1

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).

2

Structura idealã a unui beton de ciment, în stare proaspãtã, ar fi reprezentatã de o reţea formatã din granulele de agregat, învelite într-un strat subţire de pastã constituitã din granulele de ciment şi apa strict necesarã hidratãrii acestora.

Structura astfel formatã ar trebui sã fie total compactã (C=100%).

Dupã punerea în operã a betonului proaspãt, în mortar, se produce sedimentarea granulelor, deasupra sedimentului acumulându-se apa liberã şi aerul care au fost incluse în structura betonului, la amestecare

aer

nisip fin

nisip grăunţos

apă

pietriş

Structura betonului întãrit poate fi consideratã ca un sistem dispers, constituit dintr-o matrice (mortarul întãrit), în care se aflã dispersate granulele de pietriş. Aderenţa fazelor se realizeazã atât prin ancorarea mecanicã a matricei în asperitãţile suprafeţei granulelor de gregat, cât şi prin chemosorbţia componentelor cimentului hidratat, pe suprafaţa agregatului.

3

Betonul întãrit este, deci, un material compozit cu structurã macro- eterogenã şi caracter pseudosolid, cuprinzând cele trei stãri de agregare:starea solidã, constituitã din granulele de agregat, din granulele de ciment (hidratate superficial) şi din formaţiunile cristaline de hidratare a cimentului; starea lichidã, constituitã din apa legatã chimic, din apa legatã fizic (absorbitã în geluri şi adsorbitã pe faza solidã) şi din apa liberã; starea gazoasã, constituitã din aerul inclus în structurã şi din vaporii de apã aflaţi în pori.

Dacã betonul se menţine în mediu uscat, apa liberã se evaporã lãsând în structurã pori deschişi.

4

Tehnologia lucrãrilor de betoane cuprinde patru etape principale:

prepararea: dozarea şi amestecarea (malaxarea) materialelor componente, pânã la omogenizarea amestecului de beton; transportul, de la staţia de preparare (staţia de betoane) la punctul de lucru, în care nu trebuie sã se producã modificarea compoziţiei betonului, prin sedimentare, scurgeri de mortar, evaporarea apei etc.; punerea în operã cuprinde operaţiile de introducere în cofraj (turnare) şi de compactare a betonului, pentru eliminarea aerului şi formarea structurii compacte, operaţii care trebuie sã se realizeze pânã la începerea prizei; tratarea ulterioarã constã în protejarea betonului împotriva uscãrii rapide sau îngheţului precoce, pentru a preveni producerea fisurãrii datoritã contracţiei hidraulice, respectiv expansiunii apei la îngheţ ; în cazul prefabricatelor, betonul poate fi tratat hidro-termic pentru a i se accelera întãrirea.

5

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.

Lucrabilitatea betonuluiLucrabilitatea 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.

Caracteristicile betonului proaspăt

Condiţii contrare:cât mai vărtos cît mai fluid

6

Consistenţa betonului proaspãt

Consistenţa 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.

7

Metoda tasãrii: consistenţa se exprimã prin diferenţa (h, în cm) între înãlţimea unui trunchi de con (din tablã) umplut cu betonul de încercat şi înãlţimea betonului tasat sub greutatea proprie, dupã ce tiparul a fost ridicat.

h

riglă

beton tipardin tabă\tasat

Metoda remodelãrii VE-BE: consistenţa se exprimã prin durata de vibrare (în secunde) necesarã unui volum de beton proaspãt, cu forma de trunchi de con şi apãsat de un disc cu masã normatã, sã se remodeleze la forma cilindricã, umplând corect un recipient cilindric.

beton

recipientcilindric

masavibrantă

disc transparent

matriţă tronconică

axa glisantă

8

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

Dacã 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.

Aptitudinea de compactareExprimă lucrul mecanic necesar pentru compactarea betonului.

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.

9

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.

