iosif buchman - betoane speciale
TRANSCRIPT
Universitatea Politehnica din Timisoara Facultatea de constructii Departamentul CCIA
IOSIF BUCHMAN
BETOANE SPECIALE
Timisoara 2009
2
CUPRINS
1. Betoane de înalte performanţe............................................................. 3
2. Betoane de ultra înalte performanţe.................................................... 13
2.1. Betoane din pudre reactive...........................................................
2.2. Betonul special industrial..............................................................
2.3. Betonul compact cu fibre de oţel..................................................
13
18
21
3. Betonul autocompactant...................................................................... 24
3
1. BETOANE DE ÎNALTE PERFORMANŢE
1. Introducere. Principiile obţinerii
Betoanele de înalte performanţe sunt betoanele care au o rezistenţă la
compresiune mai mare de 60 N/mm2, precum şi alte caracteristici îmbunătăţite printre
care: modulul de elasticitate, deformaţiile, durabilitatea ş.a.
La ora actuală se clasifică numai în funcţie de rezistenţa la compresiune în:
- betoane de înalte performanţe, cu o rezistenţă medie la compresiune la 28
zile cuprinsă între 60 şi 80(100) N/mm2 ;
- betoane de foarte înalte performanţe, cu o rezistenţă medie la
compresiune la 28 de zile ce depăşeşte 80(100) N/mm2.
Pentru obţinerea acestor betoane trebuie respectate următoarele:
- reducerea raportului A/C, cu menţinerea lucrabilităţii cerute, prin folosirea
unui aditiv superplastifiant;
- creşterea compactităţii betonului prin completarea scheletului granular al
acestuia cu materiale granulare ultrafine;
- utilizarea unor agregate cu atât mai rezistente (dure) cu cât rezistenţele
cerute sunt mai ridicate;
- folosirea unui ciment de clasă superioară.
Un material granular ultrafin care dă rezultate foarte bune este silicea ultrafină.
Utilizarea numai a aditivilor superplastifianţi permite obţinerea unor rezistenţe
considerabile, dozajul de apă scăzând cu adăugarea aditivului. Poate rezulta o
rezistenţă la compresiune de 60-80 N/mm2.
Folosirea silicei ultrafine fără aditiv superplastifiant nu contribuie la o creştere
semnificativă a rezistenţelor betonului din cauza unui consum suplimentar de apă
impus de flocularea granulelor fazei liante ( ciment + silice ultrafină ). Combinând
însă cei doi produşi se ajunge la dispersarea uniformă a granulelor de silice ultrafină
între granulele de ciment atingându-se astfel domeniul betoanelor de foarte înalte
performanţe cu o rezistenţă la compresiune ce depăşeşte 80(100) N/mm2.
4
2. Materiale componente
Materialele componente sunt: cimentul, agregatele, apa, aditivul
superplastifiant şi materialul granular ultrafin.
Componenţii specifici ai betoanelor de înalte şi foarte înalte performanţe sunt
aditivii superplastifianţi şi materialele granulare ultrafine.
Aditivii superplastifianţi sunt produşi obţinuţi prin policondensare, care au
molecule de sinteză pure, caracterizate prin efecte secundare neînsemnate şi în
consecinţă pot fi folosiţi în dozaje superioare faţă de aditivii obişnuiţi. Aceasta poate
conduce la o reducere a cantităţii de apă chiar până la cantitatea de apă strict
necesară hidratării cimentului, ceea ce asigură o creştere însemnată a compactităţii
betonului. La ora actuală există mulţi producători de aditivi superplastifianţi.
Materialele granulare ultrafine care se pot utiliza sunt: filerele calcaroase,
filerele silicioase şi silicea ultrafină. Au granule de dimensiuni mici de 0,01 μm până
la 10 μm, astfel că pot completa granulometria cimentului caracterizat prin granule de
dimensiuni de 5 la 80 μm. Aceasta conduce la creşterea compactităţii betonului. În
plus unele dintre acestea, cum este cazul silicei ultrafine şi a filerelor silicioase,
reacţionează în timp cu Ca(OH)2 rezultat la hidratarea cimentului (reacţie
puzzolanică) ceea ce conduce la o structură foarte densă şi la obţinerea unor
compuşi suplimentari de cimentare. În tabelul 1 sunt arătate efectele materialelor
granulare ultrafine.
Tabelul 1
Efectele materialelor granulare ultrafine
Tipul Efecte
materialului Granulometric Puzzolanic
Filer calcaros DA NU
Filer silicios DA DA
Silice ultrafină DA-pronunţat DA-pronunţat
Cele mai eficace şi in consecinţă cele mai utilizate materiale granulare ultrafine sunt
siliciile ultrafine care completează granulometria amestecului şi dau reacţii
puzzolanice. Filerele calcaroase contribuie doar la completarea granulometriei
5
amestecului, iar cele silicioase dau şi reacţii puzzolanice dar nu sunt atât de reactive
ca siliciile ultrafine.
Siliciile ultrafine (SUF) sunt subproduse (deşeuri) rezultate la obţinerea siliciului şi a
aliajelor sale. Se prezintă sub formă de pulberi, fiind constituite din granule sferice,
amorfe, de dimensiuni foarte mici (0,01-10 μm). Sunt caracterizate de o densitate
apropiată de 2200 kg/m3, o suprafaţă specifică mare (în jur de 20 m2/g faţă de 0,3-
0,4 m2/g cât are cimentul) şi o densitate în grămadă de cca 200 kg/m3. Conţinutul în
SiO2 reprezintă 85-98 % din masa totală, restul fiind reprezentat de alţi oxizi metalici,
eventual de câteva alcalii. Forma sferică a granulelor de silice contribuie la
îmbunătăţirea lucrabilităţii betonului ceea ce reprezintă un avantaj suplimentar al
acestui material granular.
La noi în ţară silice ultrafină s-a găsit la FEROM S.A. Tulcea. Compoziţia
acesteia este dată în tabelul 2.
Tabelul 2
Compoziţia silicei ultrafine, livrată de FEROM S.A. Tulcea
%SiO2 %Fe2O3 %Al2O3 %CaO %MgO %MnO
91,07 1,83 4,63 0,50 0,50 1,04
S-a constatat că agregatele sunt mai solicitate la betoanele de înalte
performanţe decât la betoanele obişnuite, ceea ce reclamă o calitate superioară a lor.
În literatura de specialitate se apreciază că gama betoanelor de înalte performanţe
(cu rezistenţa medie la compresiune de 60-100 N/mm2) se poate realiza cu agregate
curente (obişnuite) de râu sau concasate. Rolul nisipului este considerat mai puţin
important pentru comportarea mecanică a betonului, iar fineţea lui nu reprezintă un
parametru primordial având în vedere prezenţa materialelor granulare ultrafine; în
schimb forma granulelor nisipului influenţează lucrabilitatea betonului.
Cimentul, care trebuie să facă parte din categoria cimenturilor de clasă
superioară, se alege în funcţie de compatibilitatea sa cu superplastifiantul. În acest
context este de dorit un ciment cu un conţinut cât mai scăzut în C3A. Aceasta,
întrucât creşterea conţinutului în C3A determină creşterea raportului A/C pentru o
aceiaşi lucrabilitate şi de asemenea conduce la o scădere rapidă a lucrabilităţii
betonului după prepararea acestuia.
