγορία των μειωτών νερού αυξάνουν την θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος ως άμεσο αποτέλεσμα της μείωσης του υδατοτσιμεντοσυντελεστή. Εκείνα που εντάσσονται στην κατηγορία των υδροφοβικών και των οργανικών εμφρακτικών πόρων μπορεί να έχουν επιπτώσεις στην ύγρανση των επιφανειών του τσιμέντου κατά τα πρώιμα στάδια της ενυδάτωσης, με αποτέλεσμα μικρή μείωση της αντοχής.-3-Τα ανόργανα εμφρακτικά πόρων συνήθως δεν επηρεάζουν την αντοχή ή την αυξάνουν ελαφρώς. Ορισμένα οργανικά πρόσμικτα μπορούν να οδηγήσουν σε αύξηση του εμπεριεχομένου αέρα κατά 1-2% (αερακτική δράση), με αποτέλεσμα μείωση της θλιπτικής αντοχής έως 10%. Ωστόσο, αυτό κανονικά αντισταθμίζεται από την μείωση του υδατοτσιμεντοσυντελεστή που επέρχεται από την χρήση των προσμίκτων αυτών (εγγενής ιδιότητα). 5.2 Εργασιμότητα Τα περισσότερα πρόσμικτα μείωσης διαπερατότητας κυκλοφορούν με σύνθεση που προσδίδει και κάποιες ιδιότητες μειωτή νερού. Εάν λοιπόν ληφθούν υπόψη οι οδηγίες του παραγωγού όσον αφορά την μείωση του νερού, τα συγκεκριμένα πρόσμικτα ελάχιστα θα επηρεάσουν την εργασιμότητα του σκυροδέματος 5.3 Μείωση κάθισης Γενικώς η κάθιση θα είναι αμετάβλητη εν σχέσει προς ανάμιγμα αναφοράς με τον ίδιο υδατοτσιμεντοσυντελεστή και την ίδια εργασιμότητα. 5.4 Χρόνος πήξης Ο χρόνος πήξης σκυροδέματος με πρόσμικτα μείωσης διαπερατότητας δεν διαφοροποιείται ουσιαστικά έναντι απλού σκυροδέματος αναφοράς υπό θερμοκρασία 15-25 °C. Σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και ιδιαίτερα όταν χρησιμοποιούνται πρόσθετα μερικής υποκατάστασης του τσιμέντου CEM I, ο χρόνος αυτός μπορεί να επιμηκυνθεί. Το αυτό συμβαίνει με υψηλή δοσολογία υδροφοβικού τύπου προσμίκτων, ακόμη και σε συνήθεις θερμοκρασίες (15-25°C). 5.5 Περιεκτικότητα σε αέρα Τα μειωτικά διαπερατότητας με βάση υδροφοβικά συστατικά ή γαλακτώματα έχουν την τάση να αυξάνουν τον εμπεριεχόμενο αέρα. Η σύστασή τους είναι συνήθως τέτοια ώστε υπό κανονική δοσολογία να προσδίδουν ποσοστά εμπεριεχομένου αέρα της τάξης του 1,0 - 2,0%. Ωστόσο σε υψηλότερες δοσολογίες ή στην περίπτωση συνεκτικών σκυροδεμάτων το ποσοστό αυτό μπορεί να αυξηθεί. 5.6 Ανθεκτικότητα Τα μειωτικά διαπερατότητας συνεισφέρουν στην βελτίωση της ανθεκτικότητας διαμέσου της μείωσης εισχώρησης νερού και, ως εκ τούτου, διαφόρων υδατοδιαλυτών δραστικών ενώσεων, όπως χλωρικών και θειικών, που άλλως θα οδηγήσουν ταχύτερα σε φθορές και υποβάθμιση της κατασκευής. Ένα κατ’ εξοχήν σημαντικό χαρακτηριστικό είναι η ικανότητα μείωσης της επιφανειακής απορρόφησης νερού. Με τον τρόπο αυτό παρεμποδίζεται ο επιδερμικός κορεσμός και μειώνεται η συγκέντρωση αλάτων στις περιοχές που υπόκεινται σε εναλλασσόμενη ύγρανση/ξήρανση. Έχει αποδειχθεί ότι η απορρόφηση του τύπου αυτού αποτελεί κρίσιμο παράγοντα για την φθορά και υποβάθμιση των κατασκευών.-4-