ECONOMIA DE ENERGIE REALIZAT Ă PRIN FOLOSIREA BETONULUI AUTOCOMPACTANT

Marian Sabău, Traian Oneț, Ana Ioana Petean, Letiția Nădăşan

Rezumat Betonul autocompactant (BAC) este un beton inovativ care nu necesită vibrare în momentul punerii în operă, acesta fiind capabil să curgă sub propia greutate, poate să umple complet cofrajele şi să ajungă la o compactare corespunzătoare fără a fi nevoie de o compactare mecanică. Această lucrare prezintă avantajele acestui nou tip de beton, materialele constituente, metodele de testare, precum şi dezavantajele care le aduce compactarea prin vibrare asupra betonului obişnuit. Eliminarea vibrării are de asemenea efecte benefice asupra condițiilor de muncă în procesul de producere al betonului.

1. INTRODUCERE

Betonul autocompactant (BAC) se compactează sub influenţa greutăţii proprii, fără să necesite vibrare, umplând perfect formele în care este turnat, chiar şi în cazul unor forme structurale complexe, indiferent de configuraţia şi gradul de aglomerare a armăturii în secţiune.

Fluiditatea şi rezistenţa la segregare conferă betonului autocompactant omogenitate ridicată, datorită faptului că este confecţionat cu un raport apă/ciment scăzut, ceea ce asigură o întărire rapidă, în condiţiile în care volumul de aer oclus în beton este minim [1].

Betonul autocompactant (BAC) aduce următoarele avantaje industriei construcțiilor [2]:

- punerea uşoară şi rapidă în operă; - asigurarea unei productivităţi şi viteze ridicate de execuţie; - reducerea poluării fonice; - valorificarea superioară a unor materiale locale, practic inutilizabile

(deşeuri industriale de tip cenuşă zburătoare de termocentrală, zgură granulată de furnal, filer de calcar);

- obţinerea unui grad ridicat de omogeneitate; - realizarea unor suprafeţe aparente netede după decofrare; - absenţa compactării prin vibrare;

- preţ competitiv, rezultat ca urmare a reducerii costului de punere în operă a betonului, ceea ce asigură o anumită compensare a costurile mai ridicate ale materialelor.

Se apreciază că, prin punerea la punct a tehnologiei de producţie adaptate condiţiilor specifice ţării noastre, în următorii ani se vor putea obţine însemnate avantaje tehnice şi economice, printre care se menţionează [1,3]:

- eliminarea operaţiilor suplimentare de compactare prin vibrare, nivelare, finisare, reparaţii la elementele cu defecte de turnare, ceea ce va determina creşterea sensibilă a productivităţii muncii la execuţia elementelor şi structurilor;

- eliminarea poluării sonore, mai ales în industria de elemente prefabricate din beton;

- realizarea unei îmbunătăţiri substanţiale a proprietăţilor betoanelor în stare proaspătă şi întărită, sub aspectele: creşterii omogenităţii şi formării unei structurii compacte a betoanelor din elemente şi structuri cu densitate mare a armăturilor; asigurării unei protecţii superioare a armăturilor, datorită sporirii impermeabilităţii la apă şi gaze; creşterii durabilităţii şi prelungirii duratei de exploatare a elementelor şi construcţiilor din beton.

2. COMPOZIȚIA BETONULUI AUTOCOMPACTANT

Datorită utilizării tot mai intense în lume a betonului autocompactant (BAC), au fost elaborate o serie de recomandări, ghiduri şi rapoarte în numeroase țări din Europa, Japonia şi SUA. Prin acestea s-a avut în vedere: proiectarea amestecurilor, reglementarea metodelor de testare privind lucrabilitatea betoanelor, condții de punere în operă şi exploatare, domenii de utilizare propuse.

Dintre acestea, cele mai cunoscute sunt cele două ghiduri europene Specification and Guidelines for Self-Compacting Concrete apărut în 2002 [4], respectiv The European Guidelines for Self-Compacting Concrete. Specification, Production and Use din 2005 [5], acesta din urmă aducând completări importante asupra tuturor aspectelor legate de producerea, testarea şi comportarea betonului autocompactant.

