METODE DE ÎNCERCĂRI A BETOANELORMETODE DE ÎNCERCĂRI A BETOANELOR

1 TEHNICI ŞI MIJLOACE DE INVESTIGARE A ELEMENTELOR DIN BETON ŞI BETON ARMAT

1.1 Aspecte generaleProprietăţile mecanice, fizice şi chimice ale materialelor sunt inerent corelate cu studiul

structurii acestora. Scopul metodelor de omogenizare este reprezentat de trecerea de la scara

microscopică la cea macroscopică; mai precis, se încearcă să se descrie proprietăţile macroscopice ale sistemului neomogen, în funcţie de proprietăţile structurii sale microscopice. Intuitiv, sistemul neomogen este înlocuit de un sistem fictiv, omogen, ale cărui caracteristici globale reprezintă o buna aproximaţie a sistemului iniţial.

1.2 Conceptul de calitate al lucrărilorElaborarea şi aplicarea în construcţii a conceptului de calitate presupune stabilirea

caracteristicilor tehnice şi de calitate atât pentru întreaga construcţie cât şi pentru subansamblele acesteia (divizate până la nivel de element sau material), a limitelor admisibile în care trebuie să se încadreze acestea, a metodelor şi tehnologiilor de realizare a lor şi respectiv a modalităţilor de verificare şi a frecvenţei acestora, astfel încât construcţia să răspundă corect tuturor exigenţelor stabilite pentru utilizarea ei. Un factor deosebit de important în obţinerea calităţii îl reprezintă lucrările de verificare a ei.

1.3 Organizarea generală a verificărilor calităţiiVerificarea calităţii lucrărilor este absolut obligatorie şi se face în scopul

prevenirii, depistării sau îndepărtării unor defecte sau greşeli de execuţie care se pot transmite sau s-au transmis construcţiei în curs de realizare. Ea constă în stabilirea corespondenţei lucrărilor cu proiectul şi cu prescripţiile tehnice specifice, în limitele indicatorilor de calitate şi a abaterilor admisibile prevăzute în actele normative în vigoare.

Verificarea calităţii lucrărilor, în sensul respectării condiţiilor tehnice de calitate, se execută permanent de către şefii formaţiilor de lucru şi de către personalul tehnic însărcinat cu conducerea acestor lucrări. Suplimentar, se mai efectuează verificări în următoarele faze de realizare a construcţiei:

a) pe parcursul execuţiei, pentru toate categoriile de lucrări care condiţionează rezistenţa, stabilitatea, durabilitatea şi funcţionalitatea construcţiei, înainte ca ele să devină ascunse prin înglobare sau prin acoperire;

b) la terminarea unei faze de lucru (lucrări de terasamente, infrastructură, suprastructură, etc.);

c) la recepţia preliminară (la predarea construcţiei către beneficiar).

Inspecţiile se pot face aplicând diferite metode de control nedistructiv. Controlul nedistructiv constă în aplicarea unor metode de testare pentru a examina un obiect, un material sau un sistem fără a-i periclita funcţionalitatea ulterioară. Obiectivul unei metode completă de control nedistructiv, este să furnizeze informaţii despre următorii parametri ai materialului testat:

- Discontinuităţi şi detalii despre acestea. Exemple: fisuri, goluri, delaminări la care trebuie să determinăm anumite caracteristici fizice cum ar fi: grosimea, diametrul sau mărimea discontinuităţii;

- Structura materialului, incluzând structura cristalină, dimensiunea granulelor;- Gradul de segregare;- Proprietăţile fizice şi mecanice cum sunt: coeficientul de reflexie,

conductivitatea, modulul de elasticitate, viteza de propagare a undelor sonore, etc.

2 SISTEME DE MĂSURĂTORI PENTRU DETERMINAREA CARACTERISTICILOR BETONULUI

Dintre toate caracteristicile care dau informaţii despre elementele şi structura de beton, se vor detalia:

2.1 Rezistenţa la compresiune;2.2 Rezistenţa la întindere din încovoiere;2.3 Defecte ale elementelor din beton; 2.4 Determinarea poziţiei / grosimii armăturilor şi a grosimii stratului de

acoperire;2.5 Aprecierea durabilităţii betonului;2.6 Încercarea la aderenţă a straturilor de acoperiri protectoare, depuse pe

suprafaţa betonului;2.7 Analiza microstructurală a materialelor betonului.

2.1 Determinarea rezistenţei la compresiune a betonuluiMetode utilizate de determinare a rezistenţei la compresiune:- încercări distructive la presa hidraulică;- metoda reculului;- metoda acustică.

2.2 Determinarea rezistenţei la întindere din încovoiere a betonuluiDeterminarea rezistenţei la întindere din încovoiere a betonului se poate realiza pe

prisme simplu rezemate, supuse la încovoiere prin aplicarea unei forţe concentrate la mijlocul deschiderii.

- metoda încercării la încovoiere (prese şi instalaţii de laborator).

2.3 Determinarea defectelor betonuluiPrin defecte în beton, se înţeleg: goluri, fisuri, rosturi de turnare, cuiburi de

segregare, betoane poroase, straturi de beton degradat datorită îngheţului, incendiilor sau acţiunilor agresive.

Pentru identificarea acestora s-a ales descrierea următoarele metode:- metoda vizuală;- metode de verificare a proprietăţilor fizice (permeabilitate şi compactitate);- metoda ultrasunetelor.

2.4 Determinarea poziţiei armăturilor, a diametrului acestora şi grosimea stratului de acoperire cu beton

Pentru a afla poziţia armăturii, a diametrului acesteia, se pot folosi următoarele metode:

- metoda folosirii câmpului magnetic;- metoda de determinare a gradului de coroziune a armăturii în beton.

2.5 Aprecierea durabilităţii betonuluiDurabilitatea unui element sau a unei structuri de beton se defineşte ca fiind

proprietatea acestuia de a-şi menţine performanţa tehnică necesară în timp, sub influenţa unui ansamblu de acţiuni previzibile.

Metode utilizate pentru determinarea durabilităţii betonului:- rezistenţa la îngheţ-dezgheţ;- coroziune accelerată (celulă electrolitică, cameră de ceaţă salină, cameră de

coroziune).

