1

V.2.2. Apa utilizată la prepararea betoanelor

Apa reprezintă ca şi cimentul respectiv agregatul, un constituent de bază al betonului, influenţând toate proprietăţile acestuia atât în stare proaspătă cât şi în stare întărită.

V.2.2.1. Calitatea apei pentru prepararea betoanelor

Aptitudinea generală de utilizare a apei de amestec este reglementată în conformitate cu standardul SR EN 1008. În vederea utilizării la prepararea betoanelor, se recomandă analizarea caracteristicilor apei în laboratoare de specialitate. Ea trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe: să nu conţină materiale în suspensie (să fie limpede); să nu aibă gust şi miros (evitarea apelor sălcii şi mirositoare, ce conţin săruri,

cloruri sau sulfaţi); să se înscrie în parametrii normali de bazicitate, aciditate şi alcalinitate

(obligatoriu prin analize de laborator). La nivel de şantier, se poate determina (în afară de testele de culoare, gust şi miros) şi testul de timp de priză a pastei de ciment preparată cu apă potabilă (sau distilată) şi apa nepotabilă din sursa ce se va utiliza. Pentru diferenţe sub ¼ de oră la timpii de început şi sfârşit de priză şi 10% din rezistenţa mortarului, apa poate fi utilizată.

V.2.2.2. Rolurile apei în compoziţia betonului

Principalele roluri pe care le îndeplineşte apa în compoziţia betoanelor sunt următoarele: asigurarea plasticităţii şi lucrabilităţii necesare betonului proaspăt la punerea sa în

lucrare (pe timpul turnării); asigurarea declanşării şi întreţinerii reacţiilor de hidratare a cimentului din masa

betonului; asigurarea nivelului optim de umiditate a agregatului în procesul de preparare a

betonului necesar menţinerii constante a lucrabilităţii amestecului.

Apa coexistă în masa amestecului de beton sub formă de: apă liberă – care ocupă spaţiul dintre particulele solide; apă legată fizic – sub forma unor pelicule atrase (electrostatic) în jurul particulelor

de ciment şi a granulelor de agregat, respectiv apa absorbită de agregatele ce prezintă un grad suficient de porozitate;

apă legată chimic – cantitatea de apă din amestec care participă la reacţiile de hidratare.

Cantitatea de apă necesară la prepararea betonului depinde de : suprafaţa specifică a agregatului; dozajul de ciment şi fineţea de măcinare a acestuia; lucrabilitatea respectiv consistenţa necesare pentru amestecul de beton proaspăt.

Cantitatea de apă utilizată la prepararea betonului este divizată în două părţi care au următoarea semnificaţie:

A = A1 + A2 (l/m3)

A1 – reprezintă cantitatea de apă necesară pentru hidratarea cimentului, ea reprezentând circa 25% din masa cantităţii de ciment utilizată. Această cantitate de apă urmează a se lega chimic în procesele de hidratare.

2

A2 - reprezintă cantitatea de apă cu care se suplimentează valoarea A1, aceasta din urmă neavând capacitatea de a asigura o lucrabilitate corespunzătoare amestecului de beton produs, existând riscul obţinerii unui beton cu o compactitate deficitară.

A2 = A2’ + A2

” (l/m3) A2

’ – reprezintă cantitatea de apă excedentară pentru siguranţa hidratării tuturor particulelor de ciment. Această cantitate de apă rămâne în masa betonului, evaporându-se ulterior. A2

” - reprezintă cantitatea de apă care se pune pentru asigurarea lucrabilităţii betonului, întrucât A2

’ este insuficientă. În timpul operaţiei de compactare, cantitatea de apă A2

” se elimină. Apa liberă (A2) nu este necesară decât pentru asigurarea lucrabilităţii

betoanelor, fiind înlăturată în mare parte prin compactare şi prin evaporare. Apa în exces care se evaporă, generează o reţea de pori şi uneori goluri care vor avea efecte negative importante asupra permeabilităţii betonului, a rezistenţelor mecanice, a gelivităţii şi rezistenţei la agresivităţi chimice ale acestuia. Cantitatea de apă liberă variază în funcţie de gradul de lucrabilitate dorit şi este de preferat ca betoanele să fie preparate cu aditivi specifici (plastifianţi sau superplastifianţi), pentru a se evita pe cât posibil un beton întărit cu porozităţi ridicate.

Raportul (A / C) reprezintă raportul dintre întreaga cantitate de apă utilizată la prepararea betonului şi cantitatea de ciment şi nu raportul dintre cantitatea de apă necesară la hidratare şi cantitatea de ciment. Un raport (A / C) mare conduce la prezenţa unei cantităţi sporite de apă în amestecul de beton proaspăt, care va avea o lucrabilitate bună. Acest avantaj îşi are şi reversal, în sensul înregistrării unor dezavantaje la nivel de beton întărit, care sunt: scăderea rezistenţelor mecanice (creşte porozitatea) (Fig. V.6); scăderea rezistenţei la gelivitate (creşte porozitatea); scăderea rezistenţei la agresivitate chimică (creşte porozitatea); creşterea permeabilităţii (creşte porozitatea); creşterea contracţiei la uscare, accentuându-se defectele de structură (Fig.V.7); reducerea aderenţei beton – armătură (creşte porozitatea).