-după compactare

nivel beton:

Hh

h

recipient

masă vibrantă

- la turnare,

hHH

hSHS

V

V

Vm

Vm

Gmina

maxa

maxa

mina

mina

maxac

10

Tendinţa de segregare

Segregarea reprezintã fenomenul de separare a constituentelor 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.

apă mortar

cofraj beton

granulemari

granulemici

Beton gras Beton slab

Segregare directă:

betoane grase fluide;

betoane slabe, vârtoase.

11

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).

Segregare inversă:

betoane slabe, fluide, cu granulozitate defectuasă.compact

beton

beton

macroporos

cofraj

12

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.

13

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.

14

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.

15

Conţinutul de aer oclus

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

Nu cuprinde aerul din golurile de dimensiuni mari (alveole, caverne, rãmase în structura betonului ca urmare a compactãrii

insuficiente) şi aerul din porii agregatelor.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.

Totodatã, prin tensiunea superficialã ce se manifestã asupra apei pe suprafaţa bulelor de aer, se mãreşte coeziunea amestecului.

Ambele acţiuni fac sã se îmbunãtãţeascã lucrabilitatea betonului, în sensul creşterii fluiditãţii, fãrã a se accentua tendinţa de segregare.

16

Prin pârghia lucrabilitãţii, aerul oclus influenţeazã favorabil formarea structurii betonului întãrit în condiţiile în care, dupã compactare, volumul lui nu depãşeşte proporţia de (5 ... 7)% din volumul aparent al betonului; peste aceastã proporţie, influenţele defavorabile ale reducerii compactitãţii asupra caracteristicilor betonului întãrit devin preponderente.

Metoda de determinare a conţinutului de aer oclus se bazeazã pe legea Boyle-Mariotte a gazelor, mãsurân-du-se scãderea presiunii aerului într-o camerã (de presiune), când aceasta este pusã în legãturã cu un vas de volum cunoscut, umplut cu beton proaspãt, compactat, pentru ca presiunile aerului din cele douã incinte sã se echilibreze.).

cameră de presiune manometru

pompă de aer

apă

bule de

aer oclus

camerăbeton

supapăde legătură

Manometrul, este etalonat în unitãţi de volum de aer oclus.

17

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 întărit

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:

agrmaxmin nL

18

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 (202)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)%.

19

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

Densităţi:

Densitatea (reală) se determină folosind, ca lichid de referinţă, petrol lampant.

Densitatea aparentă constituie parametru de verificare a omogenităţii seriei de probe.

Categoriabetonului

Dens. aparentăKg/m3

f. greu > 2500greu 2201-2500semi- 2001-2200uşor 1001-2000

f. uşor < 1000

20

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.

21

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 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. oboseala betonului la variaţii alternante de temperatură.

22

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, 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 mai mic)

23

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.

24

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.exemplu: pentru Rb=205 daN/cm2, marca corespunzãtoare ar fi B 200.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).

25

Rc

F(

%)

Rb

Staţia 1

Rbk1

5%

O reţetă de beton ar trebui să realizeze beton cu rezistenţa medie Rb (rezistenţa de marcă). Din distribuţia statistică a rezultatelor pe betoanele fabricate de staţia 1, rezultă Rbk

1.

Staţia 2

Rbk2

Staţia 2 realizează aceeaşi marcă de beton (Rb) dar variabilitatea rezultatelor este mai mare, încât Rbk

2 < Rbk1.

Rb

Pentru a realiza clasa Rbk1, staţia 2 trebuie, fie să-şi

regleze procesul (pentru a reduce variabilitatea), fie să deplaseze curba de distribuţie (modifice reţeta) pentru ca aceasta să treacă prin punctul de coordonate 5%, Rbk

1 (consum mai mare de ciment).

26

Conform normelor europene (NE 012-99), clasa betonului se notează C xx/yy, în care:

xx este valoarea rezistenţei caracteristice obţinută pe epruvete cilindrice cu = 150 mm şi h= 300 mm;

yy este valoarea rezistenţei caracteristice obţinută pe epruvete cubice cu muchia de 150 mm.

