MINISTERUL EDUCAȚIEI AL REPUBLICII MOLDOVAUNIVERSITATEA TEHNICĂ A MOLDOVEI

PROGRAMUL DE MASTERINGINERIA PROCESELOR ȘI MATERIALELOR MINERALE DE

CONSTRUCȚII

PROIECT DE AN

la disciplina: „Tehnologii moderne de construcţie în baza materialelor liante minerale”

Tema: „Beton armat cu fibră dispersă”

A efectuat st. gr. IPMMC Luchianov Ana

A verificat conf.univ., dr. Toporeț Victor

ChișinăuU.T.M.2014

Cuprins

Introducere………………………………………………………………………….3

1. Betonul armat cu fibră dispersă: domeniul de utilizare, scopul și sarcinile cercetării……………………………………………………………………...…5

1.1. Studiul de sinteză. Situația actuală și perspectivele utilizării fibrobetonului în practica construcțiilor…………………...……………………………………..5

1.2. Influența armăturii disperse asupra proprietăților betonului……………….12

1.3. Argumentarea domeniului de cercetare, scopul și sarcinile cercetării……...13

2. Principiile teoretice de construire a betonului armat cu fibre disperse………….15

2.1. Viziune generală privind formarea structurii fibrobetonului ca material compozit………………………………………………………………...……15

2.2. Influența tipului și parametrilor fibrelor disperse asupra structurii și proprietăților fibrobetonului………………..………………………………...18

3. Bazele teoretice și practice de proiectare a compoziției betonului armat cu fibre disperse………………………………………………………………………..20

3.1. Caracteristica fibrelor disperse utilizate la prepararea fibrobetonului pentru diferite domenii de utilizare, etc………………………………….………….20

3.2. Particularitățile de determinare a dozajului la prepararea fibrobetonului…273.3. Metodele de determinare a rezistenței de aderență a fibrelor de piatra de

ciment (de matrice)………………… ………………………………………..284. Dirijarea procesului tehnologic la producerea fibrobetonului…………………

294.1. Tehnologia producerii fibrobetonului. Utilaj și

echipament……………….294.2. Tehnologia betonării construcțiilor monolite cu amestec de beton armat cu

fibre disperse………………………………………………………………….31

Concluzii generale..……………………………………………………………….33

Bibliografie……………………..…………………………………………………35

2

Introducere

Fibrobetonul reprezintă un tip de beton în care se adaugă fibră (de oțel, de sticlă, sintetică, etc.) și se distribuie uniform în masa de beton. Fibra este adăugat betonului în timpul producerii amestecului de beton, servind ca o componentă de armare, și îmbunătățește calitatea betonului, crește rezistența, se micșorează deformările, se mărește rezistența la apă și îngheț. Un avantaj suplimentar al betonului armat cu fibre este greutatea sa redusă în comparație cu betonul armat tradițional, ceea ce facilitează instalarea structurilor din beton armat cu fibre.

Armarea cu fibre a materialelor casante are o vechime milenară. Cărămizile nearse au fost armate cu paie sau cu păr de animale pentru a evita fisurarea şi micşorarea rezistenţei după apariţia unei fisuri. Extrapolarea s-a realizat de la argilă la ciment. Betonul armat cu fibre de oţel are o istorie de peste un secol, elementele de construcţii cu forme diferite sau realizarea din acest material avînd o rezistenţă mărită şi o lucrabilitate mai bună.

Primul patent care se refera la elemente din beton armat cu fibre datează din 1874 și a fost realizat în California (SUA) de A. Berard, care a încercat să fortifice betonul prin adăugarea unor resturi de otel inegale.

În anii următori au apărut noi patente în SUA, Franţa şi Germania. Însă utilizarea pe scară largă a acestui material a fost limitată de costurile ridicate, dar în special de dezvoltarea betonului armat obişnuit şi pînă la începutul anilor ‘60 se observă o dezvoltare incertă a acestui material, marcată doar de utilizări în cadrul unor lucrări de mică importanţă. În continuare se poate evidenţia o etapă de dezvoltare ascendentă. În paralel cu formularea principiilor teoretice, s-a dezvoltat un domeniu larg de utilizare a betonul armat cu fibre metalice.

La începutul anilor ‘70 s-a extins cercetarea pe plan internaţional. Menţionăm cercetările din Germania de la Universitatea Ruhr din Bochum, în realizarea betonului armat cu fibre de oţel, utilizat la pereţii interiori ai metroului. S-au studiat proprietăţile mecanice, tehnologice ale materialului şi tehnologii de fabricaţie ale betonului denumit mai nou "torcretat".

În 1972 s-a realizat o utilizare practică a acestui material la lucrările de consolidare a unui tunel din Idaho - SUA. În perioada 1974-1976 s-au realizat cercetări sistematice în Germania, la Institutul pentru Construcţii Inginereşti de la Universtatea Ruhr din Bochum, cu privire la utilizarea betonului torcretat cu fibre de oţel, la construcţiile miniere din munţii Alpi. În 1989 se utilizează cu succes acest material la construcţia unui tunel de metrou (de 100 metri) în Bielefeld - Germania.

Datorită cercetărilor efectuate există multe exemple de succes în aplicarea fibrobetonului în construcție, de exemplu:

panouri de pereți; clădiri industriale;

3

structuri monolite; cofraje monolite pentru construcții; dale de acoperiș; rezervoare de apă; fundații cu solicitare dinamică; consolidarea taluzurilor, versanților și a pereților stîncoși; dale carosabile; tuneluri din elemente prefabricate; în exploatarea minieră; stîlpi structurali; construcții rezistente la solicitări de impact; repararea și consolidarea elementelor din construcție; conducte; pardoseli; drumuri; piste de aerodrom, etc.

