1. La necessità di trattenere l'acqua
Tutti i tipi di sottofondo che richiedono malta per la costruzione presentano un certo grado di assorbimento d'acqua. Dopo che lo strato di base assorbe l'acqua contenuta nella malta, la sua capacità di adesione si deteriora e, nei casi più gravi, il materiale cementizio nella malta non si idrata completamente, con conseguente riduzione della resistenza, in particolare della resistenza interfacciale tra la malta indurita e lo strato di base, causando crepe e distacchi della malta. Se la malta per intonaco ha un'adeguata capacità di ritenzione idrica, non solo migliora efficacemente le prestazioni di adesione, ma impedisce anche all'acqua presente nella malta di essere assorbita dallo strato di base, garantendo una sufficiente idratazione del cemento.
2. Problemi con i metodi tradizionali di ritenzione idrica
La soluzione tradizionale consiste nell'inumidire la base, ma è impossibile garantire un'idratazione uniforme. L'obiettivo ideale per l'idratazione della malta cementizia sulla base è che il prodotto di idratazione del cemento assorba acqua insieme alla base, penetri al suo interno e formi un'efficace "connessione a chiave" con la base, in modo da raggiungere la resistenza di adesione richiesta. Inumidire direttamente la superficie della base causerà una grave dispersione nell'assorbimento d'acqua a causa delle differenze di temperatura, tempo e uniformità di irrigazione. La base ha una minore capacità di assorbimento d'acqua e continuerà ad assorbire l'acqua presente nella malta. Prima che l'idratazione del cemento abbia inizio, l'acqua viene assorbita, compromettendo l'idratazione del cemento e la penetrazione dei prodotti di idratazione nella matrice; la base ha un elevato assorbimento d'acqua e l'acqua presente nella malta migra lentamente verso la base. Si forma persino uno strato ricco d'acqua tra la malta e la matrice, il che influisce negativamente sulla resistenza di adesione. Pertanto, l'utilizzo del comune metodo di irrigazione della base non solo non risolverà efficacemente il problema dell'elevato assorbimento d'acqua della base del muro, ma comprometterà anche la forza di adesione tra la malta e la base, provocando la formazione di vuoti e crepe.
3. Requisiti dei diversi tipi di malta per la ritenzione idrica
Di seguito vengono proposti i valori target di ritenzione idrica per le malte da intonaco utilizzate in una determinata area e in aree con condizioni di temperatura e umidità simili.
① Malta per intonaco ad alto assorbimento d'acqua
I substrati ad alto assorbimento d'acqua, rappresentati dal calcestruzzo aerato, che comprende vari pannelli divisori leggeri, blocchi, ecc., presentano le caratteristiche di un elevato assorbimento d'acqua e di una lunga durata. La malta per intonaco utilizzata per questo tipo di strato di base dovrebbe avere un tasso di ritenzione idrica non inferiore all'88%.
② Malta per intonaco a basso assorbimento d'acqua
I substrati a basso assorbimento d'acqua, come il calcestruzzo gettato in opera, i pannelli di polistirolo per l'isolamento delle pareti esterne, ecc., presentano un assorbimento d'acqua relativamente ridotto. La malta per intonaci utilizzata per tali substrati dovrebbe avere un tasso di ritenzione idrica non inferiore all'88%.
③Malta per intonaco a strato sottile
L'intonacatura a strato sottile si riferisce a una tecnica di intonacatura con uno spessore dello strato compreso tra 3 e 8 mm. Questo tipo di intonacatura, a causa del suo spessore ridotto, tende a disperdere umidità, compromettendone la lavorabilità e la resistenza. Per la malta utilizzata in questo tipo di intonacatura, il tasso di ritenzione idrica non deve essere inferiore al 99%.
④Strato spesso di malta per intonaco
L'intonacatura a strati spessi si riferisce a una tecnica di intonacatura in cui lo spessore di un singolo strato è compreso tra 8 mm e 20 mm. Questo tipo di intonacatura, grazie allo spessore dello strato, non disperde facilmente l'acqua, pertanto il tasso di ritenzione idrica della malta non deve essere inferiore all'88%.