Materialele constituente ale betonului autocompactant sunt cele uzuale folosite la prepararea betoanelor [6]: ciment, agregate, apă, adaosuri, aditivi şi eventual fibre. 2.1. Ciment

La prepararea betonului autocompactant se pot folosi toate tipurile de ciment reglementate de SR EN 197-1 [7], alegerea corectă a tipului de ciment fiind dictată de cerințele specifice fiecărei aplicații în parte.

2.2. Agregate Agregatele trebuie să fie conform cerințelor SR EN 12621 [8] sau SR EN

13055-1 [9] respectiv să corespundă cerințelor de durabilitate din SR EN 206 [6].

În comparație cu piatra spartă, piatra de râu este mult mai eficientă pentru creșterea lucrabilității betonului proaspăt deoarece suprafața lipsită de colțuri dă o capacitate de trecere majorată la același conținut de apă, fiind astfel micșorat riscul apariției blocajelor între agregate și armături.

Dimensiunea maximă a agregatelor se stabileşte în funcție de cerințele legate de particularitățile lucrării, în general fiind limitată la 20 mm. Fracțiunea de agregate de sub 0,125mm contribuie la conținutul în parte fină a amestecului de beton.

Pentru menținerea producției de beton autocompactant la un nivel calitativ constant se impune monitorizarea continuă a umidității, absorbției de apă, granulometriei şi variației conținutului în parte fină a agregatelor.

2.3. Adaosuri Adaosurile se utilizează în scopul îmbunătățirii şi menținerii coeziunii,

rezistenței la segregare a amestecurilor de beton autocompactant precum şi creşterii durabilității lor.

Adaosurile, în funcție de activitatea lor liantă în prezența apei, pot fi de două tipuri (Tabelul 1).

TABELUL 1

Clasificarea adaosurilor minerale EFNARC [5]

Tip I inerte sau semi-inerte filere minerale (de calcar, dolomitice) pigmenți

Tip II puzzolanice

cenuşa zburătoare silicea ultrafină

hidraulice zgură granulată de furnal măcinată

2.4. Aditivi Aditivii preponderent utilizați sunt superplastifianții sau aditivii mari

reducători de apă conform SR EN 934-2 [10] care determină lucrabilitatea specifică betonului autocompactant.

Aditivii mari reducători de apă utilizați în general sunt cei de ultimă generație, pe bază de policarboxilați.

Aditivii modificatori de vâscozitate se folosesc pentru stabilitatea amestecului, reducerea riscului de segregare, fiind foarte utili în cazul variației caracteristicilor materialelor în principal a gradului de umiditate. Condițiile de admisibilitate, pentru aditivii modificatori de vâscozitate, din SR EN 934-2 se completează cu prevederile din ghidul elaborat de Comitetul Tehnic al Asociației Ciment Aditivi (CAA) din Marea Britanie [11], precum şi din ghidul publicat de EFNARC şi EFCA în septembrie 2006 [12].

3. METODELE DE TESTARE A CARACTERISTICILOR BETONULU I AUTOCOMPACTANT ÎN STARE PROASP ĂTĂ

În ultimi ani la nivel mondial au fost testate și încercate numeroase metode pentru determinarea proprietăților în stare proaspătă ale betonului autocompactant. Principalele proprietăți evaluate sunt: capacitatea de umplere, capacitatea de trecere, rezistența la segregare.

3.1. Încercarea de răspândire din tasare Testul cu conul Abrams determină tasarea unei mase de beton în stare

proaspătă pe verticală prin metoda tasării, în cazul betonului normal. Acest test este utilizat şi pentru BAC privind evaluarea capacităţii de curgere liberă, dar prin metoda răspândirii, întrucât tasarea acestui material este prea mare. Datorită fluidităţii sale, este necesar să se măsoare diametrul orizontal al turtei formate, sub greutatea proprie a betonului proaspăt.

Aparatura utilizată: - tipar de formă tronconică (conul Abrams), având diametrul bazei mari de

200 mm, diametrul bazei mici de 100 mm şi înălțimea de 300 mm (Fig. 1); - placă de bază plană, realizată dintr-un material neabsorbant, cu o arie de

minim (900x900) mm, pe care este marcat cercul cu diametrul egal cu 200 mm, cercul concentric cu diametrul de 500 mm şi centrul acestor cercuri;

- mistrie; - cancioc; - ruletă gradată de la 0-1000 mm, la intervale de 1 mm.