Semnificaţia rezistenţelor caracteristice sunt aceleaşi, dar în loc de Rbk, se notează cu fK.

Rezistenţa la întindere (Rt) este micã, în raport de (1/6 ... 1/20) faţã de rezistenţa la compresiune (betonul este microfisurat).

Dezvoltarea în timp a fenomenelor de contracţie, generatoare de microfisuri, determinã o creştere mult mai redusã a rezistenţei la întindere, încât valoarea raportului Rt/Rc scade în timp.

Rezistenţa la întindere înceteazã, practic, sã mai creascã la vârsta de (2 ... 3) luni, dacã betonul este menţinut la umiditatea relativã a aerului de (50 ... 70)% şi chiar începe sã scadã, la umiditãţi mai mici de 40%.

27

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

28

Permeabilitatea betonului se exprimã prin gradul de impermeabilitate

Gradul 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.

xnP

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.

29

betoanele G 50 se încearcã la 25 şi la 50 de cicluri; betoanele G100 şi G150 se încearcã la fiecare 50 de cicluri. pentru fiecare etapã de încercare, seria este constituitã din 6 epruvete (3 constituie seria martor iar 3 vor fi supuse la numãrul de cicluri de îngheţ-dezgheţ necesar).

Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ se exprimă prin gradul de gelivitate Gx.

Gradul de gelivitate (Gx) reprezintã numãrul "x" de cicluri succesive de îngheţ-dezgheţ pe care le poate suporta betonul în stare saturatã cu apã, fãrã ca coeficientul de înmuiere la gelivitate (g) sã depãşeascã valoarea de 25%.

Clasele de gelivitate impuse betoanelor sunt: G50 , G100 şi G150.

%xR

RR

m

gmg 100

30

Rezistenţa la coroziune este determinată de comportarea la coroziune a pietrei de ciment, dar şi de natura petrografică şi mineralogică a agregatului.

Se pot produce şi reacţii chimice între componentele hidratate ale cimentului şi componentele mineralogice ale agregatelor. Cea mai frecventã reacţie este cea dintre constituentele active ale silicei din agregat şi alcaliile din ciment, numitã reacţie alcalii-agregat.

OtHmSiOpCaOnNaOOqH)OH(pCanNaOHmSiO 22222 2

Suprafaţa agregatului va fi alteratã, iar gelul de silicat alcalin, cu capacitatea foarte mare de umflare, prin absorbţia apei, va produce expansiunea structurii şi, datoritã anulãrii aderenţei matrice-agregat, chiar dezagregarea betonului.

Formele reactive ale silicei sunt opalul, calcedonia şi tridimitul, care pot apare în rocile filoniene şi în cele extrusive (calcarele silicioase, riolite, dacite, andezite şi tufurile corespunzãtoare).

Dacã nu poate fi evitatã folosirea agregatelor reactive, se impune folosirea cimenturilor speciale, cu conţinut limitat (sub 0,6%) de alcalii.

31

Factorii care influenţeazã caracteristicile betonuluipot fi grupaţi în: factori compoziţionali, care se referã la caracteristicile şi dozajele materialelor componente; factori tehnologici, care se referã la condiţiile de preparare, de punere în operã şi de întãrire ale betonului.

Influenţa apei de amestecare. Raportul A/C.

Apa de amestecare are urmãtoarele roluri, în beton: umezeşte suprafaţa componentelor solide (agregat, ciment, materiale de adaos) şi, prin lubrefiere, reduce frecarea internã, conferind fluiditate amestecului de beton proaspãt; reacţioneazã cu cimentul şi cu adaosurile active, participând la formarea componentelor hidraulice.

32

Calitatea apei de amestecare poate influenţa hotãrâtor caracteristicile betonului întãrit.

Apa trebuie sã fie curatã (pH=73), sã nu conţinã substanţe care pot influenţa defavorabil procesele de hidratare a cimentului (sãruri, humus, soluţii industriale reziduale etc.), sau impuritãţi care pot reduce aderenţa matrice-agregat (grãsimi, produse petroliere).