Concluzie – apa utilizată la prepararea betonului trebuie să fie în cantitate redusă, astfel încât să se obţină calităţi superioare la nivel de beton întărit, ajustarea lucrabilităţii amestecului în vederea obţinerii unei bune betonări a elementelor structurale realizându-se prin folosirea aditivilor plastifianţi dozaţi corespunzător (la prepararea betonului).

Fig. V.6: – variaţia rezistenţei la compresiune a betonului preparat cu ciment Portland, la diferite vârste de încercare şi rapoarte A/C. Întărirea s-a făcut în mediu umed la 20oC. valoarea rezistenţei la compresiune a betonului.

3

V.2.3. Agregatele Agregatele sunt materiale granulare naturale sau artificiale, care se folosesc la prepararea mortarelor şi betoanelor de ciment, respectiv la alte lucrări de construcţii. Obţinerea agregatelor din roci naturale se poate face: prin prelevare directă din albia răurilor şi lacurilor, respectiv prin operaţiuni de

sortare (balast, nisip, pietriş) – agregat de balastieră; prin procedee industriale de sfărâmare a rocilor (dure) – agregat de concasaj. Fiind un material mult mai ieftin decât cimentul (la a cărui fabricare se consumă multă energie), este avantajos ca agregatul să ocupe în masa amestecului o proporţie cât mai mare, acesta având totodată şi rolul de a stabiliza volumul de beton, respectiv de a-i conferi o durabilitate ridicată. Ocupând o pondere de cel puţin 75% în masa amestecului, agregatul trebuie să fie de calitate, acest aspect fiind capital pentru atingerea caracteristicilor proiectate de rezistenţă şi durabilitate ale betonului. Proprietăţile agregatelor depind în totalitate de cele ale rocii de provenienţă, cum ar fi: compoziţia chimică şi mineralogică, caracterele petrografice, greutatea specifică, durabilitatea, rezistenţele mecanice, stabilitatea fizică şi chimică, structura porilor etc. Pe de altă parte, agregatul poate căpăta şi unele proprietăţi diferite de cele ale rocii de bază, precum: forma şi dimensiunea particulelor, textura, absorbţia, etc. Notă: trebuie acordată atenţia corespunzătoare proprietăţilor agregatelor, întrucât toate acestea pot influenţa capital calitatea betonului, atât la nivel de amestec proaspăt cât şi la nivel de amestec întărit. V.2.3.1. Clasificarea agregatelor

Principalele clasificări ale agregatelor sunt:

a) după natură: minerale (utilizate la prepararea betoaneor obişnuite);

Fig. V.7: – variaţia contracţiei betoanelor cu 300 şi 400 kg/m3 ciment II A-S 32,5 în funcţie de cantitatea de apă utilizată la prepararea betonului.

4

organice (ex: deşeuri din lemn impregnate utilizate la prepararea fibrobetoanelor); b) După provenienţă:

naturale (utilizate la prepararea betoaneor obişnuite); artificiale;

c) După densitatea în grămadă în stare afânată şi uscată: Tabel V.3 Densitatea în grămadă în stare afânată

şi uscată (kg/m3) Clasificare după densitate

2001 Foarte greu 1201÷2000 Greu (utilizat în mod curent) 901÷1200 Semigreu (cu densitate mijlocie) 601÷900 Uşor ≤ 600 Foarte uşor

d) După forma granulelor: rotunjită, lamelară (plată), ovoidală, aciculară. e) După mărimea granulelor, agregatele naturale se împart:

Nisipuri (agregat fin), cu dimensiuni cuprinse între 0÷7 (mm); Pietrişuri, cu dimensiuni cuprinse între 7÷70 (mm); Bolovani (de râu), cu dimensiuni cuprinse între 71÷160 (mm) ; Balasturi (amestec natural de nisip şi pietriş) având o granulozitate nedefinită; Piatră spartă, cu dimensiuni cuprinse între 5÷63 (mm), cu fracţiunile 5÷10 (mm);

8÷16 (mm); 10÷20 (mm); 16÷25 (mm); 20÷ 40(mm); 40÷63 (mm).

Fig. V.8: Nisip - sort 0-3mm

5

Fig. V.9: Nisip - sort 3-7mm

Fig. V.10: Pietriş - sort 7-16mm

6

Fig. V.11: Pietriş - sort 16-31mm

f) După gradul de rotunjire şi gradul de uzură: Agregate angulare – graulele prezintă o uzură redusă; Agregate subrotunjite - graulele prezintă o uzură o uzură avansată, suprafeţele

fiind reduse ca dimensiuni; Agregate rotunjite – granulele păstrează suprafeţele iniţiale, dar aproape şterse; Agregate bine rotunjite – granulele nu mai păstrează suprafaţa iniţială, nu au

colţuri. g) După granulozitate (compoziţia granulometrică):

