5  Gli additivi
Gli additivi sono dei prodotti chimici che vengono aggiunti per migliorare le caratteristiche del calcestruzzo. In generale il miglioramento conseguito con l’additivo può essere realizzato variando la composizione del calcestruzzo o la sua tecnologia di esecuzione ma l’aggiunta di additivi trova giustificazione nel fatto che il miglioramento di una caratteristica del calcestruzzo deve risultare più vantaggiosa, dal punto di vista economico, rispetto altre soluzione.

Gli additivi in commercio sono numerosi e sono costituiti generalmente da uno o più principi attivi diluiti in acqua con l’aggiunta di ingredienti secondari come stabilizzanti e antischiuma. A seconda della loro funzione possono essere classificati in:

In Italia la normativa di riferimento è la UNI 7101 e UNI 8145 che classificano e definiscono i limiti di accettazione degli additivi. Le UNI 7107 e UNI 7108 sono state, invece, sostituite dalla UNI 10765 che prevede, per i soli prodotti fluidificanti-ritardanti o fluidificanti-acceleranti, nuove classificazioni. La presente norma, infatti, definisce gli additivi multifunzionali usati nel calcestruzzo, indicando i relativi requisiti e i criteri di conformità.

Gli additivi vengono aggiunti al calcestruzzo nelle centrali di betonaggio o a piè d’opera. E’ importante curare la miscelazione del prodotto dopo l’inserimento dell’additivo in modo da garantire la massima omogeneità del conglomerato; in caso contrario si potrebbero verificare sovradosaggi in alcune parti e carenze in altre.
 
 

    5.1 Additivi fluidificanti
Gli additivi fluidificanti sono stati i primi ad essere utilizzati con il calcestruzzo; questi aggiunti al conglomerato determinano un aumento di lavorabilità a parità di rapporto acqua/cemento, Di solito questi materiali sintetici sono costituiti da sostanze polimeriche idrosolubili capace di aderire ai granuli di cemento anidro con il risultato che le particelle di cemento vengono disperse all’interno dell’impasto. L’incremento di lavorabilità in termine di slump (UNI 9418) è dell’ordine di 5-10 cm, mentre la riduzione del rapporto acqua/cemento è del 5-10 %. Poiché le qualità del calcestruzzo vengono notevolmente migliorate con l’aggiunta dei fluidificanti questi additivi vengono largamente utilizzati. Chimicamente possono essere classificati in tre gruppi in base al loro componente principale: Ciascuno di essi può anche contenere, come componenti secondari, altri prodotti che conferiscono all’additivo fluidificante altre funzione come accelerante o ritardante.

I lignisolfonati sono i più usati. La loro azione è la seguente: il lignisolfonato ricopre la superficie dei granuli di cemento formando una pellicola che modifica il potenziale elettrico e genera un effetto repulsivo tra le particelle del cemento e quindi una maggiore dispersione.
 

    5.2 Additivi superfluidificanti
Per ottenere una riduzione maggiore dell’acqua di impasto si possono utilizzare altri prodotti di origine sintetica: i superfluidificanti. La riduzione del rapporto acqua/cemento può arrivare con questi prodotti fino al 35-40 %. I principali prodotti chimici sui quali si basa la maggior parte dei superfluidificanti sono polimeri solfonati di sintesi tra i quali i più importanti sono:
Figura 5.1: Formula chimica degli additivi: a) copolimero acrilico - carbossilico; b) trimelammina solfonata polimerizzata con formaldeide; c) naftalene solfonato polimerizzato con formaldeide

Con l’impiego di additivi superfluidificanti diventa possibile produrre calcestruzzi molto fluidi (slump fino a 20 cm) e quindi molto facili da lavorare ma senza incrementare il rapporto acqua/cemento che comporterebbe un peggioramento delle caratteristiche del conglomerato cementizio.

Il meccanismo d’azione di questi additivi, come quelli fluidificanti, è basato su un potere disperdente dei granuli di cemento. In assenza di superfluidificanti i granuli di cemento nell’impasto fresco si attirano e tendono a formare agglomerati molto ingombranti e poco mobili perché possiedono cariche elettriche di segno opposto causate dalle frattura delle particelle di clinker durante la macinazione. Con l’aggiunta di questi additivi le particelle di cemento che formano gli agglomerati tendono a respingersi formando una struttura notevolmente più mobile e quindi più lavorabile. L‘azione disperdente è creata dalla repulsione elettrostatica dei granuli del cemento caricati tutti negativamente dopo il contatto con l’additivo.
 