6
3. Compoziţiile betoanelor de înalte şi foarte înalte performanţe
Stabilirea compoziţiei unui beton de înalte sau foarte înalte performanţe este
mai complexă decât la betonul obişnuit, întrucât intervin parametri noi şi anume:
aditivul superplastifiant şi silicea ultrafină. Optimizarea compoziţiei unui astfel de
beton ar necesita, din cauza numărului crescut de parametri, un număr mai mare de
amestecuri de probă. Acesta este motivul pentru care unii cercetători au căutat să
simplifice modul de stabilire a compoziţiei unui beton de înalte sau foarte înalte
performanţe. În acest context în cadrul Laboratorului Central de Poduri şi Şosele din
Paris a fost stabilită "Metoda pastelor".
Exemple de compoziţii de betoane de înalte şi foarte înalte performanţe,
realizate în Franţa, sunt prezentate în tabelul 3.
Tabelul 3 Compoziţii de betoane de înalte şi foarte înalte performanţe
Tipul
beto-
nului
Agregate, kg/m3
Ciment
CPA
55
HTS,
Silice
ultra-
fină,
Apă,
kg/m3
A/(C+SUF)
Super-
plasti-
fiant,
0-5mm 5-12,5mm 12,5-20mm kg/m3 kg/m3 kg/m3 Beton de
înalte
performanţe
fc28=70 N/mm2
652
411
854
415
-
132
0,32
6,4
Beton de
foarte înalte
performanţe
fc28=110
N/mm2
638
402
854
421
24,1
112
0,25
9,3
Se constată din compoziţiile prezentate că scheletul granular al betoanelor
este aproape identic; variază puţin dozajul de ciment şi mai mult raportul A/(C+SUF),
dozajul de superplastifiant şi dozajul de silice ultrafină.
Analiza mai multor compoziţii de betoane de înalte performanţe, existente în
literatura de specialitate, conduce la concluzia că adăugarea în compoziţiile unor
betoane obişnuite de clase superioare (C40/50-C50/60) a 1-2% aditiv superplastifiant
7
(faţă de masa liantului: C+SUF) şi a cca 10% silice ultrafină (faţă de masa cimentului)
conduce la obţinerea de betoane de înalte performanţe de clasele C60/75-C70/85.
Pe baza acestei concluzii la Laboratorul de Materiale de construcţii al
Facultăţii de Construcţii din Timişoara s-a realizat, pornind de la un beton obişnuit de
clasă C32/40, un beton de înalte performanţe de clasă C56/70. Compoziţiile reale ale
betonului obişnuit şi ale betonului de înalte performanţe sunt date în tabelul 4.
Tabelul 4 Compoziţia unui beton obişnuit şi a unui beton de înalte performanţe
( cu tasarea de cca 7 cm )
Tipul
beto-
nului
Agregate, kg/m3
Ciment
I
42,5R,
Silice
ultra-
fină,
Apă,
kg/m3
A/(C+SUF)
Super-
plasti-
fiant,
0-3,15 mm 3,15-
7,1mm
7,1-16mm kg/m3 kg/m3 kg/m3
Beton
obişnuit
C 32/40
437,6
422
703,4
572,7
-
239,2
0,418
- Beton de
înalte
performan-
ţe
C 56/70
437,6
422
703,4
572,7
57,31)
200,8
0,319
6,32)
1) 10% din masa cimentului
2) 1% din masa liantului ( ciment + silice )
Rezultă că un mod acoperitor de stabilire a compoziţiei unui beton de înalte
performanţe presupune următoarele etape:
- se stabileşte compoziţia unui beton obişnuit de clasă de 1,5 ori mai mică
decât clasa dorită pentru betonul de înalte performanţe;
- se completează compoziţia betonului obişnuit cu 10% silice ultrafină (faţă de
masa cimentului) şi 1-2% aditiv superplastifiant ( faţă de masa ciment+silice );
- la preparare se reduce cantitatea de apă pentru ca betonul de înalte
performanţe să aibă o consistenţă identică cu a betonului obişnuit;
- se verifică rezistenţa la compresiune a betonului de înalte performanţe
obţinut, urmând, dacă este cazul, să se întreprindă corecţii asupra dozajelor de
ciment, silice ultrafină, superplastifiant.
8
4. Caracteristici ale betoanelor de înalte şi foarte înalte performanţe
4.1. Rezistenţele mecanice
Rezistenţa la compresiune la 28 zile a betoanelor de înalte performanţe
depăşeşte 60 N/mm2. În fig.1 (preluată din literatura de specialitate) este prezentată
variaţia în timp a rezistenţei la compresiune pentru trei tipuri de betoane: obişnuit
(seria1), de înalte performanţe (seria 2) şi de foarte înalte performanţe (seria 3).
8
2327
33
4549
16
4957
64
77
27
72
8592
101
110114
46
81
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
1 3 7 14 28 90 365
t (zile)
fc (N/mm2)
Seria 1
Seria 2
Seria 3
Fig. 1. Variaţia în timp a rezistenţei la compresiune pentru: Seria 1 -
beton obişnuit; Seria 2 - beton de înalte performanţe; Seria 3 - beton de foarte
înalte performanţe
În fig.1 poate fi urmărită viteza de creştere a rezistenţei la compresiune. Astfel
rezultă:
- pentru betonul obişnuit fc3z /fc28z = 51%;
- pentru betonul de înalte performanţe fc3z/fc28z = 64%;
- pentru betonul de foarte înalte performanţe fc3z/fc28z = 71%.
Viteza de creştere a rezistenţei la compresiune mai ridicată pentru betoanele
de înalte performanţe poate fi atribuită modificării cineticii de hidratare a acestora
(datorită efectului puzzolanic al silicei ultrafine).
9
Rezistenţa la întindere a betoanelor de înalte performanţe nu creşte atât de
spectaculos ca şi rezistenţa la compresiune. Motivele nu sunt încă elucidate.
Ordinul de mărime al unor caracteristici mecanice ale betoanelor de înalte şi
foarte înalte performanţe este prezentat în tabelul 5.
Tabelul 5 Ordinul de mărime al caracteristicilor mecanice ale betoanelor de înalte
şi foarte înalte performanţe Caracteristica Betoane de înalte
performanţe Betoane de foarte înalte
performanţe Rezistenţa la compresiune 60-80 N/mm2 80-120 N/mm2
Modulul de elasticitate 45-48 kN/mm2 48-53 kN/mm2
Rezistenţa la întindere prin
despicare
5-5,3 N/mm2
5,5-6,5 N/mm2
4.2. Deformaţiile în timp
Deformaţiile în timp sunt:
- contracţia endogenă datorită formării compuşilor hidrataţi;
- contracţia la uscare, în urma scăderii conţinutului de apă din beton;
- curgerea lentă, produsă sub acţiunea de durată a încărcărilor.
În tabelul 6 se prezintă aceste deformaţii pentru un beton de foarte înalte
performanţe în comparaţie cu aceleaşi deformaţii pentru un beton obişnuit.
Tabelul 6 Deformaţiile în timp ale unui beton de foarte înalte performanţe,
comparativ cu deformaţiile unui beton obişnuit
Caracteristica Beton obişnuit
( BO ) Beton de foarte înalte
performanţe ( BFIP )
BFIPBO
Modulul de elasticitate 36 800 N/mm2 53 400 N/mm2 1,45
Contracţia endogenă 120x10-6 220x10-6 1,83
Contracţia la uscare 530x10-6 120x10-6 0,22
Curgerea lentă
( la 30% din σr ) 330x10-6 229x10-6 0,69
Din tabelul 6 se constată că faţă de betonul obişnuit, betonul de foarte înalte
performanţe are:
- contracţia endogenă aproape dublă;
- contracţia la uscare de cca 5 ori mai mică;
- curgerea lentă redusă la 70%.
10
4.3. Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ
Datele privind această rezistenţă sunt încă contradictorii. Betonul de înalte
performanţe pare să fie mai rezistent la îngheţ-dezgheţ, faţă de betonul obişnuit, dar
necesită totuşi un aditiv antrenor de aer. Betonul de foarte înalte performanţe pare a
fi complet insensibil la îngheţ-dezgheţ, datorită permeabilităţii foarte mici (de 10 ori
mai mică faţă de un beton obişnuit).