Agregate cu granulozitate continuă, în care se găsesc toate sorturile (fracţiunile) intermediare: Ag. 0÷7 (mm), cu sorturile: 0÷0.2 / 0.2÷1 / 1÷3 / 3÷7 (mm); Ag. 0÷16 (mm), cu sorturile: 0÷0.2 / 0.2÷1 / 1÷3 / 3÷7 / 7÷16 (mm); Ag. 0÷20 (mm), cu sorturile 0÷0.2 / 0.2÷1 / 1÷3(5) / 3(5)÷7 / 7÷20 (mm); Ag. 0÷31 (mm), cu sorturile: 0÷0.2 / 0.2÷1 / 1÷3 / 3÷7 / 7÷16 / 16÷31 (mm); Ag. 0÷40 (mm), cu sorturile: 0÷0.2 / 0.2÷1 / 1÷3(5) / 3(5)÷7(10) / 7(10)÷20 /

20÷40 (mm); Ag. 0÷71(mm), cu sorturile : 0÷0.2 / 0.2÷1 / 1÷3 / 3÷7 / 7÷16 / 16÷25 / 25÷31 /

31÷40 / 40÷71 (mm); Agregate cu granulozitate discontinuă, în care lipsesc unul sau mai multe sorturi

(fracţiuni); Agregate monogranulare în care granulele au aceeaşi mărime, sau mărimi foarte

apropiate : 3÷5 / 5÷7 / 7÷10 / 10÷15 / 15÷20 / 30÷40 / 40÷60. h) Din punct de vedere mineralogic, avem agregate încadrate în:

Grupa Bazaltului; Grupa Granitului; Grupa Calcarului, etc.

i) După tehnologia de prelucrare, avem: Agregate neprelucrate - extrase direct din alibii de râuri şi lacuri, numite şi

agregate de balastieră;

7

Agregate prelucrate – agregatele de concasaj (nisip de concasaj, piatră spartă). V.2.3.2. Condiţii de calitate impuse agregatelor Agregatele minerale grele (naturale) se pot utiliza la prepararea betoanelor numai dacă îndeplinesc condiţiile: stabilitate fizico – chimică, ceea ce înseamnă că nu se alterează în prezenţa

aerului, apei şi a ciclurilor de îngheţ – dezgheţ (gelivitate); rezistenţa la compresiune a agregatului trebuie să fie de cel puţin 1,5 ori clasa

betonului care urmează a se prepara cu acestea; nefavorizarea reacţiilor chimice nocive (alcali – agregate). Există cazuri în

care agregatul reacţionează chimic cu alcalii din piatra de ciment, dând naştere la fenomenul numit reacţie alcali – agregate.

Notă: în prezenţa apei (umidităţii), produşii de reacţie (geluri) îşi măresc anormal volumul exercitând o presiune în creştere asupra structurii betonului, producându-se fisurarea pietrei de ciment. Reacţiile alcali – agregate sunt accelerate de creşterea conţinutului de alcali ai pietrei de ciment, respectiv de creşterea temperaturii. Reducerea sau stoparea efectelor acestui tip de reacţie se poate realiza prin introducerea la prepararea betonului a silicei fine reactive. De regulă, în zonele de prelevare a agregatelor (cariere şi balastiere) se efectuează analize în vederea depistării sensibilităţii agregatului la acest tip de reacţie. nedepăşirea limitelor admise a impurităţilor din masa agregatelor, ce pot influenţa

în sens negativ procesele fizico – chimice din masa betonului : cărbune 0.5%; mică 1%; argile 0.25÷1.5%; părţi levigabile 1÷3%.

interzicerea cu precădere a următoarelor categorii de impurităţi : resturi animale sau vegetale; produse petroliere (păcură, uleiuri, etc.); pelicule aderente de argilă; alte materiale aderente care izolează liantul de agregat.

V.2.3.3. Influenţa agregatelor asupra proprietăţilor betonului proaspăt şi întărit

a) Forma şi starea suprafeţei granulelor:

Forma granulelor modifică volumul de goluri dintre acestea şi suprafaţa specifică a agregatului. Granulele de formă neregulată (alungite şi aşchioase) conduc la un volum de goluri mai mare, scăzând lucrabilitatea şi compactitatea amestecului, cu consecinţe negative asupra rezistenţelor mecanice, impermeabilităţii şi durabilităţii betonului. Principalele aspecte legate de forma granulelor de agregat sunt: gradul de rotunjire (se referă la angularitatea muchiilor şi a colţurilor granulelor); sfericitatea (depinde de raportul dintre aria totală a suprafeţei granulei şi volum); proporţia granulelor solzoase (sunt cele cu Ømin < 0.6 din diametrul luat ca medie

a ochiurilor sitei la care se raportează fracţia).

Notă: cele mai bune sunt agregatele cu forma apropiată de cea sferică, întrucât o sferă are aceleaşi rezistenţe mecanice pe cele 3 direcţii. Agregatele aplatizate sunt interzise.

8

Starea suprafeţei agregatelor influenţează considerabil rezistenţele mecanice ale betonului. Aceasta depinde de dimensiunea granulelor şi de caracteristicile rocii - mamă. În general, rugozitatea unui agregat poate fi apreciată vizual, dar pentru o apreciere obiectivă există clasificarea conform tabelului V.4: Tabel V.4 - textura superficială a agregatelor după BS 12 -1967 Grupa Textura

superficială Caracteristici Exemple

1 Sticloasă Spărtură concoidală Silex (silice, cuarţ), zgură sticloasă

2 Netedă (lustruită)

Provenite din albii de rău sau din spargerea rocilor laminate sau fin-granulare

Pietriş sau nisip grosier, chert, şist, marmură, unele riolite

3 Granulară Granule mai mult sau mai puţin uniform rotunjite

Gresie, oolite

4 Rugoasă Fragmente cu spărtura rugoasă (aspră) din roci cu granulaţie fină sau medie, conţinând constituenţi cristalini greu de distins.