Fig.1. Aparatură necesară pentru determinarea raspândirii din tasare 3.2. Determinarea vâscozității

Acest test se utilizează pentru determinarea abilităţii de umplere(curgere) şi a vâscozităţii, numai în cazul compoziţiilor de BAC cu dimensiunea maximă a agregatului de 20 mm.

Aparatura utilizată: pâlnie în formă de V (Fig. 2), găleată, mistrie, cancioc, cronometru.

Fig.2. Caracteristicile pâlniei V

3.3. Determinarea abilității de trecere Metoda are drept scop investigarea abilităţii de trecere pentru BAC în stare

proaspătă printre barele de armătură, fără să se producă fenomenul de segregare sau blocare, fiind în prezent cea mai elocventă şi utilizată metodă în laborator.

Aparatura utilizată: cutie L realizată din material rigid neabsorbant (Fig. 3), mistrie, cancioc, cronometru.

Fig.3. Caracteristicile cutiei L

3.4. Determinarea rezistenței la segregare Testul cu sita se foloseşte la evaluarea rezistenței la segregare a betonului

autocompactant. Aceasta se determină procentual, pe baza raportului dintre masa betonului trecut prin sită respectiv a betonului supus încercarii.

Aparatura utilizată: - găleată de 10 litri cu capac; - sită cu diametrul de 300mm, înălțime de 40mm şi cu ochiuri pătrate de

5mm respectiv fundul aferent sitei (Fig. 4); - balanță cu capacitatea de minim 10kg şi cu precizia de minim 20g;

- cronometru.

Fig.4. Caracteristicile sitei

4. COMPACTAREA BETONULUI OBI ŞNUIT Compactarea este operaţia tehnologică ce se execută asupra betonului proaspăt

în vederea eliminării din masa betonului a aerului, a unei părţi din apa de amestecare în exces, precum şi a umplerii perfecte a cofrajelor şi a spaţiilor dintre armaturi.

Vibrarea este cel mai folosit procedeu de compactare a betonului. Compactarea betonului prin vibrare necesită o supraveghere atentă şi un control riguros în toate fazele procesului tehnologic.

Printre greşelile frecvente care pot să apară la vibrarea betonului, ca urmare a nerespectării condiţiilor tehnice, se remarcă [13]:

- timpul de vibrare mai scurt decât cel necesar, care conduce la realizarea unor betoane compactate insuficient, caracterizate prin rezistenţe mecanice reduse şi permeabilitate sporită;

- timpul de vibrare mai mare decât cel necesar, care cauzează segregarea betonului;

- distanţa între punctele în care se amplasează elementul vibrant mai mare decât cea necesară, situaţie capabilă să determine compactarea neomogenă, betoane cu rezistenţe mecanice reduse şi permeabilităţi sporite;

- distanţa dintre punctele în care se amplasează elementul vibrant mai mică decât cea necesară, situaţie în urma căreia pot rezulta zone segregate;

- vibrarea şi lovirea betonului după ce a început procesul de întărire, având drept consecinţă distrugerea structurii betonului sau scăderea rezistenţelor mecanice;

- introducerea vibratorului de interior în poziţii oblice, cu efecte ca zone nevibrate, compactări neuniforme, lipsa de legături cu straturile anterioare.

Tot un dezavantaj produs ca urmare a unei vibrări necorespunzătoare, este cel de apariţie al fenomenul de segregare, care se întâlneşte frecvent în practica de execuţie a lucrărilor de construcţie, acesta manifestându-se prin separarea constituenţilor unui amestec.

Forma de manifestare a segregării betonului la turnare în cofraje, constă în aşezarea granulelor mari de agregat la partea inferioară a cofrajului, partea fină şi apa rămânând la partea superioară.

Pentru reducerea intensității fenomenului de segregare trebuie adoptate o serie de măsuri tehnologice cum ar fi [14]:

- transportarea betoanelor plastice şi fluide numai cu autoagitatoare; - turnarea betonului de la înălţimi mai mici de 1,50m, pentru înălţimi mai

mari fiind necesară utilizarea de jgheaburi sau pâlnii; - antrenarea betonului pe traseul jgheabului pentru evitarea sedimentării; - limitarea duratei de vibrare a betonului şi amplasarea vibratoarelor în

beton după anumite scheme. O deficienţă majoră a acţiunii de vibrare a betonului, constă în faptul că acesta

reprezintă o sursă importantă de zgomot, în cadrul şi în vecinătatea şantierelor de construcţii.