2.6 Încercarea la aderenţă a straturilor de acoperiri protectoareForţa de aderenţă a unui material faţă de altul este o aderenţă specifică fiind

rezultatul forţelor de atracţie la interfaţa dintre moleculele unei pelicule şi cele ale substratului. Aceste forţe moleculare sunt de acelaşi tip ca şi cele care dau naştere coroziunii.

Metoda utilizată pentru măsurarea forţei de aderenţă a straturilor de acoperiri protectoare, depuse pe suprafaţa betonului - prin smulgere.

2.7 Analiza microstructurală a materialelor betonuluiInvestigarea structurii corpului solid cu ajutorul metodelor microscopice de studiu

oferă date calitative şi cantitative relative la forma exterioară şi la dispunerea atomilor în reţea, fiind utilizate instrumente cu o putere de rezoluţie chiar de ordinul dimensiunilor atomilor.

Metode utilizate pentru investigarea microstructurii betonului:- microscopia optică;- microscopia cu electroni (SEM, TEM).

3 APARATURA, ECHIPAMENTELE ŞI DISPOZITIVELE UTILIZATE ÎN SCOPUL DETERMINĂRII STRUCTURII ŞI PROPRIETĂŢILOR BETONULUI

Pentru evaluarea structurii, compoziţiei şi proprietăţilor materialelor se utilizează diverse metode: microscopia optică, microscopia electronică, analiza röentgeno-structurală, teste la compresiune, de încovoiere, teste de determinare a aderenţei, porozităţii, permeabilităţii la apă, rezistenţei la coroziune (metoda statică în lichide agresive, camera de ceaţă salină, căldură umedă, metode electrochimice, etc.).

Proprietăţile betonului sunt funcţii de timp şi de umiditatea mediului. De aceea, pentru ca încercările să fie valabile, ele trebuie executate în condiţii stabilite. Cea mai obişnuită dintre toate încercările, care se efectuează pe beton întărit, este încercarea de rezistenţă la compresiune, pe de o parte pentru, că este uşor de efectuat şi, pe de altă parte, pentru că (deşi nu toate) multe caracteristici care se cer betonului sunt calitativ legate de rezistenţa lui; trebuie de asemenea avut în vedere că rezistenţa la compresiune a betonului are în primul rând importanţă intrinsecă pentru construcţie.

Încercările de rezistenţă pot fi clasificate, în mare, în încercări mecanice distructive şi încercări nedistructive, acestea din urmă permiţând repetarea testului pe aceeaşi epruvetă, şi deci, făcând posibilă studierea variaţiei proprietăţilor în timp.

Încercările distructive se folosesc de mulţi ani, dar nu există încă nici una universal acceptată. Metodele şi tehnicile diferă de la o ţară la alta şi, uneori, chiar în aceeaşi ţară, întrucât multe dintre aceste determinări se efectuează în laboratoare şi, în special, în cercetare, cunoaşterea influenţei metodelor de încercare asupra valorii rezistenţei măsurate se impune cu necesitate.

Încercările pot fi făcute în scopuri diferite, dar principalele două obiective ale lor sunt controlul calităţii şi verificarea respectării prevederilor din standarde. Trebuie reţinut faptul că încercările nu reprezintă un scop în sine. În cazul betonului ele conduc rareori la o interpretare clară şi concisă, astfel că, pentru a fi valabile, ele trebuie să fie bazate întotdeauna pe o experienţă de testare.

3.1 Tipare din oţel pentru cuburi, cilindri şi prisme. Masă vibrantăVerificarea calităţii betonului întărit comportă determinarea proprietăţilor fizice, a

proprietăţilor de deformaţie, a rezistenţelor mecanice şi a proprietăţilor de durabilitate şi compararea caracteristicilor obţinute cu cele prescrise.

Epruvetele necesare efectuării încercărilor (conform standardelor europene) sunt de formă cubică, cilindrică şi prismatică (funcţie de tipul de încercări), care se confecţionează din beton proaspăt. Dimensiunile epruvetelor cubice sunt de 150 150 150 mm, cilindrice - 150 300 mm şi prismatice – 150 150 550 mm; 200 200 700 mm cu o abatere de maximum 0,5%.

Confecţionarea epruvetelor se face în tipare metalice (fig. 3.1) demontabile, prevăzute cu rame prelungitoare.

Fig. 3.1 Tipare din otel pentru cuburi, cilindri si prisme în

conformitate cu standardul EN 12390/1 si EN 12390/2.

Fig. 3.2 Masă vibrantă pentru probe din beton

Epruvetele se confecţionează prin vibrare, pe o masă vibrantă de laborator (fig. 3.2) şi necesită următoarele operaţii:

- se umple tiparul cu beton, în exces, într-un singur strat;- se compactează betonul din tipar în aceleaşi condiţii (de frecvenţă şi amplitudine

a vibrării: – 3000 200 vibraţii/min. amplitudinea – 0,35 mm);- se scoate rama prelungitoare, se înlătură surplusul de beton, se netezeşte, se

marchează proba şi se acoperă tiparele.Epruvetele se păstrează în camere speciale (fig. 3.3) şi în cuve (fig. 3.4) în

următoarele condiţii tabelul 3.1.

Tabelul 3.1 Caracteristicile de păstrare a epruvetelor

Caracteristica regimului de păstrare

Modul de păstrare a epruvetelor

Temperatura mediului,C

Umiditatea relativă a mediului, %

Umiditate ridicatăapă 20 2 -aer 20 4 90 ... 100

Umiditate normală aer 20 4 65 5

a) Cub 150 150 150 mm b) Cilindru 150 300 mm c) Prisme 150 150 550 mmEpruvete cubice, cilindrice şi prismatice din beton armat dispers cu fibre

Fig. 3.3 Cameră de păstrare a probelor în aer (mediu controlat)

Fig. 3.4 Cuvă de păstrare a probelor în apă

3.2 Determinarea rezistenţei la compresiune a betonului

3.2.1 Presă semiautomată Cybertronic pentru încercări la compresiuneDeterminarea rezistenţei la compresiune se efectuează pe epruvete cubice şi

cilindrice cu ajutorul presei hidraulice. Presa semiautomată Cybertronic cu 4 coloane (fig. 3.5), are o capacitate de 2000

kN; Unitatea digitală de comandă şi control Cybertronic este dotată cu display grafic

digital, tastatură multiobiect, imprimantă cu hârtie termică. Afişare pe display în format alfanumeric şi grafic.