4

1. Betonul armat cu fibră dispersă: domeniul de utilizare, scopul și sarcinile cercetării.

1.1. Studiul de sinteză. Situația actuală și perspectivele utilizării fibrobetonului în practica construcțiilor.

Betonul armat cu fibre metalice nu poate înlocui betonul armat obişnuit. Există însă domenii de utilizare, în care betonul armat cu fibre de oţel poate fi folosit alternativ sau în completare la cel cu armatură din oțel-beton, oferind avantaje constructive dar şi economice. Fibrele metalice îmbunătăţesc proprietăţile betonului simplu. Oportunitatea utilizării armării cu fibre de oţel apare în situaţia folosirii unui procent mic de armare, sau în cazul armării constructive a betonului armat obişnuit.

Posibilităţile de utilizare se măresc, datorită îmbunătăţirii comportării la fisurare, a micşorării deformaţiilor din contracţii prin uscare sau din mărirea rezistenţei la forfecare. Un domeniu important îl constituie elementele de construcţie solicitate dinamic, la care se poate mări capacitate de preluare a energiei prin adăugarea de fibre metalice în beton. În prezent domeniul de utilizare a betonului armat cu fibre metalice are o arie extinsă, din care menţionăm: conducte din beton, ziduri de sprijin, elemente subţiri de faţadă, trepte prefabricate, piste pentru aeroporturi, fundaţii de maşini-unelte, cofraje pierdute, lucrări de consolidare la tuneluri cu beton torcretat, etc.

Fig.1.1. Secțiunea dintr-o pardosea armată cu fibre metalice

5

În construcția de tuneluri betonul armat cu fibre metalice poate fi utilizat sub formă torcretată (beton proaspăt, turnat la faţa locului) sau elemente prefabricate. Acest material a modernizat şi dezvoltat construcţia clasică de tuneluri. Fibrele metalice îmbunătăţesc semnificativ proprietăţile betonului din pereţii tunelului simplificînd astfel tehnologia de execuţie a acestor construcţii.

Beton torcretat armat suplimentar cu bare de oțel este folosit pentru consolidarea pereţilor supuşi împingerii pământului sau pentru asigurarea în prealabil a interiorului unui tunel. Folosirea betonului torcretat cu fibre metalice la concepţia şi execuţia pereţilor multistrat, ai tunelului, oferă avantajul renunţării la executarea lucrărilor de cofrare, micşorînd timpul şi costurile execuţiei. Astfel, utilizarea betonului torcretat cu fibre de oţel măreşte siguranţa în construcţia de tuneluri. O arie largă de utilizare este şi consolidarea pereţilor, din zidării sau beton a tunelurilor existente parţial avariate. Acest material este şi o soluţie, pentru întreţinerea construcţiilor, în cazul necesităţii unei acoperiri optime a armăturii din bare, ce conduce la mărirea durabilităţii şi siguranţei prin protecţia la coroziune a armăturii.

Betonul pompat cu fibre metalice este folosit pentru consolidarea pereţilor interiori, cu un strat suplimentar sau ca un element unic de consolidare la căptuşirea stîlpilor structurali. Avantajele acestui material îl constituie tehnologia simplă de fabricaţie, datorită eliminării armăturii din oţel-beton, obţinîndu-se o omogenitate a betonului ce îl recomandă la cofraje de căptuşire sau a cofrajelor alunecătoare. Aceasta conduce la micşorarea timpului de execuţie, prin eliminarea timpului necesar realizării armăturii de oţel. Betonul pompat cu fibre metalice poate fi utilizat în producţia extrudată împreună cu scuturile de tunel. Se obţine un sistem închis de susţinere între suprafaţa scutului de tunel pînă la tavanul săpăturii, realizîndu-se astfel un sistem în care se va pompa beton torcretat ce va umple toate golurile, monolitizînd astfel structura.

Tuneluri din elemente prefabricate. Betonul armat cu fibre metalice poate fi utilizat şi pentru confecţionarea elementelor sub formă de tuburi prefabricate. Confecţionarea este simplă, uşoară, cu omogenitate sporită datorită eliminării armăturilor din bare de oţel-beton. Se micşorează astfel riscul fisurării tuburilor la transport sau la introducerea prin împingere, datorită presiunilor mari. De asemenea se recomandă ca îmbinările solicitate la încovoiere să fie combinate cu rosturi longitudinale.

În exploatarea minieră. Betonul torcretat cu fibre metalice poate deveni un element important în concepţia galeriilor, datorită timpului redus de execuţie, a rezistenţei iniţiale mărite, a ductilităţii şi a comportării favorabile după fisurare în comparaţie cu betonul armat obişnuit. Chiar şi după producerea fisurilor materialul torcretat prezintă totuşi o rezistenţă ce oferă o siguranţă sporită în exploatare. În ţările dezvoltate, se deschid anual galerii cu lungimi mari (sute de km), dintre care părţi importante se realizeaza în teren stîncos. Galeriile sunt realizate cu arcade de oţel, ce reduc riscul producerii unor deformări semnificative. Galeriile trebuie însă

6

întreţinute în permanenţă, iar cheltuielile anuale sunt foarte mari (în cazul companiilor miniere mari, de sute milioane EU). Creşterea adîncimii galeriilor în teren stîncos cu o durată de exploatare de 12 ani şi mai mare, conduce la o întreţinere neeconomică. Din acest motiv s-au luat în considerare şi în exploatarea minieră dezvoltarea concepţiei de construire şi consolidare utilizând betonul armat cu fibre metalice.

Construcții inginerești și elemente prefabricate din beton armat cu fibre metalice în combinaţie cu bare din oţel-beton. Betonul armat cu fibre de oţel se utilizează la elementele în care solicitarea la încovoiere este nesemnificativă, iar din motive constructive, armarea cu fibre de oţel alături de barele din oţel-beton va prelua eforturile de contracţie. Armarea cu fibre metalice se utilizează la elemente prefabricate cum sunt pereţi subţiri pentru faţadă, cămine de vizitare, garaje, ziduri cu traversări multiple, spaţii de pătrundere. Utilizarea elementelor de construcţie din beton armat cu fibre de oţel poate reduce cheltuielile lucrărilor de armare, în zonele cu concentrări de eforturi, la colţurile golurilor unde sunt preluate prin armarea constructivă. Avantajele folosirii betonului armat cu fibre metalice sunt evidente la prefabricatele cu dimensiuni reduse, la care costurile de armare cu bare sunt ridicate. Rezistenţa iniţială mai mare a betonului armat cu fibre metalice accelerează procesul de fabricaţie, ceea ce conduce la reducerea cheltuielilor de producţie. Armarea cu fibre de oţel conduce şi la mărirea rezistenţei betonului la forfecare, ceea ce facilitează reducerea armăturii sub formă de etrieri, îmbunătăţeşte durabilitatea betonului, micşorează tendinţa de contracţie, îmbunătăţind comportarea la fisurare şi realizează o acoperire favorabilă a armăturii (barele de oţel) prevenind astfel coroziunea.

