Proprietatile betonului intarit

 Structura betonului întărit

Betonul întărit este un material compozit, cu o structură complexă, compusă din matrice şi agregat.

Este un material poros şi microfisurat cu o concentrare a defectelor structurale în zona de interfaţă matrice-agregat.

Datorită varietăţii materialelor componente, proporţiilor dintre ele, cât şi tehnologiilor de punere în lucrare şi tratare ulterioară, proprietăţile betonului variază în limite largi.

Matricea înveleşte granulele de agregat şi umple golurile scheletului format din acestea.

Adeziunea dintre partea liantă şi agregatele mari variază în funcţie de compoziţia mineralogică a cimentului şi agregatelor, de starea suprafeţei granulelor de agregat, de proporţia de apă, modul de punere în lucrare, condiţiile de întărire, etc.

Caracteristicile zonei de contact dintre matrice şi granulele de agregat reprezintă un factor hotărâtor al calităţii betonului.

O aderenţă defectuoasă între piatra de ciment şi granulele de agregat afectează în mare măsură atât rezistenţele mecanice ale betonului cât şi alte proprietăţi cum sunt: coeficientul de impermeabilitate, rezistenţa la agresiuni fizice şi chimice, etc.

În linii mari, adeziunea matricei la suprafaţa granulelor de agregat se poate realiza astfel:

adeziune mecanică, prin ancorarea în asperităţile suprafeţei granulelor de agregat. Acesta este tipul de aderenţă care se realizează în mod curent între matrice şi agregatele din beton şi se manifestă mai accentuat la agregatele de concasare, datorită rugozităţii suprafeţei şi la agregatele uşoare cu porozitate deschisă;

adeziunea prin epitaxie, o sudură directă a produşilor de hidratare ai cimentului pe suprafaţa granulelor de agregat şi care apare atunci când există concordanţă de structură între aceştia şi orientare favorabilă. Acest tip de aderenţă se întâlneşte la betoanele cu anumite agregate calcaroase şi se accentuează odată cu trecerea timpului, datorită carbonatării hidroxidului de calciu;

 adeziunea chimică se stabileşte în urma unor interacţiuni chimice care au loc între produşii de hidratare-hidroliză ai cimentului şi agregatele silicioase. Se manifestă curent la betoanele cu agregate cuarţoase întărite prin autoclavizare. În acest caz, între hidroxidul de calciu rezultat din hidroliza cimentului şi bioxidul de siliciu activ din agregat, au loc reacţii chimice cu formarea de hidrosilicaţi de calciu.

Cantitatea de apă utilizată la prepararea betonului are o mare influenţă asupra structurii betonului întărit.

Din necesitatea asigurării lucrabilităţii betonului, raportul apă-ciment are valori cuprinse în mod obişnuit între 0,35 şi 0,70, deci mult mai mari decât cel al pastelor de ciment de consistenţă normală (0,23–0,29). De aceea, porozitatea matricei din beton este mai mare decât a pietrei obţinute prin întărirea unei paste de ciment şi distribuţia dimensională a porilor este diferită. Porozitatea matricei este mai mare în apropierea granulelor de agregat, acestea fiind înconjurate de o „zonă de tranziţie” a cărei grosime creşte cu

1

creşterea proporţiei de apă şi scade în timp, în urma proceselor de hidratare-hidroliză.

Atât compoziţia cât şi structura matricei sunt mult influenţate de agregatele cu dimensiunea sub 0,2 mm, acestea având o mare activitate fizică (toate rocile utilizate ca agregate sunt alcătuite din minerale cu structură ionică sau cu legături covalente, polarizate).

În afară de porozitatea matricei, în beton există şi macropori, rezultaţi prin antrenarea aerului la amestecarea şi punerea în lucrare a betonului.

Neomogenitatea structurii betonului se datoreşte şi alcătuirii lui din materiale cu densităţi diferite şi dimensiunilor variabile ale granulelor componenţilor.

La betoanele plastice şi mai ales la cele fluide, la punerea în lucrare se poate produce o segregare a componenţilor. În urma procesului de întărire, în funcţie de cantitatea de apă în exces, sub agregatele mari se vor forma pori capilari sau goluri lenticulare de dimensiuni mai mari, care vor influenţa mult compactitatea şi aderenţa şi prin aceasta şi celelalte caracteristici ale betonului întărit (fig. V.5).

Figura 1 Reprezentare a porilor din beton

În timpul întăririi betonului, datorită contracţiei la uscare, în matrice apare un sistem de microfisuri care se amplifică în timp sub acţiunea factorilor exteriori.

Existenţa micro şi macroporilor, capilarelor, cavernelor, micro şi macrofisurilor, reprezintă defecte de structură care reduc calitatea betonului. Proprietăţile betonului sunt influenţate esenţial de valoarea porozităţii totale, precum şi de natura, mărimea şi distribuţia porilor.

Porozitatea betonului este formată din: pori de gel – cu dimensiunea de regulă sub 100 Å, greu permeabili

pentru apa lichidă; pori capilari – cu dimensiuni mai mari de 100 Å, cu proprietăţi

hotărâtoare asupra tuturor caracteristicilor betonului; ei nu sunt uniform răspândiţi în matrice, iar pe parcursul întăririi se umplu parţial cu noile produse de hidratare;

pori sferici - rezultaţi la amestecarea betonului (aer oclus), fie la folosirea aditivilor antrenori de aer (aer antrenat), cu dimensiuni între 50 – 100 m;

2

pori cu dimensiuni mai mari de 200 m, aparţin defectelor de structură, iar volumul lor trebuie să fie limitat în betonul bine alcătuit şi compactat.

Prin folosirea aditivilor antrenori de aer se poate dirija, în mod corespunzător, volumul, dimensiunea şi distribuţia aerului antrenat, cu consecinţe favorabile asupra gradului de impermeabilitate şi a rezistenţei la îngheţ-dezgheţ repetat.

Toate încercările de a stabili relaţii de dependenţă a rezistenţei mecanice de factori de compoziţie şi structură ajung, într-o formă simplificată, la stabilirea unor relaţii între rezistenţă şi porozitate.

Pentru asigurarea unei compactităţi maxime şi a unei structuri cât mai omogene, condiţii esenţiale pentru betoane de rezistenţă, compoziţia betonului judicios stabilită, trebuie corelată cu mijloacele optime de compactare şi cu măsuri pentru asigurarea condiţiilor favorabile de întărire.

Caracteristicile fizice, mecanice şi chimice ale betonului întărit prezintă interes deosebit pentru calculul dimensional şi pentru stabilirea domeniului de folosire. Dintre proprietăţile fizico-mecanice şi chimice, cele mai importante sunt preezentate în continuare.

ProprietatiDensitatea aparentă

Densitatea aparentă a betonului întărit, a, se determină pe corpurile de probă pregătite pentru determinarea rezistenţelor mecanice.

Deoarece betonul are capacitatea de a ceda sau absorbi apa, densitatea aparentă se poate determina atât în stare uscată cât şi de umiditate naturală.

Compactitatea

Deoarece la betoanele grele obişnuite densitatea () variază foarte puţin cu compoziţia, se consideră că se poate aprecia compactitatea suficient de exact, în dependenţă de variaţia densităţii aparente (a). În cazul acestor betoane, compactitatea este preponderent determinată de cea a matricei precum şi de zona de tranziţie matrice-agregat.

Compactitatea este o caracteristică importantă întrucât influenţează: permeabilitatea, rezistenţa la îngheţ-dezgheţ, rezistenţele mecanice, rezistenţa la acţiunile chimice agresive, conductivitatea termică, etc.

În practică nu se pot realiza betoane cu compactitate 100% şi datorită structurii microporoase şi microfisurate a betonului. În mod convenţional, un beton se consideră compact când porozitatea totală este 5–7%.

Pentru mărirea compactităţii se iau măsuri la stabilirea compoziţiei betonului (folosirea de agregate cu granulozitate foarte bună, reducerea raportului apă-ciment cu păstrarea unei bune lucrabilităţi, folosirea de aditivi plastifianţi), la punerea în lucrare (prin utilizarea de mijloace energice de compactare) precum şi la tratarea ulterioară.

Permeabilitatea betonului faţă de gaze sau lichide

Este o proprietate determinantă pentru durabilitatea sa. Betonul permeabil este mai vulnerabil la îngheţ-dezgheţ şi la coroziune (inclusiv a

3

armăturii din betonul armat). Pătrunderea apei în beton afectează negativ şi rezistenţele mecanice şi proprietăţile de izolare termică.

Deplasarea apei pe o anumită adâncime în beton depinde atât de presiunea coloanei de apă cât şi de diferenţa de umiditate corespunzătoare celor două feţe ale elementului de beton sau de efecte osmotice.

Permeabilitatea la apă este determinată de porozitate, distribuţia, dimensiunile şi tipul porilor (închişi, interconectaţi). Ea este influenţată de natura şi dozajul în ciment (creşterea dozajului reduce permeabilitatea), de raportul a/c (fig. V.6), vârstă, condiţii de exploatare, etc.

Figura 2. Variaţia coeficientului de permeabilitate cu raportul a/c

Determinarea permeabilităţii la apă a betonului este dificilă având în vedere complexitatea structurii materialului şi caracterul evolutiv al acestuia.

Teoretic permeabilitatea la apă poate fi apreciată prin coeficientul de permeabilitate (K) dat de formula lui Darcy:

[m/s]

undeQ – cantitatea de apă (m3) scursă în timpul t (s);A – suprafaţa transversală a probei (m2);l – grosimea probei (m);P – căderea presiunii coloanei de lichid în probă (metri coloană de

apă).Practic determinarea gradului de impermeabilitate (P) se realizează prin

metode standardizate şi se apreciază convenţional prin adâncimea în beton pe care a penetrat apa supusă unei anumite presiuni, într-un anumit interval de timp.

Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ

Este proprietatea acestuia de a rezista la acţiuni de îngheţ-dezgheţ, fără a suferi deteriorări, în condiţii de exploatare, deci de interacţiune cu factorii de mediu.

Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ repetat în condiţii de laborator este dată prin gradul de gelivitate. Acesta se defineşte prin numărul maxim de cicluri

4

îngheţ-dezgheţ succesive (în condiţii normalizate) pe care epruvetele din beton saturat cu apă, începând cu o vârstă de cel puţin 28 de zile, pot să le suporte fără ca reducerea rezistenţei la compresiune să fie mai mare de 25% faţă de epruvetele martor (metoda distructivă) sau reducerea modulului de elasticitate dinamic cu mai mult de 15% (metoda nedistructivă).

Distrugerea betonului prin îngheţ-dezgheţ este o consecinţă a structurii sale capilar-poroase şi a gradului de saturare cu apă, în condiţiile unor temperaturi negative, când mărirea de volum de circa 9% a apei care îngheaţă în porii şi capilarele sale, determină eforturi ce depăşesc rezistenţa la întindere a betonului.

Temperatura la care îngheaţă apa prezentă în beton depinde de tipul şi mărimea porilor în care se găseşte.

Apa din micropori şi canale capilare este supusă la presiuni importante, a căror valoare este cu atât mai mare cu cât diametrul lor este mai redus şi, în consecinţă, îngheaţă la temperaturi mai scăzute decât apa liberă. Cele mai mari transformări în structura betonului se produc în intervalul de temperatură cuprins între –10° şi –40° C (fig. V.7).

Figura 3. Variaţia temperaturii de solidificare a apei din pori cu diametrul acestora

Dacă matricea betonului are bule de aer (datorate acţiunii aditivilor antrenori de aer), cu dimensiuni de 20–200 m, la presiune normală ele nu sunt pline cu apă, deoarece acţiunea forţelor capilare este mai redusă decât acţiunea gravitaţională şi constituie astfel rezervoare de descărcare a presiunii, îmbunătăţind comportarea la îngheţ-dezgheţ repetat.

Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ repetat a unui beton la un anumit grad de saturare cu apă, depinde de compactitate, de mărimea, forma şi modul de distribuţie a sistemului de pori şi capilare, de tipul şi dozajul de ciment, natura agregatelor, etc.

Pentru obţinerea de betoane rezistente la îngheţ-dezgheţ repetat este necesar să se realizeze betoane compacte, impermeabile, preparate cu cimenturi bogate în C3S şi cu conţinut cât mai redus în C3A.

De asemenea, se recomandă folosirea aditivilor plastifianţi, antrenori de aer, care determină formarea unor pori fini, uniform distribuiţi, care întrerup capilarele şi care în acelaşi timp amortizează efectul presiunii produse de cristalizarea apei.

5

Se consideră că betonul de bună calitate (utilizând ciment portland unitar, raport a/c mai mic de 0,36, un grad de hidratare avansat, având deci cantităţi mici de apă îngheţată) se comportă bine pentru temperaturi de până la –30° C.

Conductivitatea termică

Conductivitatea termică variază în limite largi, întrucât depinde de densitatea aparentă şi umiditatea betonului, de porozitatea şi natura agregatelor.

Pentru betoanele grele coeficientul de conductivitate termică () este de ordinul 1,28–1,74 W/mK.

Conductivitatea termică scade la temperaturi mai mari de 100°C, ca urmare a schimbării conţinului de umiditate.

Rezistenţele mecanice

În aprecierea comportării betonului la solicitări mecanice trebuie să se ţină seama de structura lui specifică (material poros şi microfisurat, cu concentrare a defectelor în zona de interfaţă matrice-agregat).

Ca şi la alte materiale fragile, procesul de rupere al betonului trece prin trei faze:

iniţierea fisurării; propagarea fisurilor; creşterea şi dezvoltarea fisurilor.

Se consideră că la o încărcare sub 30% din max, curba caracteristică – este aproximativ liniară.

La această solicitare nu se produc modificări structurale esenţiale, deformaţiile sunt preponderent elastice iar fisurile preexistente în beton sunt stabile, având o foarte mică tendinţă de propagare.

Între 30–50% din max, fisurile se propagă foarte încet, cea mai mare dezvoltare a acestora fiind la interfaţa matrice-agregat. Curba – îşi modifică panta.

La sarcini mai mari de 50% din max, fisurile încep să se extindă în matrice conectându-se cu fisurile preexistente, ajungând la dezvoltarea unui sistem continuu de fisuri. La o încărcare de 75% din max, apare o dezvoltare intensă a fisurilor în matrice, care formează un sistem de fisuri instabil şi betonul cedează.

Numai ţinând seama de structura specifică poate fi explicat caracterul treptat al ruperii betonului, prin smulgere, după direcţia deformaţiei maxime.

În beton, fisurile nu se propagă în linie dreaptă, ci urmează un drum sinuos în jurul agregatelor sau în jurul diferitelor faze din piatra de ciment. Agregatele ca şi porii funcţionează ca blocanţi ai fisurilor.

Pentru betonul de mare rezistenţă sistemul de fisuri traversează şi agregatul.

Rezistenţele mecanice ale betonului (cât şi alte proprietăţi) sunt influenţate de factori de compoziţie, metode de preparare şi păstrare, de structură, de condiţii de încercări, etc.

6

Rezistenţa la compresiune

Rezistenţa la compresiune este unul din principalele criterii de apreciere a calităţii unui beton. Cunoaşterea rezistenţei la compresiune dă indicaţii suficient de precise asupra rezistenţei la alte solicitări precum şi asupra celorlalte proprietăţi fizico-mecanice ale betonului.

Rezistenţa betonului la compresiune depinde, în afară de calitatea betonului şi de alţi factori, cum ar fi: condiţiile de încercare, forma şi dimensiunile probei, modul de confecţionare şi păstrare, viteza de încărcare, etc. Pentru ca valorile obţinute să fie comparabile şi reproductibile trebuie respectate cu stricteţe condiţiile de determinare prevăzute în standarde.

Determinarea rezistenţei la compresiune se face distructiv sau nedistructiv. Determinarea se execută pe cel puţin trei epruvete de formă cubică (rezistenţa cubică, Rb), sau pe cilindri (rezistenţă cilindrică, Rcil) (tab.1).

Tabelul 1. Valorile rezistenţei la compresiune a unor betoane, determinată pe epruvete de formă diferită

Rc (daN/cm2)Rb (cub cu l = 20 cm)

50 75 100 150 200 250 300 400 500 600 700 800

Rcil ( = 15 cm, l = 30 cm)

45 65 85 125 165 205 245 325 410 490 – –

Rpr 202060 cm

40 60 80 115 145 180 210 280 350 470 490 560

Ruperea se produce în general prin matrice şi zona de contact dintre matrice şi agregate, unde se concentrează mare parte a defectelor din structura betonului.

Rezistenţa la compresiune se determină: în cadrul încercărilor preliminare, care au ca scop stabilirea

compoziţiei betonului ce urmează a fi folosit la executarea lucrării, stabilirea regimului de tratare termică;

în cadrul încercărilor de control în diferite faze ale procesului de execuţie (decofrare, tratare termică, transfer, manipulare, dare în exploatare etc);

pentru verificarea clasei betonului în cursul execuţiei; pentru verificarea calităţii betonului din elemente de construcţii.

Clasa betonului reprezintă o valoare convenţională privind rezistenţa la compresiune luată în consideraţie la proiectare şi care trebuie realizată de betonul pus în lucrare.

Verificarea clasei se efectuează pe epruvete confecţionate, păstrate şi încercate conform standardelor la vârsta de 90 zile pentru betoane hidrotehnice masive şi la 28 zile pentru betoanele destinate celorlate categorii de construcţii.