4.4. Durabilitatea
Permeabilitatea scăzută, slaba lor porozitate, cantitatea mai redusă de var
liber (datorită reacţiei puzzolanice a silicei ultrafine) fac ca betoanele de înalte
performanţe să fie mai puţin sensibile la acţiunile agresive exterioare. Cercetări
experimentale efectuate în străinătate şi în ţară evidenţează următoarele îmbunătăţiri
privind durabilitatea unui beton de înalte performanţe, faţă de de un beton obişnuit:
- rezistenţă mai bună în mediu agresiv sulfatic; s-a constatat că la un beton
de înalte performanţe preparat cu 15% silice ultrafină se poate renunţa la
utilizarea unui ciment rezistent la sulfaţi;
- rezistenţă semnificativ îmbunătăţită la atacul ionilor de amoniu; după o
păstrare timp de 400 zile într-o soluţie saturată de nitrat de amoniu proba
din beton obişnuit a pierdut 75% din rezistenţa la compresiune, în timp ce
proba din beton de înalte performanţe nu a prezentat nici o modificare;
- reducerea procesului de carbonatare; betoane de înalte performanţe cu
10% şi 20% silice ultrafină au arătat o reducere de până la 50% a
adâncimii de carbonatare, faţă de un beton obişnuit ;
- reducerea penetrării ionilor de clor; concentaţia ionilor de clor care a
penetrat o epruvetă păstrată într-o soluţie saturată de NaCl a rezultat de
10 ori mai mică, faţă de un beton obişnuit.
5. Domenii de utilizare ale betoanelor de înalte şi foarte înalte
performanţe
Rezistenţa la compresiune ridicată şi alte caracteristici îmbunătăţite ale
betoanelor de înalte şi foarte înalte performanţe au determinat ultilizarea acestora
într-o serie de aplicaţii specifice incluzând elemente şi structuri monolite sau
prefabricate. Principalele aplicatii se referă la stâlpi pentru construcţii înalte, poduri şi
structuri marine.
11
În tabelul 7 sunt prezentate aplicaţiile acestor betoane cu evidenţierea
proprietăţilor valorificate.
Tabelul 7
Aplicaţii ale betoanelor de înalte şi foarte înalte performanţe Aplicaţia Proprietăţile valorificate
Stâlpii construcţiilor înalte Rezistenţa la compresiune Poduri, lucrări de artă Rezistenţa şi durabilitatea Structuri marine Rezistenţa mecanică şi la agresiuni chimice Prefabricate Rezistenţa la compresiune şi viteza de creştere a
acesteia (spor de productivitate) Tuneluri Etanşeitate la apă, rezistenţa la ape agresive
Construcţii nucleare Etanşeitate la gaze cu condiţia evitării fisurării datorate uscării la suprafaţă
Unele construcţii la care s-au utilizat betoane de înalte şi foarte înalte
performanţe sunt date în tab. 8 si tab.9. Tabelul 8
Construcţii executate cu betoane de înalte şi foarte înalte performanţe Construcţia Locul Anul Nr. etaje fc, N/mm2 Royal Bank Plaza Toronto 1975 43 61 Richmond-Adelaide Toronto
Toronto (centru) 1978 33 61
Midcontinental Plaza Chicago 1972 50 62 Frontier Towers Chicago 1973 55 62 Water Tower Place Chicago 1975 79 62 River Plaza Chicago 1976 56 62 Chicago Mercantile Exchange Chicago 1982 40 62 Columbia Center Seatle 1983 76 66 Interfirst Plaza Dallas 1983 72 69 900 N. Mich. Annex Chicago 1986 15 97 South Wacker Tower Chicago 1989 79 83 Grande Arche de la Defense
Paris 1988 65
Bibliotheque Nationale de France Paris 1993-1997
18 ( 79 m ) 69-86,5
Two Union Square Seatle 1989 58 115 Pacific First Center Seatle 1989 44 115 Gateway Tower Seatle 1989 62 94 Moscheea Hasan II Maroc 1988-1989 92
12
Tabelul 9
Poduri la care s-au utilizat betoane de înalte performanţe
Podul
Locul Anul execuţiei
Deschide-rea
maximă, m
Rezistenţa la compresiune a
betonului, N/mm2
Tower Road Bridge SUA 1981 49 62 Fukamitsu Highway Bridge
Japonia 1974 26 69
Ootanabe Railway Bridge Japonia 1973 24 79 Akkagawa Railway Bridge
Japonia 1976 46 79
Deutzer Brige Germania 1978 185 69 Pont L`ILE DE RE Franţa 1987 68 Viaductul SYLANS Franţa 1986-
1988 69-75
Pont de Pertuiset Franţa 1988 110 65 Pont de Joigny Franţa 1988 60 Arc sur la Rance Franţa 1989 60 Boknasundet Norvegia 1990 190 60 Helgelandsbrua Norvegia 1990 425 65 Pont de Normandie Franţa 1994 > 60
13
2. BETOANE DE ÎNALTE ŞI ULTRA ÎNALTE PERFORMANŢE
2.1. BETOANE DIN PUDRE REACTIVE
1. Introducere. Principiile obţinerii
Betonul din pudre reactive (BPR) este caracterizat printr-o ultra înaltă
rezistenţă la compresiune, etanşeitate la apă şi gaze, punere în operă fără armături
pasive ş.a. .
Betoanele din pudre reactive (BPR) sunt realizate din prafuri: nisip fin , ciment,
cuarţ, silice ultrafină, având granule ce nu depăşesc 600 μm (0,6 mm). Utilizarea
unui superplastifiant şi a silicei ultrafine permite reducerea raportului apă/liant chiar
sub valoarea 0,15.
Caracteristicile deosebite ale BPR se realizează prin aplicarea a patru principii
de bază:
- îmbunătăţirea omogenităţii materialului prin eliminarea agregatelor mari;
- creşterea compactităţii prin optimizarea amestecului granular şi, dacă este
posibil, prin presarea înainte şi în timpul prizei;
- îmbunătăţirea microstructurii prin tratament termic, aplicat după priză;
- mărirea ductilităţii prin adăugarea de fibre de oţel.
Performanţele BPR variază în funcţie de metoda de obţinere. Există astfel
două game de betoane din pudre reactive:
- BPR 200, cu rezistenţa la compresiune în jur de 200 N/mm2, care se obţin cu
tratament termic la 900 C;
- BPR 800, cu rezistenţa la compresiune în jur de 800 N/mm2, obţinute prin
presare şi un tratament termic la 2500 C aplicat după priză.
Betoanele din pudre reactive sunt caracterizate prin:
- porozitate foarte redusă;
- grad foarte ridicat de impermeabilitate la apă, aer, agenţi agresivi, ioni de
clor;
- rezistenţă foarte mare la îngheţ-dezgheţ;
- durabilitate excepţională.
14
Adăugarea de fibre de oţel contribuie la creşterea rezistenţei la întidere şi la
creşterea sensibilă a ductilităţii ceea ce permite utilizarea betoanelor din pudre
reactive la realizarea unor elemente fără armături pasive.
2. Materiale componente
La prepararea betoanelor din pudre reactive sunt necesare următoarele
materiale:
- ciment de clasă superioară;
- nisip silicios fin;
- cuarţ măcinat (numai pentru BPR 800);
- silice ultrafină;
- apă;
- aditiv superplastifiant;
- fibre de oţel.