Presa este dotată cu două platane: superior-mobil şi inferior-fix. Pentru transmiterea uniformă şi centrică a forţei, platanul superior este prevăzut cu un dispozitiv cu rotulă, iar pe platanul inferior se gravează centric pătrate/circumferinţe egale cu suprafeţele de bază ale epruvetelor ce se încearcă.

Rezultatul determinării, se stabileşte ca medie aritmetică a valorilor obţinute la încercarea unei serii de epruvete, luându-se în considerare numai valorile care diferă cu mai puţin de 20% faţă de medie.

Epruveta se aşează între platane în aşa fel încât direcţia de aplicare a forţei să fie perpendiculară pe direcţia de turnare. Aplicarea ei se face continuu şi uniform până la distrugerea epruvetei, asigurându-se o viteză constantă de creştere a sarcinii de (6 4) daN/cm2 pe secundă şi o durată de încercare de minim 30 secunde.

Fig. 3.5 Presa semiautomată Cybertronic cu 4 coloane

a) b) c)Probe din beton cu adaos acrilic şi fibre de armare după încercări:

a) probă cubică; b) probă cilindrică; c) prismă.

3.2.2 Sclerometru proceq tip “DIGI-SCHMIDT”Metodele mecanice (denumite şi metode de duritate superficială) se bazează pe

măsurarea proprietăţilor mecanice ale stratului de suprafaţă al betonului, respectiv a relaţiei existente între duritatea betonului şi rezistenţa sa la compresiune.

Metoda nedistructivă de recul (sclerometru tip “Digi-Schmidt” – fig. 3.6 ) este bazată pe principiul măsurării reculului, pe care o masă mobilă a aparatului îl suferă în urma impactului normal pe suprafaţa betonului. Aparatul înregistrează automat indicele de recul liniar sau unghiular. Reculul este folosit ca un indicator al durităţii superficiale a betonului, utilizat pentru evaluarea rezistenţei betonului „in situ”. Determinarea rezistenţei la compresiune se realizează în baza datelor afişate pe ecran (fig. 3.6).

DOMENIUL DE UTILIZAREDOMENIUL DE UTILIZAREPentru măsurarea nedistructivă a rezistenţei betonului;Găsirea locurilor slabe a suprafeţei betonului.

Fig. 3.6 Sclerometru tip “Digi-Schmidt”

Principiul de funcţionare a aparatului (fig. 3.7) constă în acţionarea unui sistem de resorturi în momentul în care un ciocan loveşte, prin intermediul unei tije de percuţie (fig. 3.8), suprafaţa de beton a elementului de încercat.

Fig. 3.7 Sclerometru tip “Digi-Schmidt” Fig. 3.8 Fazele principale de funcţionare a aparatului

Metoda de recul se recomandă a fi aplicată numai în cazurile în care calitatea betonului de la suprafaţa elementelor de construcţie este asemănătoare cu cea a betonului din profunzime. Conform C 26-1985, domeniul de aplicare al metodei îl constituie controlul pe faze al elementelor de beton, beton armat şi beton precomprimat (decofrare, transport şi manipulare) cu grosimi mici şi mijlocii (în primii 2-3 cm de la suprafaţă), cu vârste sub 60 de zile. Această metodă se recomandă a fi aplicată când elementele de încercat se află în: construcţii amplasate în medii

agresive la care atacul chimic se produce de la suprafaţă, construcţii sau elemente de construcţie avariate care prezintă defecte interne sau de suprafaţă, betoane cu dozaje de ciment sub 200 kg/m3 şi în elemente la care nu este asigurat accesul direct pe faţa de turnare şi la care nu există posibilitatea înlăturării unui strat de cel puţin 10 mm cu obţinerea unei suprafeţe fără rugozităţi pentru încercare.

Încercarea probelor Datele testării de pe ecran

Datele de măsurare se transmit automat şi pot fi prelucrate la calculator.

3.2.3 Determinarea rezistenţei la compresiune a betonului prin metoda acusticăPrin încercări acustice se înţeleg acele încercări în care se măsoară caracteristicile

de propagare ale unor impulsuri constituite din vibraţii de frecvenţe variabile, cuprinse de obicei în domeniul ultrasonor (frecvenţa oscilaţiilor elastice depăşeşte limita de audibilitate de 15 – 20 kHz). Caracteristicile măsurate pot fi: timpul sau viteza de propagare a undelor longitudinale, a undelor de dilatare, a undelor placă, a undelor transversale sau a undelor de suprafaţă şi atenuarea ultrasunetelor.

Rezistenţa la compresiune a betonului Rc se poate exprima în funcţie de viteza de propagare longitudinală a ultrasunetelor v, cu o relaţie exponenţială de forma:

Rc = ebv

(3.3)

în care coeficienţii (în daN/cm2) şi b (în s/km) depind de o serie de date care constituie biografia betonului (compoziţie, confecţionare, păstrare etc.).

3.2.3.1 Aparat cu ultrasunet Pundit Lab pentru determinarea rezistenţei la compresiune a betonului

Aparat de măsură cu ultrasunete Pundit Lab (fig. 3.9) are posibilităţi de acumulare a datelor în regim on-line, analiza formei semnalului şi dirijarea la distanţă cu toţi parametrii de emisie. Aparatul măsoară durata de trecere şi viteza de propagare a impulsului, asigurând măsurarea distanţei, adâncimea fisurii superficiale şi propagarea undei ultrasonore la măsurările de suprafaţă.

Principiul de funcţionare a aparatului se bazează pe emiterea şi recepţia undelor acustice, ale căror parcurgere prin obiectul supus controlului caracterizează calităţile lui fizico-mecanice. Aparatul permite măsurarea timpului de propagare a oscilaţiilor ultrasonice în materiale, amplitudinii de alternanţă a impulsurilor recepţionate, detectarea defectelor de tip discontinuitate (stratificări şi inaderenţe de adeziune) în obiectele din beton prin măsurarea duratei frontului înaintării primare a semnalului recepţionat.

Fig. 3.9 Aparat de măsură cu ultrasunete Pundit Lab

Programul electronic permite vizualizarea şi analiza formei undei.