Bazalt, felsit, porfir, calcar

5 Cristalină Conţinând constituenţi cristalini uşor vizibili

Granit, gabrou, gnais

6 Structură în fagure

Cu pori vizibili sau cu cavităţi Cărămidă, piatră ponce, zgură spumoasă, clincher, argilă expandată

Agregatul de concasaj este caracterizat de o textură rugoasă a suprafeţei granulelor, deci de o bună aderenţă a granulelor la piatra de ciment, respectiv de o suprafaţă specifică mare, care reclamă o cantitate de apă sporită la prepararea betonului. Dat fiind acest aspect, pentru evitarea obţinerii de rapoarte (A/C) mari (care sunt defavorabile) la prepararea betonului agregatul de concasaj se foloseşte ca şi fracţiune grosieră, sorturile fine fiind din categoria agregatelor de balastieră (cu suprafeţe specifice mai mici). Aderenţa agregatului la pasta de ciment influenţează în mod direct rezistenţele mecanice, cu precădere rezistenţa la încovoiere a betonului (prin gradul de întrepătrundere a pastei de ciment între asperităţile suprafeţei agregatului). Aderenta este influentata de: proprietăţile fizico – chimice ale agregatului; compoziţia mineralogică a rocilor; caracteristicile electrostatice ale suprafeţei granulelor.

Agregatele rugoase au cea mai mare suprafaţă specifică, respectiv o bună aderenţă la piatra de ciment. Agregatele sticloase au cea mai mică suprafaţă specifică, respectiv o proastă aderenţă la piatra de ciment.

b) Mărimea maximă a granulelor

Mărimea sau dimensiunea maximă a granulelor de agregat se stabileşte luând în considerare: dimensiunile minime ale secţiunii elementelor de construcţie;

9

distanţa minimă dintre armături; distanţa dintre armături şi eventuale piese înglobate; grosimea stratului e acoperire cu beton a armăturilor; tehnologia de transport şi punere în lucrare a betonului; înălţimea de turnare a betonului. Cu cât dimensiunea maximă a granulelor de agregat este mai mare, suprafaţa specifică a acestuia este mai redusă, determinând necesitatea unui consum de apă mai scăzut la amestecare. Astfel se obţin rapoarte (A/C) mai reduse, cu avantaje calitative la nivel de beton întărit (creşterea rezistenţelor mecanice). Aceste avantaje sunt însă limitate atât de mărimea maximă a agregatului utilizat, cât şi de dozajul de ciment (fig. V.12).

La dozaje de 150÷250 (kg ciment/m3) este avantajoasă folosirea agregatului de dimensiune maximă cât mai mare, inclusiv a bolovanilor dacă acest aspect este permis. Folosirea agregatului cu dimensiune maximă a granule de până la 70 (mm), este avantajoasă în condiţiile unor dozaje de ciment de circa 300 (kg ciment/m3), iar pentru agregatul cu dimensiunea maximă de aproximativ 40 (mm), dozajul de ciment eficient se regăseşte în jurul valorii de 400 (kg ciment/m3).

c) Granulozitatea agregatului

Prin granulozitatea agregatului (compoziţia granulometrică) se înţelege repartiţia procentuală (în grutate) a sorturilor elementare ce alcătuiesc agregatul respectiv. Granulozitatea agregatului este caracterizată de următorii factori: aria totală a granulelor; volumul relativ ocupat de agregat; conţinutul de parte fină şi grosieră.

Aria totală a agregatelor din diferite amestecuri poate varia în limite largi, ceea ce înseamnă că pentru umplerea completă a golurilor dintre acestea, sunt necesare cantităţi diferite de pastă de ciment (ciment + apă). Variaţia ariei totale a agregatului depinde de: ponderea diferită a sorturilor (fracţiunilor); dimensiunea maximă a granulei dmax; forma şi aspectul suprafeţelor granulelor.

Fig. V.12: Influenţa dimensiunii maxime a agregatului asupra rezistentei la compresiune a betoanelor la vârsta de 28 zile, preparate cu diferite dozaje de ciment.