Cimentul trebuie să fie de clasă superioară (52,5). Alegerea cimentului nu
poate fi separată de cea a superplastifiantului. Cimenturile cu conţinut redus de C3A
dau cele mai bune rezultate. Pentru valori mici ale raportului apă/ciment utilizate la
BPR, dozajul optim pentru superplastifiant este ridicat, de cca 1,6 % substanţă
uscată faţă de masa cimentului. Supradozarea conduce la întârzierea prizei şi întăririi
cimentului.
Nisipul, conform unor cercetări efectuate privind optimizarea amestecului
granular, poate avea granule cu dimensiuni cuprinse în intervalul 0,15-0,6 mm. Se
poate utiliza nisip de concasaj sau natural. Este preferat nisipul natural a cărui
granule au o sfericitate mai bună şi deci necesită mai puţină apă.
Silicea ultrafină contribuie la:
- umplerea golurilor dintre granulele de ciment;
- îmbunătăţirea lucrabilităţii betonului datorită perfectei sfericităţi a granulelor;
- producerea de hidraţi secundari prin reacţia puzzolanică cu varul rezultat la
hidratarea cimentului.
S-a constatat că raportul optim silice/ciment are valoarea de cca 0,25. Tratamentul
termic la 900 C accelerează puternic reacţia puzzolanică.
Cuarţul măcinat prezintă o reactivitate maximă în condiţiile unui tratament
termic pentru o dimensiune medie a granulelor de 5-25 μm. El favorizează formarea
15
la un tratament termic de 2500 C a compuşilor TOBERMORIT-XONOLIT care conduc
la rezistenţe mecanice semnificativ îmbunătăţite. Este indicat pentru BPR 800.
3. Compoziţiile betoanelor din pudre reactive. Aspecte tehnologice
Experienţa dobândită de cercetătorii francezi privind obţinerea betoanelor din
pudre reactive a permis stabilirea compoziţiilor prezentate în tabelul 1.
Tabelul 1
Compoziţiile BPR de referinţă
Materialul BPR 200 BPR 800
Ciment CPA 55 HTS, kg/m3 950 980 Silice ultrafină ( SUF ), kg/m3 237 225 Cuarţ măcinat, kg/m3 - 382 Nisip silicios, kg/m3 997 490 Fibre de oţel cu l = 13 mm, kg/m3 146 - Microfibre inox cu l = 3 mm, kg/m3 - 617 Superplastifiant ( substanţă uscată ), kg/m3 17 18 Apă, kg/m3 180 186 A/(C + SUF) 0,15 0,14
BPR 200 posedă o rezistenţă la compresiune în jur de 200 N/mm2. Este
constituit din ciment, silice ultrafină, nisip (dmed = 250 μm), fibre de oţel ( cca 2% în
volum ), un superplastifiant şi apă.
Compactarea betonului se face prin vibrare în straturi succesive. După
decofrare betonul se păstrează 7 zile în apă la 200 C, apoi este supus unui tratament
termic de 4 zile în apă la 900 C şi 2 zile în aer uscat la 900 C. În aceste condiţii
hidratarea cimentului este accelerată şi reacţia puzzolanică a silicei ultrafine activată.
BPR 800 are o rezistenţă la compresiune ce poate ajunge până la 800 N/mm2.
Compoziţia este apropiată de cea a BPR 200. Granulometria amestecului granular
este completată cu cuarţ măcinat ( dmed = 10 μm ), iar fibrele de oţel cu lungimea de
13 mm sunt înlocuite cu microfibre din oţel inoxidabil cu lungimea de 3 mm, în
cantitate mult mai mare.
Betonul se presează înainte şi în timpul prizei la o presiune de 60 N/mm2 ceea
ce permite eliminarea bulelor de aer şi a apei excedentare. Se măreşte astfel
compactitatea betonului.
16
Materialul este tratat termic la 900 C iar apoi la 2500 C îndepărtându-se astfel
apa liberă şi o parte din apa legată chimic. Produşii de hidratare amorfi sunt
transformaţi astfel în produşi cristalini cu rezistenţe mecanice superioare.
4. Unele caracteristici mecanice ale betoanelor din pudre reactive
Rezultatele cercetărilor experimentale privind unele caracteristici ale
betoanelor de ultra înalte performanţe de tip BPR, comparativ cu cele ale betoanelor
obişnuite şi ale betoanelor de înalte performanţe sunt prezentate în tabelul 2.
Tabelul 2
Caracteristici mecanice ale BPR, comparativ cu cele ale betoanelor obişnuite şi
ale betoanelor de înalte performanţe
Caracteristica Beton
obişnuit
( BO )
Beton de
înalte
performanţe
( BIP )
Beton de ultra
înalte
performanţe
( BPR )
Rezistenţa la compresiune,
N/mm2 20-50 60-80 200-800
Rezistenţa la întindere din
încovoiere, N/mm2 4-8 6-10 15-140
Energia de rupere, J/m2 130 140 1000-40000
Deformaţia maximă la
întindere, 10-6 m/m 100-150 100-150 2000-8000
Se constată că aplicarea principiilor de bază enunţate la pct.1 permite
obţinerea pentru BPR a unor caracteristici mecanice de-a dreptul spectaculoase.
Verificări de laborator efectuate la L`ENS Cachan ( Paris-Franţa ) pe BPR 200
utilizând compoziţia prezentată în tabelul 1 au condus la următoarele valori:
- pentru rezistenţa la compresiune stabilită pe cilindri de 7x14 cm: 186 N/mm2;
- pentru rezistenţa la întindere din încovoiere stabilită pe prisme de 4x4x16 cm: 35,7
N/mm2.
5. Domenii de utilizare ale betoanelor din pudre reactive
BPR 200, la a cărui obţinere nu este necesară presarea, se poate prepara şi pune
în operă ( malaxare si vibrare ) la fel ca şi betonul de înalte performanţe. Este însă
17
necesară asigurarea condiţiilor de tratament termic, ceea ce este mai uşor în cazul
prefabricatelor produse uzinal. şi mai greu pentru prefabricatele produse la şantier.
Fiind caracterizat de o ductilitate mare este recomandat la elemente încovoiate din
beton armat sau precomprimat fără armături pasive (grinzi şi dale).
De asemenea se poate utiliza şi la elemente încovoiate solicitate axial , cum sunt
grinzile cu zăbrele, unde diferenţa dintre rezistenţa la întindere şi rezistenţa la compresiune
poate fi compensată prin precomprimare. La aceste structuri eforturile de întindere principale
sunt preluate de precomprimare în timp ce eforturile secundare ( de tăiere etc. ) precum şi
cele de compresiune sunt preluate numai de beton. Rezultă astfel structuri de cca 3 ori mai
uşoare decât cele realizate din beton obişnuit.
Efectele conjugate de eliminare a armăturii pasive, de reducere a încărcărilor
permanente şi de micşorare a volumului de beton conduc la avantaje economice
importante.
BPR 800, care necesită o presare înainte de priză şi un tratament termic la 2500 C
nu poate fi utilizat decât pentru elemente prefabricate uzinal. Se poate presupune, datorită
performanţelor deosebite, că poate să înlocuiască oţelul. Materialul are rezistenţă deosebită
la impactul proiectilelor şi poate fi utilizat pentru structuri şi echipamente militare. Pe lângă
proprietăţile mecanice excepţionale se remarcă prin microstructura lui densă care-i conferă
etanşeitate şi durabilitate. Poate fi astfel utilizat pentru stocarea deşeurilor industriale şi
containere pentru stocarea deşeurilor radioactive (cu radioactivitate slabă şi durată lungă de
viaţă).