Măsurarea rezistenţei la compresiune Un întrerupător special montat pe traductor simplifică înregistrarea rezultatelor

3.3 Determinarea rezistenţei la întindere din încovoiere a betonului

3.3.1 Presă Cybertronic pentru grinzi de betonElementele încovoiate (cel mai frecvent încercate) pot fi încărcate cu sarcini

concentrate, distribuite sau combinate între ele. Sarcinile pot fi realizate cu ajutorul unei prese hidraulice (fig. 3.10). Acţiunea sarcinilor concentrate asupra grinzilor transmite prin intermediul unor plăcuţe metalice care repartizează local efortul, astfel încât să nu se strivească betonul.

În cazul, când trebuie să încărcăm grinda cu mai multe forţe concentrate de la o singură presă hidraulică, se folosesc grinzi metalice (traverse) intermediare.

Presa hidraulică aplică sarcini epruvetelor prismatice prin două fălci semicirculare cu o creştere constantă a sarcinilor.

Aparatul este prevăzut cu un cadru la baza căruia este situat motorul şi angrenajul.

Prismă încercată la întindere prin încovoiere la stadiul limită ultim = R

Fig. 3.10 Presă pentru grinzi de beton

Prismă cu fibre încercată la întindere prin încovoiere la stadiul limită ultim

3.3.2 instalaţie de încercări a elementelor de beton armatInstalaţia de încercări experimentale (fig. 3.11) pentru determinarea

caracteristicilor de rigiditate şi rezistenţă a elementelor din beton armat pentru controlul comportării construcţiilor la acţiuni seismice are două dispozitive acţionate hidraulic şi servocontrolaţi de tip MTS 204.72 de 350 kN.

Fig. 3.11 Încercarea grinzilor din beton armat la fisurare

a) b)

Grinzi din beton simplu (a) şi cu aditiv acrilic armat cu fibre High Grade (b), încercate la fisurare

Modul de fisurare şi cedare al grinzilor în stadiul limită ultim (SLU)

3.4 Determinarea defectelor betonului

3.4.1 Metoda vizuală. Fisurometru şi lupă micrometrică. Mijloace de măsurăLa toate tipurile de construcţii, evoluţia fisurilor şi modificările lor periodice,

datorită diferitelor cauze, constituie o prioritate. Urmărirea acestora se poate realiza prin procedee tradiţionale: prin metode cu citire directă (mecanice sau optice). Principiul general pentru toate procedeele este acela că deschiderea fisurii se măsoară pe o direcţie normală pe lungimea (traseul) acesteia.

Metode cu citire directă prin măsurare directă şi cu ajutorul aparatelor optice. Fisurometrul (fig. 3.12) este realizat dintr-o placă transparentă din material plastic pe care sunt trasate (cu precizie) linii de diferite grosimi (de regulă între 0,05 mm şi 1,5 mm). Modul de lucru cu fisurometrul este următorul: se amplasează paralel cu linia de vopsea trasată şi se deplasează până când linia trasată pe el se suprapune peste fisură. Deschiderea fisurii va fi dată de linia de pe fisurometru a cărei grosime se suprapune exact peste ea. Citirea se face strict în dreptul liniei trasate cu vopsea pe suprafaţa elementului.

Fig. 3.12 Măsurarea fisurilor cu ajutorulfisurometrului

Fig. 3.13 Măsurarea deschiderii fisurilor cu ajutorul lupei micrometrice

Lupa micrometrică (fig. 3.13) este realizată dintr-un cilindru metalic prevăzut cu una sau mai multe lentile. La capătul care se aşează pe fisură, există un decupaj la care se poate adapta o lanternă pentru asigurarea iluminării. Sistemul de lentile este prevăzut cu o scală mobilă cu marcaje de 0,1 mm. Lupa se aplică pe suprafaţa decopertată, astfel încât scala să fie paralelă cu linia trasată cu vopsea pe suprafaţa elementului; apoi se deplasează scala şi se citeşte deschiderea fisurii. Principalele operaţii tehnologice necesare măsurării deschiderii fisurilor sunt:

- stabilirea cu precizie a poziţiei fisurilor, deoarece fisurile în beton sunt, în cele mai multe cazuri, invizibile cu ochiul liber, cu ajutorul substanţelor penetrante sau al ultrasunetelor;

- îndepărtarea tencuielii de pe faţa elementului pe zona de examinat;- curăţarea cu perie de sârmă a suprafeţei decopertate;- trasarea cu vopsea a unei linii subţiri normale pe traseul fisurii;- măsurarea deschiderii fisurii pe direcţia liniei trasate cu vopsea, folosind

fisurometrul sau lupa micrometrică;- repetarea periodică a măsurătorilor şi înregistrarea rezultatelor.La măsurări s-au folosit mijloace tradiţionale de măsură: ruletă şi şubler.

Măsurarea deschiderii fisurilor cu ajutorul fisurometrului şi şublerului

3.5 Metode de verificare a proprietăţilor fizice (permeabilitate şi compactitate)

3.5.1 Masă de impermeabilitate beton tip PROETIImpermeabilitatea la apă a betonului întărit este capacitatea acestuia de a frâna

pătrunderea apei sub presiune prin masa sa şi se caracterizează prin praguri de presiune [86]. Pragul de presiune reprezintă presiunea maximă a apei până la care aceasta pătrunde în epruvete, fără a depăşi adâncimea limită prescrisă, în condiţiile când epruvetele sunt supuse unor regimuri de aplicare şi creştere a presiunii apei convenţional stabilite.

Adâncimea limită de pătrundere a apei se stabileşte astfel:- 10 cm pentru betoanele recipientelor de lichide, precum şi pentru betoanele

expuse la acţiunea agenţilor corosivi (naturali sau industriali), utilizate la construcţii industriale, social culturale, de locuinţe şi agrozootehnice;

- 20 cm pentru celelalte betoane.Gradul de impermeabilitate se notează cu simbolul , în care: n - presiunea apei (bar);x - adâncimea maximă admisă de pătrundere a apei în epruveta de beton (cm).Instalaţia pentru verificarea gradelor de impermeabilitate, care permite supunerea

uneia din feţele epruvetei cubice (faţă de infiltraţie) la acţiunea apei sub presiune, reglabilă în trepte constante, şi observarea directă şi concomitentă a feţei opuse celeia supusă acţiunii apei (faţă de exfiltraţie), precum şi a feţelor laterale este prezentată în fig. 3.14

Instalaţia cuprinde trei sau şase posturi de încercare, legate în baterie de acelaşi dispozitiv de punere sub presiune a apei.