Nu este permisã prepararea betoanelor cu ape minerale sau cu apã de mare, fãrã analizarea chimicã şi fãrã încercarea acestora, în prealabil, pe betoane de probã.

Influenţa cantitativã a apei se manifestã, în primul rând, asupra lucrabilitãţii betonului proaspãt: majorarea dozajului de apã (la dozaje constante pentru materialele solide) va determina fluidificarea amestecului, dar şi creşterea tendinţei lui de segregare.

33

Se apreciazã cã cimenturile obişnuite reţin (36 ... 42)% apã, raportat la masa cimentului: (17 ... 23)%, în combinaţiile chimice de hidratare, iar restul, sub formã absorbitã în porii de gel 

Pentru obţinerea fluidităţii necesare betoanelor, dozajele de apã de amestecare sunt mai mari (160 ... 230) l/m3, diferenţa de volum rãmânând ca apã liberã, evaporabilã şi determinând formarea de pori în structura betonului întãrit.

La dozaj constant de apã, reducerea porozitãţii betonului întãrit se poate realiza prin mãrirea dozajului de ciment încât acesta sã lege chimic un volum de apã mai mare.

Dacã variaţia dozajului de apã influenţeazã lucrabilitatea betonului proaspãt, structura betonului întãrit va fi determinatã, prin porozitate, de raportul între dozajul de apã (A) şi dozajul de ciment (C).

Acest raport se numeşte raport apã-ciment şi se noteazã A/C.

34

Raportul A/C influenţeazã, practic, toate caracteristicile betonului, atât în starea proaspãtã cât şi în starea întãritã.

Astfel, creşterea raportului A/C va provoca: amplificarea tendinţei de segregare (mortarul devine mai fluid), înrãutãţindu-se lucrabilitatea betonului proaspãt; creşterea permeabilitãţii betonului întãrit (amplificarea mustirii cu formare de pori capilari) şi înrãutãţirea durabilitãţii acestuia; amplificarea contracţiei hidraulice (porozitatea deschisã faciliteazã uscarea betonului) şi a tendinţei de microfisurare a structurii betonului întãrit; reducerea compactitãţii şi reducerea rezistenţelor mecanice ale betonului;

PRINCIPIU

La betoane de clasã mai mare, este necesarã adoptarea unui raport A/C mai mic, iar pentru betoanele cu condiţionãri privind permeabilitatea, rezistenţa la gelivitate şi la coroziune,

raportul A/C nu poate depãşi anumite limite impuse.

35

Influenţa cimentului

Sub aspect cantitativ, influenţa variaţiei dozajului de ciment se manifestã asupra caracteristicilor betonului, în ambele stadii.

În starea beton proaspãt, la dozaje constante ale celorlalte componente, creşterea dozajului de ciment îmbunãtãţeşte lucrabilitatea betonului, în sensul creşterii fluiditãţii (prin creşterea volumului de mortar) dar şi a coeziunii lui (prin creşterea consistenţei mortarului).

Pentru consistenţã constantã, majorarea dozajului de ciment permite reducerea raportului A/C.

Sub aspect calitativ, compoziţia mineralogicã a cimentului, determinând întãrirea, respectiv rezistenţa matricei la acţiunea factorilor fizico-chimici de mediu, influenţeazã direct evoluţia rezistenţelor mecanice şi durabilitatea betonului.

(a se vedea proprietăţile tehnice ale cimenturilor portland)

36

Pânã la dozaje de (450 ... 500) kg/m3, creşterea dozajului de ciment influenţeazã favorabil caracteristicile betonului întãrit. Se realizeazã raportul volumic optim între matrice şi agregat (mortarul umple bine volumul de goluri din reţeaua granulelor de pietriş).

