Pigmenti di ossido di ferro e idratazione del cemento: effetti sui tempi di presa e sulla resistenza

In breve: Il pigmento ossido di ferro è una polvere fine e le polveri fini competono con tutti gli altri componenti nella miscela di calcestruzzo per l’acqua e gli additivi. Nella maggior parte degli impianti, l’effetto sui tempi di presa e sulla resistenza a 28 giorni è minimo e viene erroneamente attribuito al pigmento, mentre la vera causa risiede altrove. Eseguire una miscela di riferimento e una miscela colorata utilizzando lo stesso cemento, lo stesso rapporto acqua/cemento e le stesse condizioni di maturazione, quindi confrontare i tempi di presa e i risultati dei provini cubici. Questa singola coppia di miscele risponde alla domanda che il cliente si pone realmente.

Un impianto di betonaggio cambia colore di venerdì e i provini cubici restituiscono valori bassi di resistenza martedì. Il pigmento viene subito incolpato, poiché è l’unico elemento il cui cambiamento è visibile. A volte questa accusa è giustificata; spesso non lo è.

Questo è ciò che effettivamente accade nel miscelatore quando si aggiunge il colore.

Il pigmento è una seconda polvere in un sistema già affollato

I granuli di cemento si idratano e, nel farlo, assorbono acqua e rilasciano calore. L'ossido di ferro rosso (Fe2O3) non fa né l'una né l'altra cosa. È chimicamente inerte in un sistema a base di cemento Portland, motivo per cui mantiene il colore per decenni.

Ciò che invece aggiunge è superficie. Un pigmento, alla tipica concentrazione usata per colorare integralmente il calcestruzzo, introduce un elevato numero di particelle estremamente fini. Queste particelle richiedono acqua, e la richiedono proprio nel momento in cui l'impasto è ancora plastico. Il risultato è generalmente un lieve aumento della richiesta d'acqua e un impasto plastico che risulta leggermente più rigido allo stesso valore di slump.

Esiste un secondo effetto che può sorprendere gli impianti di produzione. Le superfici delle particelle fini del pigmento possono assorbire parte dell'additivo antigelo o riduttore d'acqua prima che quest'ultimo raggiunga il cemento. La dose indicata sulla scheda di produzione è comunque presente nel tamburo; tuttavia, una quantità minore di tale additivo svolge effettivamente la propria funzione.

Il primo segnale si manifesta sul tempo di presa

L’indurimento è un evento termico e chimico. Il silicato tricalcico (C3S, la fase principale responsabile della resistenza nel cemento Portland) inizia a reagire e la pasta si indurisce. Qualsiasi fattore che rallenti l’accesso dell’acqua ai granuli di cemento sposta tale curva verso destra.

Nella pratica, una miscela pigmentata tende spesso a indurirsi leggermente più tardi rispetto al campione di riferimento. Un ritardo di dieci o venti minuti è comune e di solito innocuo. Ciò che conta è se lo spostamento è costante e se aumenta all’aumentare della dose di pigmento.

Due metodi consentono di risolvere la questione. L’ago Vicat (ASTM C191, prova di penetrazione su pasta) fornisce un valore numerico preciso in laboratorio. Il metodo della resistenza alla penetrazione (ASTM C403, sonda inserita in una malta setacciata) funziona meglio su una miscela reale contenente aggregati. Entrambi i metodi, eseguiti su un campione di riferimento e su uno pigmentato provenienti dallo stesso lotto di cemento, indicano l’entità dello spostamento.

Separare il pigmento da tutti gli altri componenti

La perdita di resistenza ha molte cause: variazioni nel lotto di cemento, umidità degli aggregati, tolleranze nella dosatura, maturazione e temperatura di getto influiscono tutti sul risultato. Se si modifica contemporaneamente sia il pigmento sia la miscela, non si ottiene alcuna informazione utile.

Mantenere il campione di riferimento affidabile: stesso silo di cemento, stessa riserva di aggregati, stesso rapporto acqua/cemento (w/c, ovvero il peso dell’acqua diviso il peso del cemento), stesso lotto di additivi. Modificare esclusivamente il pigmento. Realizzare provini cilindrici da entrambe le miscele, maturarli affiancati e determinarne la resistenza a 7 e a 28 giorni secondo la norma ASTM C39.