În cazul epruvetelor cilindrice faţa de infiltraţie va fi aceea care corespunde feţei betonului din lucrare. Epruvetele se aşează pe inele de etanşare, se fixează în posturile de încercare cu ajutorul unor şaibe şi piuliţe de strângere, prin intermediul garniturilor de cauciuc.

Fig. 3.14 Masă pentru determinarea impermeabilităţii betonului cu 6 posturi pentru probe cubice sau cilindrice.

Se ridică presiunea apei până la prima treaptă de presiune de 0,2 N/mm2 (2 bari) care se menţine constantă timp de 48 h după care, presiunea se ridică din 24 în 24 h conform regimului de presiuni. Regimul de presiune şi timpul de menţinere constantă a fiecăreia este:

- 0,2 N/mm2 (2 bari) timp de 48 h;- 0,4 N/mm2 (4 bari) timp de 24 h;- 0,8 N/mm2 (8 bari) timp de 24 h;- 1,6 N/mm2 (16 bari) timp de 24 h.Acest aparat  are toate componentele ce intră în contact cu apa confecţionate din

oţel. Are capacitatea de a lucra cu 6 probe simultan.

a) b)Adâncimea de pătrundere a soluţiei în betonul simplu (a) şi cel cu aditiv şi fibre (b).

3.5.2 Aparat de măsurare a permitivităţii (compactităţii) TorrentAparatul de măsurare a permitivităţii Torrent (fig. 3.15) permite o măsurare rapidă

şi nedistructivă a calităţii stratului de protecţie din beton (porozităţii) în vederea determinării durabilităţii lui.

Fig. 3.15 Aparat de măsură a permitivităţii TORRENT

Permitivitatea la aer şi umezeală este un indicator excelent pentru durabilitatea potenţială a betonului şi rezistenţei lui la permeabilitatea substanţelor agresive.

CARACTERISTICICARACTERISTICITransferul automat al datelor la blocul electronic, calculându-se imediat

coeficientul de permitivitate kT şi adâncimea de pătrundere a vidului.- datele se înregistrează automat de blocul electronic, calculându-se automat

coeficientul de permitivitate kT şi adâncimea de pătrundere a vidului L;- măsurarea durează 2-12 min. în funcţie de permeabilitatea betonului;- categoria de calitate a stratului de protecţie din beton uscat poate fi observată în

tabel, folosind valoarea kT;- dacă betonul este umed, kT se unifică cu rezistenţa electrică a betonului ρ şi

atunci categoria de calitate se determină din nomogramă.- pentru calculul corecţiei de influenţă a umidităţii amestecului de beton aparatul

este dotat cu un traductor de rezistenţă tip Wenner-Proceq.

Prezentarea schematică a fluxului de aer spre cele două camere de la unitatea de vid:

1 – camera interioară, presiunea Pi; 2 – camera exterioară, presiunea P0. P0 = Pi; 3 – jet de aer spre camera

exterioară; 4 – jet de aer spre camera interioară; L – adâncimea de pătrundere a vidului.

Celulă cu două camere pentru crearea vidului

3.5.3 Maşină de tăiat şi şlefuit probe tip MANTAMaşină de tăiat şi şlefuit probe (fig. 3.16) se foloseşte pentru debitarea din

epruvete de beton a unor plăci (fig. 3.17) în vederea studierii structurii la microscop.

Fig. 3.16 Maşină acţionată electric cu posibilitatea de tăiere a probelor de formă regulată sau neregulata din

beton, BCA etc.

Fig. 3.17 Probă de beton debitată

Măsurarea adâncimii de carbonatare a betonului

3.6 Metoda ultrasunetelorMetoda tipului sau vitezei de propagare constă în producerea unor impulsuri

alcătuite din oscilaţii neamortizate de frecvenţă relative joasă (40 – 50 Hz), care se aplică betonului cu ajutorul unui palpator-emiţător simultan cu deschiderea bazei de timp, şi al căror timp sau viteză de propagare prin beton este determinată cu ajutorul unui palpator-receptor care aplică semnalul recepţionat pentru încheierea bazei de timp. Viteza de propagare longitudinală (VL) este:

VL = km/s (3.4)

unde:

L – distanţa dintre emiţător şi receptor (palpatori), în linie dreaptă (mm);T – timpul de propagare a impulsurilor în beton (s);

3.6.1 Defectoscop tip TICOTico este un aparat de măsură cu ultrasunete (fig. 3.18), care pot fi folosite pentru

determinarea nedistructivă a calităţii betonului prin diferite metode de propagare a ultrasunetelor (fig. 3.19). Se foloseşte metoda vitezei de impuls pentru a oferi informaţii cu privire la uniformitatea structurii din beton, cavitaţii, fisuri şi defecte.

a)

b)

c)

Fig. 3.18 Aparat TICO de măsură a defectelor din beton

Fig. 3. 19 Metode de propagare a ultrasunetelor:

a) directă; b) semidirectă;

c) indirectă sau de suprafaţă.

CARACTERISTICICARACTERISTICIDetectarea defectelor din elementele de beton armat;Măsurarea omogenităţii betonului;Funcţiuni de transfer a datelor măsurărilor pe calculator prin intermediului unui soft din dotare.

Testarea grinzilor din beton prin metoda directă

Datele de măsurare cu aparatul TICO

Cu ajutorul acestui aparat se pot identifica defecte interne ca: golurile, fisurile sau rosturile de turnare, adâncimea unor straturi de beton degradat (prin incendiu, îngheţ sau acţiuni agresive) şi cuiburile de segregare sau betoanele poroase. Golurile pot fi puse în evidenţă printr-o variaţie bruscă a timpului de propagare citit de aparat, ca urmare a faptului că impulsul, întâlnind un gol, trebuie să-l ocolească.

Pentru precizarea formei şi mărimii golului se recomandă să se folosească încercări pe mai multe direcţii.

Fig. 3.20 Schema stabilirii dimensiunilor golurilor în beton

Fig. 3.21 Schema determinării adâncimii rosturilor de turnare în beton:

a – vedere; b – secţiune; c – diagrama de variaţie a adâncimii rostului.