Pentru evaluarea rezistenţei betonului s-au efectuat cercetări multiple, încercându-se stabilirea unei relaţii care să cuprindă în mod corespunzător, toţi factorii care influenţează sensibil această caracteristică.

Cea mai cunoscută şi utilizată este relaţia Bolomay-Skramtaev, aplicată betoanelor lucrabile:

unde:Rb – reprezintă rezistenţa la compresiune a betonului la 28 zile;

7

Rc – rezistenţa reală la compresiune a cimentului la aceeaşi vârstă cu a betonului;c/a – inversului raportului apă/ciment;K – coeficient, a cărui valoare se ia egală cu 0,50 pentru agregate de concasare, pentru cimenturi uzuale şi pentru un raport apă/ciment cuprins între 0,4–0,65 şi se ia valoarea 0,45 când agregatele sunt de balastieră, restul condiţiilor rămânând constante.

Relaţia poate fi folosită pentru calcularea compoziţiei betonului, rezultând raportul apă/ciment pentru Rb, Rc şi K cunoscute.

Rezistenţa la compresiune a betonului este influenţată de calitatea componenţilor săi, de proporţia lor, de calitatea adeziunii din matrice şi agregate, de modul şi condiţiile de punere în lucrare, de factorii fizici şi chimici care intervin în timpul exploatării, de vârsta betonului, etc.

Rezistenţa la compresiune, în condiţii favorabile creşte logaritmic în timp, creşterea depinzând de natura cimentului, de condiţiile de întărire etc.

Rezistenţa la întindere

Rezistenţa la întindere axială a betonului, Rt, este cea mai mică dintre rezistenţele sale, reprezentând doar 1/6–1/20 din rezistenţa la compresiune, funcţie de clasa betonului (tabelul V-8).

Spre deosebire de compresiune, unde în prima etapă se produce o compactare a masei betonului prin închiderea microfisurilor iniţiale, la întindere, procesul de afânare a structurii interne se dezvoltă odată cu creşterea efortului unitar.

Ruperea este bruscă, prin smulgere, iar deformaţiile sunt aproximativ de 10 ori mai mici decât în cazul compresiunii, comportare caracteristică materialelor fragile. Sistemul de fisuri format este mai instabil decât cel format în cazul solicitării prin compresiune.

Tabelul 2. Corelaţia dintre rezistenţa la întindere axială Rt (daN/cm2) şi clasa betonului Rezistenţa Clasa betonului

6/7.5 8/10 12/15 16/20 18/22.5 25/30 32/40 40/50Rt

(n) (normală) 7,5 10 12 14 16 19 21 23Rt

(c) (de calcul) 5 6,5 8 9 10 12 14 15,5

Rezistenţa la întindere axială se poate determina pe epruvete cilindrice sau prismatice, la capetele cărora se lipesc cu adezivi piese metalice cu ajutorul cărora epruvetele se centrează şi se supun la tracţiune directă (fig.3) şi se calculează cu relaţia:

N/mm2 ,daN/cm2, MPa (5.4)

în care:F – forţa maximă care produce ruperea, în N sau daN;A – suprafaţa de rupere, în mm2 sau cm2.

Figura 3. Determinarea rezistenţei la întindere axială

8

Din cauza dificultăţilor de centrare a forţei, în practică se admite ca determinarea lui Rt să se facă direct pe baza solicitărilor la întindere din încovoiere sau prin despicare.

Rezistenţa la întindere din încovoiere (Rti) se determină pe prisme de 100 100 550 mm sau 150 150 600 mm, în funcţie de dimensiunea maximă a agregatului, solicitate conform fig.4.

Rezistenţa la întindere din încovoiere, Rti, este dată de relaţia:

N/mm2 sau daN/cm2, (5.5)

unde:F – forţa de rupere, în N;l – distanţa dintre reazeme, în mm;b – lăţimea medie a secţiunii transversale, în mm;h – înălţimea medie a secţiunii transversale, în mm.

Figura 4. Determinarea rezistenţei la întindere din încovoiere

Rezistenţa la întindere prin despicare prezintă avantajul unei încercări simple care se poate efectua pe cuburi, pe fragmente de prisme rezultate în urma încercării la încovoiere sau pe cilindri. Solicitarea asupra epruvetei se face prin intermediul a două fâşii de carton sau a două şipci de lemn, aşezate între feţele epruvetei şi plăcile presei (fig. 5).

Rezistenţa la întindere prin despicare, Rtd, este dată de relaţia:

N/mm2

în care:F – forţa de rupere, în N;b – lăţimea medie a secţiunii transversale de rupere, în mm;

h – înălţimea medie a secţiunii transversale la rupere; în mm.

9

Figura 5. Determinarea rezistenţei la întindere prin despicare

În afară de forma şi dimensiunile epruvetelor, rezistenţa la întindere este funcţie de clasa betonului şi rezultă că este influenţată de aceeaşi factori ca şi rezistenţa la compresiune.

Rezistenţa la oboseală

Se determină prin solicitarea alternativă a probelor de beton la o valoare ce variază între 0,5 şi 0,8 din solicitarea statică care produce ruperea.

Sub efectul încărcărilor şi descărcărilor repetate, betonul îşi modifică lent structura, ajungând într-un anumit stadiu la oboseală. Acest fenomen este caracterizat prin apariţia şi dezvoltarea microfisurilor, care în cazul continuării solicitării se transformă în fisuri macroscopice care preced ruperea.

Rezistenţa la oboseală a betonului se determină la solicitări ciclice de întindere axială, compresiune, încovoiere, în funcţie de natura solicitărilor la care va fi supus elementul de beton în timpul exploatării.

Rezistenţa la oboseală este influenţată de compoziţie, de structura, vârsta şi condiţiile de păstrare a betonului şi de amplitudinea de oscilaţie a eforturilor alternante. Ea este mai mică decât rezistenţa statică, iar deformaţiile sunt de 2–4 ori mai mari, cu o creştere atât a deformaţiilor elastice cât şi a deformaţiilor plastice, ruperea având un caracter exploziv.

Deoarece majoritatea structurilor inginereşti (stâlpi, grinzi de beton armat, baraje, îmbrăcăminţi rutiere, piste de aterizare, etc) sunt supuse în timpul exploatării la încercări variabile, este necesar să se cunoască comportarea betonului la astfel de solicitări.

Rezistenţa la şoc şi uzură

Betonul utilizat la fundaţii pentru maşini, piloţi, îmbrăcăminţi rutiere, piste de aterizare, pardoseli industriale, trebuie să reziste la solicitări de şoc şi uzură.

Rezistenţa la şoc creşte cu marca betonului, iar la rezistenţe egale, betoanele cu modul de elasticitate mai mic au o comportare mai bună.

Rezistenţa la şoc a betonului este mai bună decât a constituenţilor luaţi separat, betonul fiind un material cu o bună capacitate de a absorbi energia aplicată prin şoc.

Comportarea la uzură (abraziune) a betonului depinde de rezistenţa la compresiune, de proprietăţile agregatelor, starea şi proprietăţile suprafaţelor.

10

Deformaţiile betonului

Betonul prezintă deformaţii complexe datorită unor factori fizici (temperatură, umiditate), caracterului evolutiv al structurii şi compoziţiei sale, precum şi solicitărilor mecanice. Complexitatea factorilor ce produc deformaţiile, modul de manifestare asemănător al acestora, fac practic imposibilă departajarea contribuţiei fiecărui tip de deformaţie la cea finală.

Dilatarea şi contracţia termică

Dilatarea termică a betonului este proprietatea acestuia de a-şi mări volumul la creşterea temperaturii şi este rezultatul dilatării tuturor componenţilor săi. Fenomenul are loc atât datorită creşterii temperaturii mediului ambiant, cât şi, în perioada iniţială, datorită degajării de căldură ce însoţeşte procesele de hidratare-hidroliză ale cimentului.

Dilatarea termică a betonului creşte odată cu dozajul în ciment. Când coeficientul de dilatare termică al agregatelor este mult diferit de cel al pietrei de ciment, apare efectul distructiv al dilatării şi contracţiei diferenţiate, care determină amplificarea sistemului de microfisuri al betonului.

Aprecierea dilatării şi contracţiei termice a betonului se face prin determinarea coeficientului de dilatare liniară, măsurat pe epruvete prismatice, iar pentru unele lucrări şi după coeficientul de dilatare volumică, măsurat pe epruvete cubice.

Determinarea experimentală a coeficientului de dilatare termică este o operaţie dificil de realizat, deoarece prin ridicarea temperaturii se produce şi o pierdere a apei din beton, ceea ce conduce la manifestarea fenomenului de contracţie.

Coeficientul de dilatare liniară al betonului are valori cuprinse între 0,7  10–5 - 1,3  10–5 K-1, în funcţie de natura agregatelor, dozajul şi natura cimentului. În calculele obişnuite se ia egal cu 10  10–5 K-1, practic egal cu cel al oţelului moale.Contracţia şi umflarea betonului

Contracţia şi umflarea betonului sunt deformaţii ce determină modificări dimensionale ale elementelor de beton datorită fenomenelor ce au loc în procesul de întărire şi al variaţiilor de umiditate. Contracţia şi umflarea sunt deformaţii independente de sarcinile exterioare şi se dezvoltă în timp după curbe de tip exponenţial (fig. 6). Păstrat alternativ în aer şi apă, betonul prezintă deformaţii de contracţie şi umflare, cele două fenomene fiind, datorită modificărilor din structura betonului, numai parţial reversibile. În timp, după cicluri succesive de contracţie-umflare, există o tendinţă de amortizare a amplitudinii fenomenului.

11

Figura 6. Variaţiile dimensionale ale betonului funcţie de condiţiile de păstrare

Fenomenul de contracţie reprezintă principala cauză a fisurării betonului, începând de la suprafaţa de separaţie matrice-agregat şi apoi în matrice.

Fisurile de contracţie sunt preexistente celor provocate de solicitările mecanice.

Fisurarea apare în momentul în care efortul unitar din beton depăşeşte rezistenţa la întindere a acestuia.

Contracţia şi umflarea betonului sunt manifestarea unor fenomene complexe ce-şi cumulează efectele acţionând din starea de beton proaspăt şi evoluând pe întreaga durată de viaţă a construcţiei din beton.

Contracţia betonului proaspăt poartă denumirea de contracţie plastică.Betonul întărit manifestă contracţie la întărire, contracţie la uscare şi

contracţie de carbonatare.

Contracţia plastică este reducerea de volum a betonului imediat după punerea în lucrare şi se poate manifesta cu intensităţi diferite până la sfârşitul prizei betonului. Ea este un rezultat al pierderii apei prin evaporare sau prin absorbţia ei de către agregate (în special poroase), cofraje. Contracţia plastică este foarte periculoasă pentru elemente cu modul de suprafaţă mare, iar când se produce intens, poate genera fisuri şi slăbirea aderenţei între matrice şi agregat, în toate elementele din beton.

Betonul mai prezintă o micşorare de volum ca rezultat al reacţiilor chimice de hidratare-hidroliză a cimentului, care se mai numeşte şi contracţie chimică sau contracţie la „întărire”.

Ea este un rezultat al faptului că volumul absolut al produşilor de hidratare formaţi este mai mic decât suma volumelor absolute ale cimentului şi al apei. Aceasta generează fenomene capilare la suprafeţele de separaţie lichid-aer din porii pietrei de ciment, şi ca urmare, tensiuni interne corespunzătoare presiunii capilare.

Contracţia la uscare şi umflarea la umezire sunt rezultatul al variaţiei cantităţii de apă din beton, în strânsă corelaţie cu umiditatea relativă a mediului de păstrare.

12

Contracţia măsurată după sfârşitul prizei, deci cuprinzând contracţia chimică şi cea de uscare se numeşte contracţie hidraulică.

Pierderea apei din beton se face în ordinea crescătoare a energiei de legătură a apei faţă de fazele solide. Evaporarea apei libere, conţinută în cavităţi şi în pori mai mari decât cei capilari nu generează contracţie (sau valoarea acestuia este foarte mică). Contracţia este generată în principal de pierderea apei adsorbite, în ordinea crescătoare a energiei de legătură cu faza solidă.

Contracţia la întărire are loc în condiţiile în care este evitat schimbul de umiditate între beton şi mediu şi se datoreşte „pierderii de apă” în sens chimic.

Contracţia la uscare, însoţeşte transferul de umiditate din beton în atmosferă.

Sub acţiunea bioxidului de carbon din atmosferă, betonul (piatra de ciment în particular) se carbonatează în timp; reacţia are loc cu punere în libertate de apă evaporabilă şi este însoţită de contracţie ireversibilă, denumită contracţie de carbonatare.

Betonul conservat în apă manifestă creşteri de volum (fig6); fenomenul se numeşte umflare şi se datoreşte mai ales, absorbţiei apei în piatra de ciment.

Fenomenele de contracţie-umflare, influenţează durabilitatea betonului, mai ales când se succed des, contribuind la formarea şi amplificarea microfisurilor (îndeosebi la suprafaţa de separaţie între matrice şi agregat) precum şi la manifestarea tendinţei de fisurare a elementelor de construcţie din beton.

În elementele de construcţie a căror deformare este împiedicată pot apărea fisuri, generate de tensiunile interioare care iau naştere datorită contracţiei.

Contracţia la întărire se manifestă după încheierea prizei cimentului şi prezintă – după debut – intensitate mai mare, care scade în timp, tinzând spre stabilizare.

Mărimea contracţiei la întărire – măsurată ca deformaţie liniară – este de aproximativ 0,04  10–3 după o lună şi de 0,1  10–3 (0,1 mm/m) – după 5 ani.

După contracţie, la reumezire, betonul se umflă, dar numai o parte din contracţie este reversibilă, iar la umeziri şi uscări alternative se produce o amortizare treptată a variaţiilor dimensionale. Contracţia este parţial reversibilă, parţial ireversibilă (fig. 7).

Figura 7. Contracţiile betonului

13

Contracţia reversibilă este cauzată de fenomene fizice de interacţiune dintre piatra de ciment şi apă, cum ar fi: presiunea capilară, presiunea de despicare, energia superficială.

Contracţia ireversibilă apare în special la prima uscare şi depinde în primul rând de porozitatea matricei, deci de raportul apă/ciment şi gradul de hidratare. Ireversibilitatea contracţiei este legată şi de evoluţia proceselor de hidratare-hidroliză cu apariţia unor noi legături între particulele de hidrosilicaţi de calciu, cu o nouă geometrie a aranjării lor şi a porozităţii.

Deoarece cea mai critică perioadă a contracţiei la uscare a betonului este imediat după turnare, acesta trebuie menţinut umed câteva zile (în funcţie de natura cimentului), până când sistemul cristalin se consolidează, rezistenţele sale cresc şi efectul contracţiei se reduce.

Tendinţa de amortizare în timp a deformaţiilor date de contracţia şi umflarea betonului este determinată de îmbătrânirea gelurilor din structura pietrei de ciment, care devin astfel mai puţin sensibile la variaţiile de umiditate.

Contracţia şi umflarea betonului sunt influenţate de numeroşi factori, dintre care cei mai importanţi sunt: compoziţia betonului, modul de punere în lucrare a acestuia, dimensiunile elementului, umiditatea mediului înconjurător, timp.

Contracţia betonului este influenţată de compoziţia mineralogică a cimentului (cimenturile cu conţinut ridicat în C3A au o contracţie la uscare mai mare) şi de fineţea lui de măcinare (cimenturile mai fin măcinate dau contracţii mai mari). Contracţia betonului creşte odată cu dozajul de ciment, având valori apreciabil mai mici la betoane decât la mortare şi paste de ciment, datorită scheletului rigid format de agregate (fig. 8).

Figura 8. Evoluţia în timp a contracţiei pietrei de ciment, mortarului şi betonului

Datorită efectelor negative ale contracţiei, la stabilirea compoziţiei şi punerea în lucrare a betoanelor, trebuie luate măsuri pentru reducerea ei prin:

reducerea raportului apă/ciment la strictul necesar asigurării lucrabilităţii;

alegerea corespunzătoare a cimentului şi limitarea dozajului la cel necesar asigurării calităţii betonului;

utilizarea agregatelor de granulozitate bună, fără exces de parte fină; compactare cât mai bună la punerea în lucrare; păstrarea betoanelor după turnare în atmosferă umedă pentru a evita

uscarea prematură.

14

Construcţiile din beton şi beton armat se împart în tronsoane prin rosturi de deformaţii. Aceste rosturi asigură deformarea liberă a tronsoanelor respective. Distanţa dintre rosturi se calculează în funcţie de cauzele şi mărimea deformaţiilor şi în funcţie de natura lucrării executate.

Aceste rosturi trebuiesc tratate utilizând materiale specifice (deformabile elastic, plastic, hidroizolatoare, etc).

 Deformaţiile betonului sub acţiunea încărcărilor exterioare

Sub acţiunea încărcărilor exterioare, betonul, material cu proprietăţi fizico-mecanice specifice, prezintă deformaţii complexe, elastice şi plastice, care depind atât de compoziţia, structura şi vârsta betonului, cât şi de natura, mărimea şi durata solicitării.Deformaţiile au un caracter orientat, dezvoltându-se după direcţia de acţiune a solicitării, ceea ce permite analiza lor pe baza corelaţiei dintre eforturile unitare şi deformaţiile specifice corespunzătoare. Sub efectul solicitărilor exterioare se produc modificări esenţiale în structura betonului care sunt reflectate în aspectul curbei efort-deformaţie (fig. 9).

