BETON BETON AUTOCOMPACTANT DE AUTOCOMPACTANT DE ÎÎNALTNALTĂ REZISTENŢĂĂ REZISTENŢĂ

1. IntroducereBetonul autocompactant (BAC) a fost produs pentru prima dată în Japonia, beneficiind de rezultatele înregistrate în domeniul betonului de înaltă rezistenţă (BIR). Dacă BAC întărit are proprietăţi similare cu cele ale BIR, calitatea superioară a elementelor de construcţii realizate din BAC se datorează proprietăţilor deosebite ale betonului în stare proaspătă: - lucrabilitate, - capacitate de umplere şi trecere, - rezistenţă la segregare.

Principalele obiective (ale cercetării): * proiectarea compoziţiilor BAC, * determinarea caracteristicilor în stare proaspătă şi întărită, * stabilirea tehnologiei optime de realizare a BAC, vizând ordinea de introducere în amestec a componenţilor, * identificarea relaţiei dintre tehnologia de laborator şi cea de fabrică, precum şi * studiul comportării la diferite tipuri de solicitări a elementelor de suprafaţă realizate la scară naturală din BAC, comparativ cu elemente similare, realizate din beton obişnuit, vibrat.

BAC are proprietatea: -- să curgă sub greutatea proprie, - să umple complet cofrajul, inclusiv în cazul elementelor puternic armate şi - să rămână omogen, fără a necesita nici un fel de operaţii de compactare. Precizările legate de modul de specificare a BAC, performanţele, producţia şi conformitatea sunt date de “Ghidul european pentru BAC” (2005) şi sunt considerate completări la prevederile SR EN 206-1:2006. Caracteristicile BAC în stare proaspătă sunt:

capacitatea de tasare-răspândire, consistenţa, capacitatea de trecere şi rezistenţa la segregare.

2. Materiale utilizate. Proiectarea compoziţiilor

Materialele, din studiu, pentru realizarea BAC de înaltă rezistenţă sunt: - agregat de râu de balastiera Luna 0-3 mm, 3-7 mm, 7-16 mm, - filer de calcar de Aleşd, - ciment Portland CEM I 52.5 R şi - aditiv superplastifiant policarboxilic reducător de apă, tip VâscoCrete 20 HE.

La proiectarea compoziţiei BAC se respectă următoarele cerinţe, privind proporţiile materialelor componente (The European Guidelines for Self Compacting Concrete, 2005):-conţinutul în masă de parte fină 380–600 kg/mc;-conţinutul în volum de pastă(parte fină şi apă) 300–380 l/m3; -conţinutul de apă 150 - 210 l/mc;-conţinutul în volum de agregat 3–7 şi 7–16 în masă 750 – 1000 kg/mc, respectiv în volum 270 – 360 l/mc;-conţinutul de nisip (48 – 55)% din masa totală a agregatului; -raportul apă/parte fină în volum în intervalul 0,85 – 1,10.

Conţinutul de aditiv s-a stabilit din condiţia ca proprietăţile în stare proaspătă ale BAC să poată fi menţinute timp de minim 15 minute. Valoarea proiectată pentru conţinutul de aer din beton a fost între (2-3)% din volumul de beton.Tab.1 Compoziţii definitive pentru BAC de înaltă rezistenţăClasa de rezistenţă C55/67 C60/75 Ciment (kg/mc) 460 510