⑤ Stucco resistente all'acqua
Lo stucco resistente all'acqua viene utilizzato come materiale di intonacatura ultrasottile, con uno spessore di applicazione generalmente compreso tra 1 e 2 mm. Tali materiali richiedono proprietà di ritenzione idrica estremamente elevate per garantirne la lavorabilità e la forza di adesione. Per gli stucchi, il tasso di ritenzione idrica non deve essere inferiore al 99%, e quello dello stucco per pareti esterne deve essere superiore a quello dello stucco per pareti interne.
4. Tipologie di materiali che trattengono l'acqua
etere di cellulosa
1) Etere di metilcellulosa (MC)
2) Etere di idrossipropilmetilcellulosa (HPMC)
3) Etere di idrossietilcellulosa (HEC)
4) Etere di carbossimetilcellulosa (CMC)
5) Etere di idrossietilmetilcellulosa (HEMC)
etere di amido
1) Etere di amido modificato
2) Etere di guar
Addensante minerale modificato a ritenzione idrica (montmorillonite, bentonite, ecc.)
In quinto luogo, quanto segue si concentra sulle prestazioni di vari materiali
1. Etere di cellulosa
1.1 Panoramica sull'etere di cellulosa
Il termine etere di cellulosa si riferisce in generale a una serie di prodotti formati dalla reazione della cellulosa alcalina con un agente eterificante in determinate condizioni. Si ottengono diversi eteri di cellulosa a seconda dell'agente eterificante utilizzato per sostituire la fibra alcalina. In base alle proprietà di ionizzazione dei suoi sostituenti, gli eteri di cellulosa possono essere suddivisi in due categorie: ionici, come la carbossimetilcellulosa (CMC), e non ionici, come la metilcellulosa (MC).
In base al tipo di sostituenti, gli eteri di cellulosa possono essere suddivisi in monoeteri, come l'etere di metilcellulosa (MC), ed eteri misti, come l'etere di idrossietilcarbossimetilcellulosa (HECMC). In base ai diversi solventi in cui si dissolvono, possono essere suddivisi in due tipi: solubili in acqua e solubili in solventi organici.
1.2 Principali varietà di cellulosa
Carbossimetilcellulosa (CMC), grado di sostituzione pratico: 0,4-1,4; agente eterificante, acido monoossiacetico; solvente di dissoluzione, acqua;
Carbossimetilidrossietilcellulosa (CMHEC), grado di sostituzione pratico: 0,7-1,0; agente eterificante, acido monoossiacetico, ossido di etilene; solvente di dissoluzione, acqua;
Metilcellulosa (MC), grado di sostituzione pratico: 1,5-2,4; agente eterificante, cloruro di metile; solvente di dissoluzione, acqua;
Idrossietilcellulosa (HEC), grado di sostituzione pratico: 1,3-3,0; agente eterificante, ossido di etilene; solvente di dissoluzione, acqua;
Idrossietilmetilcellulosa (HEMC), grado di sostituzione pratico: 1,5-2,0; agente eterificante, ossido di etilene, cloruro di metile; solvente di dissoluzione, acqua;
Idrossipropilcellulosa (HPC), grado di sostituzione pratico: 2,5-3,5; agente eterificante, ossido di propilene; solvente di dissoluzione, acqua;
Idrossipropilmetilcellulosa (HPMC), grado di sostituzione pratico: 1,5-2,0; agente eterificante, ossido di propilene, cloruro di metile; solvente di dissoluzione, acqua;
Etilcellulosa (EC), grado di sostituzione pratico: 2,3-2,6; agente eterificante, monocloroetano; solvente di dissoluzione, solvente organico;
Etilidrossietilcellulosa (EHEC), grado di sostituzione pratico: 2,4-2,8; agente eterificante, monocloroetano, ossido di etilene; solvente di dissoluzione, solvente organico;
1.3 Proprietà della cellulosa
1.3.1 Etere di metilcellulosa (MC)
① La metilcellulosa è solubile in acqua fredda e difficilmente si scioglie in acqua calda. La sua soluzione acquosa è molto stabile nell'intervallo di pH compreso tra 3 e 12. Ha una buona compatibilità con amido, gomma di guar, ecc. e con molti tensioattivi. Quando la temperatura raggiunge la temperatura di gelificazione, si verifica la gelificazione.