Figura 9. Curbe efort-deformaţie pentru beton, agregat şi pasta de ciment

Deformaţiile betonului la încărcări statice de scurtă durată

Deformaţiile elastice apar la betoane supuse la solicitări de scurtă durată, ale căror valori nu depăşesc 0,4–0,5 din rezistenţa de rupere. Ele sunt caracterizate prin valori proporţionale cu mărimea efortului care le-a produs, sunt independente de timp, se dezvoltă până la o anumită valoare a efortului de încărcare şi sunt reversibile.

Deformaţiile elastice se datoresc agregatelor, componenţilor cristalini din structura pietrei de ciment şi nucleelor încă nehidratate ale granulelor de ciment, care se comportă elastic.

Limita de elasticitate a betonului este în funcţie de compoziţia şi structura lui, de mărimea, durata şi caracterul sarcinii, etc. Forma curbei caracteristice –, depinde şi de viteza de încărcare, curba fiind mai evidentă la încărcări lente.

15

Deformaţiile elastice ale betonului se apreciază în mod obişnuit, după modulul de elasticitate longitudinal, determinat la solicitarea de compresiune statică.

Aceasta se defineşte convenţional ca raport între creşterea efortului unitar nominal şi creşterea deformaţiei specifice corespunzătoare, înregistrate în intervalul 0,05 - 0,30 din rezistenţa prismatică a betonului. Valorile modulului de elasticitate al betonului (Eb) depind de compoziţia şi structura betonului şi pot fi corelate cu clasa betonului (tabelul 3).

Tabelul 3. Corespondenţa dintre clasa betonului şi modulul de elasticitateClasa betonului C

6/7.5 8/10 12/15 16/20 18/22.5 25/30 32/40 40/50

Modulul de elasticitate

daN/cm2  103

170 200 240 270 290 330 360 380

În tabelul 4 sunt prezentate valori ale modulilor de elasticitate pentru componentele unor betoane (grele, uşoare) şi pentru betonul rezultat.

Tabelul 4. Modulii de elasticitate pentru beton şi componenţii luiMaterial Modul de elasticitate

daN/cm2 103

Beton greu

Beton uşor

Agregat 600–1.500

140–350

Piatră de ciment

60–280 70–280

Beton 130–450 100–180

Deformaţiile plastice se dezvoltă peste un anumit nivel al solicitării, sunt datorate procesului de microfisurare al betonului şi sunt ireversibile.

Continuând încărcarea, fisurile încep să crească apreciabil cu apariţia unor punţi între fisurile de la suprafaţa agregatului; începe să se formeze un sistem de fisuri continuu, ajungându-se la încărcarea critică.

Deformaţiile pseudo-plastice apar la încărcări superioare sarcinii critice şi sunt produse de o dezvoltare considerabilă a sistemului de fisuri şi formarea unor suprafeţe de rupere care conduc la fragmentarea betonului. Sunt caracteristice în special betoanelor de rezistenţă mai reduse.

La descărcare, o probă de beton prezintă o deformaţie remanentă sau reziduală, r, cauzată de deformaţiile plastice ireversibile, ea fiind o funcţie de timp şi de modul de încărcare.

Deformaţiile betonului la încărcări statice de lungă durată

La încărcări statice de lungă durată, betonul prezintă în afara deformaţiilor elastice instantanee, care se produc în momentul aplicării forţei şi deformaţii care se dezvoltă relativ încet în timp. Aceste deformaţii se datoresc în principal proprietăţilor vâscoase şi plastice ale componenţilor cu structură gelică din piatra de ciment, sunt singurele care depind de factorul timp şi se numesc deformaţii de curgere lentă (fluaj).

16

Sub acţiunea încărcărilor în exploatare, deformaţiile de curgere lentă se consideră proporţionale cu eforturile unitare de durată şi se dezvoltă în timp cu o viteză mai mare imediat după aplicarea sarcinilor şi apoi din ce în ce mai lent, până când fenomenul se amortizează (practic după 3–5 ani) ca urmare a modificărilor din structura betonului.

Pentru determinarea deformaţiilor de curgere lentă este necesar ca din deformaţiile totale măsurate sub acţiunea încărcărilor de durată să se scadă deformaţiile elastice şi deformaţiile de contracţie.

La descărcare, deformaţia constă într-o revenire elastică instantane, o revenire lentă, vâscos-plastică, iar în final betonul prezintă o deformaţie remanentă caracteristică corpurilor vâscoase.

Dacă la timpul t (fig. 10) se anulează sarcina, parte din deformaţie se anulează cu revenirea instantanee (revenire elastică instantanee) şi în timp

se continuă revenirea cu deformaţia (revenire din curgere lentă), care va atinge o anumită limită încât în final betonul înregistrează o deformaţie remanentă sau reziduală (ireversibilă). Curgerea lentă ireversibilă predomină ca mărime, iar importanţa ei, în practica utilizării betonului sub sarcină, este mare. Încărcarea betonului la vârstă mai târzie micşorează în special această mărime a curgerii lente, după cum mărirea efortului unitar în beton măreşte valoarea componentei ireversibile.

Figura 10. Deformaţia de curgere lentă

– deformaţie elastică; – deformaţie de curgere lentă;

– revenirea elastică instantanee;

– revenire din curgere lentă;

– deformaţie remanentă (ireversibilă).

La construcţiile de mari dimensiuni, cum sunt barajele hidrotehnice, curgerea lentă apare chiar sub propria greutate.

Mărimea deformaţiilor de curgere lentă a betonului depinde de: tipul şi mărimea solicitării, durata încărcării, compoziţia, structura şi vârsta betonului, modul de păstrare (umiditate, temperatură), mărimea contracţiei, volumul elementului solicitat etc.

Deoarece deformaţiile datorate solicitărilor de durată pot provoca fisurări, pierderea capacităţii portante, a rigidităţii, redistribuirea eforturilor în

17

betonul armat, pentru limitarea valorilor acestor deformaţii se iau măsuri la stabilirea compoziţiei betonului, la punerea lui în lucrare şi tratarea lui ulterioară, pentru obţinerea unui beton compact cu rezistenţe mecanice ridicate.

Rezistenţa betonului la agresiuni chimice

Coroziunea betonului

Coroziunea betonului este un proces fizico-chimic de degradare sau de distrugere a acestuia sub acţiuni chimice agresive ale mediului de exploatare.

Durabilitatea betonului în aceste condiţii depinde atât de compoziţia şi compactitatea betonului cât şi de natura, durata şi intensitatea acţiunilor agresive chimice.

În cazul elementelor de beton armat este necesar ca betonul prin calitatea sa şi grosimea stratului de acoperire, să asigure şi protejarea armăturii faţă de mediul coroziv.

Substanţele agresive pentru beton pot acţiona sub formă de soluţii, gaze (CO2 sau SO2 din atmosferele industriale în prezenţa umidităţii devin agresive), aerosoli (în zona litoralului), uleiuri, grăsimi, sau ca rezultat al acţiunii microorganismelor.

Distrugerea betonului în medii agresive chimic se produce în primul rând prin degradarea pietrei de ciment prin procese de decalcifiere sau expansiune.

Când soluţiile agresive au caracter acid pot fi distruse şi agregatele calcaroase, formându-se săruri solubile de calciu. Soluţiile acidului fluorhidric distrug şi agregatele silicioase.

Distrugerea prin expansiune poate fi determinată şi de reacţii alcalii-agregate reactive.

Procesul de coroziune a betonului este influenţat de factori fizici ca: temperatura şi variaţia de temperatură a mediului agresiv, variaţia de nivel şi viteza de deplasare a mediului agresiv, eroziunea, fenomenele de cavitaţie, precum şi factori fizico-chimici ce solicită concomitent betonul (starea de tensiune din beton).

În funcţie de natura substanţelor agresive şi de concentraţia acestora, mediile agresive naturale şi industriale se clasifică pe grupe de agresivitate (clasificările sunt prevăzute în normative şi se iau în consideraţie la stabilirea compoziţiei betonului şi a metodelor de protecţie anticorozivă a acestuia).

Protecţia betonului împotriva coroziunii

Durabilitatea betoanelor expuse acţiunii agresive moderate a unor substanţe chimice poate fi asigurată în mod obişnuit prin alegerea corespunzătoare a componenţilor săi şi prin realizarea unei compactităţi maxime.

Alegerea corespunzătoare a cimentului este o condiţie esenţială, recomandându-se, în funcţie de natura mediului agresiv, utilizarea unor anumite tipuri de cimenturi .

18

Agregatele folosite trebuie să fie rezistente la acţiunea agresivă a mediului şi să fie compatibile cu cimentul utilizat pentru a nu provoca degradarea betonului prin reacţia alcalii-agregate.

Pentru asigurarea impermeabilităţii betonului faţă de substanţele agresive se iau măsuri pentru mărirea compactităţii acestuia prin dozaj corespunzător de ciment, agregate cu granulozitate bună, raport apă/ciment minim, utilizare de aditivi, compactare foarte bună la punerea în lucrare, tratare ulterioară corespunzătoare etc.

Sunt stabilite condiţii tehnice orientative impuse betoanelor exploatate în contact cu medii agresive (

În situaţii speciale, de agresiune chimică intensă, aceste măsuri nu sunt suficiente şi pentru asigurarea durabilităţii betonului sunt necesare măsuri suplimentare, cum ar fi:

Fluatarea constă în tratarea suprafeţelor de beton cu soluţii de fluorosilicaţi de zinc, de magneziu, de aluminiu. Fluorosilicaţii reacţionează cu hidroxidul de calciu din beton formând în final fluoruri (de calciu, zinc) insolubile şi rezistente la acţiunea agenţilor agresivi şi gel de bioxid de siliciu care colmatează porii şi capilarele betonului, asigurând compactitatea şi impermeabilitatea. Cu efecte asemănătoare se pot folosi fluorurile solubile în apă.

Pentru mărirea eficacităţii se preconizează aplicarea tratamentului în straturi multiple prin pensulare, pulverizare. Grosimea stratului compact obţinut este de aproximativ 2–4 mm.

Fluaţii sunt substanţe toxice, vătămătoare pentru organism, atât prin contact cu suprafaţa pielii, cât şi prin inhalare. În aceste condiţii este obligatoriu ca muncitorii care lucrează cu aceste produse să fie echipaţi corespunzător, iar locul de muncă să fie bine ventilat.

Ocratarea este un procedeu de tratare sub presiune a suprafeţelor de beton cu tetrafluorură de siliciu gazoasă (SiF4), formându-se produşi de reacţie greu solubili şi cu efect de protecţie contra coroziunii multor agenţi agresivi (sulfaţi, uleiuri, săruri, acizi). Ocratarea se aplică numai la prefabricate, în special numai la tuburi de presiune, de canalizare, piloţi, plăci, traverse, rezervoare, bazine din beton.

Carbonatarea suprafeţei pieselor de beton se realizează prin tratarea sub presiune cu CO2 gazos transformând, pe o adâncime de câţiva milimetri, hidroxidul de calciu în carbonat de calciu. Se măreşte astfel rezistenţa betonului la acţiunea dizolvantă a apei şi a apelor uşor agresive.

Carbonatarea nu se recomandă betoanelor armate (sau se limitează strict la câţiva milimetri) deoarece modificând pH-ul betonului se favorizează coroziunea armăturii.

Protejarea prin pelicule a suprafeţei construcţiilor din beton simplu sau armat este unul din mijloacele cele mai utilizate datorită simplităţii şi eficienţei. Protecţia prin pelicule este de natură fizică şi de aceea trebuie asigurată, în primul rând, buna aderenţă la suport. Totodată, peliculizarea trebuie să constituie o barieră impermeabilă şi durabilă.

Natura peliculelor protectoare vopsele, grunduri, chituri pe bază de polimeri, numărul şi grosimea lor sunt în funcţie de natura agresivităţii şi a construcţiei.

19

Pentru protecţia betonului împotriva umidităţii solului şi a agresivităţii apelor naturale, se utilizează eficient materialele bituminoase aplicate la cald (bitum, masticuri) sau la rece (soluţii, emulsii, suspensii) şi gudroane (produse bituminoase rezultate din distilarea cărbunelui) dizolvate în solvenţi sau ca atare.

Aplicarea de straturi protectoare pe suprafaţa betonului se execută în cazul unor acţiuni agresive intense. Aceste protecţii se realizează prin aplicarea lor pe suprafaţa betonului, cu ajutorul adezivilor, a unor folii (elastice sau rigide), din polimeri organici care sunt impermeabile şi rezistente chimic. În unele cazuri se pot realiza în acest fel şi lucrările de finisaj.

Protejarea construcţiilor din beton prin placări sau înzidiri este un procedeu care prin natura materialelor folosite asigură atât rezistenţele chimice cât şi cele mecanice impuse de mediul agresiv şi condiţiile de exploatare specifice.

Pentru placări şi înzidiri se utilizează: cărămizi ceramice antiacide, cărămizi de gresie antiacidă, plăci ceramice glazurate, materiale antiacide naturale (gresie, granit, bazalt), faianţă, plăci de sticlă etc, fixate cu mortare şi chituri antiacide.

Protecţia prin adăugarea la prepararea betonului a unui polimer, care, împreună cu cimentul formează un liant complex.

În timpul întăririi, polimerul din emulsie trece în stare rigidă, formând membrane care închid porii betonului şi limitează absorbţia şi difuzia lichidelor şi gazelor, asigurând astfel o bună protecţie la coroziune.

Impregnarea betonului întărit se poate face cu produse variate, cele mai utilizate fiind soluţiile de polimeri sau monomeri care apoi polimerizează în prezenţă de întăritori sau prin încălzire sau iradiere. Dintre monomerii sau polimerii sintetici utilizaţi pentru impregnarea betoanelor pot fi enumeraţi: metilmetaacrilatul, poliesterii, răşinile epoxidice, acrilonitrilii. Se măreşte astfel gradul de impermeabilitate şi rezistenţa la agresiuni chimice; se utilizează mai ales la tuburile din beton pentru transportul apelor, la construcţiile submarine, la rezervoare speciale, la pardoseli supuse uzurii şi agresivităţii chimice.

Lucrările de protecţie a betonului împotriva coroziunii cer o atenţie deosebită atât în timpul execuţiei cât şi în ceea ce priveşte comportarea lor în timpul exploatării construcţiei, pentru ca eventualele degradări să fie semnalate şi remediate imediat, asigurând astfel durabilitatea lor.

Rolul componentelor şi influenţa lor asupra proprietăţilor betonului

În beton fiecare constituent îndeplineşte un rol bine determinat la formarea structurii sale şi la obţinerea proprietăţilor impuse de condiţiile de exploatare.

20

Proprietăţile betonului proaspăt şi întărit sunt determinate în primul rând de calitatea şi dozajul constituenţilor săi (ciment, agregate, apă şi aditivi) ca factori intrinseci de influenţare a lor. Structura şi prin aceasta, proprietăţile betonului, sunt influenţate şi de factorii extrinseci, cum sunt condiţiile de preparare, de punere în operă şi de întărire.

Rolul şi influenţa cimentului

În beton, cimentul îndeplineşte rolul de liant şi contribuie la formarea structurii şi la obţinerea proprietăţilor sale.

La prepararea betonului cimentul (unitar sau cu adaosuri), împreună cu apa şi partea fină din agregat formează o pastă plastică. Aceasta, învelind granulele de agregat, asigură mobilitatea amestecului proaspăt, iar după întărire, consolidând granulele de agregat, conduce la formarea unui material compozit cu structură de conglomerat, rezistent şi durabil, care este betonul întărit.

Cimentul îşi manifestă influenţa asupra proprietăţilor betonului prin calitate (compoziţie mineralogică, suprafaţa specifică, rezistenţe mecanice) şi prin dozaj (kg ciment/m3 beton proaspăt).

Compoziţia şi structura matricei sunt determinate în primul rând de ciment, caracteristicile sale transmiţându-se direct betonului. Nu pot fi realizate betoane cu anumite proprietăţi (rezistenţe mecanice, rezistenţă la agresiune chimică etc) decât utilizând cimenturi corespunzătoare. Pentru betoane la care se păstrează constant dozajul de agregat, raportul apă/ciment, dozajul de ciment şi tehnologia, rezistenţa betonului creşte odată cu cea a cimentului.

Fineţea de măcinare a cimentului influenţează viteza proceselor de priză şi întărire precum şi gradul de hidratare, modificând prin aceasta caracteristicile betonului. Rezistenţele mecanice ale betonului cresc cu fineţea de măcinare a cimentului, dar se accentuează şi deformaţiile datorate contracţiei şi încărcărilor, care pot favoriza apariţia şi dezvoltarea fisurilor, dacă nu se asigură o tratare deosebit de îngrijită betonului în prima perioadă de întărire. De aceea, în practică, este necesar să se aleagă o suprafaţă specifică a cimentului optimă în funcţie de caracteristicile impuse betonului.

