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38.3 Ci Sono Anch'io - Estel 1000 nel trattamento del cemento
09/05/14
Il cemento è qualcosa che viene visto
con fastidio nel mondo del restauro, e non a torto.
E’ innanzitutto eccessivamente
resistente, e in caso di movimenti (della struttura, per dilatazione/contrazione
termica,….), tende a spaccare la pietra o gli intonaci circostanti.
Inoltre contiene del sale (solfato di
calcio, ossia gesso), che migra nel materiale adiacente innescando un ulteriore
degrado; infatti, la porosità del cemento è inferiore a quella degli intonaci
e, spesso, anche di quella della pietra. Quindi i Sali tendono ad accumularsi
all’esterno della malta cementizia; tipica è l’efflorescenza bianca sulle
cortine murarie adiacente alle fughe. Se i problemi inerenti l’uso del cemento
sono stati compresi, e oggi in linea di massima si utilizzano malte idrauliche
desalinizzate (Lafarge o, per le iniezioni, quelle della linea PLM), non
possiamo dimenticare il sempre più frequente intervento su opere costituite
da cemento, ovvero sulla cosiddetta “pietra artificiale”.
Nata nella seconda metà dell’Ottocento, in parallelo allo sviluppo dell’industria del cemento, per imitare la pietra, era costituita da un impasto a base di cemento, sabbia e graniglia di pietra, miscelato con acqua.
Abili artigiani ottenevano, attraverso l’uso di pigmenti in polvere o di inerti del giusto colore, malte cromaticamente identiche al materiale lapideo da imitare, e ancor oggi non facili da riconoscere. L’uso della pietra artificiale si diffuse rapidamente, perché consentiva di ottenere con costi nettamente inferiori, elementi decorativi e sculture con un’ottima imitazione delle pietre naturali. Un ottimo testo che descrive questa tecnica [1] è disponibile nel nostro catalogo.
Il cemento, infatti, offriva indubbi vantaggi rispetto alle malte di calce aerea, che indurivano in maniera disuniforme dall’esterno verso l’interno ed in tempi piuttosto lunghi; il cemento dava invece origine a malte che indurivano in maniera omogenea in tutto il loro spessore, rendendo molto solido e resistente il manufatto. Il punto critico risiedeva nella durabilità di questo materiale, che non può essere certo paragonata a quella di una pietra naturale. Infatti, a distanza di un secolo molte di queste opere presentano un degrado tale da richiedere un intervento di restauro, e qui arriviamo al punto: qual è il miglior consolidante per il cemento? Data la bassa porosità della malta cementizia i classici consolidanti polimerici rischiano di non avere una penetrazione soddisfacente, anzi, di intrappolare i sali ancora presenti sotto ad una pellicola impermeabile, con effetti a breve termine ancora peggiori. Sappiamo che il silicato d’etile è stato utilizzato, con risultati anche buoni, ma è necessaria una maggiore comprensione del fenomeno.
Ci può aiutare in questo uno studio della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Bologna, partito con la caratterizzazione dei materiali (silicato d’etile Estel 1000, calce, e miscele dei due prodotti, stagionati a diverse RH%, dopo 2 mesi e dopo un anno dalla loro preparazione), seguita dalla valutazione degli effetti sul cemento.
Obiettivo della ricerca era capire se con l’applicazione dei prodotti si forma la cosiddetta fase C-S-H (Calcium-Silicate-Hydrate), ossia il materiale che costituisce la “colla” del cemento. In una prima parte dello studio [2], sono stati caratterizzati i materiali tramite analisi XRF, FTIR e TGA, arrivando alla conclusione che il silicato d’etile sembra avere un effetto pozzolanico, con formazione della fase C-S-H, e quindi può rimpiazzare la “colla” perduta nei processi di degrado del cemento.
Nella seconda parte dello studio [3], che ha visto i ricercatori italiani affiancati da studiosi svizzeri, il silicato d’etile è stato applicato su due tipologie di malta cementizia, con identico inerte e normale cemento portland, ma con differente quantità di acqua, descritti nella tabella sottostante.