Dale carosabile utilizate la suprastructura şi la plăcile de fundare ale căilor de comuncaţii. În cazul unor încărcături mari sau la un ecartament de îmbinare mărit apare necesitatea armării suplimentare cu fibre metalice. Pentru a preveni supraîncărcarea la trecerea mijloacelor de transport de tonaj mare se recomandă turnarea unor plăci de beton cu grosimea de 15-25cm. La această grosime a plăcilor se reduce riscul apariţiei fisurilor şi mai trebuie avut în vedere, în cazul diferenţelor de temperatură (sezonalitatea iarnă vară), cantitatea de armătură va fi mai mare pentru a conferi durabilitate în timp betonului. Betonul armat cu fibre metalice are avantaje comparativ cu betonul armat tradiţional, în cazul proprietăţilor mecanice specifice de tipul rezistenţei la şoc şi la uzură, avînd o utilizare eficientă la pardoselile industriale şi la plăcile carosabile. Comportarea favorabilă se datorează capacităţii de a prelua eforturile ce apar în faza de hidratare, reducînd riscul fisurării ulterioare a betonul armat cu fibre de oţel. În SUA au fost construite din beton armat cu fibre de oţel piste de decolare şi de aterizare pentru avioane. 

Elemente şi construcţii din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă (fig.1.2; 1.3 și 1.4).

7

Fig. 1.2. Parcări exterioare şi panouri fono-absorbante din beton armat dispers cu fibre din polipropilenă.

Fig. 1.3. Elemente prefabricate de faţadă

Fig. 1.4. Executarea pardoselilor industriale

Elemente şi construcţii din beton armat dispers cu fibre de sticlă. Betonul armat dispers cu fibre de sticlă are numeroase aplicaţii practice: structuri ornamentale, fântâni, domuri, cupole, elemente prefabricate, elemente decorative, etc. Exemple de elemente de arhitectură sau construcţii realizate cu betoane armate dispers cu fibre de sticlă (fig. 1.4): obiecte decorative de grădină (ghivece, bănci, mese), scări din beton, copertine, elemente de faţadă (rame pentru uşi şi ferestre, benzi decorative).

8

Fig. 1.5. Obiecte decorative de grădină , scări, elemente de fațadă

Stadionul din Johannesburg, Africa de Sud, care, pentru găzduirea Cupei Mondiale de fotbal din 2010 a fost complet renovat. Printre soluţiile tehnice folosite la reabilitarea stadionului se numără şi panourile prefabricate de faţadă realizate din beton armat dispers cu fibre de sticlă. Mii de astfel de panouri, în 2 texturi şi 8 culori diferite, au fost îmbinate pentru a se realiza faţada modernă a construcţiei.

Clădirea centrului de cercetare Sutardja Dai Hall, care în 2009, la un an de la terminarea lucrărilor a primit premiul pentru excelenţă în design arhitectural şi inginerie, premiu câștigat datorită folosirii panourilor exterioare şi interioare executate din beton armat dispers cu fibre de sticlă.

Centrul cultural Heydar Aliyev din Baku, Azerbaijan este o construcţie modernă, cu o arhitectură deosebită plină de linii curbe şi cu o structură de rezistenţă din beton armat, oţel şi materiale compozite. Panourile din plastic armat cu fibre de sticlă şi din beton armat dispers cu fibre de sticlă sunt elementele predominante utilizate la realizarea faţadelor.

Fig. 1.6. Soccer City Stadium, Sutardja Dai Hall, Centrul cultural Heydar Aliyev

Fundații cu solicitare dinamică. Rezistenţa la solicitarea dinamică pentru majoritatea materialelor de construcţii este mai mică decît la solicitarea statica. Betonul armat cu fibre metalice este avantajos în realizarea fundaţiilor de maşini (utilaje, strunguri, etc) cu solicitări dinamice, datorită rezistenţei sporite la şoc, a comportării favorabile la amortizarea vibraţiilor dar şi la deformare. Astfel, solicitările variate, la şocuri repetate, pot fi absorbite de betonul armat cu fibre de oţel. Avantajele tehnice şi economice ale betonului armat cu fibre metalice la fundaţiile de maşini cu solicitare dinamică se concretizează prin economii la armătura longitudinala, (etriere) și la viteza de punere în operă.

9

Conducte. În Ungaria anii ‘70 s-au realizat conducte din beton armat cu fibre metalice avînd diametru de 1-1,5m. Armarea cu fibre de oţel a redus astfel riscul apariţiei fisurilor în condiţii de solicitare prin variaţia temperaturii dar şi a contracţiei betonului după turnare. La solicitări de întindere circulară prin încovoiere, pentru un conţinut de fibre de 55kg/mc beton şi o valoare a raportului apă ciment de 0,36 s-a obţinut o rezistenţă la întindere prin încovoiere de 12-14N/mm2, adică peste medie. Conductele din beton plasate în pămînt pot fi supuse unor solicitări de compresiune la partea superioară existînd posibilitatea de mărire a grosimii pereţilor, de micşorare a lungimii conductelor şi de armare suplimentară a acestora. În Marea Britanie, Belgia, Austria şi Olanda conductele din beton armat cu fibre metalice se folosesc în mod curent. Proprietăţile cum sunt rezistenţa mărită la uzură şi la întindere a betonului armat cu fibre metalice sunt folosite la adaptarea soluţiilor tehnice constructive pentru repararea şi consolidarea sistemelor de canalizare.