②La ritenzione idrica della metilcellulosa dipende dalla quantità aggiunta, dalla viscosità, dalla finezza delle particelle e dalla velocità di dissoluzione. In generale, se la quantità aggiunta è elevata, la finezza è bassa e la viscosità è alta, la ritenzione idrica è elevata. Tra questi fattori, la quantità aggiunta ha il maggiore impatto sulla ritenzione idrica, mentre la viscosità più bassa non è direttamente proporzionale al livello di ritenzione idrica. La velocità di dissoluzione dipende principalmente dal grado di modificazione superficiale delle particelle di cellulosa e dalla finezza delle particelle. Tra gli eteri di cellulosa, la metilcellulosa presenta una velocità di ritenzione idrica più elevata.
③La variazione di temperatura influisce notevolmente sulla capacità di ritenzione idrica della metilcellulosa. In generale, maggiore è la temperatura, peggiore è la ritenzione idrica. Se la temperatura della malta supera i 40 °C, la ritenzione idrica della metilcellulosa sarà molto scarsa, compromettendo seriamente la corretta esecuzione della malta.
④ La metilcellulosa ha un impatto significativo sulla costruzione e sull'adesione della malta. Per "adesione" si intende la forza adesiva esercitata tra l'utensile applicatore dell'operatore e il supporto della parete, ovvero la resistenza al taglio della malta. Un'elevata adesività comporta una maggiore resistenza al taglio, richiedendo agli operatori uno sforzo maggiore durante l'utilizzo, con conseguente peggioramento delle prestazioni costruttive della malta. Nei prodotti a base di etere di cellulosa, l'adesione della metilcellulosa si attesta su un livello moderato.
1.3.2 Etere di idrossipropilmetilcellulosa (HPMC)
L'idrossipropilmetilcellulosa è un prodotto fibroso la cui produzione e il cui consumo sono in rapida crescita negli ultimi anni.
Si tratta di un etere misto di cellulosa non ionico ottenuto da cotone raffinato dopo alcalinizzazione, utilizzando ossido di propilene e cloruro di metile come agenti eterificanti, attraverso una serie di reazioni. Il grado di sostituzione è generalmente compreso tra 1,5 e 2,0. Le sue proprietà variano a seconda del rapporto tra il contenuto di metossile e quello di idrossipropile. Un elevato contenuto di metossile e un basso contenuto di idrossipropile conferiscono prestazioni simili alla metilcellulosa; un basso contenuto di metossile e un elevato contenuto di idrossipropile conferiscono prestazioni simili all'idrossipropilcellulosa.
①L'idrossipropilmetilcellulosa è facilmente solubile in acqua fredda, ma si scioglie con difficoltà in acqua calda. Tuttavia, la sua temperatura di gelificazione in acqua calda è significativamente più alta di quella della metilcellulosa. Anche la solubilità in acqua fredda è notevolmente migliorata rispetto alla metilcellulosa.
② La viscosità dell'idrossipropilmetilcellulosa è correlata al suo peso molecolare: maggiore è il peso molecolare, maggiore è la viscosità. Anche la temperatura influisce sulla sua viscosità: all'aumentare della temperatura, la viscosità diminuisce. Tuttavia, la sua viscosità è meno influenzata dalla temperatura rispetto alla metilcellulosa. La sua soluzione è stabile se conservata a temperatura ambiente.
③La ritenzione idrica dell'idrossipropilmetilcellulosa dipende dalla quantità aggiunta, dalla viscosità, ecc., e il suo tasso di ritenzione idrica, a parità di quantità aggiunta, è superiore a quello della metilcellulosa.
