BETOANE SI MORTARE CU LIANTI MINERALI

Betoanele şi mortarele sunt conglomerate artificiale obţinute prin întãrirea amestecurilor omogene de agregat, liant şi apã, luate în anumite proporţii.

In compoziţia mortarelor se foloseşte, ca agregat, nisip (<7,1 mm); pentru betoane, agregatul este constituit din nisip şi pietriş, iar uneori şi bolovani.

În compoziţia betoanelor şi mortarelor pot intra, în proporţii mai reduse, alte materiale pulverulente (zguri, cenuşi, tras etc.), numite adaosuri şi o serie de substanţe numite aditivi, care modificã, în sensul dorit, unele dintre caracteristicile fizico-mecanice.

Se definesc douã stãri în care betoanele / mortarele se pot afla :- beton/mortar proaspãt, care descrie starea amestecului din momentul introducerii

apei (momentul din care pot începe reacţiile de hidratare ale liantului), pânã la începerea prizei acestuia (amestecul poate fi pus în operã);

- beton/mortar întãrit, care începe odatã cu terminarea prizei (se produc fenomenele specifice fazei de întãrire a liantului).

Caracteristicile betonuluiFiind un material compozit, caracteristicile tehnice ale betonului întãrit vor fi

influenţate atât de caracteristicile şi proporţiile de amestec ale materialelor componente, dar şi de aptitudinea amestecului de a fi pus în operã (de caracteristicile betonului proaspãt), respectiv de condiţiile tehnologice de preparare, punere în operã şi de întãrire ale betonului.

I.Caracteristicile betonului proaspătLucrabilitatea betonului

Lucrabilitatea betonului este caracteristica complexã a amestecului de beton proaspãt care exprimã calitatea acestuia de a rãmâne omogen în timpul transportului şi turnãrii, respectiv de a se pune uşor în operã, umplând cofrajul şi ajungând la gradul necesar de compactare cu consum cât mai mic de energie.

Consistenţa betonului proaspãtConsistenţa caracterizeazã capacitatea betonului proaspãt de a se deforma vâsco-

plastic, sub acţiunea unui lucru mecanic.Intre granulele solide din structura betonului proaspãt se manifestã forţe de frecare, iar

mortarul exercitã forţe de coeziune între granule.Frecarea depinde de forma granulelor (rotunjitã sau cu muchii vii), de textura

suprafeţei lor (netedã sau rugoasã) ca şi de volumul şi de consistenþa mortarului, întrucât acesta joacã rol de lubrifiant.

Coeziunea depinde de volumul şi de consistenţa mortarului, fiind cu atât mai mare cu cât volumul de mortar este mai mare şi consistenţa acestuia este mai vârtoasã.

Dacã au valori suficient de mari, forţele interne fac ca un amestec de beton proaspãt, turnat într-un tipar (trunchi de con, spre exemplu) sã-şi menţinã forma, dupã decofrare. Când forţele interne nu echilibreazã greutatea proprie sau o acţiune mecanicã exterioarã, amestecul va suferi o deformaţie vâsco-plasticã.

Consistenţa necesară depinde de caracteristicile elementului ce trebuie realizat şi de tehnologia de punere în operă.

- dimensiuni şi formă;- turnare prin cădere liberă, scurgere pe jghiaburi, pompare;- tehnologia de compactare.Aptitudinea de compactare

Exprimă lucrul mecanic necesar pentru compactarea betonuluiDacã betonul proaspãt este supus unei acţiuni vibratorii, granulele de agregat intrã în

vibraţie şi, pentru perioade scurte de timp, se desprind din contactul reciproc ceea ce are ca

efect reducerea frecãrii interne; granulele de pietriş au posibilitatea sã se aranjeze în reţea compactã, iar mortarul sã pãtrundã în golurile acesteia, eliminând aerul inclus la malaxare.

Volumul aparent al betonului proaspãt scade şi, implicit, cresc densitatea aparentã şi compactitatea.

Gradul de compactare reprezintã raportul între densitãţile aparente maximã (dupã compactare) şi minimã (la turnare) ale betonului

Metoda Walz: gradul de compactare reprezintã raportul între înãlţimea unui recipient paralelipipedic (cu secţiunea S constantã), umplut cu beton prin scurgerea de la nivelul superior al recipientului) şi înãlţimea betonului dupã compactarea prin vibrare, pânã când nivelul acestuia în vas nu mai scade şi la suprafaţã nu mai apar bule de aer.

Gradul de compactare (Gc) este, întotdeauna, supraunitar, cu atât mai mic cu cât betonul este mai fluid, deci, cu cât acesta poate fi compactat cu consum de energie mai mic.