18
2.2. BETONUL SPECIAL INDUSTRIAL
1.Introducere
Se aseamănă cu betonul din pudre reactive. Spre deosebire de acesta nu
necesită presarea lui înaintea sau în timpul prizei şi nici tratarea lui termică. În
consecinţă poate fi folosit atât pentru elemente prefabricate cât şi pentru elemente
monolite. Reprezintă un concurent pentru betonul din pudre reactive.
2. Materiale componente şi compoziţie
Materialele componente ale BSI sunt:
- ciment portland de clasă superioară (I 52,5);
- agregat de dimensiuni 0...8 mm;
- silice ultrafină;
- superplastifiant;
- apă,
- fibre de otel.
Compoziţia unui beton special industrial obţinut în Franţa şi,comparativ,
compoziţia unui beton din pudre reactive sunt prezentate în tabelul 1.
Tabelul 1
Compoziţia betonului special industrial
comparativ cu compoziţia unui beton din pudre reactive
Materialul Beton special industrial (BSI 150)
Beton din pudre reactive (BPR 200)
Ciment, kg/m3 1074 950 Silice ultrafină,
kg/m3 163 (15% din ciment) 237 (25% din ciment)
Agregat (nisip), kg/m3
1032 (0...8 mm) 997 (0...0,6 mm)
Fibre de oţel, kg/m3
234 (l= 20(30) mm, 3% în volum)
146 (l= 13 mm, 1,86% în volum)
Superplastifiant (substanţă uscată), kg/m3
39
(3,15% din cim.+SUF)
17
(1,43% din cim.+SUF)
Apă, kg/m3 197 180 A/(C + SUF) 0,16 0,15
19
Comparativ cu betonul din pudre reactive din gama BPR 200, compoziţia
betonului special industrial prezintă următoarele deosebiri:
- utilizarea unor dozaje uşor mai mari de ciment, agregat, apă;
- utilizarea unor dozaje sensibil mai ridicate de fibre de oţel şi
superplastifiant;
- reducerea dozajului de silice ultrafină; creşterea dimensiunii agregatului de
la 0,6 la 8 mm.
3. Aspecte tehnologice
Prepararea betonului special industrial se poate face cu utilajele folosite la
betonul obişnuit, recomandându-se malaxoarele cu palete şi cu ax vertical. Utilizarea
unui dozaj ridicat de superplastifiant asigură o fluiditate mare, fiind suficientă o
uşoară compactare prin vibrare. Avantajul de necontestat al BSI faţă de BPR îl
constituie faptul că nu implică o întărire prin tratament termic, el atingându-şi
performanţele printr-o întărire normală.
4. Caracteristici
Rezistenţele mecanice ale BSI 150 şi ale BPR 200, ale căror reţete au fost
prezentate în tab.1, sunt date în tabelul 2. Comparativ sunt arătate şi rezistenţele
BIP.
Tabelul 2
Rezistenţele mecanice ale BSI 150 şi ale BPR 200
Tipul betonului Rezistenţa la compresiune,
N/mm2
Rezistenţa la întindere
din încovoiere, N/mm2
Beton special industrial
BSI 150
150 17
Beton din pudre reactive
BPR 200
170-230 30-60
Beton de înalte
performanţe
BIP
60-80 6-10
20
Se constată că betonul special industrial BSI 150 are rezistenţe mai mici decât betonul
din pudre reactive din gama BPR 200, dar totuşi superioare betonului de înalte performanţe.
Rezistenţa la întindere din încovoiere semnificativă este asigurată de fibrele de oţel,
care, de alfel, îmbunătăţesc foarte mult şi ductilitatea acestui material.
BSI posedă, ca şi BPR şi alte proprietăţi sensibil îmbunătăţite printre care: rezistenţa la
gelivitate, rezistenţa la acţiuni chimice agresive, rezistenţa la uzură, rezistenţa la şoc ş.a.
4. Utilizări ale betonului special industrial
Prima aplicaţie a betonului special industrial a avut loc în Franţa la renovarea
structurilor interne ale refrigeratoarelor centralei nucleare de la Cattenom. S-au folosit grinzi şi
grinzişoare din BSI precomprimat. S-a avut în vedere greutatea redusă a acestor elemente
(cu o alură asemănătoare cu grinzile din oţel) care nu impunea consolidarea fundaţiilor
existente.
Deoarece BSI nu necesită tratament termic, este evident că se poate utiliza atât la
elemente prefabricate executate pe şantier cât şi la elemente monolite. Se pot deci estima
utilizări viitoare ale lui la execuţia unor lucrări de artă, a clădirilor înalte , a coşurilor de fum, a
turnurilor de răcire ş a.
21
2.3. BETONUL COMPACT CU FIBRE DE OŢEL
1. Introducere
Betonul compact cu fibre de oţel (BCFO), se poate considera după compoziţia
şi performanţele sale ca facând parte din categoria betoanelor din pudre reactive.
S-a dezvoltat în Danemarca în 1986 sub denumirea, păstrată şi astăzi, de Compact
Reinforced Composite (CRC). Are la bază experienţa dobândită de Societatea AALBORG
PORTLAND în urma utilizării aşa numitelor materiale DSP (betoane cu matrice granulară
compactă, cu procente ridicate de superplastifiant şi silice ultrafină, cu agregate de mare
rigiditate provenite din bauxită sau granit).
2. Materiale componente
Betonul compact cu fibre de oţel (BCFO) are aceleaşi categorii de materiale
componente ca şi betonul din pudre reactive. Se utilizează:
- ciment de calitate superioară (52,5);
- silice ultrafină;
- agregate de mare rigiditate din bauxită calcinată sau granit;
- dozaj ridicat de superplastifiant în dozaj ridicat, pentru a ajunge la un raport apă/liant
foarte redus cu valori 0,15-0,16; pentru o consistenţă fluidă;
- fibre de oţel scurte, rigide cu o rezistenţă la întindere ridicată, într-un procent
volumetric de cca 3%.
3. Aspecte tehnologice
Amestecarea componenţilor BCFO se poate face cu utilajele traditionale care se folosesc şi la
betonul obişnuit. Pentru o bună omogenitate şi pentru a scurta durata de amestecare este
indicată utilizarea unor malaxoare cu amestec forţat. Având în vedere consistenţa fluidă,
compactarea se realizează fără probleme prin vibrare. Consistenţa fluidă cât şi valorile reduse
ale dimensiunilor materialelor componente (inclusiv lungimea scurtă a fibrelor) permit
realizarea unor elemente puternic armate cu o distanţă mică între armături.
22
4. Caracteristici ale betonului compact cu fibre de oţel
Unele din proprietăţile BCFO sunt prezentate în tabelul 1.
Caracteristici ale betonului compact cu fibre de oţel Tabelul 1
Cacteristica Beton compact cu fibre de oţel (BCFO)
Rezistenţa la compresiune, N/mm2 150-400
Rezistenţa la întindere din încovoiere,
N/mm2
100-300
Modulul de elasticitate, kN/mm2 50-100
Densitatea aparentă, kg/m3 3000-4000
Durabilitatea Fără coroziune de la prima utilizare a
BCFO (1986)
Faţă de alte betoane cu performanţe ridicate (BPR şi BSI) se observă următoarele
asemănări şi diferenţe: rezistenţă la compresiune şi durabilitate comparabile;
rezistenţă la întindere din încovoiere, modul de elasticitate şi densitate aparentă mai
ridicate.