④L'idrossipropilmetilcellulosa è stabile agli acidi e alle basi e la sua soluzione acquosa è molto stabile nell'intervallo di pH compreso tra 2 e 12. La soda caustica e l'acqua di calce hanno scarso effetto sulle sue prestazioni, ma le basi possono accelerarne la dissoluzione e aumentarne leggermente la viscosità. L'idrossipropilmetilcellulosa è stabile ai sali comuni, ma quando la concentrazione della soluzione salina è elevata, la viscosità della soluzione di idrossipropilmetilcellulosa tende ad aumentare.
⑤L'idrossipropilmetilcellulosa può essere miscelata con polimeri idrosolubili per formare una soluzione uniforme e trasparente con viscosità più elevata. Ad esempio, alcol polivinilico, etere di amido, gomma vegetale, ecc.
⑥ L'idrossipropilmetilcellulosa ha una migliore resistenza agli enzimi rispetto alla metilcellulosa e la sua soluzione ha meno probabilità di essere degradata dagli enzimi rispetto alla metilcellulosa.
⑦L'adesione dell'idrossipropilmetilcellulosa alla malta è superiore a quella della metilcellulosa.
1.3.3 Etere di idrossietilcellulosa (HEC)
È prodotto a partire da cotone raffinato trattato con alcali e fatto reagire con ossido di etilene come agente eterificante in presenza di acetone. Il grado di sostituzione è generalmente compreso tra 1,5 e 2,0. Presenta una forte idrofilia e assorbe facilmente l'umidità.
①L'idrossietilcellulosa è solubile in acqua fredda, ma si scioglie difficilmente in acqua calda. La sua soluzione è stabile ad alte temperature senza gelificare. Può essere utilizzata a lungo ad alte temperature nella malta, ma la sua capacità di ritenzione idrica è inferiore a quella della metilcellulosa.
②L'idrossietilcellulosa è stabile agli acidi e alle basi in generale. Le basi possono accelerarne la dissoluzione e aumentarne leggermente la viscosità. La sua disperdibilità in acqua è leggermente inferiore a quella della metilcellulosa e dell'idrossipropilmetilcellulosa.
③L'idrossietilcellulosa ha buone prestazioni anti-cedimento per la malta, ma ha un tempo di ritardo più lungo per il cemento.
④Le prestazioni dell'idrossietilcellulosa prodotta da alcune imprese nazionali sono nettamente inferiori a quelle della metilcellulosa a causa del suo elevato contenuto di acqua e di ceneri.
1.3.4 L'etere di carbossimetilcellulosa (CMC) è ottenuto da fibre naturali (cotone, canapa, ecc.) dopo un trattamento alcalino, utilizzando monocloroacetato di sodio come agente eterificante e sottoponendole a una serie di trattamenti di reazione per ottenere un etere di cellulosa ionico. Il grado di sostituzione è generalmente compreso tra 0,4 e 1,4 e le sue prestazioni sono fortemente influenzate da tale grado.
①La carbossimetilcellulosa è altamente igroscopica e, se conservata in condizioni normali, conterrà una grande quantità di acqua.
②La soluzione acquosa di idrossimetilcellulosa non forma gel e la viscosità diminuisce con l'aumento della temperatura. Quando la temperatura supera i 50 ℃, la viscosità diventa irreversibile.
③ La sua stabilità è fortemente influenzata dal pH. Generalmente, può essere utilizzato in malte a base di gesso, ma non in malte a base di cemento. In ambienti fortemente alcalini, perde viscosità.
④ La sua capacità di ritenzione idrica è di gran lunga inferiore a quella della metilcellulosa. Ha un effetto ritardante sulla malta a base di gesso e ne riduce la resistenza. Tuttavia, il prezzo della carbossimetilcellulosa è significativamente inferiore a quello della metilcellulosa.
2. Etere di amido modificato
Gli eteri di amido generalmente utilizzati nelle malte sono derivati da polimeri naturali di alcuni polisaccaridi. Ad esempio, patate, mais, manioca, fagioli di guar, ecc. vengono modificati in vari eteri di amido. Gli eteri di amido comunemente usati nelle malte sono l'etere di amido idrossipropilico, l'etere di amido idrossimetilico, ecc.