Filer de calcar (kg/mc) 81 89

Nisip 0-3 (kg/mc ) 810 810

Ag. de râu 3-7 (kg/mc) 248 240

Ag. de râu 7-16 (kg/mc) 586 556

Superplastifiant VâscoCrete 20HE (l/mc) 5,75 7,65

Apă (l/mc) 184 186

3.Încercări pe BAC de înaltă rezistenţă3.1 Incercări pe beton autocompactant de înaltă rezistenţă în stare proaspătăÎn foto 1, 2, 3, 4 sunt prezentate aspecte din timpul determinărilor caracteristicilor în stare proaspătă: - Capacitatea de tasare-răspândire - aptitudinea BAC de a curge şi de a umple toate spaţiile din cofraj, sub propria greutate. - Capacitatea de curgere Vâscozitatea este rezistenţa la curgere a amestecului de BAC, odată ce curgerea a început.- Capacitatea de trecere - aptitudinea amestecului de BAC de a curge prin spaţii înguste, de exemplu printre barele de armătură, fără să apară segregări sau blocări. - Rezistenţa la segregare - aptitudinea amestecului de BAC de a-şi păstra omogenitatea în stare proaspătă.

Fotografia 1. Determinarea capacităţii de tasare-răspânidre. Metoda tasării cu con

Fotografia 2. Determinarea capacităţii de curgere. Metoda cu pâlnia V

Fotografia 3. Determinarea capacităţii de trecere. Metoda cu cutie L

Fotografia 4. Determinarea rezistenţei la segregare. Metoda cu sita GTM

Rezultatele privind caracteristicile de lucrabilitate ale betoanelor autocompactante de înaltă rezistenţă studiate sunt prezentate în tabelul 2.

Tab. 2. Caracteristicile BAC de înaltă rezistenţă în stare proaspătă

Clasa de rezistenţă Tasare Cutia L Pâlnia V Sita GTM (mm) (s) (%) C55/67 670 0,90 16 -

C60/75 720 0,85 17 2,0

3.2 Rezultate pe beton autocompactant în stare întărităEvoluţia rezistenţei la compresiune a betonului autocompactant de înaltă rezistenţă, determinată la 2 zile (la pretensionare), 5 zile (la livrare) şi respectiv 28 zile, pe cuburi cu latura de 150 mm, este prezentată în tabelul 3.

Tab. 3. Rezistenţa la compresiune a betonului autocompactantClasa de rezistenţă Rezistenţa la compresiune(N/mm2) 2 zile 5 zile 28 zileC55/67 50,6 58,8 72,1

C60/75 54,8 60,7 81,2

4. Controlul materialelor componente ale BAC la centrala de betonProiectarea amestecului de BAC se face luând în considerare toate proprietăţile esenţiale ale constituenţilor precum şi specificaţiile date de furnizori, clienţi, coduri / normative etc. La producerea BAC trebuie cunoscute variaţiile admisibile privind caracteristicile cimentului, adaosurilor, agregatelor fine/grosiere, aditivilor Astfel proprietăţile cimentului pot varia la aprovizionarea centralei de beton pe durata unei luni / an. Influenţa acestei variaţii asupra BAC nu este încă stăpânită, existând doar unele observaţii pe durata fabricării acestui beton, cum ar fi priza falsă, priza rapidă.

4.1. Umiditatea agregatelorDin multitudinea de studii efectuate pe această tematică se menţionează studiul lui Ushijima şi col.(1995). Cantitatea de apă a fost variată, simulându-se modificarea umidităţii agregatelor de la -1,0% la +1,5%.Lucrabilitatea şi stabilitatea betonului au fost determinate cu pâlnia V şi conul de tasare (s-a remarcat fenomenul de segregare la conţinutul de apă sporit cu 1,5%).La producţia zilnică variaţiile admisibile de umiditate, fără a necesita schimbarea reţetei pot fi cuprinse uzual între (0,2 – 0,5)% (max. 0,8%). Este necesară întocmirea unei documentaţii complete asupra umidităţii Ag (în principal asupra părţilor fine) zilnic, pentru fiecare şarjă de BAC.

O atenţie specială trebuie acordată controlului primelor livrări ale zilei. O unică determinare a umidităţii nu satisface cerinţele de calitate ale BAC deoarece în decursul aceleiaşi zile pot apărea modificări ale umidităţii agregatelor cauzate îndeosebi de poziţia acestora în buncărul de depozitare (de la mai umede în partea lui inferioară la mai uscate în partea superioară).Dacă umiditatea nu este satisfăcută în cadrul producţiei, de cele mai multe ori betonul obţinut nu poate fi utilizat. Chiar dacă amestecul este realizat cu succes în laborator conform reţetei stabilite, amestecul produs la scară largă va trebui verificat în condiţiile existente la centrala de beton prin pretestare.