Tendinţa de segregareSegregarea reprezintã fenomenul de separare a constituientilor unui amestec.Cauza determinantã o constituie diferenţele de energii potenţiale pe care le au

componentele amestecului, rezultate din diferenţele de volume şi de densitãţi aparente ale acestora.

În timpul transportului, turnãrii şi compactãrii, compo-nentele mai grele, purtãtoare de energii potenţiale mai mari (materialele solide, în general şi granulele mari de pietriş, în special), sunt capabile sã efectueze un lucru mecanic mai mare.

Susceptibilitatea unui beton de a fi segregabil se apreciazã prin observaţii vizuale, în cadrul operaţiilor la care este supus betonul proaspãt, dar poate fi apreciatã şi prin încercãri de laborator.

-dupã vibrarea prelungitã a unei matriţe umplutã cu beton proaspãt, aceasta se desface şi se analizeazã distribuţia granulelor de pietriş pe înãlţimea betonului;

-se colecteazã şi se mãsoarã apa separatã la suprafaţa betonului compactat într-un recipient cilindric acoperit, volumul acesteia raportându-se la suprafaţa liberã a betonului şi la volumul de apã folositã pentru prepararea betonului (mustirea betonului).

Mustirea betonului se datorează incapacităţii componentelor solide de a reţine, prin adsorbţie, toată apa de amestecare.

O parte din apa care se ridicã spre suprafaţã rãmâne captatã sub granulele de pietriş (în special, sub cele cu formã lamelarã), determinând formarea unor zone de slabã legãturã, deci, defecte de structurã.

Apa, în drumul ei spre suprafaţã, formeazã pori capilari deschişi, orientaţi în aceeaşi direcţie (verticalã), ceea ce mãreşte permeabilitatea betonului pe aceastã direcţie.

Ca rezultat al mustirii, partea superioarã a fiecãrui strat de beton turnat devine poroasã, permeabilã, cu rezistenţe mecanice reduse.

În cazul în care durata între douã turnãri succesive de betoane este mai mare de 1,5 ore, deci, dacã betonul turnat anterior a început priza, stratul superior (poros) trebuie îndepãrtat (prin frecare cu perii de sârmã, sablare, buceardare etc.).

Limita între douã turnãri succesive, în acest caz, se numeşte rost de lucru sau rost de turnare.

Segregarea, sub toate formele ei de manifestare, constituie un fenomen cu consecinţe defavorabile pentru calitatea betonului întãrit.

Întrucât segregarea nu poate fi anulatã prin compoziţie, se impun o serie de mãsuri tehnologice pentru reducerea fenomenului, cum ar fi:

-transportul betoanelor plastice şi fluide numai cu autoagitatoare (care realizeazã amestecarea pe durata transportului);

-turnarea betoanelor de la înãlţimi mai mici decât 1,50 m, peste aceastã înãlţime impunându-se scurgerea pe jgheaburi sau turnarea prin pâlnii (pentru reducerea vitezei de cãdere);

-antrenarea betonului pe traseul jgheaburilor, pentru evitarea sedimentãrii;-limitarea duratei de vibrare a betonului şi amplasarea vibratoarelor în beton dupã

anumite scheme etc.Densitatea aparentã a betonului proaspãt

se determinã prin mãsurarea masei unui volum cunoscut de beton compactat.Constituie parametrul de proiectare pentru cofraje şi susţinerile tehnologice, care

trebuie sã suporte greutatea betonului pânã când acesta ajunge la rezistenţe suficiente pentru ca elementul realizat sã poatã prelua încãrcarea din greutate proprie.

Constituie, de asemenea, unul dintre parametrii de verificare a reţetei betonului: între valoarea experimentalã şi valoarea teoreticã a acesteia (calculatã ca sumã a dozajelor materialelor componente) se admite o diferenţã de cel mult !50 kg/m3, diferenţe mai mari indicând erori în calculul reţetei.

Raportând valoarea densitãţii aparente a betonului, compactat printr-o metodã oarecare, la valoarea obţinutã ca la metoda Walz, se calculeazã un factor de compactare prin care se poate aprecia eficacitatea metodei de compactare aplicatã, faţã de acel beton.

Conţinutul de aer oclusPrin aer oclus se înţelege aerul inclus în structura betonului şi care, dupã compactare, rãmâne sub formã de bule fine, dispersate în matrice.

Bulele de aer oclus joacã, rol de granule elastice, în betonul proaspãt, reducând astfel contactul direct dintre granulele de pietriş şi, implicit, reducând frecarea internã.

II Caracteristicile betonului intarit

Betonul de ciment, în stare întãritã, reprezintã un sistem activ fizico - chimic, evoluţia carateristicilor sale fiind influenţatã atât de factorii de compoziţie (dozajele şi caracteristicile materialelor componente), cât şi de acţiunile mediului asupra elementului din beton. De aceea, caracteristicile betonului întãrit au sens numai dacã sunt precizate condiţiile de întãrire, în particular, durata de întãrire (vârsta betonului).

