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Comportamento in presenza di acqua

Uno dei sistemi più efficaci per eliminare – a monte – la creazione di pericolosi fenomeni di infiltrazione d’acqua nelle strutture in calcestruzzo controterra prevede l’utilizzo di teli, pannelli, giunti o granulati compositi in bentonite.

La bentonite è un’argilla naturale derivata dall’alterazione di rocce effusive vetrose. Il materiale è composto, quasi interamente, da un minerale dotato di una particolare struttura cristallina lamellare, non tossica e chimicamente inerte. Ma è con la presenza dell’acqua che la bentonite si trasforma.
In questo caso, infatti, il materiale diventa un gel impermeabile ed idrorepellente.
Il fenomeno è accompagnato da un consistente aumento di volume (15-20 volte superiore a quello iniziale) e da un assorbimento tale da far raggiungere alla massa un peso cinque volte superiore a quello di un’uguale quantità di materiale secco.

Tempi e gradi di idratazione variano in relazione ad una serie di fattori tra cui la granulometria del minerale o la temperatura dell’ambiente in cui avviene il fenomeno.

Le proprietà impermeabilizzanti della bentonite posta in opera si manifestano quando il materiale viene sottoposto a una pressione che contrasta l’espansione (proprio come avviene in esercizio a causa delle masse di confinamento).

Il materiale, infatti, si idrata ed aumenta di volume solo nella quantità consentita dallo spazio disponibile.
L’incremento dimensionale, come è facilmente intuibile, consente di bloccare il passaggio di acqua per capillarità lungo la struttura. La bentonite espansa occlude eventuali cavità e satura fessure ampie sino a 3 mm dovute al ritiro igrometrico o all’assestamento in fase iniziale del getto di calcestruzzo.
Il processo di idratazione si innesca anche in presenza di minime quantità d’acqua

Comportamento in presenza di acqua salata

E' evidente come, essendo il meccanismo di idratazione per la maggior parte di natura osmotica, la presenza di elettroliti (sali) nell'acqua possa impedire una corretta idratazione della bentonite.
Ciò è verificabile dalla riduzione dell'espansione del gel e dalla impossibilità di generare una massa omogenea.

Minore espansività della bentonite

Per meglio valutare i fenomeni indotti dai sali presenti nell'acqua,possiamo considerare, per esempio, che idratando la bentonite secca con acqua dolce pulita si ottiene un gel bentonitico con coefficiente di permeabilità nell'ordine del 10E-11 mis.
Posta direttamente a contatto con acqua marina (concentrazione del cloruro di sodio del 3% circa) senza preventiva idratazione con acqua dolce pulita, il coefficiente di permeabilità sarà dell'ordine del 10E-8 mis, cioè un peggioramento di 1.000 volte delle sue capacità impermeabilizzanti.

Scambio ionico: lento, ma inesorabile

Un altro fenomeno a cui sono soggette le bentoniti è il cosiddetto processo di "scambio ionico", cioè la sostituzione degli ioni di bilanciamento che la bentonite sodica, a contatto con le soluzioni concentrate di ioni calcio (es. un'acqua dura di falda o un'acqua permeata attraverso terreni calcarei) può trasformarsi in bentonite di calcio con conseguente clocculazione, diminuzione del volume di espansione ed aumento della permeabilità.
Ma non è solo il calcio a dar luogo allo scambio ionico, ma anche gli ioni Potassio, Ammonio, Magnesio, Alluminio, Ferro.

Risulta evidente quindi come, nel progettare una impermeabilizzazione con prodotti bentonitici, sia fondamentale considerare la qualità dell'acqua presente nel cantiere, sia per la prima idratazione della bentonite secca che per la stabilità nel tempo del gel.
Infatti, trovare un'acqua dura, cioè con un indice di durezza di almeno 30 gradi francesi, non è poi così improbabile in molte delle nostre falde acquifere, così come trovare un'acqua salmastra sotterranea lungo le migliaia di chilometri delle nostre coste marine.

La ricerca

In risposta ai limiti pubblicamente denunciali relativamente alla costanza di comportamento (gelificazione e impermeabilità) della bentonite di sodio se psota a contatto, dopo gelificazione in cantiere, con acque dure, con sali in soluzione o con terreni con presenza di calcio magnesio, potassio, zinco, ferro, concimanti, si è sviluppata una specifica ricerca volta a risolvere quste problematiche.
Questi studi hanno portato all'inviduazione di un innovatiov sistema di produzione attraverso il quale si è potuto realizzare un gel impermeabile, a base di bentonite di sodio naturale, ad elevata stabilità chimica con il quale si è potuto produrre una membrana con eccezionali caratteristiche tecniche e chimiche.

Il prodotto industriale

L'originalità del sistema produttivo consente di effettuare sulla massa bentonitica due funzioni essenziali: la preattivazione e l'alta densificazione.

Con la preattivazione, la bentonite di sodio viene omogeneamente protetta da specifici polimeri sciolti nell'acqua di impato e quindi non più soggetta all'aggressione chimica da parte di sostanze spesso presenti in alte concentrazioni nelle acque sotterranee, marine e nei terreni.
Tali presenze possono indurre nelle bentoniti secche, fenomeni di riduzione o annullamento di espansività.

Con l'elevata densificazione della massa (HDB), ottenuta attraverso l'estruzione del gel bentonitico pregelificato, sottovuoto, si raggiunte un'omogeneità tale da garantire l'uniformità e la stabilità nel tempo delle caratteristiche base della bentonite (espansione ed autosigillatura) ed un bassissimo coefficiente di permeabilità (K=10 -14 m/sec), sia verso l'acqua pura che salata, garantendo una permeabilità 1000 volte inferiore ai normali prodotti a base di bentonite secca, gelificata in cantiere.