Fisurile sau rosturile de turnare ca poziţie şi adâncime se determină admiţând, ca şi în cazul golurilor, că impulsul ultrasonor ocoleşte fisura sau rostul pe drumul fizic cel mai scurt.

Încercările trebuie să fie orientate perpendicular pe direcţia de fisurare şi se recomandă să fie făcute pe distanţe relativ mici (20-30 cm) pentru a mări sensibilitatea metodei.

Dacă planul fisurii este paralele cu feţele opuse accesibile ale elementului de încercat (fig. 3.22), adâncimea fisurii se determină printr-o serie succesivă de măsurători într-un plan perpendicular pe planul fisurii, pornind de la faţa fisurată spre cea opusă (de la 1 la 4). Adâncimea fisurii este dată de distanţa de la faţa fisurată până în punctul unde impulsul ultrasonic se propagă nestânjenit.

Fig. 3.22 Determinarea adâncimii fisurii la elementele cu feţe opuse accesibile prin metoda

directă:a – perspectivă; b – secţiune orizontală.

Fig. 3.23 Schema determinării grosimii de beton degradat prin metoda indirectă.

3.7 Determinarea poziţiei armăturilor, a diametrului acestora şi grosimea stratului de acoperire cu beton

3.7.1 Metoda folosirii câmpului magneticMetoda se utilizează pentru determinarea poziţiei şi diametrelor armăturilor şi a

grosimii straturilor de acoperire cu beton. Principiul de funcţionare a aparatului pahometru se bazează pe închiderea, prin armăturile din beton, a liniilor de forţă ale unui circuit magnetic deschis. Cu această metodă se pot depista armăturile înglobate în beton până la o adâncime de maximum 250 mm. Pentru determinarea diametrului armăturii este necesar să se cunoască grosimea stratului de acoperire cu beton a acesteia.

3.7.1.1 PAHOMETRU TIP PROCEQ PROFOMETER 5+ Se utilizează pentru detectarea armăturilor din elementele de beton armat,

diametrului acestora şi acoperirea cu beton [89]. Principiul de funcţionare este bazat pe impulsuri de inducţie fig. 3.24. Aparatul este compus din doi transformatori din care unul cu circuit magnetic deschis (sonda de palpare – fig. 3.25).

CARACTERISTICICARACTERISTICIDetectarea armăturilor din elementele de beton armat;Măsurarea stratului de protecţie din beton şi diametrului armăturilor;Afişează "harta" suprafeţei măsurate în tonuri de gri;

Dotare cu dispozitive optice şi acustice pentru determinarea poziţiei armăturilor;Funcţiuni de transfer a datelor măsurărilor pe calculator prin intermediului unui soft din dotare.

FIG. 3.24 PAHOMETRU TIP PROCEQ Profometer 5+

Fig. 3.25 Sonda de palpare pentru determinarea diametrului şi poziţiei armăturilor

3.7.2 Metoda de determinare a gradului de coroziune a armăturii în beton3.7.2 Metoda de determinare a gradului de coroziune a armăturii în beton

3.7.2.1 Analizor de coroziune tip CANINSe utilizează pentru detectarea rapidă a coroziunii incipiente de pe suprafaţa

armăturilor din corpul betonului – metoda capacitivă. Măsoară şi rezistenţa electrică specifică a betonului – metoda rezistivă (fig. 3.26).

Exactitatea măsurărilor potenţialelor pe un sector ajută la detectarea pe armături a sectoarelor corodate. Coroziunea elementelor de oţel în stratul de beton reprezintă un proces electrochimic. Sectorul cu pericol potenţial, de pe suprafaţa de beton, este cercetat cu ajutorul unui electrod, denumit pereche microgalvanică şi voltmetru cu rezistenţă înaltă. Analizorul de coroziune CANIN detectează procesele de coroziune până la apariţia urmelor de coroziune pe suprafaţa betonului.

Detectarea coroziunii la faze incipiente este o procedură necesară pentru prevenirea unei distrugeri nedorite a structurii. Metoda rezistivă se bazează pe variaţia rezistenţei sau a conductivităţii electrice a betonului în curent alternativ sub influenţa modificării umidităţii sale.

Procedeul constă în determinarea potenţialului de electrod existent între armătură şi un electrod (sulfat de cupru) amplasat pe suprafaţa elementului de beton examinat. Măsurătorile se efectuează cu ajutorul analizorului de coroziune care stabileşte existenţa coroziunii prin scanarea suprafeţei supuse încercării (fig.3.27), determinând apariţia potenţialului electric produs, datorită penetrării clorurilor în beton (acestea conduc la formarea unor zone anodice sau catodice cu diferenţe mari de potenţial electric între ele).

Fig. 3.26 Analizor de coroziune CANIN

Figura 3.27 Schema de funcţionare a echipamentului pentru determinarea zonelor de

coroziune de pe armătură

Figura 3.28 Exemplu de hartă de coroziunepotenţială în elementul de beton examinat

Aparatul colectează informaţiile necesare pe care le analizează, le interpretează şi le afişează sub forma unor hărţi de coroziune potenţială.

Hărţile de coroziune potenţială sunt folosite numai pentru determinarea acelor zone ale armăturilor în care se pot înregistra variaţii ale tensiunii electrice cuprinse între 350-200 mV. Pentru valori:

- ≥ - 350 mV, probabilitatea de 95% de existenţă a coroziunii;- 200 - 350 mV, probabilitatea de 50% de existenţă a coroziunii;- ≤ - 200 mV, probabilitatea de 5% de existenţă a coroziunii.Când se înregistrează:- icor < 0,2μA/cm2 – probabilitate scăzută de existenţă a coroziunii armăturii;- icor = 0,2-0,5 μA/cm2 – probabilitate redusă de coroziune a armăturii;- icor = 0,5-1,0 μA/cm2 – probabilitate moderată a coroziunii;- icor > 1μA/cm2 – existenţa coroziunii totale.Pentru valori ale rezistivităţii, cuprinse între:- < 5 k Ωcm – probabilitate foarte ridicată de existenţă a coroziunii armăturii;- 5 - 10 k Ωcm – probabilitate ridicată de existenţă a coroziunii armăturii;- 10 - 20 k Ωcm – probabilitate moderată de existenţă a coroziunii armăturii;- > 20 k Ωcm – probabilitate redusă de existenţă a coroziunii armăturii.