4.2. Ordinea de introducere a materialelor componente ale BAC şi durata de amestecare

În general se consideră că toate materialele componente ar putea fi introduse simultan în malaxor şi că durata de amestecare a BAC este mai mare decât cea pentru betonul obişnuit, chiar de 1,5 – 3 ori.Cercetările în acest domeniu efectuate în mai multe ţări au condus la secvenţe de amestecare specifice obţinerii BAC, duratele de amestecare fiind mai scurte în cazul utilizării centralelor de beton decât în cazul obţinerii BAC în laborator.Astfel, în figura 1 sunt prezentate rezultatele studiilor lui Petersson (1998).

C – ciment A, A1, A2 – apă F – fileri Sp – superplastifiant Agf – agregate fine Agg – agregate grosiere Av – agent de vâscozitate Aa – agent antrenor de aer

Agf Agg C A+Sp

AgfAgg C A+Sp

Agg A+Sp Agf C,F

Agf A+Sp Agg Aa C,Av

C – ciment A, A1, A2 – apă F – fileri Sp – super- plastifiant Agf – Ag fine Agg – Ag grosiere Av – agent de vâscozitate Aa – agent antrenor aer

Fig.1 Exemple de secvenţe de amestecare efectuate pe scară

largă (Petersson 1998)

La prepararea BAC în cadrul SC ASA CONS SRL Turda s-a folosit:

centrala de beton ELBA 1 – EMS 500D

cu amestecare forţată, capacitatea de 0,5 mc şi

productivitatea maximă 38 mc/h,

amestecul optim obţinându-se pentru secvenţa de amestecare prezentată în figura 2.

½ A + aditivi

1 min 2 min 3 min 4 min

Agf + Agg F C ½ A

C – ciment A – apa Agf – agregate fine Agg – agregate grosiere F – fileri Fig.2 Ordinea de introducere şi

durata de amestecare a constituenţilor BAC

4.3. Încercări preliminare la centrala de betonÎnainte de începerea lucrărilor, producătorul de BAC este obligat să facă încercări preliminare pentru a verifica dacă reţeta betonului stabilită în laborator permite atingerea caracteristicilor cerute prin specificaţiile pentru BAC.Încercările preliminare se repetă până la obţinerea rezultatelor pentru:a) betonul prospăt:

- densitatea aparentă;- capacitatea de tasare-răspândire,

cu conul de tasare;- vâscozitatea / curgerea, cu pâlnia V;- capacitatea de trecere, cu cutia L;- rezistenţa la segregare, cu sita GTM.

b) betonul întărit:- rezistenţa la compresiune.

5. Transportul şi punerea în operă a BAC în fabrica de prefabricateEfectul transportului se verifică pentru fiecare amestec, astfel ca lucrabilitatea să se păstreze în conformitate cu cerinţele din proiectare, deci timpul de transport trebuie limitat.În cazul BAC experimentat, având în compoziţie aditivul superplastifiant VâscoCrete 20 HE, durata maximă de transport de la staţia de beton la locul de punere în operă s-a stabilit de 15 minute, cu maximum 3 transbordări (hmax / transbordare = 30 cm).S-a constatat că influenţa temperaturii mediului înconjurător şi a BAC pe durata transportului este aceeaşi ca şi în cazul betonului obişnuit.

Fişele care se întocmesc pentru fiecare şarjă de BAC trebuie să consemneze pentru:

a) transport BAC:- tipul transportorului / capacitate ;- procentul de umplere transportor ;- distanţa de transport ;- durata de transport.

b) turnare BAC:- înălţimea de turnare ;- durata de turnare ;- temperatura BAC ;- viteza de turnare în cofraj ;- tipul cofrajului.

