DETERMINAREA PROPRIETĂŢILOR BETONULUI

PROPRIETĂŢILE BETONULUI PROASPĂT Având în vedere starea în care se află betonul, asupra lui se fac:

- determinări în stare proaspătă; - determinări în stare întărită;

DETERMINAREA DENSITĂŢII APARENTE

Densitatea aparentă se determină în vase având volumul V = 5l; 10l; 20l; funcţie de mărimea agregatului.

Se calculează cu relaţia: V

mm 12a

−=ρ

în care: m2 – masa vasului cu beton; m1 – masa vasului gol; V – volumul vasului. Funcţie de densitatea aparentă betonul analizat este de tip: .......

Tip Densitate aparentă Foarte greu (ρa >2500 kg/m3) Greu (2200<ρa <2500 kg/m3) Semigreu (2000<ρa <2200 kg/m3) Uşor (1000<ρa <2000 kg/m3) Foarte uşor (ρa <1000 kg/m3)

DETERMINAREA LUCRABILITĂŢII Metoda tasării

Se toarnă beton într-un vas de formă tronconică, fără fund. Se umple vasul în trei straturi, fiecare strat se compactează prin împungere cu o vergea de 10 ori. Se lasă în repaus 2-5 minute. Se ridică vasul şi se măsoară înălţimea betonului (fig. B1).

Se calculează tasarea: t = hiniţial - hfinal

(130)

100

(150

)

100

450

200

100

(130) Fig. B1

Metoda gradului de compactare Se exprimă prin timpul necesar ajungerii betonului de la o înălţime dată la o înălţime precisă sau prin

diferenţa de înălţime dintre proba necompactată şi proba compactată prin vibrarea pe o anumită durată. Metoda de determinare a lucrabilităţii funcţie de gradul de modelare VE – BE. Se exprimă prin timpul

necesar remodelării formei tronconice la forma paralelipipedică. Se determină cu vâscozimetrul VE – BE. Metoda răspândirii

Se umple cu beton un vas tronconic fără fund. Forma tronconică rămasă după ridicarea vasului (fig. B2) se vibrează. Se exprimă prin media aritmetică a două diametre perpendiculare a grămezii de beton formate.

2ddd 21 += , [cm]

În lipsa mesei vibrante se poate utiliza şi o placă vibrantă manuală alcătuită dintr-o placă mobilă (1) care se poate ridica (roti), o placă fixă (3) şi un opritor de rotire (2). Pentru vibrare se lasă să cadă placa mobilă de la înălţimea opritorului de 10 ori.

200

d 1

d2

200

180

700700

2

1

Fig. B2 Determinarea lucrabilităţii – metoda răspândirii

Metoda tasării

Proba Caracteristica 1 2 3 Înălţimea tiparului „hi” Înălţimea grămezii „hf” Tasarea „t” Tasarea medie „tmed”

Metoda răspândirii

Probe Caracteristica 1 2 3 d1 Diametru d2

Răspândire „r” Răspândire medie „rmed”

Funcţie de rezultatele obţinute, betonul analizat are clasa de consistenţă ............ şi clasa de răspândire .........

Tasare Răspândire Clasa de consistenţă Tasarea, [mm] Clasa Răspândire

T2 30±10 T3 70±20

T3/ T4 100±20

F0

F1

<340

340 – 410 T4 120±20

T4/ T5 150±20 T5 180±20

F2

F3

420 – 480

490 – 600

PROPRIETĂŢIILE BETONULUI ÎNTĂRIT

Epruvetele folosite pentru aceste determinări au forme cubice, cilindrice sau prismatice, funcţie de determinare. Înainte de fiecare determinare se va verifica forma epruvetelor (feţele să fie paralele, unghiurile – colţurile să fie la 900, planeitatea feţelor) şi dimensiunile lor.