Consolidarea taluzurilor, versanților și a pereţilor stîncoşi ce s-ar putea prăbuşi din cauza acţiunilor climatice. Taluzurile abrupte de-a lungul şoselelor şi căilor ferate trebuie asigurate în mod constant, pentru a menţine zona de trafic în siguranţă, libera circulaţiei rutieră, feroviară şi de persoane. Consolidarea cu beton torcretat cu fibre metalice a versanţilor stîncoşi şi a taluzurilor are de asemenea avantaje tehnico-economice, datorită unei bune adaptări a legăturii la structura terenului şi micşorarea timpului în procesele de armare. Rezistenţa la uzură şi la şocuri oferă condiţii superioare pentru protejarea constantă a versanţilor împotriva acţiunilor climatice (precipitaţii, îngheţ, avalanşe).

Construcții rezistente la solicitări de impact. Impactul poate proveni din rezultatul unei împuşcături, solicitări dinamice din seism, fisurarea rezervoarelor, etc. Criteriile esenţiale în comportarea la impact a betonului sunt preluarea şi amortizarea energiei, influenţate favorabil de lungimea şi procentul de armarea al fibrelor de oţel din compoziţia betonului.

Stîlpi structurali. Rezistenţa la foc este mărită prin utilizarea betonului armat cu fibre metalice, ce protejează armătura din bare, longitudinală şi transversală. În cazul stîlpilor structurali solicitaţi doar la compresiune nu se observă nici un avantaj economic evident la folosirea fibrelor de oţel, însă folosirea betonului armat cu fibre metalice s-a dovedit eficientă pentru stîlpii cu secţiune redusă, solicitaţi la compresiune cu flambaj, unde se înregistrează deteriorări prin fisurarea betonului la îmbinări. În zonele în care se transmite o sarcină mare, s-a stabilit că fibrele metalice pot înlocui armătura puternică din etriere, în situaţia cînd în secţiunea longitudinală se asigură introducerea directă a sarcinii, (spre exemplu prin dispunerea unei plăci rigide de beton în capătul stîlpului).

Repararea și consolidarea elementelor de construcție din beton supuse uzurii de natură mecanică sau datorită exploatării îndelungate a clădirii. Deteriorările betonului din construcţii sunt influenţate de condiţiile de mediu şi luarea în considerare a uzurii şi a suprasolicitărilor este necesară pentru a readuce

10

construcţia în starea de exploatare normală. Betonul torcretat cu fibre metalice se dovedeşte o soluţie eficientă pentru întreţinerea în stare bună a construcţiilor din beton cu avantaje tehnico-economice cum ar fi conservarea pe termen lung, comportare bună la fisurare precum şi micşorarea contracţiei betonului. Această soluţie este recomandată în cazul în care suprafeţele deteriorate ce trebuie consolidate au grosimi diferite. Betonul torcretat cu fibre metalice poate fi utilizat imediat după curăţarea suprafeţei ce trebuie reparată, indiferent de presiunea ce trebuie suportată şi adaptată oricărei geometrii prestabilite.

La întreţinerea şi consolidarea construcţiilor hidrotehnice, supuse eroziunii, poate fi folosit eficient betonul armat cu fibre de oţel ce oferă o alternativă la armătura convenţională, având ca avantaj timpul şi costurile de execuţie reduse a lucrărilor de întreţinere. În aceste situaţii folosirea betonului cu fibre metalice reduce grosimea noului strat de protecţie.

Fig. 1.7. Repararea elementelor structurale ale podurilor

La toate aceste elemente de construcție enumerate mai sus s-au evidențiat avantajele utilizării betonului armat cu fibre metalice (de oțel) după cum urmează:

rezistență îmbunătățită în stare proaspătă; rezistență la solicitarea de întindere circulară prin încovoiere; comportare foarte bună la fisurare; reducerea lucrărilor de armare, din bare de oțel-beton.

Fig. 1.8. Elemente prefabricate din beton armat cu fibre disperse

11

1.2. Influența armăturii disperse asupra proprietăților betonului.

Betoanele armate dispers sunt caracterizate în principal prin următoarele proprietăți principale:

rezistenţele la compresiune şi modulul de elasticitate cu valori practic egale cu ale betonului martor şi rezistenţele sporite la compresiune locală şi omogenitate în toate direcţiile;

rezistenţele la întindere şi încovoiere superioare cu 20 - 200% în funcţie de clasa betonului, tipul şi dozajul armăturii disperse;

rezistenţe la uzură mai mari cu 10 - 30% şi rezistenţele la şoc mecanic de 2 - 12 ori mai mari ca la betonul martor;

o bună durabilitate (capacitate de deformare sub sarcină crescută şi comportare ductilă post vîrful de sarcină); impermeabilitate egală şi rezistenţă la îngheţ-dezgheţ repetat superioară betonului obișnuit;

contracţii uşor inferioare betonului martor; reducerea sau ameliorarea tendinţei de fisurare a betonului şi îmbunătăţirea comportării elementelor sub aspectul deschiderii şi repartiţiei fisurilor;

posibilităţi de reducere sau eliminare a armăturii cu bare şi etrieri la realizarea unor elemente şi lucrări din beton armat şi precomprimat; reducerea dimensiunilor unor elemente prin eliminarea stratului de acoperire cu beton;

creşterea conductivităţii electrice de 4 - 10 ori datorită armării disperse; reducerea numărului şi volumului fazelor la execuţia unor lucrări etc.

12

1.3. Argumentarea domeniului de cercetare, scopul și sarcinile cercetării.

De ce beton armat dispers cu fibre? Pentru că evoluția rapidă, dinamică şi diversificată a societăţii a făcut ca şi sectorul de construcții să urmeze această tendință răspunzînd în acest fel unor cerințe de siguranță şi confort care să asigure buna desfășurare a diferitelor activităţi umane. Să ne imaginam în acest sens doar dezvoltarea construcțiilor atît pe verticală (clădiri de birouri sau hoteluri cu înălțimi de sute de metri) dar şi pe orizontală (supermarketuri cu suprafețe de ordinul miilor de metri pătrați). Foarte multe construcții necesită tehnici şi tehnologii precise care să poată valorifica o serie de materiale noi.