10

Pentru un agregat dat şi o dimensiune maximă a granulei dmax stabilită (conform prescripţiilor normative), controlul ariei totale a agregatului, deci şi a golurilor dintre acestea se realizează prin reglarea corespunzătoare a proporţiei sorturilor componente. Proporţiile între sorturi (fracţiuni) se stabilesc astfel încât să se obţină un volum minim de goluri, respectiv o arie totală minimă. Astfel se obţin rezistenţe ridicate ale betonului produs, respectiv porozităţi minime. Principalele curbe granulometrice specifice zonelor de granulozitate (I, II şi III) cu limitele standard ale acestora sunt prezentate în NE 012 – 1999 respectiv în lucrarea “Proiectarea compoziţiei betoanelor cu densitate normală” editura CONSPRESS 2004, în tabelele 3.13, 3.14, 3.15, 3.16, 3.17 şi 3.18. Utilizarea lor este indicată pentru evitarea folosirii incorecte a agregatului sub aspectul granulozităţii. Dacă se tinde spre utilizarea unui agregat caracterizat de o curbă granulometrică bogată în parte fină, aria totală a agregatului va fi mare. Acest lucru impune un consum de apă ridicat la prepararea betonului (suprafaţa specifică a agregatului creşte), deci un raport (A/C) mai mare. Această consecinţă se manifestă în sens negativ asupra calităţii betonului (rezistenţe mecanice finale scăzute, respectiv o compactitate scăzută). Betonul preparat cu un agregat având un conţinut bogat de parte fină (deci cu o arie totală mare), pentru a atinge aceeaşi rezistenţă ca a unui beton preparat cu un agregat mai puţin bogat în parte fină (având aria totală mai scăzută), trebuie să fie mai “gras”, adică să i se sporească dozajul de ciment. Acest lucru (sporirea cantităţii de ciment) trebuie atent făcut, astfel încât sa nu conducă la alte problem legate de utilizarea unui dozaj excesiv de ciment (contracţii mari, deci stare de fisurare pronunţată). Notă: ţinta finală în ceea ce priveşte alegerea agregatului, constă în alegerea unei curbe granulometrice optime, care să conducă la obţinerea unei bune lucrabilităţi a betonului proaspăt şi a unei compactităţi maxime a betonului întărit.

Există şi agregate cu granulozitate discontinuă, caracterizate de aspectul lipsei uneia sau mai multor fracţiuni de dimensiuni intermediare. Pe curba granulometrică, discontinuitatea se prezintă printr-o linie orizontală în intervalele de dimensiuni care lipsesc (fig. V.13).

Fig. V.13: - exemplu de curbă de granulozitate discontinuă pentru agregate având dimensiuni maxime de 31 mm cu diferite dozaje de ciment.

11

Agregatele cu granulaţie discontinuă se pot utiliza pentru orice beton, dar ele dau rezultate bune în două cazuri: pentru betoane coloidale (cu agregate preamplasate); pentru betoane cu agregat aparent.

d) Porozitatea şi absorţia agregatului

Porozitatea şi absorţia agregatului influenţează direct aderenţa granulelor la pasta de ciment, rezistenţa betonului la îngheţ-dezgheţ şi rezistenţa la abraziune. Porii agregatului variază ca dimensiune şi pot fi repartizaţi fie numai în interiorul granulelor, fie cu deschidere spre suprafaţa granulelor, fie în ambele cazuri. Când toţi porii agregatului sunt umpluţi se spune că acesta este saturat şi uscat la suprafaţă. Este necesar să se cunoască umiditatea agregatului înainte de introducerea lui în procesul de prepararea a betonului, altfel vor apărea fenomene de inconstanţă a lucrabilităţii acestuia, mai ales în primele 15÷30 min după preparare (după primele 15 minute absorbţia se reduce sau se opreşte, ca urmare a „învelirii” granulelor de către pasta de ciment).

e) Umiditatea şi înfoierea agregatului

Un agregat expus precipitaţiilor reţine o cantitate considerabilă de umiditate pe suprafaţa granulelor şi păstrează această umiditate în interiorul haldei, un timp îndelungat. Acest fenomen este preponderent în cazul agregatului fin (nisipuri). Agregatul grosier reţine apă în cantităţi mult mai reduse decât nisipul. În cazul nisipului apare şi fenomenul “înfoierii”. Acest fenomen constă în creşterea în volum a nisipului (raportată la unitatea de greutate). Cauza “înfoierii” este constituită de peliculele de apă care fac ca particulele de nisip să se distanţeze între ele. Gradul de „înfoiere” depinde de procentul de umiditate din nisip şi de fineţea acestuia (de exemplu la 5÷8% umiditate, se produce o “înfoiere” de 20÷30%). La agregatele grosiere, creşterea de volum în prezenţa apei este neglijabilă, fiindcă grosimea peliculei de apă este foarte mică comparativ cu dimensiunea granulelor.

Fig. V.14: - descreşterea volumului real al nisipului datorită înfoierii (pentru un volum constant de nisip umed).

Fig. V.15: - coeficientul de înfoiere pentru nisipuri cu diferite conţinuturi de umiditate.

12

f) Impurităţi în agregat

Sunt trei categorii de materiale dăunătoare care pot fi întâlnite în masa agregatului:

- Impurităţi, care perturbă reacţiile de hidratare ale cimentului; - Depuneri pe granule, care reduc aderenţele agregat - pastă de ciment; - Particule fără rezistenţe sau instabile ca volum.