Valoarea – mărimea fiecărei dimensiuni se stabileşte ca medie aritmetică a două măsurători efectuate la 10 mm de muchie în cazul cuburilor şi prismelor, sau ca medie aritmetică a 3 măsurători – la 1200 – în cazul epruvetelor cilindrice. REZISTENŢA LA COMPRESIUNE

b

h

b

h

a) b) c)

Fig. B3 Această determinare se poate face pe cuburi, cilindri sau resturi de prismă cu presa hidraulică. Modul de

rupere a epruvetelor este prezentat în fig. B3. În fig. B3a între platanele presei şi epruvetele cubice nu au fost împiedicate forţele de frecare, ruperea având

loc prin umflarea epruvetei şi expulzarea părţii de la mijlocul epruvetei rezultând două trunchiuri de piramidă puse cap la cap, unghiul de rupere fiind de 450.

În fig. B3b între epruvetă şi platanele presei s-a pus un material cuplant (vaselină, plastelină) împiedicând astfel frecarea.

Fig. B3c prezintă ruperea la compresiune a unei epruvete prismatice. De menţionat faptul că rezistenţa la compresiune pe prisme este mai mică decât cea obţinută pe cuburi.

Rezistenţa la compresiune la 28 de zile dă clasa betonului şi se calculează cu relaţia:

APR c = ,

relaţie în care: P – forţa de rupere citită la presă (N); A – secţiunea de rupere (mm2).

Determinarea

Dimensiuni, [mm] Proba a b

Aria, axb [mm2]

Forţa, P [N]

Rezistenţa la compresiune

Rezistenţa medie la

compresiune 1. 2. 3.

REZISTENŢA LA ÎNTINDERE

Determinarea la întindere centrică este dificil de făcut şi este irelevantă din punct de vedere al constructorului – nu sunt elemente din beton supuse numai la întindere.

În practică elementele de beton sunt supuse fie la întindere prin încovoiere, fie la întindere prin despicare. Determinarea rezistenţei la întindere prin încovoire se face pe epruvete prismatice (fig. B4).

180 370

30 300

550

180PP 100

100

A

A

A A

300 30

Fig. B4

Solicitarea – încărcarea va avea o creştere de (5±2) daN/cm2 pe secundă, până la rupere. Relaţia de calcul a rezistenţei de întindere prin încovoiere este:

2c hb2lP3R

⋅⋅⋅⋅

= , [daN/cm2]

Având în vedere că betonul este un material inelastic şi anizotrop, această relaţie se corectează cu un coeficient de elasticitate al betonului din zona întinsă a elementului încovoiat. Pentru cazuri normale valoarea acestui coeficient este cuprinsă între 0,5 şi 0,6, astfel obţinem:

Rti = (0,5 + 0.6)Rti Rezistenţa la întindere prin despicare se determină pe cilindri, cuburi şi prisme. Modul de aplicare al

încercării şi relaţiile de calcul ale acestei rezistenţe sunt prezentate în fig. B5.

l/2P lP

l l/2

d

l

P

b

P

h

P

h a

Rtd= 2Pdl Rtd= 2P

lh Rtd= 2Plh Rtd= 2P

ah

Fig. B5

Practic s-a costatat că această rezistenţă este mai mică decât rezistenţa la întindere centrică cu 10 – 15%,

deci: Rt = (1,1 – 1,15)Rtd

Între rezistenţa la compresiune a betonului şi rezistenţa la întindere există relaţia propusă de Frenet: 3 2

ct R5,0R =

Practic raportul c

t

RR variază între

61 şi

201 .

Dimensiuni

epruvetă, [cm] Distanţa dintre reazeme, [cm] Proba

b h l

Forţa de rupere, „P” [daN]

Rezistenţa la întindere din încovoiere, „Rti”

medtiR

1. 2. 3.

DENSITATEA APARENTĂ

Această proprietate a betonului se determină pe epruvete folosite la determinarea rezistenţelor mecanice. Se face în următoarele etape:

- se cântăresc epruvetele; - se determină dimensiunea epruvetelor prin măsurarea cu şublerul; se ia media aritmetică a mai

multor măsurători (4 la cuburi, prisme şi 3 la cilindri); - se calculează volumul aparent utilizând formulele geometrice; - se calculează densitatea aparentă;

Foarte rar se impune şi determinarea densităţii betonului. Aceasta se face determinând volumul betonului cu metoda picnometrului.

