Introducere

Realizarea structurilor în prezența apei subterane în mod tradițional se face cu ajutorul aşa-numitor  sisteme “înconjurătoare, învelitoare”, adicǎ sisteme în care impermeabilitatea structurii obținute este garantatǎ de aplicarea externǎ a mantelor bituminoase sau din pvc, membrane autoadezive, sisteme din ciment-plastic aplicate cu pensula sau cu pulverizatorul, mante bituminoase lichide, sisteme din poliuretan etc. Aceste tehnici de construcție sunt dezavantajoase deoarece trebuie utilizate de cǎtre persoane specializate pentru a asigura aplicarea perfectǎ a acestora şi deci eficacitatea lor, presupun o anumitǎ perioadǎ de aşteptare pentru decofrare înainte de terasament, care se poate prelungi în caz de vreme nefavorabilǎ. În plus, fiind materiale “externe”, necesitǎ de o gestiune ulterioarǎ a articolelor din depozit, a reziduurilor, a ambalajelor de eliminat etc.

O abordare diferitǎ a problemei impermeabilizǎrii structurilor subterane care de câțiva ani s-a impus puternic ca principala tehnicǎ de construcție în acest segment de piațǎ, este cea a realizǎrii structurilor intrinsec impermeabile din betoane devenite impermeabile ca urmare a adǎugǎrii aditivilor praf, de conceput ca şi realizarea structurii propriu-zise şi a rezistenței hidraulice integrate.

Zidurile şi suprafața de contact din beton impermeabil trebuie îmbunǎtǎțite cu produse şi sisteme care asigurǎ şi impermeabilitatea rosturilor, a conexiunilor şi a distanțierelor de cofraje care fac parte din sistemul integral.

Permeabilitatea şi impermeabilitatea betonului

În general, permeabilitatea este proprietatea materialelor care permite trecerea fluidelor (lichide, în cazul de fațǎ), fǎrǎ a altera propria structurǎ. Se numesc permeabile materialele care permit trecerea unei cantitǎți relativ mari de lichid, în timp ce sunt impermeabile acele materiale prin care fluxul de lichide este nesemnificativ. Rapiditatea cu care un fluid traverseazǎ un corp solid depinde de tipul de substanțǎ din care este constituit, de presiunea fluidului şi de temperaturǎ. Pentru a fi permeabil un material trebuie sǎ fie poros, adicǎ trebuie sǎ aibǎ goluri, poruri capabile sǎ absoarbǎ lichide. Mai mult, porurile trebuie sǎ fie legate între ele printr-o rețea de interstiții care sǎ permitǎ lichidului sǎ traverseze substanța solidǎ. Din contrǎ, pentru a fi impermeabil un material trebuie sǎ aibǎ o structurǎ densǎ şi compactǎ, fǎrǎ interstiții care comunicǎ între ele.

Impermeabilitatea betonului este una dintre prerogativele esențiale pentru durabilitatea structurilor în timp. Conglomeratul de ciment sau piatrǎ cimentoasǎ se aseamǎnǎ cu piatra naturalǎ compactǎ; astfel, impermeabilitatea la apǎ a marmurei compacte de exemplu corespunde impermeabilitǎții betonului în raport A/C = 0,48. Apa introdusǎ în amestecul de beton, datoritǎ hidratǎrii şi a prelucrabilitǎții necesare pentru procesul de aplicare, lasǎ în matricea betonului, dupǎ maturare, o rețea de goluri foarte dese determinând formarea porozitǎții compusului din ciment constituitǎ din porii pastei de ciment şi din porii capilari. “Porozitatea capilarǎ” care dominǎ în mare parte permeabilitatea “intrinsecǎ” a conglomeratului depinde de raportul apǎ/ciment şi de gradul de hidratare şi poate varia de la “0” pânǎ 40% din volum fațǎ de volumul pastei de ciment. Cu un raport apǎ/ciment mai mare de 0,38, permanența porilor capilari, chiar şi dupǎ hidratarea completǎ este practic indiscutabilă, cu excepția intervențiilor specifice prin aportul de “filler reactivi”. 

Porii capilari se pot vedea doar cu microscopul electronic; diametrul acestora se exprimǎ în microni (între 0,1 şi 10 microni), au structurǎ variabilǎ şi formeazǎ un sistem de canale continuu şi interconectat la nivelul matricei: deci permeabilitatea betonului nu este o simplǎ funcție a porozitǎții sale, ci depinde şi de dimensiunile, distribuția, compoziția fizicǎ şi continuitatea porilor. Formula empiricǎ Vp = 5.9 α + 42 (1 - α) oferǎ indicații pentru evalurea entitǎții volumetrice a porilor capilari în funcție de gradul de hidratare şi de cantitatea totalǎ de apǎ din amestec (unde Vp este volumul porilor capilari, α este gradul de hidratare, variabil de la 0 la 1).