Dozajul în ciment influenţează proprietăţile betonului proaspăt şi întărit.Prin dozajul de ciment (ceilalţi parametri rămânând neschimbaţi) pot fi

modificate caracteristicile reologice ale betonului proaspăt. Creşterea dozajului de ciment determină creşterea coeziunii, reducerea tendinţei de separare a apei, conservarea omogenităţii mai mult timp, având drept consecinţă îmbunătăţirea lucrabilităţii şi creşterea omogenităţii structurale a betonului întărit.

Creşterea dozajului determină îmbunătăţirea lucrabilităţii betonului permiţând scăderea corespunzătoare a factorului apă/ciment (a/c).

Structura matricei (şi deci a betonului) este influenţată nu numai de natura cimentului, ci şi de dozajul acestuia, influenţă manifestată îndeosebi asupra caracteristicilor sale macroscopice, asupra compactităţii structurale în primul rând.

Compactitatea betonului este determinată esenţial de compactitatea matricei şi de capacitatea ei de a îngloba integral agregatele, cu umplerea totală a golurilor dintre ele. Ca urmare, pentru un agregat dat – ca natură, dozaj şi granulozitate, există o valoare a dozajului de ciment (dozaj optim) la care capacitatea de înglobare a agregatelor în matrice şi adeziunea agregate-

21

matrice se îmbunătăţesc. Creşterea, în continuare, a proporţiei volumetrice a matricei în beton poate afecta negativ compactitatea acestuia, matricea având compactitate mai mică decât agregatul şi fiind în acelaşi timp micro şi macro poroasă şi respectiv fisurată.

Menţinându-se constante dozajul de agregate şi lucrabilitatea betonului, prin creşterea dozajului de ciment se produc următoarele modificări ale caracteristicilor betonului:

densitatea aparentă creşte până la o valoare maximă, după care începe să scadă (fig. 11). Creşterea se datoreşte măririi compactităţii prin umplerea cu pastă de ciment a golurilor dintre granulele agregatului atingând un maxim pentru dozaj optim. Scăderea densităţii la dozaje de ciment mai mari, este datorată reducerii cantităţii de agregate la m3 de beton, prin înlocuirea cu pastă de ciment care are o densitate aparentă mai mică;

Figura 11. Variaţia densităţii aparente a betonului cu dozajul de ciment

rezistenţele mecanice cresc odată cu creşterea dozajului. Rata creşterii rezistenţei (Rb/dozaj) este mai mare până la o anumită valoarea, după care ea se atenuează, tinzând către plafonare (fig. 12).

Figura 12. Influenţa dozajului de ciment asupra rezistenţei la compresiune (a) şi la tracţiune (b)

Influenţa dozajului asupra rezistenţelor mecanice (în mod special a celei la întindere – Rt) este dependentă şi de condiţiile de păstrare (mediu umed, mediu uscat), care influenţează sistemul de fisuri;

deformaţiile betonului se accentuează cu mărirea dozajului întrucât matricea este mai deformabilă decât agregatele sub efectul variaţiilor de umiditate, temperatură şi a solicitărilor mecanice de scurtă sau lungă durată.

La stabilirea dozajelor în ciment, trebuie să se ţină cont de considerentele tehnice privind alegerea dozajului optim pentru fiecare tip de

22

beton precum şi de aspectele economice, cimentul fiind componentul cu cea mai mare pondere în preţul betonului.

Rolul şi influenţa apei

Apa de amestecare îndeplineşte în beton un rol dublu: reactant cu componenţii mineralogici ai cimentului (reacţii de

hidratare-hidroliză); asigură lucrabilitatea betonului.Apa de amestecare influenţează proprietăţile betonului prin calitate şi

cantitate (raport a/c).Apa utilizată trebuie să corespundă unor condiţii tehnice de calitate,

întrucât impurităţile (săruri solubile, grăsimi şi uleiuri, substanţe organice, resturi de cărbune, mâl) pot influenţa negativ priza cimentului şi calităţile betonului. Apa folosită la prepararea betoanelor poate fi apă potabilă sau nepotabilă provenită din râuri, lacuri, puţuri sau chiar apă minerală (cu un conţinut de săruri solubile sub 2%) în condiţiile respectării standardelor în vigoare.

Apa de amestecare din beton are o influenţă esenţială asupra caracteristicilor structurale ale betonului. Această influenţă se manifestă atât prin modificările comportării reologice a betonului proaspăt, cu consecinţe asupra omogenităţii şi compactităţii structurale a betonului întărit, cât şi prin modificările în structura de pori a matricei (volum total, distribuţie, caracteristici dimensionale şi de formă).

Apa utilizată la prepararea betonului trebuie să asigure, în primul rând, hidratarea cimentului. Apa teoretic necesară hidratării cimentului nu asigură în acelaşi timp, o bună lucrabilitate a pastei de ciment şi cu atât mai puţin, a mortarelor sau betoanelor. Rezultă că betonul conţine întotdeauna un exces de apă, faţă de necesarul reacţiilor de hidratare-hidroliză ale cimentului, care se pierde prin evaporare contribuind astfel la formarea sistemului de micropori şi fisuri din structura betonului.

Porozitatea este cu atât mai mare cu cât raportul între cantitatea de apă şi cantitatea de ciment dintr-un beton este mai ridicat. Din această cauză influenţa apei de amestecare asupra caracteristicilor betonului se apreciază nu ca un factor independent ci prin raportul apă/ciment (a/c).

O cantitate de apă insuficientă conduce la amestecuri vârtoase şi necoezive, puţin lucrabile; o astfel de comportare determină obţinerea unor betoane întărite cu structură neomogenă, atât sub aspectul compactităţii, cât şi al coeziunii sale. Un exces mare de apă poate provoca segregări şi stratificări, de asemenea cu efecte negative asupra caracteristicilor structurale ale betonului întărit. Există, deci, din punct de vedere al comportării reologice şi a consecinţelor sale asupra lucrabilităţii şi structurii betonului, o anumită valoare optimă a raportului apă/ciment.

Stabilirea raportului apă/ciment se face în funcţie de natura, dozajul, fineţea de măcinare a cimentului, de natura şi suprafaţa specifică a agregatelor, de lucrabilitatea betonului corelată cu mijloacele de compactare şi variază în limite foarte largi.

Se constată, la creşterea raportului a/c, atât creşterea totală a porozităţii betonului cât şi scăderea proporţiei de pori de gel în favoarea porilor capilari, cu consecinţe evident negative asupra proprietăţilor fizico-mecanice ale betonului întărit (fig. 12. Una din legile fundamentale ale betonului este aceea că rezistenţele mecanice variază invers proporţional cu raportul a/c (fig. 13).

23

Figura 12. Influenţa raportului a/c asupra distribuţiei porilor

Figura 13. Variaţia rezistenţei la compresiune cu raportul a/c pentru compactări diferite

Impermeabilitatea şi rezistenţa la îngheţ-dezgheţ repetat se reduc la creşterea raportului a/c, iar contracţia şi deformaţiile datorate solicitărilor mecanice se accentuează.

În concluzie, se poate spune că micşorând cantitatea de apă de amestecare (în limitele unei bune lucrabilităţi şi a compactităţii maxime pentru mijloacele de compactare utilizate) – proprietăţile betonului se îmbunătăţesc.

Adăugarea în apa de amestecare a unor substanţe cu rol fluidizant permite reducerea raportului a/c şi menţinerea lucrabilităţii, cu consecinţe favorabile asupra calităţii betonului întărit.

Influenţa agregatelor

Agregatele minerale intră în compoziţia betoanelor în cantitate mare, circa 80%, formând un schelet rigid şi rezistent în masa betonului, care reduce contracţia la uscare şi deformaţiile datorate solicitărilor mecanice. Cantitatea şi calitatea agregatelor minerale exercită influenţă asupra tuturor proprietăţilor betonului.

Agregatele prin natura, caracteristicile şi dozajul lor, influenţează structura betonului şi prin aceasta proprietăţile acestuia după întărire. Influenţa

24

agregatelor asupra structurii betonului se manifestă esenţial la nivelul compactităţii şi omogenităţii structurale, precum şi la nivelul adeziunii matrice-agregate.

Agregatele folosite în betoane, deşi se definesc ca materiale care, în mod practic, sunt inerte din punct de vedere chimic în raport cu sistemul liant, totuşi prezintă o mare varietate de comportament, după provenienţă, compoziţie, caracteristici de granulozitate, de suprafaţă şi formă. Dată fiind proporţia lor ridicată, natura şi proprietăţile, agregatele îşi manifestă evident influenţa asupra comportării betonului proaspăt şi a caracteristicilor betonului întărit.

Dimensiunea maximă a granulelor de agregat se stabileşte în funcţie de dimensiunea minimă a elementului de beton, distanţa minimă dintre armături şi grosimea stratului de acoperire a armăturii.

Rezistenţele mecanice ale betonului (în condiţia asigurării lucrabilităţii sale şi a compoziţiei granulometrice a agregatelor) cresc cu creşterea dimensiunii maxime a granulelor de agregat.

Volumul de goluri intergranular scade cu creşterea diametrului maxim al granulelor (tabelul 4).

Tabelul 4. Volumul de goluri intergranular funcţie de diametrul maxim al granulelorDmax (mm) 2 5 8 12,5 25 40 63Volum

goluri (%)21 15 13 11,5 9 8 7

Natura mineralogică

 Atât agregatele de concasare cât şi cele de râu trebuie să provină din roci stabile, adică nealterabile la aer, apă sau îngheţ. Se interzice folosirea agregatelor provenite din roci feldspatice sau şistoase. Nu se utilizează agregate cu structură amorfă sau hemicristalină, acestea neavând stabilitate în timp datorită devitrificării.

Agregatele trebuie să fie inerte şi să nu conducă la efecte dăunătoare asupra cimentului folosit la prepararea betonului.

Incompatibilitatea agregatelor cu cimentul apare la betoanele confecţionate cu cimenturi bogate în alcalii şi cu agregate care conţin bioxid de siliciu activ, ca opalul, calcedonia, flintul etc. La prepararea betonului, alcaliile din ciment trec în soluţie sub formă de hidroxizi, care reacţionează cu bioxidul de siliciu din agregate, formând geluri care se umflă în prezenţa apei, provocând expansiunea betonului.

Rezistenţa la compresiune a agregatelor trebuie să fie de 1,5 ori rezistenţa betonului, pentru a se asigura realizarea clasei dorite.

Calitatea rocii din care au rezultat agregatele influenţează durabilitatea betonului şi anume rezistenţa la îngheţ-dezgheţ repetat, la agresivitate chimică, la uzură.

Impurităţile din agregate 

Argila, humusul, cărbunele, sărurile solubile nu trebuie să depăşească limitele admisibile pentru a nu afecta calitatea betoanelor.

25

Forma granulelor

Forma granulelor influenţează în special compactitatea şi lucrabilitatea betonului, întrucât modifică volumul de goluri şi suprafaţa specifică.

Agregatele de formă lamelară şi aciculară nu sunt recomandabile, deoarece rezultă betoane greu lucrabile, cu structură stratificată şi cu rezistenţe mecanice reduse.

Pentru realizarea unor betoane de calitate este necesară o cât mai bună aderenţă între matrice şi agregate. Aderenţa este mai mare în cazul agregatelor cu suprafaţă rugoasă, fapt pus în evidenţă la încercările epruvetelor din beton, când se constată că granulele din pietriş cuarţos cu feţele lucioase rămân întregi, dislocându-se din matrice, lăsând alveole netede, în timp ce agregatele rugoase se rup numai odată cu matricea, fără a se disloca din masa sa. Aderenţa matricei de agregate impune şi condiţia de puritate a suprafeţei agregatelor.

Folosirea agregatului concasat în locul agregatului de râu determină o îmbunătăţire a caracteristicilor betonului, dar trebuie să se ia în consideraţie şi forma granulelor agregatului concasat, care este cu atât mai defectuoasă cu cât granulele sunt mai mici. De aceea, se obţin rezultate bune dacă, în agregatul de râu, partea grosieră se înlocuieşte cu piatră spartă.

Compoziţia granulometrică (granulozitatea)

Granulozitatea determină suprafaţa totală a agregatelor şi volumul intergranular de goluri, care la rândul lor, determină dozajul de ciment şi cantitatea de apă de amestecare necesară obţinerii unui beton cu compactitate ridicată şi astfel influenţează direct proprietăţile betonului.

Un rol important în formarea structurii betonului şi deci în obţinerea unui material cu proprietăţi impuse îl are fracţiunea fină din agregat (sort 0 - 0.2).

Cu cât creşte cantitatea de fracţiune fină cu atât este necesară mai multă apă pentru aceeaşi lucrabilitate a betonului. Excesul de apă conduce la amplificarea sistemului de pori şi fisuri cu consecinţe negative asupra tuturor proprietăţilor betonului.

Sorturile granulare mai mari de 7 mm exercită o influenţă mai redusă asupra caracteristicilor betonului.

Rolul şi influenţa aditivilor

Aditivii sunt substanţe chimice, sau produse tehnice, care introduse în procent mic faţă de ciment în suspensii, mortare sau betoane, produc modificări dorite ale proprietăţilor acestor materiale, ca urmare a unor acţiuni fizico-chimice exercitate asupra componenţilor acestora.

Aditivii se introduc fie dizolvaţi în apa de amestecare în momentul preparării mortarelor sau betoanelor fie, uneori, pot fi incorporate în ciment (ciment aditivat) încă de la fabricarea acestuia.

Aditivii pot determina importante mutaţii în structura betoanelor favorizând modelarea proprietăţilor acestuia în sensul dorit sau impus de condiţiile tehnologice sau de exploatare.

26

Cu ajutorul aditivilor pot fi influenţate favorabil proprietăţi ca: priza şi întărirea, lucrabilitatea, rezistenţele mecanice (iniţiale şi finale), comportarea la îngheţ-dezgheţ, gradul de impermeabilitate, rezistenţa la agresiune chimică etc.

Efectele favorabile se obţin în condiţia selectării corecte a aditivului, a procentului în care este utilizat, a tipului de ciment, a compoziţiei betonului aditivat.

Aditivii trebuiesc astfel selecţionaţi (calitativ şi cantitativ) încât îmbunătăţind o anumită proprietate să nu afecteze negativ alte proprietăţi ale betonului.

Eficacitatea fiecărui aditiv se poate schimba în fncţie de concentraţia sa, de consistenţa betonului de natura şi caracteristicile agregatului şi în particular de tipul de ciment.

Fiecare clasă de aditiv este definită de funcţia sa principală. Aditivul poate avea unul sau mai multe efecte secundare şi folosirea lui poate rezulta uneori din acestea.

Funcţia principală este caracterizată, determinată, de influenţa asupra proprietăţilor betonului la fabricarea căruia s-a utilizat aditivul.

Funcţia secundară este în majoritatea cazurilor independentă de cea principală.

Prin funcţia principală, un aditiv poate fi reducător de apă, iar prezenţa lui poate determina efecte secundare - modificator de priză, antrenor de aer etc.

Concomitent cu efectele principal şi secundar, pot apare şi aşa numitele "efecte marginale", care trebuiesc identificate pentru a aprecia influenţa globală, multifuncţionalitatea aditivului utilizat asupra proprietăţilor betonului.

Din cele de mai sus şi pe baza experienţei acumulate în practica utilizării aditivilor, rezultă că majoritatea au o acţiune complexă, îndeplinesc roluri pentru care de regulă se folosesc, dar au şi influenţe multiple ce trebuiesc evidenţiate cu mijloace şi metode specifice determinării.

Aditivii trebuie consideraţi componenţi principali ai betonului alături de liant, apă şi agregate.

Aditivii trebuie trataţi ca optimizanţi ai ai raportului cost-eficienţă tehnică pentru beton. Asigurarea eficienţei tehnico-economice a utilizării aditivilor se realizează prin corecta alegere a compoziţiei betonului, prin respectarea strictă a acesteia şi printr-o tehnologie de omogenizare şi punere în operă adecvată.

În utilizarea aditivilor este bine să se verifice: influenţa lor asupra proprietăţilor pastelor de ciment; stabilitatea efectului principal- acesta să nu varieze sensibil la variaţii

mici ale cantităţii de aditiv; eficacitatea, care să nu varieze sensibil cu temperatura; efectele marginale, care, pe cât posibil, trebuie cunoscute.După funcţia principală ce o îndeplinesc în beton (mortar, paste) aditivii

se clasifică în: aditivi modificatori ai proprietăţilor reologice ale betonului (mortarului,

pastei) proaspăt (plastifianţi, antrenori de aer, superplastifianţi);  aditivi modificatori de priză şi întărire (acceleratori de priză,

acceleratori de întărire, întârzietori de priză); aditivi modificatori ai conţinului în aer (antrenori de aer, generatori

de spumă); aditivi crescători de rezistenţă la acţiuni fizice şi mecanice (antrenori

de aer, hidrofugi, pentru injecţii, reducători de apă etc).

27

Tendinţa actuală este de producere şi utilizare de aditivi cu funcţii multiple pentru simplificarea tehnologiei de utilizare şi pentru efecte cumulate pozitive asupra proprietăţilor betoanelor (mortarelor, pastelor).