 

    5.3 Additivi acceleranti
Gli additivi acceleranti hanno la proprietà di aumentare la velocità di idratazione del cemento e di ridurre i tempi di presa o di indurimento. Gli acceleranti di presa diminuiscono il tempo di presa mentre quelli di indurimento determinano un aumento della resistenza meccanica iniziale. I più importanti tranne, qualche eccezione, sono gli acceleranti di indurimento. Questi permettono di ottenere a breve termine elevate resistenza del calcestruzzo e, indirettamente, consentono di ovviare gli inconvenienti delle basse temperature; per questo motivo vengono denominati impropriamente additivi antigelo.

L’additivo di indurimento più utilizzato è il cloruro di calcio (). La presenza di rilevanti quantità di cloruro nel calcestruzzo armato e, soprattutto, nel precompresso può favorire l’innesco di fenomeni corrosivi nelle armature. Questo inconveniente non lo rende molto adatto alla sua funzione primaria.

Figura 5.2: Effetto del  sull'idratazione del cemento
       
Molti altri prodotti sono stati provati al fine di trovare un prodotto accelerante che non provocasse rischi di corrosione del cloruro di calcio. Particolarmente impiegato nella pratica corrente è la trietanolammina () e il formiato di calcio ().

L’effetto accelerante può portare però ad alcuni problemi. Il riscaldamento eccessivo provocato dall’aumento della velocità di idratazione può determinare la fessurazione della struttura perché a causa dell’impedimento dell’espansione termica il calcestruzzo viene sottoposto ad una sollecitazione a compressione compensata solo da uno scorrimento viscoso. L’aumento di calore repentino favorisce anche l’eliminazione dell’acqua contenuta nel getto e quindi a un eccessivo ritiro.

La velocità di sviluppo dei cristalli di idratazione comportano la formazione di strutture microcristalline più disordinata e, quindi, alle lunghe scadenze il calcestruzzo presenta una velocità di incremento delle reazioni meccaniche minori di un conglomerato non additivato.

Questi problemi spiegano perché gli acceleranti vengono utilizzati sono in presenza di particolari condizioni come, ad esempio, quando la temperatura al momento del getto è particolarmente bassa in modo che vengano garantite nel più breve tempo possibile resistenze meccaniche sufficienti da resistere agli inconvenienti del gelo.

    5.4 Additivi ritardanti
L’aggiunta di additivi ritardanti ha lo scopo di rallentare la presa del cemento, per conservare più a lungo la lavorabilità e consentire quindi un trasporto del calcestruzzo a lunga distanza. Naturalmente il ritardo nell’idratazione del cemento determina una bassa resistenza del calcestruzzo alle brevi stagionature mentre a lungo termine (oltre 28 giorni) si manifesta un aumento delle resistenza meccaniche rispetto impasti non additivati. Questo fenomeno è spiegato dalla possibilità che ha il calcestruzzo di formare una strutture cristallina più ordinata che determina una maggiore compattezza a lungo termine.

Le sostanze utilizzate come additivi ritardanti sono: glucosio, saccarosio, fosfati, glicerina, fosfati, ecc.

    5.5 Additivi aeranti
Gli additivi aeranti sono aggiunti al calcestruzzo per migliorare la resistenza ai cicli gelo-disgelo attraverso la formazione di un sistema di microcavità poste all’interno del conglomerato.

Sono prodotti costituiti da sostanze di origine naturale o di sintesi che possiedono notevoli caratteristiche tensioattive. La loro aggiunta durante la miscelazione del calcestruzzo deteminano l'inglobamento di bollicine d'aria della dimensione dai 50 ai 250 micron. L’aumento di volume che si verifica nella solidificazione dell’acqua contenuta nei poro capillari della pasta cementizia provoca un aumento di pressione nell’acqua non ancora congelata causando un degrado del materiale. La presenza di microcavità d’aria consente di scaricare le pressioni idrauliche grazie al trasporto di acqua dai pori capillari alle microbolle.

Oltre alla funzione principale l’aria all’interno del calcestruzzo influisce, però, negativamente sulle resistenze meccaniche che registrano una leggera riduzione. Questo effetto è compensato in parte da una diminuzione dell’acqua di impasto determinato dalla presenza di numerose particelle deformabili: le bollicine.