300 400 500

C

300 400 500

C

rezi

ste

nţe

Depãşirea dozajului de 500 kg/m3, influenţeazã defavorabil:densitatea aparentã scade, deoarece matricea, mai poroasã, are densitatea aparentã mai micã decât agregatul;rezistenţa la compresiune are tendinţã de scãdere, iar rezistenţa la întindere scade accentuat, ca urmare a amplificãrii proceselor de microfisurare a structurii prin contracţie hidraulicã;amplificarea stãrii de microfisurare conduce la creşterea permeabilitãţii, cu consecinţe defavorabile asupra durabilitãţii betonului.

B pr.

B înt.

Rc

Rt

37

Influenţa agregatului

Agregatul ocupã cca. 75% din volumul betonului.

Natura agregatului (natural sau artificial), natura rocii din care provine, influenţeazã prin densitatea aparentã, respectiv prin structura petrograficã şi compoziţia mineralogicã, ce vor determina rezistenţele mecanice, aderenţa matricei la granule, producerea reacţiilor chimice ale componentelor agregatului cu componentele cimentului sau cu substanţele chimice din mediu.

Aderenţa la interfaţa matrice-agregat se realizează prin două mecanisme:

ancorarea matricei în asperităţile suprafeţei granulei de pietriş;

chemosorbţia produşilor de hidratare a cimentului la suprafaţa granulelor de agregat.

38

Aderenţa produselor de hidratare ale cimentului la suprafaţa agregatelor, prin chemosorbţie, se datoreazã hidrolizãrii superficiale a celor douã faze: prin hidroliză, suprafaţa granulelor silicioase devine "tapisatã" cu sarcini electrice negative, iar a celor calcaroase cu sarcini electrice pozitive; hidroliza produşilor de hidratare ai cimentului, bogaţi în calciu, va produce ionizarea lor pozitivã.

Sarcinile electrice contrare se atrag chemosorbţia se realizează la agregatele de natură silicioasă.

Piatra de ciment aderă şi la agregatele de natură calcaroasă, dar prin fenomenul de epitaxie, adicã prin legarea reţelei cristaline a formaţiunilor de hidratare ale cimentului de reţeaua mineralã a rocii, realizându-se, astfel, continuitatea la

interfaţã.

39

Textura suprafeţei granulelor de agregat determinã frecãrile între acestea, în cadrul amestecului de beton proaspãt şi, în consecinţã, influenţeazã consistenţa.Betoanele preparate cu agregate de concasaj vor fi mai vârtoase decât cele preparate cu agregate de balastierã reclamând dozaje de apã de amestecare mai mari.Dacã starea vârtoasã este compensatã prin mãsuri de compactare energicã şi nu prin majorarea raportului A/C, betoanele cu agregate de concasaj vor prezenta rezistenţe mecanice mai mari, datoritã aderenţei îmbunãtãţite.Conţinutul de impuritãţi (granule de sulfaţi, sãruri solubile, humus, reziduuri petroliere etc.) pot provoca reacţii cu efecte corosive, pot influenţa negativ reacţiile chimice de hidratare ale cimentului, sau pot împiedica realizarea adereţei matricei la agregat.

Granulele foarte fine, sub 0,1 mm (praf, mâl, argilã etc.), formând fracţiunea numitã parte levigabilã, sunt considerate impuritãţi întrucât acoperã granulele de agregat şi constituie bariere de aderenţã matrice-agregat.

40

Corpurile strãine existente în agregat (bucãţi de argilã, de lemn, frunze, granule de cãrbune, cârpe etc.), ajungând în structura betonului odatã cu agregatul, vor constitui puncte slabe (zone de defecte), cu consecinţe asupra rezistenţelor betonului.

În acelaşi sens influenţeazã granulele cu texturã stratificatã sau şistoasã (micã, ardezie, şisturi cristaline etc.) care prezintã clivaj.

Granulozitatea agregatului influenţeazã prin suprafaţa specificã şi prin volumul de goluri care se obţine în reţeaua mineralã a betonului.