Aditivi modificatori ai proprietăţilor reologice

Au ca funcţie principală modificarea caracteristicilor de curgere ale betonului, cu repercursiuni pozitive asupra reducerii raportului a/c, în condiţia păstrării constante a lucrabilităţii. Aceasta conduce la îmbunătăţirea structurii (creşte compactitatea) şi se îmbunătăţesc caracteristicile de durabilitate ale betonului (rezistenţe mecanice, comportare la îngheţ-dezgheţ la agresiune chimică şi impermeabilitatea).

La raport a/c constant aceşti aditivi contribuie la reducerea vâscozităţii betonului proaspăt cu consecinţe tehnologice pozitive (fig. 15).

Figura.15 Influenţa adaosului de aditiv asupra tasării betonului la diferite rapoarte a/c

Ca modificatori ai proprietăţilor reologice se utilizează substanţe tensioactive, care conţin grupări de polaritate diferită, ceea ce imprimă un caracter hidrofil variabil.

Substanţele tensioactive acţionează la limita de separare a fazelor, determinând reducerea tensiunii superficiale a apei. Ele măresc mobilitatea amestecului proaspăt de beton, ceea ce permite o reducere apreciabilă a raportului apă/ciment, fără ca lucrabilitatea să scadă, având efecte favorabile asupra structurii şi proprietăţilor betonului întărit.

Aditivi fluidizanţi sunt substanţe tensioactive care conţin grupări de polaritate diferită ceea ce le imprimă un caracter hidrofil variabil. În prezenţa apei toate aceste grupări se hidratează, se adsorb pe suprafaţa granulelor de ciment cu terminaţiile cele mai hidrofile, determinând o dispersare a cimentului şi o hidratare mai bună prin formarea unor pelicule groase de apă în jurul granulelor de ciment. Creşterea fluidităţii amestecului determină reducerea necesarului de apă de amestecare şi obţinerea unei structuri mai compacte, având ca rezultat creşterea rezistenţelor mecanice şi durabilităţii.

Ca fluidizanţi se utilizează în special lignosulfonaţii de calciu, sodiu, magneziu, amoniu.

Proporţia optimă de aditiv fluidifiant se stabileşte ca procent din cantitatea de ciment, prin încercări preliminare, şi depinde de natura şi fineţea

28

de măcinare a cimentului. Aditivul se adaugă sub formă de soluţie în apa de amestecare.

Aditivii antrenori de aer sunt substanţe tensioactive care, adăugate în proporţii mici la prepararea betonului, se orientează cu capătul polar spre granulele de ciment şi spre agregate, iar cu gruparea nepolară spre exterior şi favorizează formarea de bule microscopice de aer în masa betonului.

Bulele de aer trebuie să fie foarte fine (10–100 m), uniform repartizate şi să-şi menţină stabilitatea până la sfârşitul prizei cimentului. Bulele de aer formate şi stabilizate aderă la suprafaţa granulelor de ciment şi nisip fin hidrofobizate şi exercită un efect de dispersare a sistemului având drept consecinţe mărirea lucrabilităţii şi reducerea raportului apă/ciment, la aceeaşi consistenţă.

Deoarece aerul antrenat în sistem afectează compactitatea şi prin aceasta şi rezistenţele mecanice, dozarea trebuie făcută cu multă atenţie, astfel încât proporţia de aer antrenată să nu depăşească 5–6% din volumul betonului.

Modificările aduse în structura betonului întărit sunt favorabile deoarece, deşi porozitatea totală este mai mare, capilarele fiind întrerupte, ascensiunea capilară se micşorează.

Sistemul de pori şi caracterul închis al porozităţii fac ca betonul să fie mai impermeabil şi mai rezistent la acţiunea soluţiilor agresive, iar prin volumul pus la dispoziţie de bulele de aer pentru expansiunea apei la îngheţare, betonul devine mai rezistent la îngheţ-dezgheţ repetat.

Acţiunea acestor aditivi este mai favorabilă în cazul betoanelor cu dozaj redus şi este influenţată de natura şi fineţea cimentului şi de natura şi cantitatea fracţiunii fine din agregat.

Ca aditivi antrenori de aer se folosesc săpunurile de colofoniu care au drept component activ abietatul de sodiu.

Aditivi superplastifianţi sunt substanţe cu acţiune puternic reducătoare a necesarului de apă pentru obţinerea unei anumite lucrabilităţi.

Aditivii superplastifianţi aparţin următoarelor clase de substanţe: produse de condensare naftalino-formaldehidice sulfonate; produse de condensare melamino-formaldehidice sulfonate; produse pe bază de lignosulfonaţi modificaţi.Aceşti aditivi permit obţinerea de betoane de înaltă rezistenţă, cu

rapoarte a/c mai mici de 0,3 şi lucrabilitate foarte bună.

Aditivii micşti prezintă funcţii multiple (fluidizante-antrenori de aer, superplastifiante-acceleratori de priză şi întărire, etc).

Aditivi modificatori de priză şi întărire

Sunt substanţe ce acţionează asupra vitezei reacţiilor de hidratare-hidroliză ale cimentului, asupra proceselor de consolidare a produşilor rezultaţi din acestea sau prin formare de noi produşi insolubili, stabili, care compactează matricea, acţionând favorabil asupra rezistenţelor mecanice.

Aditivi acceleratori de priză şi întărire sunt fluorurile alcaline (NaF, KF), sulfaţii (Fe2SO4)3. Ei sunt destinaţi unor lucrări speciale care necesită un timp de priză cât mai redus şi atingere rapidă a unor rezistenţe convenabile cerinţelor

29

(betonare taluzuri, betonări pe timp friguros, obturări de infiltraţii). În tehnologia de execuţie a acestor lucrări trebuie ţinut cont de faptul că priza este rapidă.

Aditivii acceleratori de întărire acţionează în mod special asupra vitezei de întărire şi fac parte preponderent din clasa clorurilor, cel mai frecvent fiind utilizată cea de calciu. Clorura de calciu activează hidratarea cimentului printr-un mecanism complex, ce conduce la creşterea compactităţii matricei cu efect pozitiv în special asupra rezistenţelor iniţiale (rezistenţele finale pot fi uneori mai mici decât la betonul neaditivat, mai ales dacă dozarea aditivului este incorectă).

Utilizarea acestor aditivi este recomandată pentru lucrări care cer decofrarea sau darea în folosinţă mai rapidă (lucrări executate prin glisare, prefabricate).

Aditivii întârzietori de priză se utilizează pentru menţinerea stării de beton proaspăt un timp mai îndelungat în cazul când acest lucru se impune prin natura lucrării ce urmează a fi executată (betonări fără rosturi de lucru, transportul betonului la distanţe mari). În scopul întârzierii prizei se pot utiliza substanţe ca: oxid de zinc, borax, fosfaţi alcalini, unele substanţe organice (zaharuri), cu condiţia dozării stricte pentru a nu perturba total priza cimentului.

Aditivii modificatori de priză şi întărire pot afecta adeziunea beton-armătură sau pot produce coroziunea armăturii (în special sărurile provenite din acizi tari), drept care în utilizarea lor trebuie respectate cu stricteţe recomandările de utilizare.

Aditivi crescători de rezistenţă la acţiuni fizice şi mecanice

Sunt pe de o parte cei modificatori ai proprietăţilor reologice (reducători de apă, antrenori de aer) iar pe de altă parte, substanţe impermeabilizante, cu proprietăţi antigel, etc.

Aditivii impermeabilizanţi se utilizează în scopul măririi gradului de impermeabilitate al betonului întărit faţă de apă şi soluţii agresive. După modul cum acţionează pot fi:

aditivi care reacţionează, în special cu hidroxidul de calciu, dând geluri care colmatează microcapilarele betonului, exemplu FeCl3, AlCl3. Se recomandă utilizarea lor la lucrări care vin în contact permanent cu umiditatea, deoarece în caz contrar gelurile fisurează şi măresc permeabilitatea;

aditivi tensioactivi, care hidrofobizează pereţii microcapilarelor şi astfel micşorează ascensiunea capilară;

aditivi fluidizanţi şi antrenori de aer, prin modificarea structurii betonului, dimensiunea porilor şi distribuţia lor, determină o creştere însemnată a gradului de impermeabilitate.

Aditivii antigel sunt produse care adăugate la prepararea betoanelor coboară sensibil temperatura de îngheţ a apei, favorizând procesele de hidratare ale cimentului la temperaturi scăzute. Utilizarea lor permite executarea lucrărilor de betonare pe timp friguros.

30

Etape principale în tehnologia betonului

Pentru realizarea de betoane de calitate este obligatorie respectarea condiţiilor de calitate faţă de materialele componente şi a principiilor specifice fiecărei etape tehnologice.

Etapele principale obligatorii în tehnologia betonului sunt:

Stabilirea compoziţiei

31

Se realizează pe baza normelor în vigoare şi cuprinde două componente obligatorii: calculul şi verificarea de laborator. După parcurgerea acestor etape se alege compoziţia optimă după criteriul: proprietăţi ale betonului proaspăt şi întărit care să asigure cerinţele impuse prin proiect şi prin condiţii tehnologice de realizare a lucrării cu consum minim de ciment.

Pentru ca betonul să corespundă condiţiilor impuse de natura şi condiţiile de exploatare ale construcţiei, proiectarea compoziţiei lui începe cu un studiu preliminar care să precizeze natura şi valoarea solicitărilor mecanice, prezenţa apei, a îngheţ-dezgheţului, a acţiunilor chimice agresive, precum şi condiţiile concrete de realizare a lui - modul de turnare, compactare, condiţiile de întărire.

Pe baza acestui studiu, a dimensiunilor elementelor de beton şi a modului de armare, se va stabili: tipul şi marca cimentului, dozajul minim de ciment, gradul de impermeabilitate, lucrabilitatea, felul şi dimensiunea maximă a agregatelor, condiţiile de întărire.

Normativele în vigoare, elaborate pe baza cunoaşterii aprofundate a influenţei componenţilor asupra proprietăţilor betonului, a unei experienţe îndelungate privind tehnologia lui, precizează modul în care se stabileşte compoziţia betonului, pe baza principiului compactităţii maxime, astfel încât el să corespundă condiţiilor de calitate impuse.

Clasa betonului şi clasa de rezistenţă a cimentului fiind stabilite, raportul apă/ciment se poate determina pe baza relaţiei Bolomey-Skramtaev (5.3).

Normativul precizează valorile maxime admise pentru raportul apă/ciment în funcţie de clasa betonului şi clasa de rezistenţă a cimentului şi gradul de impermeabilitate.

Cantitatea de apă, A' (l/m3) se alege în funcţie de lucrabilitatea necesară, marca betonului, tipul şi dimensiunea maximă a agregatelor.

Dozajul în ciment C' (kg/m3) se evaluează cu relaţia:

(5.7)

Cantitatea de agregat în stare uscată, A'g se evaluează astfel:

(5.8)

în care:ag – densitatea agregatelor în kg/m3, în normativ indicându-se valorile

orientative în funcţie de natura rocii din care provin;c – densitatea cimentului, evaluată la 3,00 kg/dm3;P – volumul de aer oclus, care pentru betoane obişnuite se apreciază la

2%, respectiv 20 dm3/m3; în cazul utilizării aditivilor antrenori de aer trebuie determinat.

Se calculează densitatea aparentă a betonului proaspăt:

(5.9)Pentru agregate se stabileşte zona de granulozitate în funcţie de

lucrabilitatea betonului şi dozajul în ciment (normativul prevede limitele zonelor de granulozitate).

Se prepară un amestec informativ de beton, în care se introduce apa de amestecare treptat, până la obţinerea lucrabilităţii dorite, determinându-se astfel cantitatea de apă necesară. Se determină densitatea aparentă reală a betonului

32

şi pe baza acestor date se recalculează dozajul în ciment şi cantitatea de agregate.

Definitivarea compoziţiei betonului se face pe bază de încercări preliminare, verificându-se rezistenţele mecanice la 7 şi 28 de zile atât pentru compoziţia rezultată cât şi pentru alte două compoziţii ale căror dozaje în ciment variază cu  7%, dar minim 20 kg/m3, fără a coborî sub dozajul minim admis.

Se adoptă compoziţia preliminară cu dozaj minim de ciment cu care se realizează rezistenţele mecanice minime indicate de normativ pentru clasa respectivă de beton.

La definitivarea compoziţiei betonului pentru staţia de betoane trebuie corectată cantitatea de apă de amestecare, în funcţie de umiditatea agregatelor.

Prepararea betonului Se face în betoniere prin cădere liberă sau în malaxoare cu amestec

forţat. Amestecarea componenţilor trebuie să asigure realizarea unei bune omogenităţi a betonului şi dispersarea cimentului, favorizând hidratarea.

Durata de amestecare depinde de compoziţia şi lucrabilitatea betonului, temperatura mediului, capacitatea şi tipul utilajului de amestecare.

În cazul şantierelor cu consum mare de betoane se recomandă prepararea betonului în centrale de beton, care prezintă următoarele avantaje: posibilitatea de mecanizare completă a lucrărilor din depozitele de materiale, transportul şi dozarea acestora, îmbunătăţirea omogenităţii, un control mai bun asupra calităţii betonului.

Transportul betonuluiTransportul betonului de la staţia de preparare la locul turnării se face

cu mijloace adecvate, pe distanţe cât mai scurte, astfel încât să nu se producă segregări sau pierderi de lapte de ciment.

Mijloacele de transport trebuie să fie etanşe, iar pe timp de arşiţă sau ploaie, suprafaţa liberă a betonului trebuie să fie protejată, astfel încât să se evite modificarea caracteristicilor betonului.

Turnarea betonuluiCalitatea betoanelor depinde, în mare măsură, de modul cum a fost

efectuată turnarea, de aceea ea trebuie făcută cu respectarea anumitor recomandări, dintre care cele mai importante sunt:

turnarea şi compactarea betonului trebuie să se efectueze înainte de începerea prizei cimentului;

înălţimea de cădere liberă a betonului nu trebuie să fie mai mare de 1,5 m, pentru a se evita segregarea;

turnarea unui element trebuie să se facă continuu, evitând rosturile de lucru, deoarece betonul proaspăt nu aderă bine la cel întărit, rezultând zone de slabă rezistenţă. Când rosturile de lucru nu pot fi evitate, se vor executa în zonele în care solicitările sunt minime. Suprafaţa betonului turnat anterior şi întărit, care va veni în contact cu betonul proaspăt, va fi curăţată cu deosebită grijă de pojghiţa superficială de ciment şi de betonul slab compactat, spălând apoi cu jet de apă sau aer comprimat. La întreruperea betonărilor se recomandă utilizarea aditivilor întârzietori de priză şi întărire;

în timpul turnării betonului se vor lua măsuri pentru a se evita deformarea sau deplasarea armăturilor şi cofrajelor;

33

betonarea elementelor masive de beton se va face în straturi de 20–50 cm grosime, astfel încât suprapunerea să se facă înainte de începerea prizei cimentului din stratul inferior; în cazurile necesare se vor folosi aditivi întârzietori de priză.

Compactarea betonuluiModul de punere în lucrare a betonului şi mai ales gradul şi regimul de

compactare au o mare influenţă asupra structurii sale. Prin compactare se urmăreşte eliminarea aerului din beton sau de la periferia cofrajului, realizarea unui element cu o compactitate cât mai mare, cu o formă cât mai corectă şi cu suprafeţe închise.

Procedeul de compactare se alege în funcţie de compoziţia şi lucrabilitatea betonului, forma şi dimensiunile elementelor.

Energia consumată la compactare se apreciază în funcţie de forţele de coeziune şi de frecarea internă ce trebuiesc depăşite pentru obţinerea unei compactităţi cât mai mari a betonului.

Compactarea manuală se foloseşte numai în cazul obligativităţii turnării unor betoane fluide, efectuându-se prin înţepare cu vergele metalice, şipci de lemn şi prin ciocănire uşoară a cofrajelor.

Mecanic, compactarea betonului se poate face prin vibrare, centrifugare, presare, vacumare, torcretare, injectare sau procedee combinate ca: vibropresare, vibrovacumare, vibrolaminare etc.

Vibrarea betonului, fiind un procedeu simplu şi eficient, este cel mai folosit mijloc de compactare a betonului, atât pe şantiere, cât şi în fabrici de prefabricate.

Vibrarea constă în aplicarea unor şocuri succesive de o anumită frecvenţă care trebuie să învingă forţele de coeziune şi frecare internă din betonul proaspăt. Astfel, sub efectul vibrării, componenţii betonului trec într-o stare de continuă mişcare oscilatorie, coeziunea şi frecarea între particule se micşorează, iar betonul vârtos sau vârtos-plastic, capătă aspectul unui fluid vâscos, mobil, care curge lent şi poate lua forma cofrajelor. În acelaşi timp, aerul înglobat în beton, în timpul amestecării şi turnării este expulzat datorită presiunii interne produsă în urma şocurilor repetate. Datorită măririi fluidităţii, granulele se deplasează unele faţă de celelalte, tinzând să ocupe poziţia limită de echilibru cea mai favorabilă, care corespunde unei compactităţi maxime. Când acţiunea vibrării încetează, betonul îşi recapătă rigiditatea iniţială.

Proprietăţile betonului vibrat depind de regimul de vibrare, care se stabileşte experimental în funcţie de lucrabilitatea betonului, dozajul de ciment, granulozitatea şi dimensiunea maximă a agregatelor.

Un regim de vibrare neadecvat compoziţiei betonului poate provoca în locul compactării segregarea sau afânarea structurii betonului.