Impurităţile organice reprezintă materia organică din masa agregatului apărută din descompunerea substanţelor organice (în principal taninul şi derivaţii săi), sub formă de humus şi sol organic. Aceste impurităţi se regăsesc de obicei în nisipuri, agregatele grosiere fiind spălate mai uşor. Argila apare în agregat sub formă de învelişuri ale granulelor, având efecte nocive de rupere a aderenţei între agregat şi pasta de ciment, cu modificarea în sens negative a rezistenţelor mecanice şi durabilităţii betonului. Mâlul este constituit din particule fine (până la 0,02 mm), rezultate din alterări naturale. Poate forma pelicule peste granulele agregatelor sau poate acţiona în particule libere. Praful de concasare rezultă din procesul de sfărâmare artificială a rocilor la dimensiunile stabilite prin concasare. Acţionează ca şi mâlul, prin pelicule peste granulele de agregat sau în suspensie de particule. Prin fineţe, praful de concasare perturbă cantitatea de apă în amestec, având o suprafaţă specifică ce nu poate fi neglijată. Particule cu volum instabil - există două categorii de particule cu volum instabil : particule care nu îşi menţin integritatea; particule care se dilată şi se “sparg” la efectul îngheţ-dezgheţului (gelivitate). Cele mai des întâlnite particule cu caracteristicile de mai sus sunt: marno-argilele, bulgării de argilă, lemn şi cărbune. Ele favorizează coroziunea şi oxidarea, respectiv influenţează negativ rezistenţele betonului prin dilatare. Mica acţionează defavorabil asupra reacţiilor de hidratare ale cimentului şi influenţează cantitatea de apă din compoziţie şi deci rezistenţa betonului.

g) Transportul şi depozitarea agregatelor pentru betoane

La transportul şi depozitarea agregatelor nu sunt necesare măsuri speciale, acest material nefiind sensibil la factorii atmosferici. Se vor asigura totuşi câteva condiţii lagate de împiedicarea introducerii unor impurităţi în masa agregatului, amestecarea sorturilor şi segregarea agregatelor la descărcare. Transportul agregatelor la distanţe mari se realizează cu mijloace specifice auto sau CF, basculante. Pentru distanţe scurte se folosesc benzi transportoare, elevatoare cu cupe, încărcătoare, tomberoane, roabe, etc. Depozitarea agregatelor este organizată în funcţie de capacitatea şi necesitatea de utilizare a depozitului respectiv. Astfel, cele mai simple depozite constau în amenajarea unor platforme din balast cilindrat, pe care se poziţionează grămezile de agregate pe sorturi. Depozitele sectoriale au platforme din beton sau din balast cilindrat şi se folosesc la staţiile de betoane demontabile. La staţiile de betoane mari şi la fabricile de prefabricate se organizează depozite cu estacadă, complet mecanizate. În unele cazuri, agregatele pot fi depozitate şi în buncăre specifice.

V.2.4. Adaosuri pentru betoane

Adaosurile sunt substanţe inerte din punct de vedere chimic care se adaugă la prepararea betonului, în vederea îmbunătăţirii (ameliorării) unor proprietăţi la nivel de amestec proaspăt şi întărit.

13

Este acceptată realitatea că este dificil să se proiecteze compoziţii de beton alcătuite numai din ciment, agregate şi apă, capabile să satisfacă exigenţele tehnico-economice ale betoanelor, de aceea folosirea diferitelor adaosuri sub un control tehnic riguros, a devenit o practică curentă. Generic, prin denumirea lor, adaosurile pentru prepararea betoanelor includ diverse grupe de subproduse industriale, preparate special în acest scop şi unele tipuri de fibre naturale , minerale şi organice. Din aceste motive, nu există o clasificare generală unanim acceptată, dar adaosurile pot fi enumerate după unii autori după ponderea utilizării lor astfel: cenuşă volantă uscată, de la centralele termoelectrice. Cantităţile utilizate la 1

m3 de beton diferă în funcţie de caracteristicile cimentului şi ale cenuşilor precum şi de condiţiile de expunere a betoanelor;

zgura granulată de furnal înalt (măcinată sau nemăcinată) se utilizează pe bază de încercări preliminare şi reprezintă un înlocuitor al agregatelor naturale grele (până la 70% pentru nisipuri);

silicea ultrafină sau silicea amorfă (SUF) este un subprodus din industria ferosiliciului, sub formă de microsfere amorfe, cu compoziţie oxidică şi diferite proprietăţi fizice. SUF are o activitate puzzolanică foarte bună, fapt care conduce la creşterea în timp a rezistenţelor betoanelor preparate cu acest material. În combinaţie cu diverşi aditivi, SUF conferă diferite proprietăţi pozitive betonului întărit, în special în privinţa rezistenţei la compresiune. Din acest motiv, SUF este utilizat curent la betoanele de clase superioare şi în mod deosebit în industria betoanelor prefabricate.