Dimensiuni, [mm] Proba Masa, [g] L l h

Volum aparent, „Va” ρa medaρ

1. 2. 3.

COMPACTITATEA ŞI POROZITATEA

Aceste două caracteristici sunt foarte importante deoarece ele influenţează direct toate celelalte proprietăţi ale betonului, din păcate negativ.

Practic, compactitatea betonului se determină prin saturarea cu apă; se apreciază că volumul de apă absorbit ar fi egal cu volumul golurilor şi al porilor; în realitate volumul de apă este mai mic, erorile putând fi de până la 5 –10%.

Având volumul aparent al betonului Va şi al volumului de apă Vp, putem calcula compactitatea cu relaţia:

a

p

a

pa

VV

1V

VVC −=

−=

Porozitatea „n” se calculează cu relaţia: n = 1 – C

Teoretic s-a apreciat că compactitatea betonului greu ar fi dată de compactitatea pastei de ciment, care poate fi calculată cu relaţia:

ac

c

VVVC−

=

în care: Vc este volumul cimentului; Va este volumul apei de amestecare.

Ţinând cont că rezistenţa la compresiune este direct legată de compactitate, între ele Frenet a stabilit următoarea relaţie de legătură:

2

c

fc

CA1

1KR⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

ρ+=

Kf - este un coeficient experimental, cu valori subunitare, ţinând seama de biografia betonului. PERMEABILITATEA LA APĂ

Permeabilitatea se defineşte a fi uşurinţa cu care apa pătrunde în masa betonului. De fapt pe noi ne interezează realizarea unor betoane care să nu lase să pătrundă apa în masa lor. Se defineşte impermeabilitatea la apă a betonului întărit ca fiind capacitatea acestuia de a se opune pătrunderii apei sub presiune în masa sa. Impermeabilitatea este caracterizată de un prag de presiune (presiunea maximă) până la care apa aflată sub presiune nu depăşeşte adâncimea de pătrundere stabilită.

Adâncimea limită de pătrundere a apei se stabileşte la: - 10 cm pentru betoanele care se utilizează la executarea rezervoarelor de lichide; - 10 cm pentru betoanele utilizate în medii agresive pentru toate tipurile de construcţii; - 20 cm pentru toate celelalte tipuri de betoane;

Determinarea gradului de impermeabilitate se face pe epruvete cubice, prismatice sau cilindrice la 90 de zile pentru betoanele hidrotehnice şi la 28 de zile pentru celelalte tipuri de betoane. Instalaţia de încercare este alcătuită dintr-o pompă hidraulică care asigură apă sub presiuni diferite şi o baterie de 4,6 sau 8 posturi de încercare legate în serie la pompa hidraulică. În fig. B6 este prezentat un astfel de post de încercare.

5

1

2

3

7

46

Fig. B6

Postul este alcătuit din: 1. epruvetă; 2. tijă metalică de fixare a epruvetei pe bazinul cu apă sub presiune; 3. bazin cu apă sub presiune legat la pompa hidraulică prin conducta (7); 4. şuruburi de fixare a epruvetei în postament; 5. inel de cauciuc pentru etanşarea între epruvetă şi bazin; 6. garnitură de cauciuc pentru fixarea epruvetei la partea superioară.

După fixarea epruvetelor în instalaţie acestea sunt supuse unui regim de presiune având următoarele durate:

• 0,2 N/mm2 timp de 48 de ore (2 bari) • 0,4 N/mm2 timp de 24 de ore (4 bari) • 0,8 N/mm2 timp de 24 de ore (8 bari) • 1,6 N/mm2 timp de 24 de ore (16 bari)

În cazul când presiunea de încercare este una intermediară, aceasta va fi menţinută în bazin 24 de ore. Încercarea se consideră terminată după scurgerea a 24 ore de la atingerea presiunii de încercare. Imediat după oprirea instalaţiei epruvetele se despică pe direcţia de încercare prin metoda prezentată la

rezistenţa prin despicare. Se măsoară adâncimea de pătrundere a apei în cel puţin 3 epruvete. Se consideră betonul corespunzător dacă media aritmetică a celor 3 determinări este mai mică decât

adâncimea maximă admisă.