Caracteristicile betonului întãrit se determinã pe epruvete sau pe carote.Condiţia de reprezentativitate a probelor pentru beton se asigurã prin limitarea

inferioarã a dimensiunilor lor, exprimatã prin relaţia:

Modul de pãstrare a epruvetelor, pânã la încercare, poate fi diferit, în funcţie de scopul încercãrii.

Astfel:

-dacã se urmãreşte estimarea caracteristicilor pe care le capãtã betonul turnat în elementul de construcţie executat, epruvetele vor fi pãstrate în condiţii similare (cât mai apropiate) celor în care se aflã elementul;

-dacã se urmãreşte verificarea calitãţii betonului, prin comparare cu valorile normate ale caracteristicilor tehnice, epruvetele vor fi pãstrate în regim normat (duratã, umiditate şi temperaturã), indiferent de condiţiile în care se aflã elementul de construcţie executat

Regimul normat de pãstrare a epruvetelor din beton este:-24 ore în tiparele metalice, acoperite cu plãci de sticlã, la temperatura de (20!2)OC;-6 zile în bazine cu apã sau acoperite cu nisip umed, la temperatura de (20 !1)OC;-restul timpului, pâna la încercare, în atmosferã, la temperatura de (20 !2)OC şi

umiditatea relativã a aerului de (65+5)%.Pentru definirea caracteristicilor tehnice de calitate ale betonului întãrit, s-a stabilit,

convenţional, ca încercãrile sã se execute la vârsta de 28 zile (90 zile, pentru betoanele hidrotehnice).

În unele cazuri, impuse de necesitãţi tehnologice, sau pentru studierea evoluţiei, în timp, a unor caracteristici, încercãrile se pot executa şi la durate intermediare (7 zile, 14 zile), ori la vârste mai mari.

Caracteristicile fizice ale betonului întărit Densitatea (reală) se determină folosind, ca lichid de referinţă, petrol lampant.Densitatea aparentă constituie parametru de verificare a omogenităţii seriei de probe.Compactitatea şi porozitatea, au caracter evolutiv întrucât volumul porilor din

structurã este umplut cu formaţiunile de hidratare a cimentului, pe mãsura producerii reacţiilor specifice.

Compactitatea medie a betoanelor de rezistenţã (grele) este de (80 ... 85)%, putând atinge limita maximã de 92%.

Porozitatea betonului întãrit este alcãtuitã din:-pori de gel, (<30Å), care reprezintã interstiţiile dintre particulele submicroscopice ce

constituie formaţiunile gelice;-pori capilari, cu dimensiuni pânã la 0,1 mm, rezultaţi din mustirea şi evaporarea apei

din beton şi care sunt, de regulã, pori deschişi;-pori de aer oclus, cu dimensiuni pânã la 1 mm, care pot intercepta reţeaua porilor

capilari;-pori de sub agregate, cu dimensiuni pânã la 5 mm, rezultaţi prin evaporarea apei de

mustire captatã sub granulele de pietriş şi care sunt interconectaţi prin pori capilari;-alveole şi caverne, cu dimensiuni peste 5 mm, rezultate ca urmare a compactãrii

insuficiente a betonului;-microfisuri şi fisuri, rezultate prin contracţii şi expansiuni datorate inconstanţei de

volum a cimentului, variaţii ale condiţiilor climatice de exploatare (temperaturã, umiditate), sau protecţiei insuficiente a betonului dupã turnare;

- pori şi fisuri din granulele de agregat etc.Contracţia betonului reprezintã fenomenul de reducere a volumului betonului şi este

generat de contracţiile cimentului (plasticã, hidraulicã şi de carbonatare).Cea mai mare pondere o are contracţia hidraulică a matricei, prin uscarea formaţiunilor

gelice.La reumezire, matricea suferă umflări, variaţiile de volum atenuându-se pe măsura

îmbătrânirii betonului (gelurilor).Cum granulele de agregat (în reţea) nu suferă variaţii de volum la variaţia umidităţii,

rezultă lunecări la interfaţa matrice-agregat, cu consecinţe asupra fisurării betonului è oboseala betonului la variaţii alternante de umiditate.

Coeficientul de dilataţie termicã a betonului este pozitiv; betonul se dilatã la încãlzire şi se contractã la rãcire. Variaţiile globale de volum ale betonului, datorate variaţiilor de temperaturã, rezultã din suprapunerea variaţiilor de volum ale materialelor componente ai cãror coeficienţi de dilataţie termicã sunt diferiţi.è oboseala betonului la variaţii alternante de temperatură.

Conductivitatea termicã a betonului este influenţatã, în principal, de natura agregatului, respectiv de structura şi umiditatea betonului.