5. Domenii de utilizare
Utilizarea BCFO a constituit obiectul a două proiecte de cercetare. Primul proiect, la
care au participat specialişti din Danemarca şi Anglia, s-a finalizat prin folosirea a 42
000 de plăci din BCFO la calea ferată a unui tunel; s-a garantat integritatea plăcilor
într-un mediu agresiv pentru o durată de exploatare de 100 ani. Al doilea proiect,
rezolvat de specialişti din Danemarca, Franţa şi Spania, a urmărit utilizarea pe scară
largă a acestui material la realizarea de stâlpi, grinzi şi îmbinări. Domeniile posibile
de aplicare ale BCFO cât şi motivaţiile lor sunt date în tabelul 2. Funcţie de inspiraţia
constructorilor este posibil ca şi alte aplicaţii să-şi găsească rezolvarea prin folosirea
betonului compact cu fibre de oţel.
23
Domenii de aplicare ale BCFO Tabelul 2
Domeniul de aplicare Motivaţia
Stâlpi, grinzi şi dale de
planşeu
Rezistenţa ridicată care permite reducerea
dimensiunilor
Îmbinări de elemente
prefabricate
Aderenţa superioară care asigură reducerea
dimensiunilor îmbinării
Rezistenţa deosebită; Durabilitatea excepţională;
Ductilitatea îmbunătăţită
Structuri în zone seismice Ductilitatea sporită; Comportarea favorabilă la oboseală
Platforme marine Rezistenţa chimică ridicată; Ductilitatea şi rezistenţa la
oboseală sporite
Structuri supuse la impact Rezistenţa la compresiune foarte mare; Ductilitatea
deosebită
Pardoseli Rezistenţa mare la uzură
Protecţii anticorosive Rezistenţa chimică superioară
24
3. BETONUL AUTOCOMPACTANT (BAC)
1. Introducere
Conceptul de beton autocompactant a apărut şi s-a dezvoltat în Japonia
din anul 1988, cu scopul de a se realiza structuri din beton durabile prin
îmbunătăţirea calităţii procesului de punere în operă şi vibrare a betonului
convenţional.
Conform Codului de practică pentru producerea betonului CP012/1-2007
betonul autocompactant este un beton a cărui consistenţă a fost modificată prin
utilizarea de aditivi speciali, la valori mari ale fluidităţii fără a prezenta segregare şi
care poate fi pus în operă fără a fi vibrat.
Calitatea de autocompactant este asigurată de:
- abilitatea de a umple complet suprafeţele, colţurile şi volumele cofrajului în
care este turnat;
- abilitatea de a trece printre armături chiar şi în zonele puternic armate fără
a se produce separarea constituenţilor sau blocarea acestora;
- abilitatea de a reţine componentele grosiere ale amestecului în suspensie,
pentru a evita segregarea componentilor.
Se poate aprecia că gradul de compactare al betonului şi în consecinţă şi
durabilitatea sa, este mai mult garantată dacă se utilizează un beton autocompactant
pentru că se reduce riscul potenţial al erorilor umane ce apar în cazul unei vibrări
incorecte şi neuniforme. Alte avantaje ale betonului autocompactant sunt: durata
redusă de executie, evitarea poluarii fonice, calitate superioară a suprafetelor
betonului, diversificarea formelor structurilor de beton proiectate.
Pe de altă parte, prin folosirea betonului autocompactant, pe şantiere sau în
fabricile de prefabricate este nevoie de un număr mai redus de muncitori calificaţi,
necesari în procesul de punere în operă, vibrare şi finisare a suprafeţelor turnate
pentru a obţine un beton de calitate.
Din cercetările existente s-a constatat că:
25
- rezistenţele la compresiune ale BAC sunt în general mai mari ca cele
specifice clasei C 40/50;
- la rapoarte similare A/C, betonul autocompactant are rezistenţe egale sau
superioare betonului convenţional, iar evoluţia în timp a rezistenţelor este
similară.
2. Compoziţia betonului autocompactant
Datorită utilizării tot mai intense în lume a betonului autocompactant, au fost
elaborate o serie de recomandări, ghiduri şi rapoarte în numeroase ţări din Europa,
Japonia şi SUA. Prin acestea s-a avut în vedere: proiectarea amestecurilor,
reglementarea metodelor de testare privind lucrabilitatea betoanelor, condiţii de punere
în operă şi exploatare, domenii de utilizare propuse, etc. Dintre acestea, cele mai cunoscute sunt cele două ghiduri europene „Specification and
Guidelines for Self-Compacting Concrete” apărut în 2002 , respectiv „The European Guidelines for
Self-Compacting Concrete. Specification, Production and Use” din 2005, acesta din urmă aducând
completări importante asupra tuturor aspectelor legate de producerea, testarea şi comportarea betonul
autocompactant.
Informaţii valoroase legate de betonul autocompactant sunt prezentate în publicaţiile din SUA:
Raportul de cercetare realizat în 2007 de International Center for Aggregates Research (ICAR) nr. 108-2F
„Aggregates in Self-Consolidating Concrete”, reprezintă o cercetare importantă ce investighează rolul
agregatelor şi nu numai, în betonul autocompactant; „Interim Guidelines for the Use of Self-
Consolidating Concrete in Precast/Prestressed Concrete Institute Member Plants” - PCI-TR-6-
03/2003, creat în întâmpinarea interesului sporit faţă de folosirea betonului autocompactant în
industria de prefabricate /precomprimate din SUA; recomandările companiilor: BASF Construction
Chemicals, W.R. Grace Corporation, Sika Corporation Inc. completează cu succes datele legate de
proiectarea şi producerea betonului autocompactant.
Materialele componente ale betonului autocompactant sunt cele uzuale folosite la
prepararea betoanelor: ciment, agregate, apă, aditivi, adaosuri şi eventual fibre, cu
următoarele precizări date in continuare.
Ciment
La prepararea betonului autocompactant se pot folosi toate tipurile de ciment
reglementate de SR EN 197-1 , alegerea corectă a tipului de ciment rezultând din
cerinţele specifice fiecărei aplicaţii.
Adaosuri
26
Adaosurile se utilizează în scopul îmbunătăţirii şi menţinerii coeziunii, rezistenţei
la segregare a amestecurilor de beton autocompactant precum şi pentru creşterea
durabilităţii lor.
Adaosurile, în funcţie de activitatea lor liantă în prezenţa apei, pot fi de 2 tipuri:
• Tip I -inerte sau semi-inerte-: filere minerale (de calcar, dolomitice, etc.),
pigmenţi;
• Tip II - puzzolanice-: cenuşă zburătoare (conform SR EN 450 );
- puzzolanice-: silicea ultrafină (conform SR EN 13263 );
- hidraulice-: zgură granulată de furnal măcinată.
Filerele minerale utilizate cel mai des sunt cele bazate pe carbonat de calciu
datorită influenţei lor benefice asupra proprietăţilor betonului proaspăt respectiv gradului
de finisare ridicat pe care-l conferă suprafeţelor de beton.
Cea mai avantajoasă fracţiune granulometrică este cea sub 0,125 mm, cu
recomandarea ca procentul de treceri pe sita de 0,063 mm să fie mai mare de 70%.
Pigmenţii conform SR EN 12878, se utilizează la prepararea betonului
autocompactant în acelaşi mod ca la betonul obişnuit vibrat, dispersia pigmenţilor fiind
mai bună iar uniformitatea culorii mai ridicată la betonul autocompactant datorită
fluidităţii amestecului.
Cenuşa zburătoare şi silicea ultrafină îmbunătăţesc rezistenţa la segregare,
rezistenţele mecanice şi durabilitatea betonului. Trebuie însă avut în vedere faptul că
dozajul ridicat de cenuşă poate conduce la o pastă atât de coezivă încât să opună
rezistenţă la curgerea betonului.
Fineţea foarte mare precum forma sferică a granulelor de silice ultrafină
determină o coeziune foarte bună şi o îmbunătăţire substanţială a rezistenţei la
segregare a betoanelor în stare proaspătă în compoziţia cărora se foloseşte.