In acest context utilizarea betonului simplu, respectiv a celui armat sau precomprimat este oarecum restricționată de fenomene specifice ca: fisurarea, rezistenţa la foc, contracția, rezistenţa la șocuri, rezistenţa la uzură, durabilitatea, s.a. Din această cauză s-au făcut studii şi cercetări diverse şi aprofundate din care a rezultat că o îmbunătăţire a performanțelor betoanelor se poate obține prin adăugarea în masa lor a unor armături dispersate sub formă de fibre din diferite materiale.

Scopul acestei cercetări este să aduc la cunoștință că există domenii de utilizare, în care betonul armat cu fibre de oţel poate fi folosit alternativ sau în completare la cel cu armatură din oțel-beton, oferind avantaje constructive dar şi economice. Deoarece fibrele metalice îmbunătăţesc proprietăţile betonului simplu și oportunitatea utilizării armării cu fibre de oţel apare în situaţia folosirii unui procent mic de armare, sau în cazul armării constructive a betonului armat obişnuit.

Sarcinile cercetării:

cunoașterea posibilităților de utilizare a betonului armat cu fibre disperse; cunoașterea proprietăților betonului armat cu fibre disperse; tipurile de fibre utilizate la producerea betonului armat cu fibre disperse; caracteristicile fibrobetonului întărit.

Concluzii

În urma încercărilor efectuate asupra calității betonului armat cu fibre disperse și pe baza valorilor rezistențelor caracteristice la compresiune obținute, se arată că betonul armat dispers cu fibre metalice se poate încadra într-o clasa superioara (C25/35).

Deci avantajele utilizării fibrelor disperse sunt:

se reduce necesitatea folosirii plasei și a barelor de armare, dă posibilitatea de a le elimina pentru aplicații structurale ușoare și medii;

13

elimina fisurile ce apar în timpul folosirii soluției de armare cu plasa, reduce crăpăturile;

asigură rezistență la impact;

rezistență mare la tracțiune și întindere;

dispersarea omogenă a fibrelor de metal in masa betonului;

nu este necesara folosirea pompei de beton, putîndu-se turna direct din autobetonieră, generîndu-se astfel importante economii de bani. Folosind soluția standard, cu plasa de sîrmă, pompa este indispensabilă deoarece nu se poate circula peste aceasta;

posibilitatea de elicopterizare (finisarea șapei de beton cu mașini de finisat creînd astfel o suprafață dreapta și rezistentă) după 5 ore de la turnare, etc.

14

2. Principiile teoretice de construire a betonului armat cu fibre disperse.

2.1. Viziunea generală privind formarea structurii fibrobetonului ca material compozit.

Betonul armat dispers cu fibre poate fi considerat un material compozit şi, ca atare, pentru determinarea teoretică a proprietăţilor sale sunt necesare o serie de idealizări ale modului de comportare a materialelor constituente şi apoi efectuarea unor verificări experimentale.

Materialul compozit este un sistem multifazic obţinut pe cale artificială, prin asocierea a cel puţin două materiale, chimic distincte, cu interfaţa de separare clară între cele două componente, în scopul obţinerii unor performanţe superioare în raport cu cele ale componentelor de plecare sau este un material format din mai multe componente, a căror organizare şi elaborare, permit folosirea celor mai bune caracteristici ale componentelor, astfel încât acestea să aibă proprietăţi finale în general superioare componentelor din care sunt alcătuite.

Concepţia de bază a materialelor compozite este folosirea asociată a unor materiale cu proprietăţi cunoscute pentru obţinerea unui material nou cu proprietăţi superioare şi posibilitatea de dirijare a acestor proprietăţi.

Fazele constituente ale materialului compozit.

Materialul compozit, este alcătuit (fig. 2.1) din:

faza continuă, cunoscută sub denumirea de matrice sau masă de bază; faza discontinuă, cunoscută sub denumirea de armătură sau ranforsant (fibre,

foiţe, solzi, particule); adaosurile tehnologice.

Fig. 2.1. Fazele componente ale compozitelor

15

Matricea este masa de bază, identificată cu un “continuu” al compozitului. Ea îndeplinește în compozit următoarele funcțiunii:

stabilește forma definitivă a produsului realizat din materialul compozit; învelește fibrele astfel încît să le protejeze atît în fazele de formare ale

produsului cît şi pe durata de serviciu; împiedică flambajul fibrelor, deoarece fără mediul de susținere armătura nu

este capabilă să preia eforturi de compresiune; matricea constituie mediul de transmitere a eforturilor prin compozit astfel

că, la ruperea unei fibre, reîncărcarea celorlalte fibre se poate realiza prin contactul de la interfață;

permite redistribuirea concentrărilor de tensiuni şi deformaţii evitînd propagarea rapidă a fisurilor prin compozit;

asigură compatibilitatea termică şi chimică în raport cu armătura.

Armatura este faza discontinuă constituită din elemente insolubile în masa matricei şi dispuse mai mult sau mai puțin uniform în matrice. Armarea masei de bază se prezintă sub mai multe forme: particule, lamele, solzi, fibre continue sau discontinue.

Funcțiunile armăturii:

armătura contribuie la creșterea rigidității şi rezistenţei compozitului în principal după direcţia fibrelor, deşi nu sunt excluse unele contribuţii „laterale”;

creşterea rigidităţii şi a rezistenţei compozitului este proporţională cu fracţiunea volumetrică de fibră dispusă paralel cu direcţia efortului aplicat;

în cazul unor anumite fracţiuni volumetrice de fibră şi dispuneri geometrice ale armăturii, rezistenţa şi rigiditatea la tracţiune a compozitului cresc prin sporirea rigidităţii relative a armăturii faţă de matrice;

fibrelor li se cere să aibă variaţii reduse ale rezistenţelor individuale, caracteristici geometrice uniforme şi stabilitatea proprietăţilor în timpul operaţiunilor de manipulare şi punere în operă.