Folosirea eficientă a vibrării cere utilizarea unei forţe de vibrare în concordanţă cu valorile coeficienţilor reologici ai betonului, determinaţi în mare măsură de proprietăţile reologice ale matricei betonului.

Parametrii principali ai vibrării sunt: frecvenţa, amplitudinea şi durata de vibrare.

Frecvenţa de vibrare se defineşte prin numărul de şocuri transmise betonului în unitatea de timp (vibraţii pe minut). Frecvenţa de vibrare se alege în funcţie de mărimea granulelor de agregat. Granulele mai mici vibrează la frecvenţe mai ridicate. Vibratoarele utilizate curent au frecvenţă de 3000–10.000 oscilaţii pe minut.

34

Amplitudinea de vibrare se exprimă în mm şi se alege în funcţie de frecvenţă, de dimensiunile agregatelor şi lucrabilitatea betonului. În general, amplitudinea variază de la 0,06 la 0,6 mm.

Durata de vibrare, exprimată în minute, depinde de compoziţia betonului, frecvenţa şi amplitudinea de vibrare. O durată de vibrare prea mare poate avea drept efect segregarea betonului. Se consideră durată de vibrare suficientă când betonul nu se mai tasează, încetează apariţia bulelor de aer la suprafaţa betonului care devine orizontală şi uşor lucioasă.

Vibrarea betonului se realizează cu ajutorul vibratoarelor care au un mod de acţiune şi construcţie diferită în funcţie de condiţiile de utilizare.

Vibrarea internă se realizează cu pervibratoare, care au o formă cilindrică şi se introduc în masa betonului (fig. V.24,a). Lucrabilitatea betoanelor compactate prin vibrare internă se recomandă să fie T3 sau T3/T4.

Figura V.24. Diverse tipuri de vibratoare

a b c d

Vibrarea externă se execută cu vibratoare care transmit betonului vibraţiile prin intermediul cofrajului (vibratoare de cofraj) (fig. V.24.b). Este recomandată pentru compactarea elementelor de grosimi mici, cu armături dese, care nu pot fi compactate prin vibrare internă.

Vibrarea de suprafaţă se execută cu vibratoare placă, transmiţând vibraţiile în mod direct suprafeţei libere a piesei de beton (fig. V.24.c). Se utilizează la compactarea betoanelor monolite şi prefabricate din elemente de construcţie de suprafaţă mare şi grosime 3 ... 35 cm, lucrabilitatea recomandată fiind L2.

În fabrici de prefabricate, laboratoare, se pot utiliza mese vibratoare pentru compactarea betonului turnat în tipare (fig. V.24.d).

Centrifugarea este un procedeu de compactare a betonului aplicat la elementele cu secţiune circulară cu goluri în interior (tuburi de canalizare, stâlpi pentru susţinerea conductorilor eletrici). Forţa centrifugă rezultată din rotirea tiparului, proiectează betonul pe pereţii tiparului, iar surplusul de apă se separă în interiorul acestuia. Se realizează astfel un beton foarte compact însă cu o structură specifică deoarece agregatele mai mari sunt distribuite către exterior iar cele mai mici către interior (fig. V.25).

35

Figura V.25. Procedeul de compactare prin centrifugare

Centrifugarea reclamă o grijă deosebită la alcătuirea compoziţiei betonului (raport apă/ciment moderat, cimenturi nu prea fin măcinate, granula maximă a agregatului nu prea mare), precum şi la stabilirea regimului de centrifugare (viteza şi timpul de centrifugare).

Vacumarea betonului se utilizează pentru compactarea betoanelor plastice şi fluide prin aplicarea pe suprafaţa lor a unor panouri de vacuum, care prin crearea unei subpresiuni la suprafaţa betonului permit extragerea surplusului de apă şi a aerului oclus (fig. V.26).

Figura V.26. Compactarea betonului prin vacuumare

Datorită unei bune compactări şi a accelerării hidratării cimentului, betonul vacumat prezintă rezistenţe mecanice iniţiale sporite (făcând posibilă decofrarea timpurie), rezistenţe finale mai mari, deformaţii mai reduse, comportare mai bună la permeabilitate şi îngheţ-dezgheţ repetat.

Vacumarea se aplică la prefabricate din beton care au suprafaţă mare şi grosime redusă (plăci, dale) şi la îmbrăcăminţi rutiere.

Torcretarea constă în realizarea unui amestec uscat de ciment şi agregate până la 8 mm, care se introduc împreună cu apa de amestecare într-un injector de unde este proiectat sub presiune pe suprafaţa de torcretat. Betonul torcretat se aplică în straturi succesive, de circa 2 cm, până la realizarea grosimii dorite.

Procedeul se aplică la confecţionarea plăcilor prefabricate cu simplă şi dublă curbură, tuburi de presiune, la acoperirea armăturilor pretensionate, la reparaţii ale elementelor vechi din beton.

36

Betonul torcretat este foarte compact şi deosebit de impermeabil, cu rezistenţe mari şi deformaţii reduse şi asigură o bună aderenţă la armături şi betoane vechi.

Injectarea betonului se execută în două etape succesive. În prima etapă se realizează un schelet de granule prin introducerea agregatului mare, fără nisip, în cofraje şi compactarea lui. În faza următoare se injectează în golurile scheletului de granule, de jos în sus sau lateral, un mortar format din ciment, nisip, apă şi aditivii necesari măririi lucrabilităţii şi evitării segregării.

Procedeul de injectare asigură obţinerea unui beton cu rezistenţe mecanice mari, contracţii reduse şi o impermeabilitate ridicată, fiind folosit la turnări speciale, cum sunt cele de betoane foarte grele.

Presarea realizează compactarea betonului printr-un efort de compresiune de 50–150 daN/cm2, exercitat de prese hidraulice. Procedeul se utilizează la execuţia prefabricatelor de dimensiuni reduse (plăci de faţadă, dale, tuburi de canalizare) ce trebuie să aibă o compactitate ridicată care să asigure proprietăţi fizico-mecanice superioare.

Vibropresarea betonului este cel mai eficient mijloc de compactare. Vibrarea determină o deformaţie de curgere a sistemului care poate fi compactat într-o stare avansată prin aplicarea unor forţe suplimentare de compresiune.

Laminarea este un procedeu de compactare prin presare cu ajutorul valţurilor a prefabricatelor din beton profilate.

Prezentarea sumară a principiilor tehnologice de punere în lucrare a betonului subliniază că pentru folosirea eficientă a materialelor (ciment, agregate, aditivi) este necesară utilizarea unei compoziţii judicioase, iar procedeele tehnologice trebuie utilizate în strânsă concordanţă cu procesele fizico-chimice, care determină transformările şi calităţile atât de variate ale betoanelor întărite.

Tratarea betoanelor după turnareDupă turnarea şi compactarea betonului este necesară protejarea lui

împotriva pierderii apei prin evaporare, pentru a se asigura astfel condiţii favorabile de întărire şi a se reduce formaţiile din contracţie la uscare. Pentru a se asigura menţinerea umidităţii betonului minim 7 zile pentru betoane cu cimenturi unitare şi minim 14 zile pentru betoane cu cimenturi cu adaosuri, se vor proteja suprafeţele libere prin acoperirea cu materiale de protecţie (prelate, rogojini, strat de nisip, care vor fi menţinute permanent umede sau cu folii de polietilenă).

La lucrările cu suprafaţă mare, ce sunt expuse liber radiaţiilor solare, curenţilor de aer, aşa cum sunt betoanele rutiere, piste de aerodrom, betoanele de protecţie a taluzelor de canal, se recomandă aplicarea de pelicule de protecţie, aderente pe suprafaţa betonului proaspăt, impermeabile minimum 3 săptămâni. Se utilizează în acest scop emulsii de polimeri, bitum, parafină.

Stropirea directă cu apă este mai puţin indicată deoarece umezirea şi uscarea intermitentă determină umflări şi contracţii alternative, urmate de fisurarea stratului superficial. Când se utilizează această metodă ea se va realiza sub forma unei pulverizări continue şi va începe după ce betonul este suficient de întărit, pentru ca prin această operaţie să nu fie antrenată pasta de ciment.

Pe timp ploios, suprafeţele de beton proaspăt vor fi acoperite cu prelate sau folii de polietilenă, atât timp cât prin căderea precipitaţiilor există pericolul antrenării pastei de ciment.

37

 Decofrarea betonului Se poate executa numai după ce betonul a atins valori ale rezistenţelor

mecanice care să permită suportarea greutăţii proprii şi a încărcărilor ce apar în timpul execuţiei lucrărilor.

Stabilirea rezistenţei la care a ajuns betonul se va face prin încercarea epruvetelor de control confecţionate în acest scop şi păstrate în condiţii similare elementelor în cauză, sau prin încercări nedistructive. În lipsa încercărilor, pentru cazurile curente se vor respecta termenele minime indicate în normative, ţinând seama de temperatura medie din perioada de întărire a betonului.

După decofrare se va verifica aspectul elementelor, iar dacă se semnalează zone cu beton necorespunzător, beton necompactat, segregat, goluri, rosturi de betonare, se vor lua măsurile de remediere necesare.

Fazele de execuţie a lucrărilor de beton şi beton armat constituie în majoritate lucrări ascunse, astfel încât controlul calităţii trebuie efectuat şi consemnat permanent.

Betonul intarit in conditii diferite de cele normale

 Influenţa temperaturilor scăzute asupra întăririi şi rezistenţelor betonului. Betonarea pe timp friguros

Influenţa temperaturii mediului se manifestă asupra evoluţiei proceselor fizico-chimice ce se produc în timpul prizei şi întăririi betonului.

În tehnologia betonului se consideră ca normale pentru întărirea lui, temperaturile în jur de + 20°C, iar perioadele de lucru când temperatura scade sub + 5°C, se consideră timp friguros.

Influenţa temperaturilor scăzute dar pozitive (0 - 5°C) asupra întăririi şi rezistenţelor betonului este diferită de cea a temperaturilor negative (sub 0°C).

Întărirea la temperaturi scăzute, dar pozitive (0 - 5°C), se face lent, dar rezistenţele finale ale betonului, într-un timp îndelungat pot avea valori ridicate, uneori mai mari decât betonul întărit tot timpul în condiţii normale.

Dacă întărirea betonului se face o perioadă limitată la temperaturi scăzute (0..+ 5°C) şi apoi continuă la temperaturi normale de 20°C, rezistenţele mecanice finale vor fi mai mari în raport cu întărirea normală (fig. V.27).

Figura V.27. Evoluţia în timp a rezistenţelor betoanelor păstrate în diferite condiţii

Aceasta se explică prin faptul că la temperaturi scăzute, dar superioare punctului de îngheţ, granulele de ciment se hidratează mai profund, produsele de hidratare formate mai lent au o structură mai fină şi cu mai puţine defecte, pe

38

când la temperaturi normale se formează mai repede pelicula de geluri impermeabile, care frânează continuarea procesului de hidratare.

La temperaturi sub 0°C betonul nu se mai întăreşte, reaţiile de hidratare se desfăşoară deosebit de lent, iar în jur de – 10°C se opresc complet, deoarece îngheaţă şi apa adsorbită.

La temperaturi sub 0°C îngheţarea apei libere din betonul proaspăt, produce prin expansiunea ei degradări ale structurii betonului, care nu se mai refac odată cu revenirea la condiţii normale de întărire şi ca urmare proprietăţile finale ale betonului nu mai pot atinge nivelul scontat. De asemenea, prin îngheţarea apei din lentilele formate la partea inferioară a agregatelor şi armăturilor, se slăbeşte adeziunea pietrei de ciment faţă de agregate şi armături, fenomen cu atât mai accentuat cu cât raportul apă/ciment este mai ridicat.

La punerea în lucrare pe timp friguros, trebuie să se asigure betonului temperaturi de minimum + 5°C, pe toată perioada de întărire necesară până la atingerea rezistenţei la compresiune de minimum 50 daN/cm2, iar pentru construcţii speciale (supuse la acţiuni agresive) până se atinge minimum 70% din clasă. După acest moment acţiunea frigului asupra betonului nu mai poate periclita calitatea acestuia.

La betonarea pe timp friguros se recomandă următoarele măsuri: la stabilirea compoziţiei betonului se va urmări adoptarea unei

cantităţi cât mai reduse de apă de amestecare; se recomandă utilizarea aditivilor plastifianţi, acceleratori de priză

şi întărire sau antigel, în funcţie de particularităţile lucrării; durata amestecării betonului se va prelungi cu 50% faţă de durata

de amestecare în condiţii normale; în unele cazuri se pot încălzi agregatele (până la aprox. + 50°C) şi

apa de amestecare (până la + 50 ... 70°C), însă nu la temperaturi mai ridicate pentru a nu determina o priză rapidă a cimentului şi pentru a nu reduce lucrabilitatea betonului. Se realizează astfel betonul cald;

 la transportul betonului se vor lua măsuri pentru limitarea la minimum a pierderilor de căldură ale betonului prin: evitarea distanţelor mari de transport, a staţionărilor, a transbordărilor betonului, iar în cazul transportului cu bene sau autobasculante, acestea vor fi acoperite cu prelate;

cofrajele trebuie să fie curăţate cu deosebită atenţie de zăpadă şi gheaţă, eventual cu jet de aer cald sau abur;

este obligatorie compactarea betonului prin vibrare; pentru asigurarea în continuare a unei temperaturi de minimum

+ 5°C, suprafeţele libere ale betonului vor fi protejate imediat după turnare prin acoperire cu prelate, folii de polietilenă, saltele termoizolante, etc.

Decofrarea se poate efectua numai după verificarea rezistenţelor mecanice pe probe de beton păstrate în aceleaşi condiţii ca şi elementele în cauză şi după examinarea atentă a calităţii betonului pe feţele laterale ale pieselor turnate, efectuându-se în acest scop unele decofrări parţiale, de probă.

Influenţa temperaturilor ridicate asupra proprietăţilor betonului

Temperaturi ale mediului ambiant de peste + 35°C influenţează negativ proprietăţile betonului proaspăt, datorită frânării proceselor de priză şi întărire ca rezultat al evaporării masive a apei de amestecare. Pentru a se evita acest lucru, după turnarea betonului se vor lua imediat măsurile indicate de protejare a acestuia pentru ca temperatura să se păstreze sub aceste limite.

39

Betonul întărit îşi păstrează proprietăţile până la temperaturi de circa + 150°C. Peste această temperatură începe să scadă rezistenţa la întindere, din cauza deshidratării gelurilor şi amplificării sistemului de microfisuri. Peste + 300°C începe să scadă şi rezistenţa la compresiune.

În cazul elementelor de beton supuse la acţiunea flăcărilor, când temperatura betonului ajunge şi depăşeşte chiar + 600°C, betonul se degradează treptat de la suprafaţă spre interior datorită deshidratării compuşilor hidrataţi, dilatărilor termice şi transformării hidroxidului de calciu prin deshidratare în oxid de calciu. Ulterior la răcire la temperaturi normale, oxidul de calciu se rehidratează. Aceste transformări sunt însoţite de modificări de volum care măresc sistemul de micro şi macrofisuri, provocând exfolierea betonului.

La temperaturi peste 575°C, agregatele cuarţoase prezintă transformări polimorfe cu măriri de volum, care favorizează exfolierea betonului.

Dacă agregatele sunt calcaroase, degradările se produc peste 600°C, când începe disocierea termică a carbonatului de calciu.

Cu toate acestea, construcţiile din beton se comportă mai bine la acţiunea incendiilor decât cele metalice, care se încovoaie sub propria lor greutate. Elementele de beton se degradează lent de la periferie spre interior, iar dacă degradarea nu este prea profundă, după îndepărtarea stratului degradat se pot repara prin torcretare.

Pentru construcţii speciale (agregate termice, coşuri de fum) exploatate în condiţii termice în care betonul obişnuit are durabilitate scăzută, se utilizează betoane refractare, care îşi păstrează în anumite limite proprietăţile fizico-mecanice sub acţiunea prelungită a temperaturilor ridicate.

Betoanele rezistente la temperaturi înalte se execută cu ciment aluminos, ciment portland cu stabilizatori ceramici sau cu lianţi speciali. Ca agregate se utilizează materiale stabile la temperaturi ridicate ca: zgură alumino-titanică, minereu de cromit, spărturi de cărămizi refractare, zgură de furnal, andezit, etc. Ca parte fină care contribuie la mărirea stabilităţii betoanelor la temperaturi ridicate, se utilizează diverse materiale măcinate, ca: şamotă, andezit, cromit, zgură de furnal, cenuşă de termocentrală.

Prin utilizarea unui ciment superaluminos (Al2O3 > 70%) şi agregate rezultate din măcinarea cărămizilor supraaluminoase se pot obţine betoane care să reziste la temperaturi peste 1770°C, numite betoane superrefractare.

Betonul refractar prezintă o serie de avantaje faţă de ceramica refractară ca: rigiditate mai mare a construcţiei, eliminarea rosturilor de zidărie, rezistenţă, preţ mai redus, durabilitate mai mare.

Accelerarea întăririi betoanelor

Deoarece în condiţii normale de întărire, betonul atinge rezistenţele mecanice necesare decofrării, transportului sau dării în exploatare, în timp destul de îndelungat, ritmul rapid de execuţie atât pe şantiere cât şi în fabrici de prefabricate, necesită accelerarea întăririi betoanelor. Procedeele utilizate în acest scop îşi bazează acţiunea pe mărirea vitezei de hidratare şi întărire a cimentului astfel încât să nu se afecteze calitatea betonului întărit.