IV.2.4.1. Tipuri de adaosuri folosite la prepararea betoanelor prefabricate zgurile de furnal (granulate) măcinate umed folosite curent în prepararea

betoanelor hidrotehnice; zgurile granulate de furnal înalt activate alcalin, sulfatic sau mixt, se utilizează

în amestec cu nisip şi balast local pentru substraturi de pardoseli industriale şi fundaţii rutiere, economisind agregate şi ciment;

zgurile de oţel deferizate rezultate după extragerea deşeurilor metalice din zgurile combinatelor metalurgice. Acestea se pot utiliza ca agregate grele, după un repaus de 6 luni în halde, în compoziţie betoanelor simple, pe bază de încercări preliminare;

calcarele fin măcinate contribuie la mărirea aderenţei de tip fizico- mecanic, a gradului de impermeabilitate, a rezistenţei mecanice şi a gelivităţii. Poate ajunge la 5÷18 % din masa agregatului;

bentonita fin măcinată îmbunătăţeşte lucrabilitatea betonului proaspăt şi măreşte rezistenţele mecanice şi impermeabilitatea betonului. Reprezintă 2÷5% din masa cimentului;

nisipul silicios fin măcinat se utilizează ca adaos inert la măcinarea cimentului sau ca adaos pentru corecţia compoziţiei granulometrice a agregatelor, ameliorând astfel gradul de impermeabilitate a betoanelor utilizate în special la construcţii hidrotehnice. De regulă nu depăşeşte 15% din masa cimentului;

pulberile metalice asigură unele proprietăţi speciale betoanelor sau mortarelor utilizate la realizarea pardoselilor rezistente la abraziune şi pardoseli conducătoare de căldură sau electricitate. Principalele materiale din această categorie sunt: electrocorindonul, carbura de siliciu sau magnetita de fier, în cantităţi de

10÷30% din masa cimentului, care sporesc rezistenţele mecanice şi la uzură ale betonului;

14

pulberi metalice, utilizate pentru şape bune conducătoare de căldură şi care reprezintă până la 10% din masa cimentului;

pulberi de aluminiu se utilizează pentru şape bune conducătoare de electricitate şi reprezintă 10÷30% din masa cimentului;

coloranţii (pigmenţi) au rolul de efect decorativ la lucrări din beton şi tencuieli. În acest scop, cimentul portland alb sau obişnuit se amestecă cu aceşti coloranţi, reprezentaţi de obicei de oxizi metalici sau pământuri colorate.

Coloranţii trebuie să îndeplinească câteva condiţii de calitate: să fie stabili în medii alcaline şi în prezenţa aditivilor; să nu influenţeze priza cimentului şi rezistenţa betoanelor şi mortarelor; să fie stabili la lumină, la raze UV şi la intemperii; să fie insolubili în apă; să fie uşor de amestecat; să fie rezistenţi la îngheţ-dezgheţ.

Tehnologia de utilizare se respectă cu stricteţe şi utilizarea impune încercări preliminare. V.2.4.2. Fibre naturale şi artificiale pentru betoane Fibrele pot fi utilizate în compoziţia betoanelor cu lianţi minerali, în scopul armării disperse sau preferenţiale (după o direcţie) a acestora şi având ca efect îmbunătăţirea comportării betoanelor la diferite solicitări.

Clasificarea fibrelor: Fibre naturale:

organice - soia, sisal, in, iută, nuci cocos, bumbac, păr animale, celuloză de lemn şi vegetale etc.;

minerale - azbestul (actualmente căzut în desuetudine). b. Fibre artificiale:

organice - nitroceluloza sau vâscoză, acetat de celuloză, nailon, poliesteri sau acrilice, polipropilenă modificată, polietilenă etc.;

minerale - subproduse industriale (din zgură de furnal), roci naturale (bazalt, loess), ceramică, carbon (grafit), oţel, sticlă etc.

Dintre toate fibrele enumerate mai sus, cele mai utilizate (datorită exigenţelor de ordin tehnic şi economic impuse), sunt următoarele: sticlă, oţel, polipropilenă şi carbon. Dintre caracteristicile importante impuse fibrelor pentru a fi utilizate în compoziţiile de betoane, se pot enumera: rezistenţa la întindere, aderenţa la matricea de ciment, compatibilitatea chimică cu pasta de ciment, modulul de elasticitate etc. V.2.5. Aditivi pentru betoane Aditivii sunt substanţe chimice inerte care introduse în compoziţia betoanelor, asigură unele proprietăţi acestora, fie în stare proaspătă sau întărită, fie în ambele stări. De regulă, aditivii nu depăşesc un dozaj de 5% din masa cimentului stabilit în reţeta betonului şi pot fi fabricaţi în stare solidă (pulberi) sau lichidă. Când aditivii se prezintă sub formă de soluţie, cantitatea corespunzătoare proporţiei optime se adaugă în apa de amestec, iar dacă aceştia sunt sub formă de pulberi se amestecă în prealabil până la omogenizare, cu o cantitate de ciment.

15

Notă: utilizarea aditivilor se face numai pe bază de încercări preliminare şi teste, realizate conform fişelor tehnice ale acestora şi conform instrucţiunilor şi normativelor specifice. Funcţiile aditivilor şi gradul de manifestare a acestora sunt influenţate în mod direct de următorii factori: dozajul de aditiv şi dozarea compoziţiei betoanelor; caracteristicile cimentului din compoziţie; condiţiile de preparare a amestecurilor şi respectarea lor; condiţiile de transport şi punere în lucrare a betoanelor; tratarea ulterioară a betoanelor. În general, aditivii au o funcţie principală (ce conferă efectul urmărit în compoziţia betonului), însă în unele cazuri se pot manifesta şi cu unele funcţii secundare. Pot exista şi aditivi cu două funcţii importante (micşti). În funcţie de efectul principal asupra betonului, aditivii curent folosiţi în construcţii se pot clasifica (simplificat) astfel : a) aditivi plastifianţi (fluidizanti, superfluidizanti, antrenori de aer); b) aditivi acceleratori de priză şi întărire; c) aditivi întârzietori de priză; d) aditivi antigel; e) aditivi hidrofugi (impermeabilizatori); f) aditivi inhibatori de coroziune. Fiecare dintre aditivii existenţi, trebuie aleşi cu atenţie, în funcţie de toate condiţiile tehnice obligatoriu cunoscute: parametrii compoziţiei betonului; efectul principal dorit şi eventual efectele secundare ce pot interveni; tehnologia de preparare a betonului; tehnologia de transport şi punere în lucrare a betonului; condiţiile de protejare şi întărire a betonului.