Analiza unui material compozit nu se poate face fără cunoaşterea fenomenelor care au loc la interfaţa fibră-matrice. Interfaţa fibră-matrice este o regiune de tranziţie cu o evoluţie gradată a proprietăţilor. Transferul eforturilor la interfaţă este posibil numai dacă între componenţi se realizează un contact molecular intim prin distanţe comparabile cu cele din materialul obişnuit. Regiunea de contact fibră-matrice poate fi tratată ca o a treia fază a compozitului, cedarea la interfaţă este adesea critică pentru proprietăţile compozitului.

Avantajele materialelor compozite

Particularităţile de alcătuire, proiectare, fabricare şi utilizare ale materialelor compozite asigură betonului armat cu fibre disperse avantaje importante faţă de materialele tradiționale, cum ar fi:

16

comportarea globală a materialului compozit poate fi dirijată şi prognozată; oferă posibilitatea de a se proiecta simultan materialul şi structura piesei; numărul mare de variabile permite optimizarea din mai multe condiţii

deodată prin procese de analiză foarte complexe; elementele realizate din materiale compozite au o siguranță mai mare de

funcționare; au caracteristici mecanice ridicate atît la acțiuni statice cît şi la acțiuni

dinamice cu raportul dintre rezistenţă şi greutatea specifică superior majorităţii materialelor tradiţionale;

unele materiale compozite se pot proiecta şi realiza astfel încât să poată funcţiona timp îndelungat în medii agresive;

elementele realizate din materiale compozite au o capacitate ridicată de amortizare a vibraţiilor;

fibrele au de obicei tenacitate mică, dar care este compensată de ductilitatea matricei şi de disiparea la interfaţă a energiei caracteristice solicitării;

stabilitate chimică şi rezistenţa mare la temperaturi ridicate; materialele compozite au o rezistenţă deosebit de ridicată la acţiunea

proceselor determinate de agenţii atmosferici.

17

2.2. Influența tipului și parametrilor fibrelor disperse asupra structurii și proprietăților fibrobetonului.

În baza studiilor experimentale, s-a evidenţiat faptul că, lungimea fibrelor folosite pentru armarea dispersă trebuie să îndeplinească anumite condiţii. Se observă că lungimea critică depinde de diametrul fibrei şi de efortul unitar în fibră, deci de tipul fibrei şi de efortul unitar mediu de aderenţă (lungimea fibrelor pînă la 150 mm, iar diametrul să nu depășească 1mm).

Orientarea unei fibre faţă de planul fisurii influenţează puternic capacitatea ei de a transmite sarcina prin fisură. O fibră care are o orientare paralelă cu fisura nu exercită nici un efect favorabil, în timp ce una perpendiculară pe fisură are un efect maxim.

Eficienţa fibrelor într-o matrice depinde de numărul fibrelor care intersectează o unitate de suprafaţă şi de rezistenţa la smulgere a fibrelor, care este dependentă de factori ca raportul geometric (l/df), forma şi textura suprafeţei.

Într-un volum oarecare de beton, în care fibrele sunt uniform dispersate, este de aşteptat ca acestea să fie orientate după diferite direcţii în spaţiu – fig. 2.2. a.

Fig. 2.2. Orientarea fibrelor în masa betonului

Efectele orientării fibrelor sunt, în general, luate în consideraţie prin folosirea aşa numitului factor de orientare α. De fapt, acest factor este o medie a raportului pentru fibrele cu orice orientare posibilă, a lungimii de calcul proiectate a fibrelor după direcţia eforturilor de întindere şi lungimea efectivă a fibrelor. În cazul orientării tridimensionale, o fibră are aceeaşi probabilitate să fie orientată în orice direcţie.

Textura, forma şi natura suprafeţei fibrei. Orice soluţie de creştere a rezistenţei la forfecare a legăturii dintre suprafaţa fibrei şi matricei măreşte valoarea rezistenţei fibrei şi îi îmbunătăţeşte eficienţa. Astfel de soluţii includ procese de producere a unor fibre cu suprafeţe deformate sau cu asperități, cu capete deformate sau cu diverse profiluri în lungul lor.

Betonul armat cu fibre metalice este cel mai des utilizat pentru construirea pardoselilor industriale sau a autostrăzilor, dar poate fi de asemenea utilizat și ca parte componenta la fundații, stîlpi de rezistenta, etc.

18

Fibrele de polipropilenă sunt rezistente la mediile alcaline create de amestecurile de ciment, fără să se degradeze. Sunt non magnetice, rezistente la coroziune, neutre din punct de vedere chimic, nu absorb apa.

Fibrele de bazalt se utilizează pentru intensificarea structurală a betonului și obținerea diferitor compoziții.

Fibrele de sticlă face posibilă reducerea costurilor de producere a betonului, reduce complexitatea lucrărilor și sporește rezistența și durabilitatea construcției. Acest tip de beton permite arhitecților să realizeze orice idee în realitate, ușor își schimbă forma, ușor se supune prelucrării și obținerii unui relief. Este foarte rezistent la înfoiere și întindere, e rezistent la șoc, la apă, foc și e durabil.

19

3. Bazele teoretice și practice de proiectare a compoziției betonului armat cu fibre disperse.

3.1. Caracteristica fibrelor disperse utilizate la prepararea fibrobetonului pentru diferite domenii de utilizare, etc.

Cerinţele de bază ale fibrelor, cînd este necesară îmbunătăţirea rezistenţelor mecanice şi întîrzierea procesului de fisurare sunt: rezistenţă ridicată la alungire şi modul de elasticitate adecvat, aderenţă sporită la matrice, stabilitate chimică; mai mult, fibrele ar trebui să aibă abilitatea de a suporta eforturile o perioadă mai mare de timp.

Fibre de oţel.

Fibrele de oţel, rotunde iniţial, s-au produs prin tăierea sârmelor de oţel cu secţiunea uniformă, fabricate în laminoare speciale. Pentru mărirea productivităţii, acestea se pot grupa în fascicule, tăiate cu cuţite ghilotină sau alte dispozitive speciale. Pentru îmbunătăţirea rezistenţei la smulgere, destul de scăzute a fibrelor de secţiune netedă, datorită slabei aderenţe la beton, au fost folosite şi omologate tipuri de fibre cu suprafeţe deformate. Fibrele de formă ondulată, continuă pe toată lungimea, au îmbunătăţit de asemenea rezistenţa la smulgere.