0,45_35% 0,65_35%
Rapporto acqua/cemento (w/c) 0,45 0,65
Contenuto di cemento (Kg/m2) 330 275
Contenuto d’aria (vol %) 2,0 2,5
Resistenza a compressione dopo 28 gg (MPa) 52,5 31,0
I provini di cemento, una volta stagionati, sono stati trattati con Estel 1000: quello più debole e poroso (0,65) ha assorbito maggiori quantità di silicato di etile.
Sono stati rilevati vari parametri, di cui riportiamo per semplicità solo i due che ci sembrano più rilevanti.
Si ha una riduzione della profondità di carbonatazione, che è uno degli indici del degrado di un cemento, come evidenziato nella tabella sottostante. Naturalmente il cemento più poroso (0,65), subisce comunque una carbonatazione, nonostante il trattamento.
Tipo di cemento ------> 0,45_35% 0,65_35%
non trattato Trattato con Estel 1000 non trattato Trattato con Estel 1000
Profondità di 3,0 0,0 9,1 3,5
carbonatazione (mm)
Si ha una riduzione della penetrazione dei cloruri. Dalla tabella riassuntiva si osserva come si ha una effettiva, fortissima riduzione della profondità di penetrazione dei cloruri nel cemento trattato con Estel 1000.
Tipo di cemento ------> 0,45_35% 0,65_35%
Profondità di non trattato Trattato con Estel 1000 non trattato Trattato con Estel 1000
penetrazione (mm)
Media 11.6 0.25 41.2 0.75
Massima 15.0 1.0 47.5 1.5
Conclusioni
L’applicazione di Estel 1000 dà luogo a silice, che si lega al calcio presente dando la fase SCH. La reazione avviene in prevalenza nei pori più fini, lasciado aperta la permeabilità al vapor d’acqua, e riducendo sensibilmente fattori di degrado quali la profondità di carbonatazione e di penetrazione dei cloruri. Tutti i risultati indicano l’azione positiva del silicato d’etile Estel 1000 su malte cementizie.
Bibliografia
1. Cavallini M., Cimenti C.; “Marmi e pietre artificiali – Manuale per la realizzazione e il restauro delle decorazioni plastico-architettoniche di esterni e interni”, Alinea (2000).
2. Sandolini F., Franzoni E., Pigino B.; “Ethyl Silicate for Surface Treatment of Concrete. Part I: Pozzolanic Effect of Ethyl Silicate” Cement & Concrete Composites, DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2011.12.003
3. Pigino B., Leemann A., Franzoni E., Lura P.; “Ethyl silicate for surface treatment of concrete. Part II: characteristics and performance”. Cement & Concrete Composites, 2011.
Nata nella seconda metà dell’Ottocento, in parallelo allo sviluppo dell’industria del cemento, per imitare la pietra, era costituita da un impasto a base di cemento, sabbia e graniglia di pietra, miscelato con acqua.
Abili artigiani ottenevano, attraverso l’uso di pigmenti in polvere o di inerti del giusto colore, malte cromaticamente identiche al materiale lapideo da imitare, e ancor oggi non facili da riconoscere. L’uso della pietra artificiale si diffuse rapidamente, perché consentiva di ottenere con costi nettamente inferiori, elementi decorativi e sculture con un’ottima imitazione delle pietre naturali. Un ottimo testo che descrive questa tecnica [1] è disponibile nel nostro catalogo.
Il cemento, infatti, offriva indubbi vantaggi rispetto alle malte di calce aerea, che indurivano in maniera disuniforme dall’esterno verso l’interno ed in tempi piuttosto lunghi; il cemento dava invece origine a malte che indurivano in maniera omogenea in tutto il loro spessore, rendendo molto solido e resistente il manufatto. Il punto critico risiedeva nella durabilità di questo materiale, che non può essere certo paragonata a quella di una pietra naturale. Infatti, a distanza di un secolo molte di queste opere presentano un degrado tale da richiedere un intervento di restauro, e qui arriviamo al punto: qual è il miglior consolidante per il cemento? Data la bassa porosità della malta cementizia i classici consolidanti polimerici rischiano di non avere una penetrazione soddisfacente, anzi, di intrappolare i sali ancora presenti sotto ad una pellicola impermeabile, con effetti a breve termine ancora peggiori. Sappiamo che il silicato d’etile è stato utilizzato, con risultati anche buoni, ma è necessaria una maggiore comprensione del fenomeno.