Procedeele de accelerare a întăririi betonului sunt variate, alegerea făcându-se în funcţie de condiţiile concrete de execuţie şi tehnologia adoptată.

Utilizarea cimenturilor cu întărire rapidă40

Cimenturile cu întărire rapidă, simbolizate R, având un conţinut ridicat în silicat tricalcic şi o fineţe de măcinare înaintată, se caracterizează printr-o viteză de hidratare şi întărire mai mare decât a celorlalte cimenturi portland şi utilizarea lor determină o creştere importantă a rezistenţelor iniţiale ale betonului.

Utilizarea aditivilor acceleratori de întărireAditivii acceleratori de întărire, prin modul lor specific de acţiune,

contribuie la creşterea rezistenţelor betonului în faza iniţială. Dintre aceşti aditivi, cel mai utilizat este clorura de calciu, respectând însă condiţiile prevăzute în normativele privind folosirea lui în betoanele simple şi armate.

Tratamente higrotermice – sunt procese de accelerare a întăririi betonului prin încălzirea lui mai ales în prezenţa aburului sau apei calde. Ele sunt specifice fabricilor de prefabricate şi după modul de realizare pot fi tratamente termice fără presiune şi tratamente termice cu presiune.

Tratamentele fără presiune utilizate în tehnologia betoanelor, constau în încălzirea elementelor la scurt interval de la confecţionare, la temperaturi de maximum 100°C şi în anumite condiţii de umiditate care să nu permită evaporarea apei din beton.

Aburirea foloseşte ca agent de încălzire a elementelor de beton, aburul la presiune normală, ceea ce conduce la obţinerea unor temperaturi de 70 ... 90°C şi a unei umidităţi relative de 90–95%.

Astfel se produce o accelerare a hidratării-hidrolizei şi întăririi cimentului, încât după 6–8 ore de tratament se ating 40–70% din rezistenţele mecanice ale betonului la 28 zile în condiţii de întărire normală (fig. V.28).

Figura V.28. Evoluţia în timp a rezistenţelor betoanelor întărite în diferite condiţii

Efectul final al aburirii depinde de compoziţia mineralogică a cimentului, dozajul de ciment, raportul apă/ciment, vârsta betonului în momentul aburirii, regimul de aburire (încălzire, tratare izotermă, răcire), de secţiunea piesei de beton, tratarea după aburire.

Cimenturile indicate pentru aburire trebuie să aibă un conţinut ridicat în silicaţi de calciu şi cât mai redus în aluminat tricalcic. Aburirea se poate aplica şi

41

betoanelor confecţionate cu cimenturi care conţin până la 15% zgură metalurgică sau adaosuri puzzolanice.

Betoanele tratate termic prin aburire au rezistenţele mecanice finale inferioare cu 10–20% celor ale betoanelor întărite în condiţii normale, sunt mai permeabile şi mai puţin rezistente la şoc şi la îngheţ-dezgheţ repetat şi prezintă o aderenţă mai slabă beton-armătură. Porozitatea mai mare şi defectele mai numeroase ale betoanelor întărite prin aburire se datoresc atât cineticii accelerate de întărire a cimentului cât şi comportării diferite a componenţilor betonului sub influenţa temperaturii.

Creşterea iniţială a rezistenţelor mecanice, în condiţiile apariţiei unor defecte mai numeroase în beton, este determinată de o hidratare mai avansată a cimentului şi creării unui număr mai mare de legături chimice între produsele de hidratare.

Pentru realizarea clasei betonului se admite un spor de dozaj de ciment care să completeze influenţele negative ale aburirii.

Tratamentele sub presiune de vapori (autoclavizarea) se realizează în autoclave (recipienţi cilindrici închişi etanş) la o presiune de 8–16 atmosfere şi o temperatură de 170–200°C, după o întărire prealabilă a betonului de câteva ore în mediu umed la temperatura normală. Ridicarea şi coborârea temperaturii şi presiunii se fac lent (câte 3–4 ore fiecare), iar tratarea izotermă durează 6–10 ore. La sfârşitul tratamentului se obţin rezistenţe mecanice echivalente cu cele la 28 zile în condiţii normale de întărire.

La autoclavizare, pe lângă accelerarea reacţiilor de hidratare-hidroliză, datorită vaporilor sub presiune la temperaturi ridicate, au loc reacţii chimice între hidroxidul de calciu rezultat din hidroliza componenţilor mineralogici ai cimentului şi bioxidul de siliciu din agregatele silicioase, cu formarea de hidrosilicaţi de calciu, schimbându-se astfel atât compoziţia chimică cât şi structura betonului întărit.

Ca urmare se obţin structuri mai compacte, cu o mai bună adeziune între piatra de ciment şi agregate, care în timp au rezistenţe mecanice superioare betoanelor întărite în condiţii normale şi o comportare mai bună la acţiunea agenţilor fizici şi chimici.

Pentru betoanele supuse autoclavizării se recomandă utilizarea cimenturilor cu conţinut ridicat în silicat tricalcic şi cu adaosuri silicioase active (zgură metalurgică, cenuşă de termocentrală, tras) sau cu nisip silicios fin măcinat.

Autoclavizarea permite înlocuirea parţială sau totală a cimentului cu var gras, dacă agregatele sunt silicioase şi destul de fine, sau întărirea unor amestecuri de zgură metalurgică sau cenuşă de termocentrală şi var, formându-se în aceste condiţii hidrosilicaţi de calciu asemănători cu cei din piatra de ciment.

Procedeul de autoclavizare se utilizează la noi în ţară la fabricarea betonului celular autoclavizat (BCA).

Accelerarea întăririi betonului se mai poate realiza şi prin alte procedee ca: încălzirea în aer cald, cu ajutorul curentului electric, a razelor infraroşii, tratarea în câmpuri de înaltă frecvenţă. Aceste tratamente necesită măsuri suplimentare pentru a se evita pierderea apei din beton prin evaporare.

42

TIPURI DE BETOANE

Betoane armate dispers

Materialele compozite armate dispers structural pot fi asimilate sistemelor disperse în care dispersoidul este fibra sau whiskers-urile, iar mediul de dispersie o matrice solidă, ce poate fi alcătuită dintr-un singur component (polimeri), sau din mai multe componente (ciment-apă, ipsos-apă, ciment-agregat-apă, ciment-polimer-apă, etc).

Fiecare component ce intră în alcătuirea acestor compozite îndeplineşte un rol bine determinat, valoarea de utilizare a compozitului fiind superioară celei corespuzătoare fiecărui component luat în parte.

Armarea dispersă a materialelor de construcţie, ca idee, nu este nouă, ea existând din antichitate când se obţineau cărămizi nearse (chirpici), din argilă armată cu deşeuri vegetale (paie tocate, de exemplu) sau se obţineau produse din ipsos armat cu păr de cal.

Elementele de noutate constau în materialele ce concură la realizarea compozitelor, metodele de calcul ale elementelor construcţiilor realizate cu astfel de materiale şi, evident, aşezarea pe baze ştiinţifice a întregii problematici a compozitelor armate dispers.

Fibrele utilizate pot fi: minerale:

- naturale: azbest;- de fabricaţie: de oţel, sticlă, carbon, bazalt;

organice:- naturale: bumbac, in, exotice

- artificiale: polipropilenă, poliesteri, poliamide etc.

Tipuri de fibre

Fibre de oţelSe obţin prin tehnologii diferite, cu forme geometrice variate ale

secţiunilor, cu suprafeţe lise sau amprentate. Din punct de vedere al tehnologiei, fibrele se obţin prin tocarea la

ghilotină, la dimensiuni bine precizate (rezultate din calcul, ce are la bază cerinţele de comportare sub sarcină, pentru betoane armate cu asemenea materiale).

Sârma în sine se obţine prin laminare – trefilare din oţeluri cu caracteristici speciale. Asemenea sârme au secţiune circulară (d=0.2–0.8mm), dreptunghiulară (0.15–0.40/0.25– 0.90mm). Lungimea fibrelor de oţel rezultată prin tocarea fasciculelor de sârmă este de 5 – 50mm, astfel încât să rezulte rapoarte l/d=30 – 250.

Fibrele de oţel se obţin şi direct din topitură prin tehnologii speciale, cum este cea folosită în SUA, unde din oţel wirand se obţin “Chopped Steel Fibres”.

Fibre de carbon

43

Se obţin din grafit sub forma unor fascicule formate din 10.000-20.000 de filamente (Anglia) cu lungimi nedeterminate şi cu diametre d=7.9 - 9.2 m. La armarea matricilor de ciment – apă, aceste fascicule se desprind unele de altele, fibrele (filamentele) funcţionând individual.

Fibre de sticlă Se fabrică din sticle speciale, compoziţia sticlei permiţând tragerea în

fire şi împrumutând sticlei proprietăţi diferite. Rezistenţa la întindere a firului de sticlă creşte invers proporţional cu

diametrul. Rezistenţa la întindere, pentru fire obţinute prin turnare, este diferită de

cea a fibrelor obţinute prin tragere din topitura aceleiaşi sticle (tehnologia clasică de obţinere a fibrelor):

Rt, turnare= 400 –1000daN/cm2

Rt fibră=19600 - 39500 daN/cm2

Fibrele de sticlă îşi păstrează proprietăţile într-un interval limitat de temperatură.

Pentru obţinerea fibrelor şi firelor de sticlă se utilizează: sticlă borosilicatică, denumită sticlă E, a cărei compoziţie oxidică

este următoarea:SiO2 56-52%Al2O3 12-16%CaO 16-25%MgO 0-6%B2O3 8-13%Na2O+K2O 0-3%TiO2 0-0.4%

Calitatea sticlei şi preţul depinde şi de donatorul de B2O3, din materiile prime (oxizi de bor, borax, etc).

Sticla E are următoarele caracteristici:-- Rt=35.150daN/cm2

- punct de înmuiere 8460C;- la 7600C îşi pierde proprietăţile mecanice;- nu rezistă în mediu alcalin, drept care se utilizează la

armarea matricilor în care pH-ul este neutru sau slab acid (polimeri, ipsos).

Se utilizează şi pentru armarea matricilor pe bază de ciment, în condiţia reducerii pH-ului matricii pe diferite căi (Forton-Olanda, studii IPCMC - UTCB).

Se utilizează sub formă de împâslituri, ca atare sau în structura unor materiale asociate pentru izolaţii (electrice, hidro sau anticorozive).

Mai multe fire răsucite formează un roving. Sticla zirconică denumită şi alcalii-rezistentă (AR), se produce sub

formă de fire, fibre şi rovinguri. S-a introdus pe piaţă sub denumirea de CEM-FIL de către firma Pilkington (Anglia), ca sticlă din sistemul ternar Na2O-SiO2-ZrO2, cu următoarea compoziţie oxidică:

- SiO2 71%- ZrO2 16%- Na2O 11%- Al2O3 1% - LiO2 1%

44

Există şi tehnologie românească de fabricare.

Fibre de azbestProvin din silicatul natural cu acelaşi nume, cu structură fibroasă. Sunt

fibre cu rezistenţe mecanice bune, necombustibile. S-au utilizat si se utilizează pentru armarea cimentului, obţinându-se azbocimentul - material compozit, armat dispers, realizat prin omogenizarea şi întărirea unui amestec de ciment, fibre de azbest şi apă.

În utilizarea fibrelor pentru obţinerea betoanelor armate cu acestea, sunt importante caracteristicile lor fizico-mecanice şi chimice.

În tabelul V-13 sunt cuprinse unele din aceste caracteristici.

Tabelul V-13. Caracteristici fizico-mecanice ale unor fibreTip fibră d

( m) (kg/m3)

Rt

(KN/mm2)

(kN/mm2)%

coeficient calitate

Azbest 0.02-20 3200 0.5-3 80-150 0.5-2 0.15-0.95Carbon 8-9 1900 1.8-2.6 250-300 0.5-1 0.95-1.27Oţel 5-800 7850 1.0-3.0 210 3-4 0.13-0.39Sticlă 9.15 2500 1.0-4.0 70-80 1.5-3.5 0.40-1.60Polipropenă 20-200 900 0.5-0.8 3.5-5.0 20-25 0.55-0.90Poliester 20-200 950 0.7-0.9 8.4 11-13 0.74-0.95

Din punct de vedere al coeficientului de calitate, cele mai bune sunt fibrele de sticlă şi de carbon. Importantă pentru utilizarea ca armatură dispersă este şi natura suprafeţei fibrelor, care este foarte bună la asbest, sticlă, carbon.

Lungimea fibrelor este importantă pentru modul de transmitere a eforturilor unitare în matrice. Fibrele funcţionează ca “blocanţi” ai fisurării matricei, având un rol asemănător agregatului mare din betonul obişnuit.

Influenţa fibrei asupra rezistenţei la întindere a materialului compozit este dependentă şi de distanţa dintre fibre, greu de apreciat din cauza dispersiei reale, haotice a acestora.

Distribuţia fibrelor se poate decela prin radiografierea cu raze X a materialelor.

V.2.11. Betoane de înaltă rezistenţă

Betoanele de înaltă rezistenţă fac parte din conceptul mai general de betoane de înaltă performanţă, la care, pe lângă rezistenţele mecanice ridicate se remarcă şi o durabilitate mult sporită. De asemenea şi celelalte performanţe ale acestor betoane sunt superioare celor ale betoanelor obişnuite.

Proprietăţile betoanelor de înaltă rezistenţă depind de materialele componente utilizate, de tehnologiile folosite dar şi de concepţia de proiectare şi chiar de tipul de construcţie la care urmează să fie folosite.

Se acceptă în general că betoanele de înaltă rezistenţă sunt cele care au Rc28 mai mare de 60N/mm2 iar betoane de foarte înaltă rezistenţă cele care au Rc28 peste 75N/mm2.

Betoanele de înaltă performanţă sunt împărţite în patru clase (după Rc28).

45

clasa I - 75N/mm2 12N/mm2

clasa II - 100N/mm2 12N/mm2

clasa III - 125N/mm2 12N/mm2

clasa IV - peste 150N/mm2

În definirea betoanelor de înaltă rezistenţă (BIR) şi a celor de foarte înaltă rezistenţă (BFIR) este important să se aibă în vedere şi compoziţia lor:

BIR este un beton în care se introduc aditivi cu rolul principal de reducere a cantităţii de apă de amestec şi sporirea rezistenţelor mecanice (Rc între 50 şi 80N/mm2).

BFIR este un beton în care pe lângă aditivi se introduc şi adaosuri cu granulaţie foarte fină (silice ultrafină, unele cenuşi de termocentrală (pentru Rc> 80N/mm2).

Filerele silicioase şi mai ales silicea ultrafină, adăugate în beton, au atât un efect granular cât şi hidraulic .

Dintre toate adaosurile silicea ultrafină este cel mai valoros datorită atât formei sferice a granulelor sale, cu structură amorfă şi dimensiuni de 0.01-10 cât şi compoziţiei chimice şi reactivităţii sale. Fineţea particulelor este de 10 - 40 ori mai mare decât a celor de ciment (suprafaţa specifică 20m2/g), acest material fiind cel mai utilizat adaos granular ultrafin în betoanele de înaltă performanţă:

Silicea ultrafină introdusă în beton are următoarele efecte:

intensă activitate hidraulică prin reacţia silicei cu hidroxidul de calciu pus în libertate la hidratarea - hidroliza componenţilor mineralogici ai cimentului;

mărirea compactităţii betonului prin umplerea porilor capilari ai pastei de ciment, a porilor şi golurilor din structura betonului;

creşterea rezistenţelor mecanice finale ale betonului.În cazul folosirii simultane în beton a silicei ultrafne şi a superplastifianţilor se

obţin avantaje suplimentare prin activarea proceselor fizico-chimice ce favorizează reducerea necesarului de apă, formarea unor structuri favorabile obţinerii unor betoane cu proprietăţi fizico-mecanice superioare.

Împărţirea în clase a betoanelor de înaltă performanţă are la bază pe lângă criterii de compoziţie şi parametrii tehnici şi tehnologici aşa cum sunt prezentaţi în continuare:

Clasa I

Pentru prepararea acestor betoane se folosesc aceleaşi materiale ca pentru betonul clasic dar cu reducerea raportului a/c la valori de 0.35 0.45. Se utilizează cimenturi obişnuite şi se poate introduce adaos de silice ultrafină. Pentru o bună lucrabilitate se utilizează un aditiv superplastifiant.

Clasa II

Betoanele din această clasă se vor prepara cu materiale de foarte bună calitate. Raportul a/c va fi sub 0.35. Se vor folosi cimenturi de mărci superioare şi se recomandă adaosul de silice ultrafină. Agregatele trebuie să provină din roci cu rezistenţe mecanice ridicate iar diametrul maxim al granulelor va fi de 10-12 mm. Este obligatorie utilizarea unui aditiv superplastifiant, combinat eventual cu un agent reducător de apă.

46

Clasa III

Pentru betoanele din această clasă sunt necesare materiale cu calităţi deosebite, adaosuri şi aditivi superplastifianţi, iar raportul a/c trebuie să coboare sub 0.25.