Mai recent, fibrele au fost produse într-o mare varietate de forme, ondulate sau drepte, cu suprafaţa neprelucrată, cu sau fără capete îngroşate (fig.3.1.). Acest gen de fibre sunt utilizate în principal în betoane şi, mai rar, în mortare sau paste de ciment, unde, spre deosebire de multe alte fibre, ele nu sunt afectate de alcalinitatea amestecului.

Fig. 3.1. Fibre din oțel

20

Fabricarea unor fibre unite la un loc cu ajutorul unei soluţii de lipire speciale, solubilă în apă, facilitează utilizarea fibrelor de lungimi mai mari decât în cazul în care acestea ar fi separate, eliminându-se astfel problemele ce apar datorită formării unor gheme (aglomerări de fibre). Îmbunătăţirea proprietăţilor fibrelor, care, la rândul lor, influenţează creşterile de rezistenţă la întindere. Interesant din punct de vedere practic este creşterea rezistenţei la încovoiere şi faptul că, datorită fibrelor, distribuţia eforturilor în zona întinsă este aproape constantă.

Tab.3.1. Detalii tehnice

Tip – fibre metaliceGama dimensionala  

(dia. sîrmei mm)Lungime

(mm)lise/ drepte 0.175 – 0.42 6, 12.5, 16, 25cu ciocuri 0.4 – 1.05 25, 30, 50, 60ondulate 0.5 – 1.05 30, 40, 50, 60

Caracteristici:

armarea cu fibre metalice este cel mai des folosita in cazul betonului ciment, dar poate fi folosita si pentru betonul clasic;

armarea betonului cu fibre metalice este mult mai economica decât armarea cu plasa sudata;

armarea cu fibre are proprietatea de a creste rezistenta la rupere; forma, dimensiunea si lungimea fibrelor sunt specifice, si depind de

proiectul la care urmează a fi utilizate; fibrele standard folosite pentru armare a betonului ciment ( 1.05 x 50 mm,

cu ciocuri la capete) au proprietatea de a creste rezistenta la rupere a betonului;

fibrele metalice sunt utilizate numai pentru suprafețele care tolerează coroziunea si permit un grad scăzut de rugina.

Fibre de polietilenă.

Polietilena obținută din molecule de mărime normală are un modul de elasticitate scăzut, aderență redusă la pasta de ciment şi o rezistență superioară în mediul alcalin. Totuși, densitatea mare, modificările modulului de elasticitate fată de polimerii de bază, realizarea fibrelor cu suprafața deformată pentru îmbunătățirea aderenței la matrice, conferă compozitului astfel obținut o comportare apropiată de cea elasto-plastică, ceea ce permite utilizarea fibrelor cu lungimi de 40 mm în amestecurile convenționale de beton. Fibrele pe bază de polietilenă sunt indicate a fi folosite la realizarea elementelor cu secţiuni reduse.

21

Fibre de polipropilenă.

Fibrele de armare din polipropilenă (fig. 3.2) sunt produse din polipropilenă pură 100%. Aceste fibre sunt rezistente la mediile alcaline create de amestecurile de ciment, fără să se degradeze. Sunt non magnetice, rezistente la coroziune, neutre din punct de vedere chimic, nu absorb apa. Fibrele din polipropilenă se găsesc sub două forme:

- tip F - din polipropilenă interpolate şi fibrilate- tip M - sunt în formă de multifilament. Iniţial, fibrele de polipropilenă s-au folosit sub formă de monofilamente netede cu secţiune constantă, scăzut şi aderenţă slabă la pasta de ciment. Pentru îmbunătăţirea legăturii de aderenţă dintre fibră şi matrice, procesul numit fibrilare a devenit foarte folosit, obţinându-se astfel o structură cu o comportare superioară. Fibrele pot fi folosite sub două forme: de armătură continuă, plase dispuse într-un strat, sau sub formă de fibre scurte discontinue, orientate întâmplător în amestecul convenţional de beton.

Fig. 3.2. Fibre de polipropilenă

În primul caz, volumul de fibre se poate apropia de 10%. Îmbunătăţirea proprietăţilor este substanţială, uneori compozitul comportându-se foarte bine deasupra domeniului elasto-plastic şi având o capacitate de absorbţie a energiei superioară matricilor armate cu azbest şi a celor armate cu fibre de sticlă. În cel de al doilea caz, volumul de fibre este mult mai mic, deoarece aria suprafeţei lor specifice, destul de mare, face dificilă încorporarea unei cantităţi mai mari de 0,75% din volum, iar lungimea fibrelor (40mm sau mai mult) într-un amestec convenţional de beton cu dimensiunile agregatelor de până la 20 mm. Un volum de până la 2% este posibil numai în cazul fibrelor mai scurte (mai puţin de 20mm) şi dimensiuni ale agregatelor mai mici.

Rezistenţa la fisurare datorită contracţiei, în condiţiile deformațiilor împiedicate, este de asemenea îmbunătăţită. Durabilitatea fibrelor în matrice în condiţii naturale şi accelerate este excelentă. Testele pentru imersie în mediu alcalin au pus în evidenţă că, la temperaturi mai mari de 90°C, polipropilena va rămâne cu 90% din rezistenţa sa iniţială, pentru cel puţin 50 de ani.

22

Aplicabile la toate tipurile de mortare si beton care necesita rezistenta la tendințe de fisurare. Pentru utilizări la construcții fără rol structural. De exemplu: tencuiala de fațadă, dale de beton si acoperiri, trotuare, prefabricate pentru orice destinație, pardoseli industriale, conducte din beton, elemente subțiri de fațadă, etc.

Fibre de carbon.