6. Experimentări pe elemente prefabricate la scară naturală realizate din BAC de înaltă rezistenţă Pentru a verifica tehnologia de realizare a BAC, au fost realizate două predale prefabricate precomprimate la scară naturală (PP-BAC-1 şi PP-BAC-2), din BAC de înaltă rezistenţă clasa C55/67 (figura 3). Standul de încercare cu schema de echipare a predalelor precomprimate este prezentat în figura 4. La data încercării, rezistenţa la compresiune a BAC din predale a fost de 65,3 N/mm2. Predalele au fost încărcate cu sarcini concentrate, echivalente cu sarcina uniform distribuită.Principalii parametri studiaţi în cadrul programului experimental au fost: evoluţia fisurării, evoluţia săgeţii maxime în funcţie de încărcare, şi respectiv încărcarea ultimă atinsă.

Fig.3 Dimensiuni şi detalii de armare predale precomprimate

Fig.4 Stand de încercare şi schema de echipare

6.1. Rezultate experimentaleAu fost efectuate: - două cicluri până la încărcarea de fisurare, determinată prin calcul, şi - un ciclu până la încărcarea de calcul. Comportarea celor două predale precomprimate a fost foarte asemănătoare, aşa cum rezultă din variaţia săgeţii maxime în funcţie de încărcare, prezentată în figura 5. Primele fisuri au apărut sub încărcarea p=3,87 kN/mp pentru elementul PP-BAC-1, respectiv sub încărcarea p=4,31 kN/m2 pentru elementul PP-BAC-2, ambele valori fiind mai mari decât încărcarea de fisurare calculată, şi anume 3,056 kN/m2 .

La sarcina de exploatare calculată p=5,37 kN/mp, deschiderea maximă a fisurilor a fost 0,05 mm la predala PP-BAC-1, respectiv 0,02 mm la predala PP-BAC-2. La aceeaşi încărcare, săgeata maximă a fost 50,8 mm la predala PP-BAC-1, respectiv 75,2 mm la predala PP-BAC-2. La sarcina de calcul p=8,066 kN/mp, deschiderea maximă a fisurilor a fost 0,12 mm la predala PP-BAC-1, respectiv 0,10 mm la predala PP-BAC-2. La aceeaşi încărcare, săgeata maximă a fost 112,5mm la predala PP-BAC-1, respectiv 110mm la predala PP-BAC-2.

0

50

100

150

200

250

300

2 5 8 11 14

FORTA, kN/m2

SA

GE

AT

A M

AX

IMA

, mm

PP-BAC-1

PP-BAC-2

Fig.5

La sarcina de rupere calculată p=11,5 kN/mp, deschiderea maximă a fisurilor a fost de 0,50 mm la predala PP-BAC-1, respectiv 0,30 mm la predala PP-BAC-2. La aceeaşi încărcare, săgeata maximă a fost 207,1 mm la predala PP-BAC-1 respectiv 201,2 mm la predala PP-BAC-2 .În concluzie, predalele din BAC de înaltă rezistenţă au fisurat la o încărcare mai mare decât cea obţinută prin calcul şi au prezentat capacitate de rezistenţă mare, fără să cedeze sub încărcarea determinată prin calcul pentru rupere. Cedarea s-a produs la starea limită de deformaţie, ceea ce se justifică prin faptul că aceste elemente de planşeu nu au fost încercate cu suprabetonare, conform modelului real.

Rezultatele experimentale sugerează potenţialul pentru aplicarea BAC de înaltă rezistenţă în industria de elemente prefabricate în construcţii, cu condiţia ca producătorul de elemente prefabricate să înţeleagă complexitatea condiţiilor pe care producerea de BAC le reclamă, cum ar fi: - utilizarea unei dotări corespunzătoare a centralei de beton, - cu monitorizarea permanentă a conţinutului de umiditate a agregatelor utilizate la prepararea BAC.