Dacã agregatul este prea sãrac în pãrţi fine, compoziţia betonului va fi sãracã în mortar şi, în consecinţã:consistenţa betonului va fi vârtoasã, datoritã frecãrii între granulele de pietriş, nelubrifiate de mortar;betonul proaspãt va prezenta tendinţã de segregare inversã;betonul întãrit va rezulta cu structurã macro-poroasã, permeabilã, deci, cu caracteristici de rezistenţã şi de durabilitate slabe

41

Dacã agregatul este prea bogat în pãrţi fine, structura betonului va fi reprezentatã de o masã de mortar, în care vor fi dispersate, în proporţie redusã, granulele de pietriş.

În consecinţã:consistenţa betonului proaspãt va fi vârtoasã, datoritã suprafeţei specifice mari a agregatului;betonul va prezenta tendinţã de segregare directã;betonul întãrit nu va avea, în structurã, o reţea mineralã uniformã, rezultând contracţii hidraulice mari cu consecinţe nefavorabile asupra caracteristicilor de rezistenţã şi de durabilitate.

Forma granulelor de agregat, în special a granulelor de pietriş, influenţeazã lucrabilitatea şi structura betonului; granulele plate şi aciculare produc îngreunarea amestecãrii şi compactãrii betonului proaspãt, reclamând majorarea dozajului de apã, iar prin reţinerea apei de mustire, se formeazã lentile de apã evaporabilã şi apoi, "porii de sub agregate"

42

Aditivi pentru betoane.

Aditivii se dizolvă în apa de amestecare şi pot fi grupaţi în urmãtoarele clase:

aditivi tensioactivi; aditivi modificatori de prizã şi/sau întãrire; aditivi antigel.

Aditivii sunt substanţe sau produse tehnice care, introduse, în dozaje mici, în compoziţia betoanelor, produc o modificare doritã a unora dintre caracteristicile acestora, ca urmare a unor acţiuni fizico-chimice specifice.

43

Aditivi tensioactivi

In funcţie de acţiunea lor asupra amestecului de beton proaspãt, aditivii tensioactivi se grupeazã în: aditivi fluidizanţi (plastifianţi, dispersanţi) substanţe macro-moleculare, cu grupãri cu polaritãţi diferite. care se adsorb pe granulele de ciment, grupãrile, rãmase spre apã, hidrolizându-se puternic şi provocând dispersia electrostaticã a micelelor astfel formate. Se împiedicã, aglomerarea particulelor de ciment şi se asigurã o mai bunã distribuţie a cimentului şi apei în betonul proaspãt.

mãresc fluiditatea betonului, respectiv, permit reducerea dozajului necesar de apã de amestecare (reducerea A/C) favorizeazã hidratarea granulelor de ciment; realizeazã distribuţia mai uniformã a porilor în structura matricei şi deplaseazã spectrul dimensiunilor porilor spre valori mici.

aditivi antrenatori de aer substanţe tensioactive care stabilizează aerul inclus la malaxare, sub formă de bule fine de aer oclus.

aditivi micşti realizează ambele acţiuni.

44

Aditivi modificatori de prizã/întãrire. acceleratori de prizã reduc începutul prizei până la câteva minute, dar influenţează negativ dezvoltarea ulterioară a rezistenţelor (lucrări urgente şi provizorii); acceleratori de prizã şi de întãrire reduc începutul prizei şi îmbunătăţesc creşterea ulterioară a rezistenţelor: acceleratori de întãrire intensificã creşterea rezistenţelor în faza iniţialã, fãrã sã influenţeze defavorabil rezistenţele finale şi fãrã a influenţa esenţial priza. întârzietori de prizã întârzie începutul prizei, fãrã a influenţa negativ dezvoltarea ulterioarã a structurii de rezistenţã, încât, dupã (2 ... 3) zile, nivelul rezistenţelor ajunge la normal şi, în final, pot depãşi, chiar, rezistenţele betoanelor neaditivate.