Un alt dezavantaj datorat utilizării vibratoarelor este acela că în exploatare echipamentele în funcţiune sunt supuse uzurii. În acest sens sunt necesare revizii tehnice, lucrări de reparaţii şi lucrări de întreţinere care trebuie efectuate de către personal calificat şi implică importante costuri materiale.

CONCLUZII Se poate concluziona că betonul autocompactant (BAC) poate fi considerat un beton inovativ care aduce beneficii industriei construcțiilor de cele mai multe ori, înlocuind cu succes betonul normal vibrat, oferind totodată un plus din punct de vedere al calității procesului de producție și punere în practică ducând în final la construcții de o calitate superioară din toate punctele de vedere. Betonul autocompactant (BAC) poate fi încadrat în categoria “betonului verde” (green concrete), datorită economiei de energie şi micşorării poluării sonore. NOTA: Această lucrare a beneficiat de suport financiar prin proiectul "Creşterea calității studiilor doctorale în ştiințe inginereşti pentru sprijinirea dezvoltării societății bazate pe cunoaştere", contract: POSDRU/107/1.5/S/78534, proiect cofinanțat din Fondul Social European prin Programul Operațional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013.

ENERGY SAVINGS ACHIEVED THROUGH THE USE OF SELF-COMPACTING CONCRETE

Abstract Self-compacting concrete (SCC) is a new type of concrete that requires no additional compaction, beeing able to flow and consolidate under its own weight, completely fill the formwork.

This paper presents the advantages of this new type of concrete, constituent materials, test methods, and the disadvantages it brings compaction on normal concrete. Remove compaction also has beneficial effects on working conditions in the production of concrete.

Bibliografie

[1] Ionescu, I., Ionescu, Emilia, Elemente privind tehnologia şi unele proprietăţi ale betoanelor autocompactante - SELC, ediţia a XVII-a, Neptun, octombrie, 2005, pp. 60-67.

[2] Asăvoaie, Ciprian, Călin Sergiu, Self Compacting Concrete a Structural Material of High Efficiency - The 7th International Symposium - Actual trends in „Highway and Bridge Engeneering” HBE 2009, Faculty of Civil Engeneering and Building Services, Iasi, December, 2009, pp. 22-33.

[3] Oneţ, Traian, Pop, Ioan, Bompa, Dan, Proprietăţile mecanice ale betonului autocompactant-aderenţa dintre beton şi armature - Ingineria românească în faţa provocărilor secolului 21(Lucrările Ediţiei a V-a a Conferinţei Naţionale Zilele Academice ale Academiei de Ştiinţe Tehnice din România), Craiova, 2010, pp. 343-348.

[4] EFNARC - Specification and Guidelines for Self-Compacting Concrete, February, 2002.

[5] BIBM, CEMBUREAU, ERMCO, EFCA, EFNARC - The European Guidelines for Self-Compacting Concrete. Specification, Production and Use, may, 2005.

[6] SR EN 206-1:2002 Beton - Partea 1: Specificație, performanță, producție şi conformitate.

[7] SR EN 197-1:2002 Ciment - Partea 1: Compoziție, specificații şi criterii de conformitate pentru cimenturi uzuale.

[8] SR EN 12620+A1:2008 Agregate pentru beton. [9] SR EN 13055-1: 2003 Agregate uşoare. Partea 1: Agregate uşoare pentru betoane,

mortare şi paste de ciment. [10] SR EN 934-2:2009 Aditivi pentru beton, mortar şi pastă. Partea 2: Aditivi pentru

beton. Definiții, condiții, conformitate, marcare şi etichetare. [11] CAA 056TC 01/12/04 - CAA Guidelines for establishing the suitability of

Viscosity Modifying Admixtures for Self-Compacting concrete. [12] EFNARC, EFCA - Guidelines for Viscosity Modifying Admixtures For Concrete,

September 2006. [13] Toma, Alexandru, Tiberiu, Oana, Tehnologia şi mecanizarea lucrărilor de

construcţii, Institutul Politehnic, „Traian Vuia”, Timişoara, 1991. [14] NE 012-2/2007 Normativ pentru producerea betonului si executarea lucrărilor din

beton, beton armat si beton precomprimat. Partea 2: Executarea lucrărilor din beton.