La porozitatea capilarǎ se adaugǎ, în general, în ceea ce priveşte interconexiunea porilor, prezența foarte rǎspânditǎ a “aerului încorporat sau blocat” în betonul proaspǎt, care ar trebui sǎ fie eliminat prin compactarea corectǎ a conglomeratului şi care creeazǎ macro goluri de aer (de la 1 mm la câțiva zeci de mm).

O altǎ variabilǎ, capabiliǎ sǎ mǎreascǎ atât porozitatea cât şi interconxiunea dintre pori, este reprezentatǎ de “zona de tranziție”, adicǎ acea parte din pasta de ciment (cu grosime de la 1 pânǎ la 10 microni) care se aflǎ în contact direct cu agregatul de piatrǎ; zona de tranziție poate fi mult mai poroasǎ decât matricea cimentoasǎ adiacentǎ în funcție de apa de “bleeding” (apa adunatǎ pe suprafața betonului) care, în timpul ascensiunii, rǎmâne parțial blocatǎ sub agregatele din piatrǎ mai mari.

Prezența mai mare sau mai micǎ de goluri (capilare) intercomunicante dintre suprafețele opuse, “porozitatea continuǎ”, între care poate apǎrea, din cauza diferenței de presiune hidrostaticǎ, un flux de apǎ, reprezintǎ “permeabilitatea” unui beton care, aşa cum am menționat deja, depinde atât de caracteristicile betonului, cât şi de precizia, mǎestria cu care se aplicǎ, de maturarea umedǎ, ca şi de apariția eventualelor micro şi macro fisuri cauzate de retragerea plasticǎ şi higroscopicǎ.

În timpul procesului de întǎrire a betonului fenomenele climatice ca şi temperatura, umiditatea relativǎ şi ventilația pot cauza pierderea, mai mult sau mai puțin bruscǎ a apei pentru amestec. Fǎrǎ mǎsuri adecvate de tratament şi maturare umedǎ, se poate înregistra reducerea semnificativǎ a calitǎții, ca şi a permeabilitǎții.

Obținerea impermeabilitǎții betonului

Aşa dupǎ cum am menționat deja, permeabilitatea betonului este strâns legatǎ de microstructura poroasǎ a cimentului întǎrit, la rândul ei strâns legatǎ de raportul apǎ/ciment. Rezultǎ deci cǎ betonul poate avea mai multe grade de impermeabilitate, în funcție de cum a fost produs şi aplicat. Factorii care influențeazǎ aceastǎ caracteristicǎ sunt aceiaşi care determinǎ celelalte proprietǎți: compoziția, prelucrara şi tratamentele succesive. Teoretic, obținerea unui beton impermeabil nu este foarte dificil, dar practic trebuie ținut seama de faptul cǎ betonul “într-adevǎr” impermeabil necesitǎ eforturi şi atenție diferite fațǎ de modul obişnuit de a lucra în şantier. Pe planul tehnic‐de proiectare este indispensabil sǎ țineți seama de faptul cǎ aceastǎ impermeabilitate este relativǎ şi nu absolutǎ. Pentru a obține un beton impermeabil sunt indispensabile: o proiectare corectǎ, o prelucrare cu atenție, o aplicare adecvatǎ, fǎrǎ a uita de tratamentul de îngrijire şi maturare care trebuie sǎ fie eficace şi eficient, spre deosebire de procedurile total superficiale “adesea” utilizate pe şantiere.

Practic, în primul rând este necesarǎ reducerea raportului apǎ/ciment la minimul compatibil cu o lucrabilitate adecvatǎ; trebuie utilizate agregate din materiale şi granulometrie adecvate; trebuie împiedicatǎ uscarea prea rapidǎ a jeturilor pentru a evita crǎpǎturile externe şi interne cauzate de retragere; în timpul aplicǎrii jetului trebuie evitatǎ sedimentarea betonului, adicǎ trebuie evitat ca acesta sǎ piardǎ omogeneitatea obținutǎ prin amestecare. Având în vedere cǎ în cazul raportului apǎ/ciment mai mare de 0,38 este practic inevitabilǎ formarea unui numǎr destul de mare de pori capilari, chiar şi dupǎ hidratarea completǎ, intervențiile specifice prin aportul de “filler reactivi” devin indiscutibile.