REZISTENŢA LA ÎNGHEŢ – DEZGHEŢ (GELIVITATEA) Această proprietate se defineşte prin gradul de gelivitate, care este numărul de cicluri de îngheţ – dezgheţ la

care trebuie să reziste betonul fără ca rezistenţa lui la compresiune să scadă cu mai mult de 25%, sau fără ca modulul de elasticitate dinamic relativ să se reducă cu mai mult de 15%.

Determinarea se face pe jumătate din epruvetele confecţionate, păstrate în condiţii standard până la 28 de zile, celelalte se introduc într-un recipient în care în primele trei zile nivelul apei va creşte cu ¼ din înălţimea epruvetelor, în ultima zi nivelul apei va depăşi cu 20 mm faţa superioară a epruvetelor.

Imediat după scurgerea celor 4 zile se introduc epruvetele în camera frigorifică (frigider) la (-17±2)0C unde se menţin 4 ore. Se scot apoi şi se menţin 4 ore în bazinul cu apă. Se repetă acest ciclu de câte ori s-a prevăzut, după care se scot epruvetele şi se păstrează în aceleaşi condiţii cu probele martor, la masă constantă.

Se determină în continuare rezistenţa la compresiune pe probele martor (media aritmetică - Rpm) şi pe probele încercate (Rpi).

Se calculează pierderea de rezistenţă cu relaţia: ΔR = Rpm – Rpi ≤0,25Rpm

CONTRACŢIA ŞI DILATAREA AXIALĂ

Aceste proprietăţi sunt foarte importante la elementele cu dimensiuni mari. Ea poate duce chiar la periclitatea stabilităţii structurilor.

Toate elementele cu dimensiuni mai mari decât dimensiunile maxime prescrise sunt prevăzute cu rosturi de dilatare sau cu bucle de dilatare (conductele de gaz, apă).

Contracţia axială se determină cu: - metoda cu microcomparatorul; - metoda cu aparat tip Graf;

Contracţia axială a betonului se determină la 14, 28, 56 şi 90 de zile precum şi la alte intervale de timp cerute de exploatare. Ea se calculează cu relaţia:

loi

iδ−δ

=ε (mm/m), relaţie în care:

εi – este contracţia axială la „i” zile; δi – este citirea la aparat la „i” zile; δ0 – este citirea la aparat la 7 zile; l – este lungimea epruvetei. Ca valoare de studiu vom lua media aritmetică a valorilor obţinute pe 3 epruvete.

MODULUL DE ELASTICITATE Se defineşte modulul de elasticitate convenţional static la compresiune al betonului ca fiind raportul între

creşterea efortului unitar normal şi creşterea deformaţiei specifice corespunzătoare, înregistrării în intervalul 0,05...0,30 Rpr – rezistenţa la compresiunea pe prisme.

Determinarea modulului de elasticitate se face pe probe prismatice care trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

4...3lh= h – înălţimea prismei;

al ≥ 4 l – latura bazei prismei;

a – dimensiunea maximă a granulei de agregat.

Epruvetele se încearcă la compresiune pe intervalul arătat mai sus, apoi se efectuează calculele. În final, modulul de elasticitate se va calcula cu relaţia:

εΔσΔ

=E

Relaţie în care: Δσ = σi - σd = (0,3 – 0,05)Rpr = 0,25Rpr. Δε = ε’ - ε” (determinaţiile corespunzătoare celor două trepte de încărcare).

CONDUCTIVITATEA TERMICĂ Această proprietate a betonului se apreciază prin coeficientul de conductibilitate termică care reprezintă

cantitatea de căldură ce străbate un element de construcţie având grosimea de 1 m, pe o suprafaţă de 1 m2, timp de o oră la o diferenţă de temperatură între feţele elementului de 10K.

Coeficientul de conductibilitate termică „λ” se exprimă în kcal./mh0C. El creşte o dată cu creşterea densităţii betonului.

Coeficientul de conductibilitate termică se determină pe epruvete având dimensiunile 300 x 300 x 50 (70) mm cu aparatul Dr. Bock.

Un beton obişnuit are λ = 1,1 kcal./mh0C.