Folosirea acestui adaos de tip II (puzzolanic) în betoane este indicat pentru
obţinerea rezistenţelor mecanice mari, permeabilităţii reduse si implicit rezistenţei
ridicate la atacul chimic.
Silicea ultrafină deasemenea, reduce apa în exces din beton, astfel eliminând
tendinţa de segregare dar putând ridica probleme legate de întărirea rapidă a
suprafeţei betonului, în cazul turnărilor de beton întrerupte, discontinue, rezultând
rosturi de construcţie sau defecte de suprafaţă.
27
Zgura granulată de furnal măcinată (ground granulated blast furnace slag –
ggbs) este un material cu proprietăţi hidraulice latente de liant, care este prezent şi în
componenţa cimenturilor compozite CEM II sau CEM III.
Folosit ca adaos în componenţa betonului autocompactant contribuie la
îmbunătăţirea proprietăţilor în stare proaspătă a amestecurilor de beton, cu precizarea
că proporţiile prea ridicate de zgură pot afecta stabilitatea betonului crescând
deasemenea riscul segregării. Este eficient în reducerea căldurii de hidratare în
structurile masive, unde trebuie controlată creşterea temperaturii rezultată prin
degajarea iniţială a căldurii de hidratare a cimentului. Deseori este avantajoasă folosirea
lui la îmbunătăţirea rezistenţei la atacul chimic.
Agregate
Agregatele trebuie să fie conform cerinţelor SR EN 12620 sau SR EN 13055-1
(cazul agregatelor uşoare) respectiv să corespundă cerinţelor de durabilitate din SR EN
206.
Dimensiunea maximă a agregatelor se stabileşte în funcţie de cerinţele legate de
particularităţile lucrării, în general fiind limitată la 20 mm. Fracţiunea de agregate de sub
0,125 mm contribuie la conţinutul în parte fină a amestecului de beton.
Pentru menţinerea producţiei de beton autocompactant la un nivel calitativ
constant se impune monitorizarea continuă a umidităţii, absorbţiei de apă,
granulometriei şi variaţiei conţinutului în parte fină a agregatelor.
Aditivi
Aditivii preponderent utilizaţi sunt superplastifianţii sau aditivii mari reducători de
apă, conform SR EN 934-2, care determină lucrabilitatea specifică betonului
autocompactant. Aditivii modificatori de vâscozitate se folosesc pentru stabilitatea
amestecului, reducerea riscului de segregare, fiind foarte utili în cazul variaţiei
caracteristicilor materialelor în principal a gradului de umiditate. Condiţiile de
admisibilitate, pentru aditivii modificatori de vâscozitate, din SR EN 934-2 se
completează cu prevederile din ghidul elaborat de Comitetul Tehnic al Asociaţiei Ciment
Aditivi (CAA) din Marea Britanie, precum şi din ghidul publicat de EFNARC şi EFCA în
septembrie 2006.
Conform cerinţelor se mai folosesc aditivi antrenori de aer pentru îmbunătăţirea
rezistenţei la îngheţ-dezgheţ, întârzietori de priză, etc.
28
Fibre
În producţia de beton autocompactant s-au utilizat fibre de oţel sau de
natură polimerică, în proporţie redusă. S-a constatat existenţa riscului de a
reduce capacitatea de curgere a betonului, fiind necesară stabilirea tipului,
lungimii şi cantităţii optime ale fibrelor pentru atingerea caracteristicilor dorite
atât pentru betonul proaspăt cât şi pentru cel întărit.
Fibrele polimerice se pot utiliza pentru îmbunătăţirea stabilităţii
betonului autocompactant precum şi pentru prevenirea fisurării datorită
contracţiei betonului.
Fibrele de oţel sau cele polimerice lungi s-au folosit pentru modificarea
ductilităţii/tenacităţii betonului întărit. Lungimea şi cantitatea lor se alege în
funcţie de mărimea maximă a agregatelor respectiv de cerinţele constructive
specifice. Utilizarea betonului autocompactant cu fibre în structuri cu armătură
obişnuită duce la creşterea semnificativă a riscului de blocare, ceea ce nu se
întâmplă în cazul substituirii armăturii obişnuite cu fibre.
Criterii de proiectare a compoziţiilor
Conform “Ghidului European pentru Beton Autocompactant”, proiectarea
eficientă a compoziţiilor de beton autocompactant se bazează pe reologia
(comportarea în timp) a betonului proaspăt. Astfel:
• vâscozitatea pastei (parte fină, apă şi aditivi) din betonul autocompactant se
ajustează prin limitarea raportului apă/pulbere, folosirea unui superplastifiant
reducător de apă şi opţional folosirea unui aditiv modificator de vâscozitate;
• creşterea fluidităţii şi reducerea frecărilor dintre agregate se obţine printr-un
volum de pastă mai mare decât volumul de goluri al agregatelor;
• creşterea abilităţii de trecere a betonului autocompactant rezultă prin reducerea
raportului agregate grosiere/nisip.
Proporţiile relative recomandate componentelor principale ale betonului
autocompactant sunt:
- pulbere totală: 380 – 600 kg / m3;
- volumul de pastă: 300 – 380 l / m3;
- agregate grosiere: 750 – 1000 kg / m3, respectiv în volum: 270 – 360 l / m3;
- raportul apă / parte fină (în volum): 0,85 – 1,10;
- conţinutul de nisip: 48 – 55% din masa totală a agregatului.
29
În cadrul unui program de cercetare efectuat la Facultatea de Construcţii din
Timişoara-departamentul CCIA s-a obţinut următoarea compoziţie de beton
autocompactant:
- ciment CEM I 42,5R: 477,2 kg/m3;
- silice ultrafină: 53,5 kg/m3;
- cenuşă de termocentrală: 53,5 kg/m3;
- agregat de râu 0/4 mm: 987,3 kg/m3;
- agregat de concasaj 4/8 mm: 526,5 kg/m3;
- superplastifiant GLENIUM ACE 30: 7,2 kg/m3;
- apă:198,8 kg/m3; raport A/C: 0,416
pentru care s-au obţinut: răspândirea 680 mm, cutia-L 0,92, pâlnia-V 15 sec
(v.pct.3); fc28,cub=64 N/mm2.
3. Verificarea betonului în stare proaspătă
Abilitatea de umplere şi stabilitatea betonului autocompactant în stare
proaspătă poate fi definită prin patru caracteristici cheie. Aceste caracteristici
reologice pot fi determinate prin una sau mai multe metode,unele fiind prezentate în
tabelul 1.
Tabelul 1
Caracteristica Metode de testare
Curgerea Răspândirea din tasare
Vâscozitate Pâlnia - V
Abilitatea de trecere Cutia – L
Segregarea Rezistenţa la segregare (cu sita)
Diametrul masei de beton răspândit este o măsură a capacităţii de umplere a
betonului autocompactant.Testul nu se foloseşte când diametrul granulei maxime de
agregat este de peste 40 mm.
Testul cu pâlnia – V se foloseşte pentru evaluarea vâscozităţii şi abilităţii de
umplere a betonului autocompactant cu diametrul granulei maxime de agregat de
20 mm.
30
Testul cu cutia – L se foloseşte pentru evaluarea abilităţii de trecere a
betonului autocompactant, de a curge prin spaţii înguste (spaţiile dintre barele de
armătură sau alte obstacole) fără segregare sau blocare.
Testul cu sita se foloseşte la evaluarea rezistenţei la segregare a betonului
autocompactant. Aceasta se determină procentual, pe baza raportului dintre masa
betonului trecut prin sită respectiv a betonului supus încercării.
4. Clasificarea betonului autocompactant
Pentru betonul autocompactant sunt făcute clasificări functie de caracteristicile
betonului proaspat.