Clasa IV

Betoanele din această clasă necesită materiale cu calităţi deosebite şi un raport a/c=0.16. Ele nu pot fi obţinute deocamdată decât în laborator.

Cel puţin la clasele II, III şi IV dar şi la clasa I, tehnologia de preparare, de transport, de punere în operă şi tratare după turnare, trebuie respectată cu foarte mare stricteţe.

Studierea şi punerea în practică a betonului de înaltă performanţă sunt necesare ca urmare a neajunsurilor betonului clasic (fragilitate, rupere casantă, durabilitate şi rezistenţe mecanice relativ reduse).

Principalele avanataje ale betonului de înaltă performanţă sunt:

reducerea greutăţii elementelor de construcţii cu 20-30% prin reducerea secţiunii la aceeaşi capacitate portantă;

creşterea capacităţii portante a elementului de construcţie la menţinerea aceleaşi secţiuni utile;

reducerea consumului de ciment cu 10-20% prin folosirea cimenturilor superioare şi datorită reducerii volumului de beton pus în operă;

reducerea necesarului de armătură cu 8-20%; punerea mai bună în valoare a calităţii agregatelor; lărgirea sferei de aplicaţii ale betonului la noi tipuri de elemente de

construcţii.Betoanele de înaltă performanţă se impun cu necesitate la lucrări speciale de

construcţii şi îşi extind utilitatea la lucrări de artă şi la construcţii civile.

Folosirea cea mai răspândită a betoanelor de înaltă rezistenţă este la poduri, la clădirile înalte, la lucrări hidrotehnice maritime, la platformele marine de foraj şi extracţie a petrolului, fundaţii la lucrări cu deschideri mari (supermagazine, garaje).

Betoane uşoare

Betoanele uşoare prezintă unele caracteristici tehnice care le fac deosebit de apreciate: densitate aparentă redusă (a < 2000 kg/m3), capacitate de izolare termică ridicată şi rezistenţă la foc sporită, în comparaţie cu betoanele grele. Aceste caracteristici conduc la elemente de beton (simplu, armat sau precomprimat) cu greutate proprie redusă, bune termoizolatoare, uşor de prefabricat.

În ansamblul unei construcţii, betoanele uşoare se utilizează pentru realizarea structurii de rezistenţă putând avea în acelaşi timp şi rol de izolare termică sau numai pentru izolare termică.

Clasificarea betoanelor uşoare şi principalele lor caracteristici sunt date în tabelul V-15.

După modul de realizare, betoanele uşoare se împart în următoarele categorii:

betoane uşoare compacte;

47

betoane macroporoase (semicompacte); betoane celulare; betoane cu agregate vegetale.

Tabelul V-15. Clasificarea betoanelor uşoare

Tip beton uşor Categoria de densitate

Densitatea aparentă (kg/m3)

Conductivitatea termică

(W/mK)

Betoane de izolaţie

0.5 401-500

0.6 501-600

0.7 601-700

0.8 701-800

0.9 801-900

1.0 901-1000

Betoane de izolaţie şi rezistenţă

1.1 1001-1100

1.2 1101-1200

1.3 1201-1300

1.4 1301-1400

1.5 1401-1500

1.6 1501-1600

Betoane de rezistenţă

1.7 1601-1700

1.8 1701-1800

1.9 1801-1900

2.0 1901-2000

este valoarea luată în calcul la proiectare, iar reprezintă conductivitatea termică în stare uscată.

V.2.12.1. Betoane uşoare compacte

Betoanele uşoare compacte se execută cu agregate minerale uşoare naturale sau artificiale, golurile dintre granule fiind complet umplute cu mortar.

48

Greutatea redusă a acestor betoane se datoreşte exclusiv porozităţii agregatelor, care în general creşte odată cu creşterea dimensiunilor acestora.

Deoarece aceste betoane pot fi utilizate şi ca elemente portante pentru pereţii clădirilor, cât şi ca elemente armate se mai numesc şi betoane uşoare de rezistenţă sau de structură.

Pentru stabilirea corectă a compoziţiei unui beton uşor de rezistenţă se recomandă:

folosirea unui agregat uşor cu o curbă de granulozitate bună, deci cu un volum de goluri intergranular cât mai mic;

deoarece nisipul fin rezultat din concasarea rocilor poroase nu mai este un material poros (ducând şi la obţinerea unor betoane cu lucrabilitate redusă), în multe cazuri este necesară folosirea unui adaos de nisip de râu, în limitele strict necesare;

folosirea unui ciment de marcă superioară şi în dozaj corespunzător, în funcţie de natura agregatului şi marca betonului;

utilizarea unei cantităţi corepunzătoare de apă de amestecare, de asemenea în funcţie de natura şi umiditatea agregatului (fiind poros, absorbţia de apă este mai mare), precum şi în funcţie de dozajul de ciment.

Betoanele cu agregate uşoare au în general o lucrabilitate mai redusă şi o tendinţă de segregare mai mare decât cele obişnuite, cu agregate grele. Datorită densităţii aparente mai mici a granulelor cu dimensiuni mari, acestea prezintă tendinţa ca la zguduituri sau trepidaţii să se ridice la suprafaţă. Această deficienţă poate fi înlăturată printr-o stabilire corectă a compoziţiei, măsuri pentru evitarea în timpul transportului a şocurilor, trepidaţiilor şi distanţelor mari. Folosind un adaos hidrofobizant se evită segregarea în timpul vibrării şi se reduce totodată absorbţia de apă a agregatelor uşoare.

Compactarea acestor betoane se poate realiza prin vibrare sau vibropresare.

Caracteristicile tehnice ale betoanelor uşoare compacte sunt variate, în funcţie de natura şi cantitatea materialelor componente.

Rezistenţa la compresiune a acestor betoane, cuprinsă în limite largi în funcţie de destinaţie, depinde în mare măsură de natura agregatelor şi de dozajul în ciment, care la rândul său depinde mult de caracterul suprafeţei granulelor agregatului. Pentru o anumită clasă de beton, agregatele cu suprafeţe rugoase şi pori deschişi necesită un consum mai mare de ciment, deoarece o însemnată cantitate de pastă de liant pătrunde în aceste deschideri de suprafaţă, contribuind mai puţin la creşterea rezistenţei betonului. Din această cauză, betonul cu agregate uşoare necesită în comparaţie cu betonul obişnuit de aceeaşi rezistenţă, un consum de ciment în medie cu 20–30% mai mare.

Ruperea betonului cu agregate uşoare se face de cele mai multe ori prin agregat, deoarece rezistenţa matricei (considerată mortarul fin din beton) depăşeşte pe cea a agregatului.

Modulul de elasticitate al betoanelor uşoare compacte are valori mult mai mici, de 1/3 până la 2/3 din cel al betoanelor grele de clasă echivalentă.

Deformaţiile elastice sunt de aproximativ de 2 ori mai mari decât ale betoanelor grele obişnuite, de aceeaşi clasă. Datorită acestor caracteristici betoanele uşoare compacte sunt indicate pentru executarea construcţiilor în zone seismice.

Conductivitatea termică a betoanelor uşoare compacte depinde de densitatea aparentă, tipul agregatului şi structura sa, umiditatea relativă.

49

La o porozitate identică, conductivitatea termică creşte odată cu mărimea porilor, deoarece se favorizează transmiterea căldurii prin convecţie în pori. La creşterea umidităţii are loc întotdeauna şi creşterea conductivităţii termice.

Betoanele uşoare compacte se utilizează pentru executarea de blocuri şi panouri mari pentru pereţi, plăci şi fâşii pentru planşee şi acoperişuri, plăci termoizolante, construcţii agrozootehnice, elemente de rezistenţă din beton armat şi beton precomprimat, etc.

Deşi agregatele uşoare artificiale utilizate la prepararea acestor betoane sunt mai scumpe decât agregatele grele, totuşi betoanele uşoare de rezistenţă sunt eficiente deoarece micşorarea greutăţii proprii a construcţiei poate duce la reducerea secţiunii fundaţiilor, a elementelor portante şi la micşorarea coeficientului de armare.

V.2.12.2. Betoane macroporoase

Betoanele macroporoase se obţin prin alegerea unei granulozităţi speciale a agregatelor, care pot fi grele compacte sau uşoare poroase. Partea fină din agregate se elimină parţial sau total, iar cantitatea de ciment şi apă se dozează astfel încât fiecare granulă să fie învelită cu o peliculă fină şi uniformă de pastă de ciment, sudând granulele doar în punctele de contact, fără a umple golurile dintre ele (fig. V.29).

Figura V.29. Tipuri de betoane macroporoase: cu agregate compacte (a) şi poroase (b)

a b

În aceste betoane, volumul porilor poate să ajungă până la 35% din volumul aparent al betonului, iar în funcţie de aceasta rezistenţa la compresiune poate fi în limitele 1.5–10 N/mm2.

Conductivitatea termică a betoanelor macroporoase este în general mai mare decât la betoanele uşoare compacte de aceeaşi densitate, datorită porilor de dimensiuni mai mari.

Betoanele macroporoase se caracterizează printr-o mare permeabilitate la apă (datorită porozităţii deschise) ceea ce impune, atunci când se folosesc la confecţionarea pereţilor exteriori, aplicarea unor tencuieli îngrijite, care să constituie un obstacol eficient contra infiltraţiilor provenite din precipitaţiile atmosferice.

50

Betoanele macroporoase cu agregate grele au difuzie capilară şi capacitate de reţinere a apei foarte mici, de aceea, atunci când un astfel de perete separă încăperi calde şi umede de spaţii reci, este necesar să fie prevăzute bariere de vapori eficiente pentru evitarea condensului.

Domeniile de folosire a betoanelor macroporoase se stabilesc în concordanţă cu caracteristicile lor, fiind în general utilizate la: blocuri mici şi mari de zidărie, şape termoizolante, structuri termoizolante la panouri mari, plăci termoizolante, straturi de umplutură şi de egalizare, drenaje.

V.2.12.3. Betoane celulare

Betoanele celulare sunt materiale cu o structură alveolară, care conţin circa 50% (în volum) pori închişi de formă sferică, cu diametrul sub 1 mm, uniform distribuiţi în masa betonului.

Aceste betoane se realizează utilizând ca agregat un material silicios fin măcinat (nisip silicios de râu, cenuşă de termocentrală, tras, diatomit), iar ca liant cimentul portland cu sau fără adaosuri, varul sau un amestec al lor şi apă.

După modul de realizare a structurii poroase, betoanele celulare pot fi: gazbetoane (GB25, GB35, GB50) la care structura poroasă se obţine

prin provocarea unei reacţii chimice, urmată de o degajare de gaze în amestecul proaspăt. Ca generator de gaze, se utilizează curent aluminiu (se pot utiliza şi Zn, Mg, etc) care în stare de pulbere reacţionează cu componenţii bazici din liant - Ca(OH)2 cu formare de hidrogen care induce porozitatea betonului:

2Al + 3Ca(OH)2 + 6H2O 3CaO˙Al2O3 ˙6H2O + 3H2 (5.12) spumobetoane, obţinute prin amestecarea pastei de materii prime cu

o spumă preparată separat cu ajutorul unui săpun industrial. Spuma trebuie să fie stabilă, cu pori şi să nu influenţeze negativ procesul de priză şi întărire al liantului.

Amestecurile pentru betoane celulare turnate în tipare, se întăresc prin autoclavizare, în prezenţa vaporilor de apă la o presiune a acestora de 10–14 atmosfere, la temperatura medie de 180°C timp de 10–12 ore. În aceste condiţii materialul silicios fin măcinat devine activ şi reacţionează cu hidroxidul de calciu utilizat ca liant sau rezultat prin hidroliza cimentului, formându-se hidrosilicaţii de calciu:

SiO2 + xCa(OH)2 + (n–x)H2O xCaO SiO2 nH2O; x < 2. (5.13)

Produsele din beton celular autoclavizat (BCA) se caracterizează printr-o densitate aparentă redusă (400–900 kg/m3).

Rezistenţa la compresiune a betonului celular autoclavizat variază în funcţie de mai mulţi factori: densitatea aparentă, conţinutul de umiditate, direcţia de solicitare faţă de direcţia de expandare la fabricare, etc. Ea are valori în limitele 1,8–10 N/mm2, în funcţie de tipul şi clasa de beton celular. BCA se caracterizează prin deformaţii mari sub sarcină de durată.

Principala caracteristică a betoanelor celulare este capacitatea lor de termoizolare, coeficientul de conductivitate termică având valori între 0,10–0,30 W/mK. Ea este puternic influenţată de umiditate, astfel că în cazul unei umidităţi de 20% (în greutate), coeficientul de conductivitate termică este de circa 2 ori mai mare decât în stare uscată (tabelul V-16).

51

Tabelul V-16. Tipuri de gaz-betoane şi caracteristicile lorSo

rtiment(g

az beton)

Rezistenţă la compresiune (N/mm2)

Densitate aparentă (kg/m3)

Conductivitate termică

(W/mK)

GBN

GBC

GBN

GBC

GBN GBC

GB25

2,5 2,5

400–500

450–550

0,110 0,130

GB35

3,5 – 501–600

– 0,140 –

GB50

5,0 5,0

601–700

650–750

0,200 0,200

GBN – gaz beton cu nisipGBC – gaz beton cu cenuşă.

Betoanele celulare au o rezistenţă satisfăcătoare la gelivitate şi la foc şi o absorbţie de apă ridicată. Între absorbţia de apă şi porozitate nu există o corespondenţă directă, deoarece o parte din pori sunt necomunicanţi.

Produsele din beton celular autoclavizat prezintă avantajul de a fi prelucrate cu uşurinţă (tăiere, cioplire, găurire), ceea ce permite adoptarea unor procese simple de alcătuire a elementelor de construcţii (ancorare, îmbinare, etanşare, montare a tâmplăriei, a instalaţiilor electrice).

Produsele au anumite calităţi (dimensiuni precise, feţe plane şi paralele, culoare deschisă) care au permis adoptarea unor soluţii de finisaje cu pelicule subţiri, din materiale având ca liant sau adaos polimeri sintetici, care pe lângă satisfacerea aspectului estetic, asigură şi o protecţie a betonului celular contra umidităţii, a intemperiilor şi a acţiunilor distructive a agenţilor agresivi.

Betonul celular autoclavizat se utilizează pe scară largă, la elemente de construcţii simple sau armate, neportante sau portante, cum ar fi: pereţi exteriori autoportanţi şi neportanţi, pereţi portanţi, pereţi despărţitori, pereţi din panouri mari preasamblate, pereţi din blocuri mici la clădiri civile şi industriale, planşee pentru clădiri civile, acoperişuri de hale industriale, izolarea termică a contrucţiilor.

Armarea elementelor din beton celular autoclavizat se execută cu carcase de oţel sudate, acoperite cu 1–2 straturi compacte pe bază de ciment, bitum, materiale din polimeri, pentru a le proteja împotriva coroziunii care este favorizată de porozitatea mare a betonului celular şi de pH-ul redus.

Utilizarea la clădiri unde în condiţii de exploatare există o umiditate permanentă mai mare de 60% (spălătorii, băi publice, bucătăriile restaurantelor şi cantinelor) necesită măsuri deosebite de protecţie contra permeabilităţii vaporilor de apă prin prevederea de bariere de vapori.

La punerea în lucrare se vor lua măsuri de protecţie faţă de praful degajat în operaţiile de prelucrare pe şantier şi de prevenire a incendiilor, deoarece adezivii utilizaţi la lucrările de îmbinare şi finisaj, pot conţine şi produşi inflamabili.

V.2.12.4. Betoane cu agregate vegetale

52

Betoanele cu agregate vegetale (a = 500–1000 kg/m3) se obţin dintr-un amestec de ciment, apă şi agregate vegetale ca: talaş, rumeguş, coji de orez, puzderie de in şi cânepă, mineralizate în prealabil.

Mineralizarea agregatelor vegetale creşte calitatea acestora prin: neutralizarea efectului coroziv asupra pietrei de ciment produs de

unele substanţe conţinute de aceste agregate (tanini, acizi humici, hidraţi de carbon etc);

împiedicarea degradării în timp a părţii lemnoase sub influenţa microorganismelor şi a umezelii;

îmbunătăţirea aderenţei dintre piatra de ciment şi agregate.Ca mineralizant la noi în ţară se utilizează pentru toate tipurile de

agregate vegetale (cu excepţia cojilor de orez) o soluţie compusă din sulfat feros (2%), silicat de sodiu (6%) şi clorură de calciu (4%), procentul referindu-se la greutatea agregatului. Pentru cojile de orez, datorită compoziţiei lor complexe şi bogate în diverse tipuri de zaharuri, grăsimi, este mai eficientă stabilizarea cu lapte de var.

Dintre caracteristicile principale ale betoanelor cu agregate vegetale se menţionează: capacitatea termoizolatoare şi fonoabsorbantă, aderenţă bună faţă de mortare, contracţie mare la uscare.

Betoanele cu agregate vegetale se utilizează pentru executarea de plăci termoizolatoare pentru pereţi şi acoperişuri, plăci pentru pereţi interiori şi exteriori la construcţii provizorii, blocuri de zidărie, corpuri de umplutură.

Pentru realizarea de betoane uşoare termoizolante se pot utiliza şi alte materiale naturale locale sau deşeuri industriale, după cercetări prealabile.

53