Detectarea zonelor corodate sub stratul de protecţie din beton a grinzilor fără aditiv acrilic şi fibre de armare.

3.8 Aprecierea durabilităţii betonului3.8.1 Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ în camera climatică tip PROETIRezistenţa la îngheţ-dezgheţ a unui beton este definită prin numărul maxim de

cicluri de îngheţ-dezgheţ succesive pe care epruvetele le pot suporta, după o vârstă de cel puţin 28 zile de la confecţionare, fără ca reducerea de rezistenţă să fie mai mare de 25%, respectiv fără ca reducerea modulului de elasticitate dinamic să fie mai mare de 15%. După numărul de cicluri de îngheţ-dezgheţ pe care le pot suporta în condiţiile arătate mai sus, betoanele se încadrează într-una din următoarele grade de gelivitate: G 50; G 100 şi G 150 (cifrele indicând numărul de cicluri).

Fig. 3. 29 Camera climatică sau de îngheț-dezgheț

a) b)

Distrugerea straturilor superficiale de beton după 56 de cicluri la îngheţ-dezgheţ:a) – beton de referinţă; b) – beton cu fibre şi aditiv acrilic.

a) b)Fisuri superficiale paralele (a) apărute ca urmare a fenomenului de îngheţ-dezgheţ

şi o bucată spartă de beton (b) cu acumulări de gheaţă în jurul agregatelor.

Probe din beton cu aditiv acrilic şi fibre după încercări la îngheţ-dezgheţ (cicluri):

a) Probe după 14 cicluri b) Probe după 28 cicluri c) Probe după 56 cicluri

3.8.2 3.8.2 Instalaţia utilizată Instalaţia utilizată la determinarea rezistenţei la coroziune – celulăla determinarea rezistenţei la coroziune – celulă electroliticăelectrolitică

Celula electrolitică cu potenţiostat-galvanostat tip P-30S se foloseşte pentru inducerea coroziunii accelerate în betonul armat. Testele de coroziune accelerată: în soluţia de Na2SO4 la atac chimic este una din cele mai reprezentative, simulând destul de bine condiţiile de depozitare, transport şi exploatare a reperelor. Instalaţia pentru determinarea coroziunii în condiţii de testare la atac chimic este prezentată în fig. 3.30.

Instalaţia se foloseşte pentru cercetări şi încercări corosive ale materialelor şi inducerea coroziunii accelerate în probe de beton armat. Aceasta are o viteză mare de

înregistrare a datelor, viteză de desfăşurare a potenţialului şi tensiunii, permite efectuarea măsurărilor în regim de impulsuri.

Fig. 3.30 Celulă electrolitică cu potenţiostat-galvanostat tip P-30S

Coroziunea armăturii BST500 în atmosfera industrială cu Cl2 timp de 12 luni în zona fisurilor de mărimea 0,2 - 0,5 mm la grosimea

stratului de protecţie din beton – 25 mm

3.8.3 Încercarea în ceaţă salinăInstalaţia de încercări în ceaţă salină (fig. 3.31) este destinată determinării

rezistenţei diferitelor produse industriale, la degradările produse de aerosoli salini. Prin această încercare se urmăreşte stabilirea calităţii şi uniformităţii acoperirilor de protecţie, existând două posibilităţi de realizare a încercării în ceaţă salină: continuă şi discontinuă. Spaţiul util de încercare este de 0,75 mc.

Principiul de funcţionare constă în menţinerea diferitelor materiale şi sisteme de protecţie în atmosferă de ceaţă salină, cu o compoziţie prestabilită, la o temperatură şi presiune controlate, pe o perioadă de timp determinată.

Fig. 3.31 Instalaţia de încercări în ceaţă salină: 1 - comutator; 2 - lampa semnalizare termostat; 3 - comutator general: 4 - lampa semnalizare reţea; 5 - programator I durata pulverizare: 6 - manometru; 7- rozetă; 8 - programator II durata pulverizare; 9 - lampa h3 semnalizare ciclu continuu; 10 - selector încercare continuu-discontinuu; 11 - lampa semnalizare ciclu discontinuu; 12 - priză; 13 - priză; 14 - rezervor; 15 - conducte flexibile; 16 - regulator; 17 - umidificator; 18 - priza bipolară; 19 - ştuţ; 20 - priză; 21 - priză; 22 - termometru; 23 - traductor; 24 - capac; 25 - pulverizator; 26 - stativ; 27 - rezistenţă.

Dispozitivul de alimentare cu soluţie salină este format dintr-un sistem de alimentare cu aer curat, un rezervor ce conţine soluţia pentru pulverizare şi un pulverizator. Alimentarea pulverizatorului cu aer comprimat s-a realizat printr-un filtru ce reţine orice urmă de material solid sau ulei, la o presiune de aproximativ 100 kPa. Pentru a împiedica evaporarea apei din picăturile pulverizate aerul se umezeşte înainte de intrarea în pulverizator, prin trecerea sa printr-un vas cu apă.

Pulverizatorul este confecţionat dintr-un material plastic (textolit), inert la mediul coroziv. Pentru a împiedica impactul direct al soluţiei pulverizate cu probele, acestea nu au fost aşezate în direcţia jetului de ceaţă salină.

3.8.4 Încercarea la coroziune în atmosferă artificialăÎncercările s-au realizat într-o cameră de coroziune, aşa cum se poate observă în

figura 3.32. În apă distilată, la 25 °C 2 °C se dizolvă o cantitate suficientă de clorură de sodiu, pentru obţinerea unei concentraţii a clorurii de sodiu în soluţia pulverizată colectată de 50g/l 5g/l. S-a reglat pH-ul soluţiei saline, astfel încât pH-ul soluţiei colectate în camera de pulverizare să fie cuprins între 6,5 şi 7,2. Se efectuează corecţiile necesare prin adăugare de soluţie de acid clorhidric sau de hidroxid de sodiu de calitate analitică recunoscută.

Este prevăzută posibilitatea de testare a probelor sub acţiunea agresivă a bioxidului de carbon.

Ca urmare a pierderii dioxidului de carbon în momentul pulverizării soluţiei, pH-ul poate varia. Aceste variaţii pot fi evitate prin reducerea conţinutului de dioxid de carbon al soluţiei, de exemplu prin aducerea acesteia la o temperatură de peste 35 °C înainte de a fi introdusă în aparat, sau prin prepararea soluţiei cu apă proaspăt fiartă.