4.1 După răspândirea din tasare
Caracteristica de răspândire din tasare este reprezentativă şi se impune a fi
efectuată pentru orice beton autocompactant
Valorile caracteristice ale răspândirii din tasare sunt indicate în tabelul 2.
Tabelul 2
Clasa de răspândire din tasare Răspândirea (mm)
SF1 550 - 650
SF2 660 - 750
SF3 760 - 850
Clasele de răspândire din tasare pentru diferite domenii de utilizare sunt:
• SF1 (550 – 650 mm) pentru:
- elemente prefabricate nearmate sau slab armate;
- punerea în operă se realizează cu sisteme de injectare;
- secţiuni suficient de mici pentru a preveni curgerea orizontală (pile,
fundaţii de adâncime);
• SF2 (660 - 750 mm) pentru majoritatea aplicaţiilor (stâlpi, grinzi);
• SF3 (760 - 850 mm) se realizează de regulă când diametrul granulei maxime
este sub 16 mm şi se utilizează pentru elemente verticale în structuri cu forme
complexe sau pentru umplerea cofrajelor de jos în sus. Clasa SF 3 conduce la
grad îmbunătăţit de finisare a suprafeţei, dar rezistenţa la segregare este mai
greu de controlat.
31
În unele aplicaţii speciale pot fi specificate pentru răspândire valori ţintă mai
mari decât 850 mm, dar în acest caz se impune ca rezistenţa la segregare să fie
riguros monitorizată. Se mai impune ca diametrul granulei maxime să fie sub 12 mm.
4.2. După vâscozitate
Vâscozitatea betonului autocompactant poate fi evaluată prin determinarea
vitezei de curgere cu pâlnia - V. Clasele de vâscozitate sunt indicate în tabelul 3.
Tabelul 3
Clasa de vâscozitate Timp pâlnia V (s)
VF1 T < 9
VF2 9 ≤ T ≤ 25
• Betonul autocompactant de clasa VF1 prezintă o bună capacitate de umplere,
chiar şi în cazul elementelor puternic armate. Betoanele autocompactante din
această clasă au capacitate de autonivelare şi prezintă cel mai înalt grad de
finisare a suprafeţei. Dezavantajul betonului autocompactant clasa VF1 este
rezistenţa mai redusă la segregare şi apariţia apei de mustire.
• În cazul betonului autocompactant de clasa VF2, creşterea timpului de curgere
reclamă limitarea presiunii hidrostatice asupra cofrajului sau creşterea
rezistenţei la segregare. Gradul de finisare a suprafeţei este mai redus.
4.3. După abilitatea de trecere
Abilitatea de trecere defineşte capacitatea unui amestec de beton
autocompactant proaspăt, de a curge prin spaţii înguste, fără segregare, pierderea
uniformităţii sau blocare. Capacitatea de trecere se defineşte în raport cu geometria
şi densitatea armării, cu capacitatea de curgere şi umplere şi diametrul granulei
maxime.
Valorile abilităţii de trecere pentru clasele PL1 şi PL2 sunt indicate în tabelul
4.
32
Tabelul 4
Clasa de abilitate de trecere bilitatea de trecere
PL1 0,80 cu 2 bare de armătură
PL2 0,80 cu 3 bare de armătură
Dimensiunea care dictează cerinţa privind capacitatea de trecere este cea
mai mică deschidere sau distanţă dintre barele de armătură, prin care betonul
autocompactant trebuie să curgă, pentru a umple cofrajul.
Exemple de utilizări pentru capacitatea de trecere sunt date mai jos:
• PL1 – elemente de structură la care distanţa minimă dintre barele de
armătură este cuprinsă între 80 şi 100 mm (de exemplu, elemente de
structuri la clădiri de locuit);
• PL2 - elemente de structură la care distanţa minimă dintre barele de
armătură este cuprinsă între 60 şi 80 mm (de exemplu, elemente de structuri
la clădiri social culturale, industriale).
Pentru elemente de planşeu cu grosime mică la care distanţa minimă dintre
barele de armătură este mai mare decât 80 mm şi pentru orice element de structură
la care distanţa minimă dintre barele de armătură este mai mare decât 100 mm, nu
se cere specificarea capacităţii de trecere.
4.4. După rezistenţa la segregare
Rezistenţa la segregare este o cerinţă esenţială pentru omogenitatea şi
calitatea betonului autocompactant. Segregarea poate apare în timpul sau după
punerea în operă. Segregarea care survine după punerea în operă poate provoca
diverse defecte ale suprafeţei (de exemplu, fisuri).
Clasele de rezistenţă la segregare sunt indicate în tabelul 5.
Tabelul 5
Clasa de rezistenţă la
segregare
Rezistenţa la segregare în %
SR1 ≤ 20
SR2 ≤ 15
33
Rezistenţa la segregare devine cu atât mai importantă cu cât este mai mare
clasa de răspândire sau cu cât este mai redusă clasa de vâscozitate, dar şi în cazul
în care condiţiile de punere în operă induc o probabilitate mai mare a producerii
segregării.
• Rezistenţa la segregare SR1 este în general aplicabilă pentru plăci subţiri şi
pentru elemente de structură cu dezvoltare pe verticală, unde înălţimea de
turnare a betonului autocompactant este sub 5 metri, iar distanţa maximă între
barele de armătură este peste 80 mm.
• Rezistenţa la segregare SR2 este specificată în general pentru elemente de
structură cu dezvoltare pe verticală, unde înălţimea de turnare a betonului
autocompactant este peste 5 metri, iar distanţa maximă între barele de
armătură este peste 80 mm.
Rezistenţa la segregare SR2 poate fi specificată şi pentru elemente de
structură cu dezvoltare pe verticală, la care distanţa maximă între barele de
armătură este sub 80 mm, dacă înălţimea de turnare este sub 5 metri.
Dacă înălţimea de turnare este peste 5 metri, se recomandă adoptarea pentru
rezistenţa la segregare a unei valori ţintă mai mici de 10 %.
5. Aplicaţii ale betonului autocompactant
Datorită calităţilor sale deosebite se constată o extindere a utilizării betonului
autocompactant, în multe ţări europene producţia de BAC reprezentând peste 20% din
producţia totală de beton realizată.
În statisticile elaborate de membri ai Universităţii de Tehnologie din Kochi
(Masahiro Ouchi, Japonia), al Asociaţiei PC Bridge Company Tokyo (Sada-aki
Nakamura, Japonia), al companiei Swedish National Road Administration Borlange
(Thomas Osterberg şi Sven-Erik Hallberg din Suedia) şi al Federal Highway
Administration Washington D.C. (Myint Lwin din Statele Unite) sunt prezentate date
referitoare la evoluţia spectaculoasă a BAC în SUA, Japonia şi Europa.
O expresie a gradului de extindere pe scară largă a producţiei de beton
autocompactant este graficul de prezentare a evoluţiei producţiei de BAC în Japonia
(Fig.1).
34
cant
itate
de
BA
C (x
100
0 m
3 )
anii
Fig 1. Cantitatea de BAC utilizata in Japonia
Un studiu întocmit sub auspiciile Institutului Tehnologic Danez arată că la
nivelul anului 2004, producţia de BAC în câteva ţări europene avea următoarea
structură:
circa 1 % din producţia de beton marfă în Turcia, Slovacia şi Belgia;
2 % în Olanda, 5 % în Suedia şi Polonia, iar în Danemarca 25 % din producţia
de beton marfă.
Producţia de BAC în industria de prefabricate a cunoscut o dezvoltare
susţinută în perioada 1996-2004, ponderea fiind de 30 % în Danemarca, 50 % în
Suedia şi 60 % în Olanda faţă de volumul total de beton prefabricat .