Aleşi şi utilizaţi corect, aditivii conferă betoanelor, caracteristici deosebite de ordin tehnic şi economic comparativ cu cele neaditivate. În plus, în unele cazuri, aditivii au devenit obligatorii în compoziţia betoanelor (betoane de înaltă rezistenţă, betoane puse în lucrare în condiţii extreme de temperatură, elemente din beton cu armături foarte dese, zone de betoane foarte greu accesibile şi controlabile etc.). Unii aditivi pot fi utilizati si combinati între ei, conferind proprietăţile dorite betonului respectiv, atât în stare proaspată, cât şi după întărirea acestuia. V.2.5.1. Aditivi plastifianţi Această categorie de aditivi au rolul de marire a mobilităţii amestecului proaspăt de beton, permiţând o reducere a raportului (A/C) fără scăderea lucrabilităţii, având efecte favorabile asupra structurii şi proprietăţilor betonului întărit. V.2.5.2. Aditivi fluidizanţi Sunt adsorbiţi la suprafaţa particulelor de ciment, împiedicând formarea de aglomerări la nivelul acestora (flocularea particulelor de ciment), respectiv asigurând o bună dispersie a cimentului, apei şi noilor formaţiuni hidratate. De asemenea, determină o bună distribuţie a porilor si o compactitate superioara a pietrei de ciment, aspecte benefice pentru caracteristicile fizico – mecanice finale ale betonului.

16

Eficienţa aditivilor sporeşte odată cu cantitatea de ciment din amestec, folosirea lor fiind indicată la dozaje moderate şi ridicate de liant ( 300 kg ciment/m3). V.2.5.3. Aditivi superfluidizanţi Au efecte mai puternice decât aditivii fluidizanţi. Asigură o foarte bună lucrabilitate concomitent cu reducerea considerabilă a raportului (A/C) respectiv a consumului de ciment cu până la 10÷20%. Lucrabilitatea superioară conduce la creşterea de până la trei ori a productivităţii la turnare a beonului (prin pompare). Utilizarea acestor aditivi este recomandată pentru betonarea elementelor cu secţiuni reduse, cu armătură deasă, betoane foarte compacte, etc.

V.2.5.4. Aditivi antrenori de aer Determina formarea unor bule foarte fine de aer (Ø = 10÷100 μm) care aderă la particulele de ciment şi nisip foarte fin, favorizand dispersia sistemului. La nivel de amestec proaspăt se obţine o mărire a lucrabilităţii în condiţiile scădereii raportului (A/C), iar la nivel de beton întărit se înregistrează o creştere a impermeabilităţii, deci o bună comportare la agresivitate chimică şi gelivitate. În vederea obţinerii acestor avantaje, dozarea aditivului trebuie atent facută, volumul de aer antrenat netrebuind să depăşească 5÷6% din volumul betonului (altfel se afectează compactitatea cu toate consecinţele derivate din acest aspect).

V.2.5.5. Aditivi acceleratori de priză şi întărire Aditivii acceleratori de priză şi întărire au rolul de a mări viteza de hidratare şi întărire a cimentului. Se utilizează în scopul efectuării operaţiilor de decofrare la termene reduse de la turnare, la betonări pe timp friguros, in industria prefabricatelor.

V.2.5.6. Aditivi întârzietori de priză Aditivii întârzietori de priză au rolul de a reduce viteza reacţiilor de hidratare şi hidroliză a le cimentului în limitele dorite, fata sa afecteze în sens negativ dezvoltarea ulterioară a reţelei cristaline din piatra de ciment. Se utilizează pentru menţinerea lucrabilităţii betonului pe un interval de timp îndelungat, oferind posibilitatea (când este necesar) de renunţare la rosturile de lucru (de betonare). De asemenea, se utilizează la betonări pe timp călduros, la betoane care se transportă pe distanţe mari, etc.

V.2.5.7. Aditivi antigel Aditivii antigel au rolul de a coborâ temperatura de îngheţ a apei din amestec, respectiv de a favoriza evoluţia proceselor de hidratare a cimentului la temperaturi scăzute. Prin împiedicarea îngheţării apei în amestec, se preîntâmpină degradarea structurii betonului. Unii aditivi antigel au şi efect de accelerator de întărire, respectiv un efect secundar de plastifiant.

V.2.5.8. Aditivi hidrofugi (impermeabilizatori) Aditivii hidrofugi sau impermeabilizatori, au rolul de a mări gradul de impermeabilitate al betonului întărit, faţă de apă şi soluţii agresive.