Materiale inovatoare şi norma UNI EN 206-1

Norma UNI EN 206‐1 introduce, la punctul 3.1.23, conceptul de “adǎugare”, definit ca şi material divizat în mod fin utilizat pentru beton cu scopul de a îmbunǎtǎți anumite proprietǎți sau de a obține proprietǎți speciale. Aceastǎ normǎ considerǎ douǎ tipuri de adaosuri neorganice: adaosuri practic inerte (tip I) şi adaosuri pozzolanice sau cu activitate hidraulicǎ latentǎ (tip II). La punctul 5.2.5.2.1 din aceastǎ normǎ se înscrie conceptul valorii k (a nu se confunda cu parametrul omonim al permeabilitǎții). Concepul k, care se referǎ la adaosuri, permite ca adaosurile de tipul II sǎ fie luate în considerare înlocuind termenul "raport apǎ/ciment” (definit în capitolul 3.1.31) cu termenul "raport apǎ/ciment + k adǎugat", în cerința dozajului minim de ciment (a se vedea 5.3.2). Valoarea k efectivǎ depinde de adaosul specific.

Pentru “adaosurile pozzolanice” (de genul MICROSIL 90), cantitatea idealǎ este cuprinsǎ între 7% şi 12% din greutatea cimentului utilizat (minimum 330 kg/m³ de 42,5R sau 360 kg/m³ de 32,5R). Disponibilitatea “produselor speciale” cu conținut tehnologic ridicat, ca şi a “adaosurilor pozzolanice”, este deci recunoscutǎ ca şi oportunitate adecvatǎ din punct de vedere tehnologic şi terotehnologic pentru construcția operelor impermeabile prin utilizarea combinatǎ a “betoanelor intrinsec impermeabile”, a produselor specifice şi a tehnicilor de realizare adecvate.

Progresele înregistrate în achizițiile terotehnologice au condus la lansarea produselor inovatoare, cunoscute ca şi “agenți cristalizanți”, bazați pe acțiunea cataliticǎ specialǎ în domeniul reologic al mix designului betonului, dozați pentru circa 1% în greutate fațǎ de greutatea cimentului.  Aceşti aditivi permit sigiliarea gǎurilor şi a micro fisurilor de pânǎ la 400 microni prin intermediul unei reacții cristaline capilare care exploateazǎ compuşii minerali rǎmaşi dupǎ reacția principalǎ a betonului, operând în combinație cu apa şi cu umezeala prezente în matricea cimentului. Este vorba despre tehnologii inovatoare care, dincolo de a determina reducerea drasticǎ a permeabilitǎții betonului şi a retragerii “sale” higrometrice deja în primele 28 de zile de maturare, promoveazǎ o adevǎratǎ capacitate “auto cicatrizantǎ” a matricei cimentului. Procesele reactive menționate nu au nevoie de raporturi apǎ/ciment specifice sau deosebit de reduse deoarece eficacitatea lor este oricum asiguratǎ de valori A/C de circa 0,50/0,60, cu siguranțǎ mai uzuale pe şantier.

Sisteme ermetice şu accesorii

Toate informațiile de mai sus descriu în ansamblu cum se realizeazǎ şi se aplicǎ un beton definit intrinsec "impermeabil". Cu toate acestea, structura globalǎ a betonului prezintǎ în mod inevitabil discontinuitǎți volumetrice necesare pentru realizarea acestuia. Aceste discontinuitǎți volumetrice, supuse foarte uşor trecerii apei în presiune, sunt, de exemplu, conexiunile dintre suprafața de contact şi zidurile de elevație, joncțiunile rosturilor de lucru şi de mişcare, distanțierele de cofraje, tuburile etc.

Cu scopul de a împiedica trecerea apei prin toate aceste discontinuitǎți, sitemul actual este însoțit de: cordoane waterstop din bentonitǎ sodicǎ sau cauciuc hidroexpansiv, waterstop din PVC, sigilianți hidroexpansivi în cartuş, garnituri cu rezistențǎ hidraulicǎ pentru distanțiere de cofraje, atât “cu lame”, cât şi tubulare din PVC, fibre din poliproplienǎ pentru reducerea micro fisurilor cauzate de retragerea plasticǎ, paste hidroexpansive pentru sigilarea ermeticǎ a tuburilor etc.