Aditivi antigel

coboră temperatura de îngheţ a soluţiei din structura betonului, fiind utilizaţi la lucrãrile pe timp friguros, ca una dintre mãsurile de protecţie a betonului împotriva îngheţului

45

Betoane specialeBetoane uşoare au densitatea aparentã < 2000 kg/m3.

Realizeazã, simultan, douã cerinţe: reducerea greutãţii proprii a elementului de construcţie; creşterea capacitãţii de izolare termicã a elementului, prin reducerea conductivitãţii termice a betonului.

Douã principii, de obţinere: principiul compoziţional, urmãrindu-se folosirea unor agregate uşoare, poroase, matricea betonului rãmânând compactã (agregate de natură minerală sau organică); principiul structural, urmãrindu-se obţinerea matricei betonului cu

structurã poroasă (betoane macroporoase şi betoane celulare).structura macroporoasă agregat lipsit de parte fină;structura celulată agregat fin şi includerea unui volum mare de aer prin:barbotare spumobetoane;introducerea de agenţi generatori de gaze gazobetoane (B.C.A.)

46

Betoane hidrotehnice.

Sunt destinate executãrii elementelor de construcţii aflate în contact permanent sau temporar cu apa.

Se clasificã dupã urmãtoarele criterii:zona III

zona Izona I

Nmax.

Nmin

Nav

zona II

2m

zona IV

Poziţia, în raport cu feţele exterioare ale construcţiei: beton de parament, aflat la exteriorul construcţiei (zonele I, II şi III); beton de interior (zona IV).

Poziţia în raport cu nivelul apei:permanent sub apã (zona I);aflat în zona de variaţie a nivelului apei (zona II);aflat deasupra nivelului apei (zona III).Masivitatea elementului de construcţie:masiv, pentru care dmin> 1,50 m (zona IV);nemasiv (zonele I, II şi III).

Presiunea apei asupra betonului (h >2 m): supus presiunii apei (zonele I şi zona II, sub cota de 2 m); nesupus presiunii apei (zona II, peste cota 2 m, şi zonele III şi IV).

47

Betoane rutiere.

Sunt destinate executãrii straturilor de îmbrãcãminte a drumurilor, ca şi a platformelor şi pistelor aerodromurilor.

F roată vehicul

dală din beton

fundaţie (nisip, balast)terasament (pământ)

Aceste construcţii se caracterizeazã prin:

suprafaţa, foarte mare în raport cu grosimea, pe care o expune factorilor fizico-chimici din atmosferã (ploaie, zãpadã, insolaţie, îngheţ-dezgheţ, substanţe pentru dezgheţare, scurgeri de uleiuri, carburanţi sau altele);

sarcinile mari pe care roţile vehiculelor le transmit (dala din beton este supusã la încovoiere);acţiunea de uzurã a suprafeţei produsã de pneuri.

tehnologic, început de prizã întârziat, lucrabilitate bunã, vitezã mare de creştere a rezistenţelor mecanice, contracţie hidraulicã micã, ("planşarea”).

48

Condiţiile se realizeazã prin folosirea cimentului special CD 40 (fero-portland-alitic) sau a cimenturilor alitice unitare (tip I), a criblurilor, provenite din roci dure, în amestec cu nisip de râu, limitarea raportului A/C la valori mici şi folosirea de aditivi

tensioactivi. Alte betoane speciale

Betoane refractare destinate realizãrii cãptuşelilor cuptoarelor şi agregatelor termice industriale.

Betoane de protecţie împotriva radiaţiilor care trebuie să asigure ecranarea radiaţiilor prin ciocnirea elasticã a corpusculilor de atomii materialului din ecran şi să aibă conductivitate termică foarte mare.

2504054

160532110025

40054232520108

4

/CD,BcR

/,AS/IIHTGPBcH

/R,AS/IITP/C

49

Mortare cu lianţi minerali.