In generale, gli eteri di amido modificati derivati da patate, mais e manioca presentano una ritenzione idrica significativamente inferiore rispetto agli eteri di cellulosa. A causa del diverso grado di modifica, mostrano una diversa stabilità agli acidi e agli alcali. Alcuni prodotti sono adatti all'uso in malte a base di gesso, mentre altri non possono essere utilizzati in malte a base di cemento. L'applicazione dell'etere di amido nella malta è principalmente finalizzata alla funzione di addensante per migliorare la resistenza al cedimento della malta, ridurre l'adesione della malta umida e prolungare il tempo di lavorabilità.
Gli eteri di amido vengono spesso utilizzati insieme alla cellulosa, combinando le proprietà e i vantaggi dei due prodotti. Poiché i prodotti a base di etere di amido sono molto più economici dell'etere di cellulosa, il loro impiego nelle malte comporterà una significativa riduzione dei costi di produzione.
3. Etere di gomma di guar
L'etere di gomma di guar è un tipo di polisaccaride eterificato con proprietà speciali, ottenuto dalla modifica dei semi di guar naturali. Principalmente attraverso la reazione di eterificazione tra la gomma di guar e gruppi funzionali acrilici, si forma una struttura contenente gruppi funzionali 2-idrossipropilici, che è una struttura di poligalattomannosio.
①Rispetto all'etere di cellulosa, l'etere di gomma di guar si dissolve più facilmente in acqua. Il pH non ha praticamente alcun effetto sulle prestazioni dell'etere di gomma di guar.
②In condizioni di bassa viscosità e basso dosaggio, la gomma di guar può sostituire l'etere di cellulosa in pari quantità, e presenta una ritenzione idrica simile. Tuttavia, la consistenza, la resistenza al cedimento, la tissotropia e altre caratteristiche risultano nettamente migliorate.
③In condizioni di elevata viscosità e dosaggio elevato, la gomma di guar non può sostituire l'etere di cellulosa, e l'uso combinato dei due produrrà prestazioni migliori.
④L'applicazione di gomma di guar nella malta a base di gesso può ridurre significativamente l'adesione durante la costruzione e rendere la superficie più liscia. Non ha effetti negativi sul tempo di presa e sulla resistenza della malta di gesso.
⑤ Quando la gomma di guar viene applicata alla malta per muratura e intonaco a base di cemento, può sostituire l'etere di cellulosa in egual misura, conferendo alla malta una migliore resistenza al cedimento, tissotropia e levigatezza di costruzione.
⑥Nella malta ad alta viscosità e ad alto contenuto di agente ritentore d'acqua, la gomma di guar e l'etere di cellulosa agiranno in sinergia per ottenere risultati eccellenti.
⑦ La gomma di guar può essere utilizzata anche in prodotti come adesivi per piastrelle, agenti autolivellanti per terreni, stucco resistente all'acqua e malta polimerica per l'isolamento delle pareti.
4. Addensante minerale modificato a ritenzione idrica
In Cina è stato utilizzato un addensante idrorepellente a base di minerali naturali, ottenuto tramite modifica e miscelazione. I principali minerali impiegati nella preparazione di questi addensanti sono: sepiolite, bentonite, montmorillonite, caolino, ecc. Questi minerali, grazie a modifiche quali l'aggiunta di agenti accoppianti, possiedono specifiche proprietà di ritenzione idrica e di addensamento. Questo tipo di addensante idrorepellente, applicato alla malta, presenta le seguenti caratteristiche.
① Può migliorare significativamente le prestazioni della malta ordinaria e risolvere i problemi di scarsa lavorabilità della malta cementizia, bassa resistenza della malta mista e scarsa resistenza all'acqua.
② È possibile formulare malte con diversi livelli di resistenza per l'edilizia industriale e civile in generale.
③Il costo dei materiali è basso.
④ La ritenzione idrica è inferiore a quella degli agenti organici di ritenzione idrica, il valore di ritiro a secco della malta preparata è relativamente elevato e la coesione è ridotta.
Data di pubblicazione: 3 marzo 2023