Se la miscela con pigmento mostra resistenze inferiori al campione di riferimento a entrambe le età e lo scarto aumenta, si ha un effetto reale e la prima variabile da verificare è la dose di pigmento. Se invece i valori delle due miscele rientrano nella dispersione tipica dei propri test, il pigmento non è la causa del problema e occorre indagare su maturazione e umidità.

Siate onesti anche riguardo alla dispersione. Due cilindri non costituiscono una prova. Gli impianti di betonaggio che discutono di mezzo megapascal basandosi su singoli cubetti stanno di solito discutendo del rumore di fondo.

Tre aspetti più importanti del colore

Dosiare il pigmento in base al peso, non con il cucchiaio. Un pigmento pesato con precisione al chilogrammo più vicino per una partita da 2 metri cubi è accettabile. Un pigmento aggiunto a colpo d’occhio con la pala non lo è, e le variazioni cromatiche conseguenti vengono spesso attribuite erroneamente al fornitore.

Tempo di dispersione. Un pigmento aggiunto alla fine del ciclo e scaricato trenta secondi dopo non si disperde mai correttamente. Si ottengono striature e una miscela che si comporta diversamente rispetto a quella testata in laboratorio. Concedetegli un intervallo completo di miscelazione e osservatene lo scarico.

Maturazione, sempre. Il calcestruzzo colorato viene valutato sulla superficie, ed è proprio sulla superficie che gli effetti della maturazione appaiono per primi. Una soletta pigmentata che si asciuga precocemente appare chiazzata e viene spesso interpretata come difetto del pigmento. In genere non lo è.

Dove l’impianto commette quasi sempre un errore è proprio qui, in questi tre punti, e non nel tamburo del pigmento.

Una prova che risponde alla domanda con un’unica colata

1. Preleva il numero di lotto del cemento che utilizzerai effettivamente in produzione e mantieni sia la miscela di riferimento sia quella sperimentale su quel medesimo lotto.
2. Fissa in anticipo, sulla carta, il rapporto acqua-cemento e il dosaggio dell’additivo, e annota il valore di abbassamento desiderato.
3. Prepara una miscela di riferimento senza pigmento. Realizza provini cilindrici e rileva il tempo di presa con il cono di Vicat o con una prova di penetrazione.
4. Prepara la miscela colorata alla dose prevista per la produzione. Utilizza lo stesso cemento, gli stessi aggregati e lo stesso rapporto acqua-cemento. Realizza i provini e rileva i dati nello stesso modo.
5. Registra l’abbassamento per entrambe le miscele. Se la richiesta d’acqua è variata, annota la quantità aggiuntiva di acqua o di additivo necessaria per raggiungere nuovamente l’abbassamento target.
6. Rottura dei provini cilindrici a 7 e a 28 giorni. Conserva i risultati insieme ai registri di produzione, non su un quaderno personale.
7. Se in produzione utilizzi più di una dose di pigmento, ripeti la prova anche alla dose massima prevista. L’effetto è infatti dipendente dalla dose.
8. Conservare un campione conservato del lotto di pigmento (il campione approvato tenuto a confronto) e del lotto di cemento insieme, in modo che l’argomentazione dell’anno prossimo abbia prove a sostegno.

Ciò che il fornitore di pigmenti deve a voi in questo caso

Un fornitore di pigmenti non può dirvi come il suo prodotto si comporta nel vostro miscelatore. Può dirvi quali componenti lo costituiscono e può fornirvi lo stesso prodotto lotto dopo lotto, in modo che la vostra prova rimanga valida.

Producciamo pigmenti a base di ossido di ferro da 26 anni, realizzando tonalità rosse (Fe2O3), gialle (α-FeOOH), nere (Fe3O4), marroni e verdi e blu composite per calcestruzzo, malta, asfalto, rivestimenti, plastica e gomma. Il nostro ordine minimo è di 1 tonnellata (1.000 kg); le quantità per prove possono essere prelevate dallo stesso lotto produttivo cui fa riferimento il preventivo, con numero di lotto e certificato di analisi forniti contestualmente.

Se si sta cercando di ottenere un determinato tempo di presa o una specifica resistenza su una miscela colorata, inviarci la composizione della miscela e il lotto di cemento in uso. Abbiamo provvederemo ad abbinare il lotto del pigmento a tale miscela, in modo che l’unico fattore variabile nel vostro test sia quello che intendevate effettivamente valutare.

Contatto: [email protected] | +86-13400211655