In practicã, se foloseşte o foarte mare diversitate de mortare, ce pot fi clasificate dupã urmãtoarele criterii:

domeniul de folosire; mortare de zidãrie (Z), folosite la legarea, între ele, a pietrelor (naturale sau artificiale), pentru executarea zidãriilor; mortare de tencuialã (T), folosite pentru realizarea tencuielilor, în scop de finisare, de decorare sau de protecţie şi izolaţie a zidurilor sau altor elemente de construcţii

liantul, sau de combinaţiile de lianţi, folosiţi la preparare;argilă, var, ipsos, ciment, lianţi puzzolanici

densitatea aparentã, în stare întãritã şi uscatã;grele (>1,8), semigrele (1,5-1,8), uşoarea (1,0-1,5), f. uşoare (<1,0)

marcă

M 4; M 10; M 25; M 50: M 100. (Z/T)

50

La alegerea lianţilor pentru mortare, trebuie sã se aibã în vedere urmãtoarele consideraţii:

mortarele preparate cu lianţi aerieni (argilã, var, ipsos) sunt de mãrci mici, corespunzãtoare rezistenţelor pe care le pot conferi aceşti lianţi, şi se folosesc numai pentru pãrţile construcţiilor ce sunt ferite de umezire.

varul, folosit în combinaţie cu argila, amelioreazã rezistenţele şi stabilitatea la umiditate a mortarelor de argilã (prin efectul stabilizãrii acesteia) iar în combinaţie cu ceilalţi lianţi, joacã rol de plastifiant al mortarului, reducând dozajul de apã necesar.

pentru cazurile în care va fi expus umiditãţii, mortarul se preparã pe bazã de ciment portland, ca plastifiant putând fi folositã pasta de argilã (varul reduce rezistenţa la coroziune a cimentului).

Agregatul, este nisipul, dar dimensiunea maximã se adoptă în funcţie de grosimea şi de fineţea suprafeţei stratului ce trebuie realizat: pentru mortarele de zidãrie, se foloseşte nisip 0 - 7,1 mm; pentru mortarele de tencuialã în straturi relativ groase (grunduri), se foloseşte nisip 0 - 3,15 mm, iar pentru straturile relativ subţiri (tinciuri), se foloseşte nisip 0 - 1 mm.

51

|Reţeta mortarului se exprimã printr-un dublu raport, de forma L1 : L2 : N, în care

L1 reprezintã primul liant (preponderent),L2 reprezintã al doilea liant (de adaos)N reprezintã nisipul,

exprimate în pãrţi de volum (în grãmadã, în stare afânatã).exemplu, reţeta mortarul de ciment-var 1 : 0,4 : 5, la 1 volum de ciment, se introduc 0,4 volume de var şi 5 volume de nisip, considerate volume în grãmadã, în stare afânatã.

Reţeta se poate exprima şi prin dozajele materialelor componente, în kg/m3 de mortar proaspãt.

Deşi existã formule empirice pentru stabilirea dozajelor, reţetele mortarelor se adoptã pe baza recomandãrilor date de normative.

Dozajul de apã nu este, de obicei, prevãzut în reţetã, el fiind ales şi corectat în funcţie de consistenţa necesarã punerii mortarului în operã.

52

Mortarele se preparã, de regulã, mecanic, în malaxoare cu amestecare forţatã, dar pot fi preparate şi manual, respectându-se urmãtoarele reguli de principiu:

mortarul de var se preparã într-o ladã, în care se introduce apa şi varul, se amestecã pentru realizarea dispersiei, dupã care se introduce nisipul, amestecând pânã la omogenizare;

mortarul de ciment se preparã pe o platformã din beton sau din scânduri, amestecând, mai întâi, la uscat, nisipul cu cimentul, dupã care se introduce apa necesarã;

pentru obţinerea mortarelor de ipsos-var şi var-ipsos, se preparã, mai întâi, mortarul de var cu consistenţa mai vârtoasã decât cea necesarã, ipsosul fiind adãugat, sub formã de pastã, în porţii mici de mortar, posibil a fi puse în operã în, cel mult 15 minute.

Nu se amestecă cimentul portland cu ipsos.