17.5.2 Hidratarea și microstructura

Adaosul de SAP are efecte majore asupra procesului de hidratare și asupra dezvoltării microstructurii betonului. Acest lucru se întâmplă din mai multe motive. În primul rând, absorbția inițială de SAP ar putea modifica raportul w/b efectiv și caracteristicile de hidratare timpurie. În al doilea rând, eliberarea ulterioară a apei din SAP favorizează continuarea hidratării cimentului, producând produse de hidratare suplimentare și rafinarea porilor. În al treilea rând, SAP uscat și prăbușit lasă în urmă macro goluri dispersate în pasta de ciment întărită, ceea ce modifică porozitatea totală și distribuția dimensională, în funcție de doza de SAP. De asemenea, induce o interfață între SAP și matricea pastei de ciment cu caracteristici unice de microstructură care pot avea consecințe importante.

Mechtcherine et al. (2014) și Justs et al. (2014) au observat că SAP a provocat o ușoară întârziere a hidratării timpurii, în timp ce Hasholt și Jensen (2015) au raportat un efect ușor de accelerare. În aceste cazuri, s-a adăugat apă suplimentară pentru a compensa absorbția SAP în amestecul proaspăt. Cu toate acestea, majoritatea studiilor sunt de acord că SAP crește gradul de hidratare la vârstele ulterioare, în special începând cu 14 zile, datorită apei suplimentare puse la dispoziție pentru a reacționa cu cimentul (de exemplu, Igarashi și Watanabe, 2006; Lura et al., 2006; Justs et al., 2014). În plus, hidratarea pe termen mai lung pare să fie controlată de raportul w/b total mai degrabă decât de raportul w/b efectiv inițial (Justs et al., 2014; Reinhardt și Assmann, 2014; Hasholt și Jensen, 2015). Cu alte cuvinte, gradul final de hidratare depinde de apa totală disponibilă în sistem, indiferent de faptul că o parte din aceasta a fost antrenată în SAP la vârste timpurii.

Hidratarea îmbunătățită în sistemele care conțin SAP ar trebui să conducă la o reducere a porozității capilare și la o rafinare a distribuției dimensiunilor porilor, în special la vârste mai înaintate. Cu toate acestea, constatările din studiile disponibile nu sunt în acord total. Acest lucru se datorează faptului că efectul net asupra structurii porilor depinde de o serie de factori, inclusiv doza de SAP și capacitatea de absorbție, raportul w/b și dacă s-a adăugat sau nu apă suplimentară în timpul dozării pentru a compensa absorbția SAP. Reducerea porozității capilare ca urmare a îmbunătățirii hidratării (întărire internă) sau a scăderii raportului w/b efectiv datorită absorbției SAP poate fi sau nu suficientă pentru a contracara creșterea porozității datorată formării de macroviduri. Efectul net depinde, de asemenea, de raportul w/b, deoarece întărirea internă este benefică doar pentru sistemele cu un raport w/b foarte scăzut. Acest lucru evidențiază efectele de contracarare a SAP asupra microstructurii. Incertitudinile în estimarea absorbției SAP în materialele de ciment, așa cum s-a discutat în secțiunea 17.4.3, complică și mai mult această problemă.

De exemplu, unele studii care utilizează porosimetria prin intruziune de mercur au constatat o porozitate totală mai mare în mortarele și betoanele care conțin SAP și apă antrenată. Acest lucru a fost atribuit macro golurilor care se formează atunci când SAP se usucă (Mönnig, 2005; Mechtcherine et al., 2009). Cu toate acestea, o porozitate totală mai mică a fost observată în sistemele fără apă antrenată (Mönnig, 2005; Igarashi și Watanabe, 2006), probabil pentru că raportul w/b efectiv a fost diminuat de absorbția SAP. Utilizând tomografia cu raze X, Lura et al. (2008) au observat o reducere a porilor capilare mici din cauza produselor de hidratare suplimentare rezultate din polimerizarea internă și o reducere a microfisurilor cauzate de contracția autogenă. Utilizând sorbția vaporilor de apă, Snoeck et al. (2015) au observat că pastele de ciment cu SAP și fără apă antrenată au prezentat o ușoară scădere în gama micro (<2 nm) și mezoporilor (2-50 nm). Pastele de ciment cu SAP și apă antrenată nu au prezentat nicio schimbare semnificativă în intervalul microporilor, dar o ușoară creștere în intervalul mezoporilor mai mari. Beushausen et al. (2014), de asemenea, nu au constatat un efect semnificativ al SAP asupra porozității, ceea ce sugerează că golul inițial mai mare creat de SAP este compensat de o microstructură îmbunătățită prin întărire internă.

Figura 17.4 prezintă câteva exemple de imagini cu electroni retrodifuzate ale pastelor, mortarelor și betoanelor care conțin SAP. Se poate observa că particulele SAP și macrovidurile sunt izolate și bine distribuite în pasta de ciment întărită. Macrovidurile variază de la ~10 la mai mult de 500 μm, în funcție de dimensiunea inițială a SAP uscat și de umflături (Lam, 2005; Lee et al., 2010a,b,c, 2016). Limita macro golurilor tinde să urmeze forma inițială a SAP uscat, așa cum s-a observat și cu ajutorul tomografiei cu raze X (Lura et al., 2008). Particula de SAP colapsată poate apărea ca particulă solidă, poroasă/celulară sau sub formă de inel îngust. Unele probe prezintă un decalaj între pastă și SAP din cauza contracției (Lam, 2005), în timp ce în probele care conțin SAP polimerizat în suspensie, cu textură aspră și suprafață mai mare, se păstrează o aderență bună (Lee et al., 2010a,b,c), așa cum se observă, de exemplu, în Fig. 17.4F. Ocazional, macro golurile conțin precipitații de hidroxid de calciu sau granule mici de ciment care au reacționat ulterior pentru a forma produse de hidratare în cadrul rezervorului de apă, umplând spațiul ocupat inițial de SAP umflat (Fig. 17.4D-F).

Pasta de ciment care înconjoară SAP prezintă o microstructură foarte variabilă și împărtășește caracteristici similare cu „zona de tranziție interfacială” agregat-pastă și cu interfața goluri de aer-paste (Scrivener et al., 2004; Wong și Buenfeld, 2006; Wong et al., 2011). Interfața conține mai puțin ciment în comparație cu pasta în vrac mai îndepărtată, din cauza împachetării perturbate a particulelor. De asemenea, tinde să fie foarte poroasă și, ocazional, conține depozite mari de hidroxid de calciu (Fig. 17.4C,D). Aceste caracteristici pot fi atribuite conținutului ridicat de apă de la suprafața SAP-ului umflat sau, eventual, eliberării timpurii a apei absorbite în pasta înconjurătoare, cauzând precipitarea preferențială. Retragerea SAP atunci când se usucă poate duce la microfisurarea pastei de ciment înconjurătoare (Lee et al., 2010a,b,c), dar se așteaptă ca umiditatea eliberată de SAP să favorizeze continuarea hidratării și dezvoltarea microstructurii în pasta înconjurătoare. În mortare și betoane, golurile SAP sunt de dimensiunea boabelor de nisip și se pot întinde între particulele de agregat (Lee et al., 2016), de exemplu, Fig. 17.4B.

.