Ci può aiutare in questo uno studio della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Bologna, partito con la caratterizzazione dei materiali (silicato d’etile Estel 1000, calce, e miscele dei due prodotti, stagionati a diverse RH%, dopo 2 mesi e dopo un anno dalla loro preparazione), seguita dalla valutazione degli effetti sul cemento.
Obiettivo della ricerca era capire se con l’applicazione dei prodotti si forma la cosiddetta fase C-S-H (Calcium-Silicate-Hydrate), ossia il materiale che costituisce la “colla” del cemento. In una prima parte dello studio [2], sono stati caratterizzati i materiali tramite analisi XRF, FTIR e TGA, arrivando alla conclusione che il silicato d’etile sembra avere un effetto pozzolanico, con formazione della fase C-S-H, e quindi può rimpiazzare la “colla” perduta nei processi di degrado del cemento.
Nella seconda parte dello studio [3], che ha visto i ricercatori italiani affiancati da studiosi svizzeri, il silicato d’etile è stato applicato su due tipologie di malta cementizia, con identico inerte e normale cemento portland, ma con differente quantità di acqua, descritti nella tabella sottostante.
0,45_35% 0,65_35%
Rapporto acqua/cemento (w/c) 0,45 0,65
Contenuto di cemento (Kg/m2) 330 275
Contenuto d’aria (vol %) 2,0 2,5
Resistenza a compressione dopo 28 gg (MPa) 52,5 31,0
I provini di cemento, una volta stagionati, sono stati trattati con Estel 1000: quello più debole e poroso (0,65) ha assorbito maggiori quantità di silicato di etile.
Sono stati rilevati vari parametri, di cui riportiamo per semplicità solo i due che ci sembrano più rilevanti.
Si ha una riduzione della profondità di carbonatazione, che è uno degli indici del degrado di un cemento, come evidenziato nella tabella sottostante. Naturalmente il cemento più poroso (0,65), subisce comunque una carbonatazione, nonostante il trattamento.
Tipo di cemento ------> 0,45_35% 0,65_35%
non trattato Trattato con Estel 1000 non trattato Trattato con Estel 1000
Profondità di 3,0 0,0 9,1 3,5
carbonatazione (mm)
Si ha una riduzione della penetrazione dei cloruri. Dalla tabella riassuntiva si osserva come si ha una effettiva, fortissima riduzione della profondità di penetrazione dei cloruri nel cemento trattato con Estel 1000.
Tipo di cemento ------> 0,45_35% 0,65_35%
Profondità di non trattato Trattato con Estel 1000 non trattato Trattato con Estel 1000
penetrazione (mm)
Media 11.6 0.25 41.2 0.75
Massima 15.0 1.0 47.5 1.5
Conclusioni
L’applicazione di Estel 1000 dà luogo a silice, che si lega al calcio presente dando la fase SCH. La reazione avviene in prevalenza nei pori più fini, lasciado aperta la permeabilità al vapor d’acqua, e riducendo sensibilmente fattori di degrado quali la profondità di carbonatazione e di penetrazione dei cloruri. Tutti i risultati indicano l’azione positiva del silicato d’etile Estel 1000 su malte cementizie.
Bibliografia
1. Cavallini M., Cimenti C.; “Marmi e pietre artificiali – Manuale per la realizzazione e il restauro delle decorazioni plastico-architettoniche di esterni e interni”, Alinea (2000).
2. Sandolini F., Franzoni E., Pigino B.; “Ethyl Silicate for Surface Treatment of Concrete. Part I: Pozzolanic Effect of Ethyl Silicate” Cement & Concrete Composites, DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2011.12.003
3. Pigino B., Leemann A., Franzoni E., Lura P.; “Ethyl silicate for surface treatment of concrete. Part II: characteristics and performance”. Cement & Concrete Composites, 2011.
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