Acesta s-a măsurat cu un pH-metru HI 991001, produs de “Hanna Instruments”, prevăzut şi cu indicator de temperatură. Fig. 3.32 Cameră de coroziune.

Încercarea la coroziune în condiţii de căldură umedă

Aparatura necesară: camera de pulverizare; dispozitiv de încălzire şi de reglare a temperaturii; dispozitiv de pulverizare. Camera este prevăzută cu un sistem automat de măsurare şi reglare a temperaturii, sistem de evacuare a soluţiei uzate sau a condensului, rezultate în timpul încercărilor. Camera, din plastic şi oţel inoxidabil, are o capacitate de 0,5 m3. Partea superioară a camerei a fost concepută astfel încât picăturile de soluţie acumulate, care şiroiesc pe suprafaţă, să nu cadă pe piesele încercate.

Probele au fost poziţionate pe suporţi din oţel inoxidabil, pentru a evita scurgerea eventualilor produşi de coroziune pe suprafaţa acestora.

3.9 Încercarea la aderenţă a straturilor de acoperiri

3.9.1 Aparatul DYNAMETER Aparatul DYNAMETER (fig. 3.33) măsoară forţa de aderenţă a straturilor de

acoperiri, depuse pe suprafaţa betonului, prin smulgere.

Fig. 3.33 Aparat DYNA pentru măsurarea forţei de aderenţă prin smulgere

Verificarea forţei de aderenţă a acoperirii de protecţie cu ajutorul

aparatului DYNAMETER

Schema desprinderii acoperirii acrilice de protecţie de la substratul de beton

3.10 Aparate de analiză structurală şi microstructurală

3.3.10.1 Microscopul optic - OLYMPUS - analiza structurală Microscopul optic, adesea cu referire la "light microscope", utilizează lumina şi un

sistem de lentile pentru a mări imaginile probelor. S-au realizat macrostructuri şi microstructuri la microscopul optic cu mărire 100,

500, 1000, pentru a pune în evidenţă diferenţele dintre probele martor şi probele obţinute (fig. 3.34).

Fig. 3.34 Microscop epifluorescent Olympus BX61, cuplat cu o cameră digitală şi configuraţia sistemului optic al acestuia

Microstructura betonului studiat, obţinută la microscopul optic OLYMPUS

Suprafaţa betonului cu macroporozităţi.

3.10.2 Microscopul - NEOPHOT - analiza structurală S-au realizat microstructuri la mărire 500, 1000 cu microscopul optic NEOPHOT

21 (fig. 3.35), pentru a vizualiza, măsura şi compara straturile din probele martor şi ale probelor din beton de ciment cu polimer, dispers armate cu fibre.

Figura nr. 3.35 Stereomicroscop optic NEOPHOT 21

Microscopia armăturii corodate înglobată în beton.

Aceeaşi imagine vizualizată cu lumină emergentă (transmisă).

Detaliu mărit al zonei încercuite din fig. precedente

Aceeaşi detaliu, supus la lumină albastră reflectată şi

observat cu filtru galben.

Detaliu zonă dreptunghiulară din fig. 1 și 2

3.10.3 Microscopul electronic prin transmisie - TEM - analiza structurală TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPE (TEM) este un tip de microscop

electronic (fig. 3.36) în care imaginea, de la o probă foarte subţire, se formează în rezultatul interacţiunii fascicolului de electroni cu substanţa probei fiind ulterior mărită de lentilele magnetice şi înregistrată pe un ecran fluorescent. Imaginile fasciculului de contrast (de difracţie) sunt utilizate pentru analiza probei (fig. 3.37).

- Domeniu de utilizare: probe sub forma de filme sau secţiuni ultrasubţiri, obţinute din soluţii diluate sau prin ultramicrotomie;

- Putere de rezoluţie: 20 Ǻ;- Mărire: 200 000 X.

Fig. 3.36 Microscop electronic de transmisie TESLA BS 540

Fig. 3.37 Coloana microscopului

Microstructura TEM a unui ion albit arătând regiunea unei particule nereacţionate de ciment

Mărirea zonei complet reacţionate în polimer.

lângă una reacţionată în matricea de polimer.

Imaginile TEM ai compuşilor cimentului şi polimerului

3.10.4 Microscopul electronic de baleaj - SEM - analiza structurală SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM) este un tip de microscop electronic

(fig. 3.38) care creează imagini diferite prin focalizarea unui flux de electroni de energie înaltă pe suprafaţa unei probe şi detectând semnale din interacţiunea electronilor incidenţi cu suprafaţa probei. Tipul de semnale este captat de SEM variază şi poate include electroni secundari, caracteristic razelor X şi BSE - back scattered electrons. Datorită modului în care este creată imaginea, SEM produce un câmp de mare adâncime, caracteristic tridimensional, necesar vizualizării clare a structurii suprafeţei probei.

Acest tip de microscop a fost utilizat pentru vizualizarea existenţei includerii fibrelor în matricea de beton cu polimer, modului uniform de dispersie în grosimea stratului compozit. S-au realizat microstructuri cu măriri 100, 400, 800, 1600, 3200, 6400 pentru a evidenţia forma fibrelor incluse şi modul de dispunere al lor în probe.

Fig. 3.38 Microscop electronic cu baleaj Leica Stereoscan 440

a) b)

Micrografie SEM a unui strat corodat de pastă de ciment, expus timp de 60 de zile la atac cu acid sulfuric cu pH=1: a) proba martor; b) beton cu aditiv acrilic şi fibre, 3000

Micrografia betonului modificat cu 1% de aditiv acrilic, la vârsta de 28 de zile, menţinut la temperatura 23 C şi umiditatea 95%: A – aspectul general al mostrei (1 000); B şi C – imagini

rezultate de la scanare (5 000).

Micrografie obţinută cu microscopie prin scanare cu electroni a betonului cu 1% de aditiv acrilic A – aspect general (5 000); B – detaliu (10 000); C – detaliu (10 000); D – imagine

cristale (20 000) – nivel 0.

Cristale de etringit (12 000)

Formarea mineralului etringit (e) la limita agregatului de granit (G). Pelicula de gel în jurul granulelor de nisip (N) şi ciment,

5000 – nivel II