Conductivitatea termicã a pietrei de ciment (matricei) este mai micã decât a agregatelor - conductivitatea termicã a betonului scade odatã cu creşterea raportului ciment / agregat.

In stare uscatã, l scade semnificativ odatã cu scãderea densitãţii aparente, deci, cu creşterea porozitãţii.

Influenţa umiditãţii este mai importantã în cazul betoanelor grele, compacte şi se atenueazã pe mãsura creşterii porozitãţii, datoritã apropierii valorii conductivitãţii scheletului solid de cea a apei.

(la aceeaşi porozitate, betoanele grase au l mai mic)Caracteristicile mecaniceBetonul este considerat material friabil (chiar dacã prezintã o anumitã comportare

plasticã), deoarece ruperea sub acţiuni mecanice se produce la deformaţii mici.Procesul de rupere este guvernat de procesul de microfisurare a structurii betonului, cu

dezvoltarea începând de la interfaţa matrice-agregat.Caracteristicile mecanice sunt determinate de compactitatea betonului, de rezistenţa pe

care o dezvoltã cimentul, de rezistenţa agregatului şi de aderenţa matricei la agregat.Rezistenţa la compresiune se determină pe epruvete cubice (Rc), cilindrice (Rcil) sau

prismatice (Rpr), pe capete de prisme (cub echivalent) şi pe carote.Valorile rezistenţei la compresiune depind de volumul şi forma epruvetei, conform

principiilor generale.Marca betonului reprezenta valoarea (în daN/cm2), din seria de mãrci standardizatã,

imediat inferioarã rezistenţei medii la compresiune determinatã pe epruvete cubice cu latura de 20 cm, la vârsta de 28 zile (90 zile pentru betoanele hidrotehnice), preparate şi pãstrate în regim standard.

Rezistenţa determinatã conform definiţiei enunţate se numea rezistenţã de marcã şi se nota cu simbolul Rb, iar marca era notatã cu simbolul B, urmat de valoarea ei.

Clasa betonului reprezintã valoarea (în N/mm2), sub care se pot întâlni statistic cel mult 5% din rezistenţele obţinute la încercarea epruvetelor cubice cu latura de 14,1 cm, la vârsta de 28 zile, preparate din betoanele fabricate de o staţie de betoane conform unei reţete şi pãstrate în regim standard.

Valoarea corespunzãtoare frecvenţei de 5%, din mulţimea statisticã a rezistenţelor obţinute conform definiţiei menţionate, se numeşte rezistenţã caracteristicã şi se nota cu simbolul Rbk.

Clasa betonului se nota cu simbolul Bc, urmat de valoarea, rezistenţei caracteristice (exemplu Bc 15).

Caracteristici de durabilitate.Permeabilitatea la apã este o funcţie de porozitatea betonului, de dimensiunile,

distribuţia şi interconexiunea porilor.Datorită adsorbţiei apei pe pereţii porilor, permeabilitatea la apã a betonului va fi

determinatã de porii cu dimensiuni mai mari decât 0,5 mm, pori care formeaza aşa numita porozitate eficace a betonului.

Rezultã cã:

-piatra de ciment, deşi mai poroasã decât rocile, prezintã, în general, permeabilitate mai redusã decât acestea, datoritã dimensiunilor mici ale porilor ei;

-existenţa stratului de legãturã matrice-agregat, cu defectele de structurã pe care le localizeazã, se manifestã şi în ceea ce priveşte permeabilitatea betonului, care este mai mare decât a componentelor sale;

-porii rezultaţi prin mustirea apei mãresc mult permeabilitatea betonului pe direcţia verticalã iar compactarea insuficientã a betonului sau netratarea rosturilor de turnare anuleazã, practic, orice mãsurã de îmbunãtãţire, prin compoziţie, a calitãţii betonului

Permeabilitatea betonului se exprimã prin gradul de impermeabilitateGradul de impermeabilitate reprezintã presiunea apei (n, în bari) la care aceasta

pãtrunde în structura betonului pe cel mult o adâncime maximã admisã (x, în cm).Adâncimile limitã admise de pãtrundere a apei în beton au valorile:x = 10 cm, pentru recipiente de lichide şi pentru elementele de construcţii expuse la

gelivitate, sau la coroziune chimicã;x = 20 cm, pentru celelalte cazuri Dacã x = 20 cm, menţionarea acestei valori, în simbol, nu mai este obligatorie.Scara standardizatã pentru clasele de impermeabilitate este P4; P8; P12, iar pentru

betoanele hidrotehnice, se suplimenteazã cu clasele P2; P6; P10 şi P16.Pentru a se ţine seamã de mustirea betonului, direcţia de încercare, în raport cu direcţia

de turnare a betonului în matriţã, trebuie sã corespundã situaţiei reale, din exploatare, a elementului de construcţie.