Între multiplele materiale neconvenționale care s-au impus tot mai mult in ultimul timp se numără şi fibrele de carbon. Fibrele de carbon, materialul folosit preponderent pentru consolidarea materialelor plastice nu încetează să ofere surprize: un exemplu recent îl constituie construcţia de poduri. Constructorii de poduri cred că fibrele de carbon ar putea revoluționa acest sector tehnic. Primul pod de autostradă construit în Europa care foloseşte module sandwich din fibre de carbon şi din fibre de sticlă, se întinde deasupra noii autostrăzi a aeroportului din Asturia, în Spania.

Fibrele de carbon (fig. 3.3) se evidențiază ca material de construcţie prin două însuşiri esenţiale: el este uşor, iar construcţia are loc cu costuri reduse. Podul de la aeroportul din Oviedo cântărește 200 de tone, mai puţin de jumătate din greutatea unui pod din beton armat construit convenţional. La aceasta se adaugă viteza neobişnuită cu care poate fi construit: podul a fost terminat în două zile.

Fig. 3.3. Fibre de carbon

Îmbunătăţirile proprietăţilor pot fi semnificative chiar pentru eforturi de întindere şi, desigur, mult mai mari pentru încovoiere, datorită distribuţiei eforturilor în domeniul plastic în zona întinsă.

Fibre de sticlă.

Producția industriala a început după anul 1930 (in Anglia la Glasgow), având ca aplicabilitate izolarea conductoarelor electrice. Fibrele de sticla (fig.3.4) nu sunt higroscopice, nu putrezesc şi nu ard, sunt casante şi tind să se deterioreze sau să se separe la impact şi abraziune în timpul proceselor convenţionale de preparare a betoanelor, astfel încât folosirea lor la prepararea betoanelor este destul de limitată.

23

Fig. 3.4. Fibre de sticlă

Betonul armat dispers cu fibre de sticlă are numeroase aplicații practice: structuri ornamentale, fîntîni, cupole, elemente prefabricate, elemente decorative, etc. Exemple de elemente de arhitectură sau construcţii realizate cu betoane armate dispers cu fibre de sticlă: obiecte decorative de grădină (ghivece, bănci, mese), scări din beton, copertine, elemente de faţadă (rame pentru uşi şi ferestre, benzi decorative).

Fibre de azbest.

Aceste fibre rezultă din mineralul natural azbest prin defibrare (mecanică sau chimică) în fibre elastice extrem de fine, care au un aspect exterior asemănător cu al bumbacului, având însă rezistenţe mai mari la temperaturi ridicate şi solicitări mecanice. Rezistenţa la întindere, stabilitatea termică şi capacitatea de absorbţie, sunt caracteristici fizico-mecanice pe care azbestul (fibrele de azbest) le posedă şi le transmit şi betoanelor armate cu astfel de fibre. Deşi fibrele de azbest (fig.3.5) au rezultate dintre cele mai bune la armarea dispersă, au dezavantajul că, pătrunzând în plămân pot genera tumori maligne. Din acest motiv utilizarea acestui tip de fibre este limitată.

În domeniul construcţiilor, azbocimentul, sau betonul armat cu fibre de azbest a fost folosit, şi încă mai poate fi găsit, sub diverse forme: acoperișuri din plăci plane sau ondulate de azbociment, elemente de protecţie şi închidere la acoperişuri, casele construite intre 1930- 1950 pot avea azbest ca izolație, pereţi (ca panouri izolatoare în pereţi despărţitori), dale de pardoseală, plafoane (ca bariere anti-foc în plafoanele false), uşi, faţade de clădiri, incluzând elemente ale scurgerii pluviale, scafe şi protecții, conducte de apă şi canalizare.

24

Fig. 3.5. Fibre de azbest

Fibre acrilice.

Descrise din punct de vedere chimic ca poliacrilonitril, aceste fibre sunt interesante, în primul rând, pentru elementele cu secţiuni reduse, la înlocuire azbocimentului. Rezistenţa la încovoiere nu este modificată în mod semnificativ, dar indicele de duritate la încovoiere este mărit, conferind astfel materialului o comportare elasto-plastică prin utilizarea unor fibre de acest tip în matricea de ciment.

Fibre din poliester.

Termenul de poliester cuprinde o varietate de materiale din cadrul fibrelor textile, dezvoltate în anii 50, dintre care o parte au început să fie luate în considerare pentru armarea dispersă a betoanelor. În lucrările de specialitate se subliniază că folosirea unui volum de 0,1% poate asigura o comportare bună la fisurarea din contracţie. În schimb, la această concentraţie nu se realizează creşteri semnificative ale unor proprietăţi, cum ar fi rezistenţa şi duritatea. Durabilitatea fibrelor de poliester în matrice este discutabilă. Unii cercetători arată că aceste fibre îşi reduc în timp rezistenţa în prezenţa constituenților alcalini ai cimentului.

Fibre naturale.

Fibrele naturale sunt considerate ca reprezentând un potenţial avantajos pentru armarea matricelor, ca urmare a faptului că sunt disponibile în cantităţi mari şi la un preţ redus. Fibrele naturale sunt obţinute din fructele, frunzele şi tulpinele unor plante şi arbori de o mare varietate. Dintre fibrele obţinute din fructe, doar fibrele de cocos sunt interesante pentru compozitele pe bază de ciment. Cele mai importante fibre obţinute din frunze, sunt fibrele de sisal. Fibrele din tulpine includ iuta, inul, ramie, sunn, kenaf, urena, elephant grass, de asemenea cânepa (care este mai scumpă), precum şi celuloza de la diferite specii de lemn. Multe dintre fibrele naturale sunt însă susceptibile la putrezire, ca rezultat al acţiunii bacteriilor şi

25

ciupercilor, care se dezvoltă în condiţii de umiditate, determinând reduceri ale rezistenţei la întindere şi a modulului de elesticitate, precum şi o instabilitate dimensională excesivă în timpul ciclurilor de umezire-uscare.

26

3.2. Particularitățile de determinare a dozajului la prepararea fibrobetonului.

Stabilirea compoziției betonului constă în alegerea materialelor componente și precizarea consumurilor la un metru cub de beton preparat, astfel încât sa se asigure cu un consum optim de materiale rezistente superioare, o lucrabilitate corespunzătoare a amestecului proaspăt și, dacă sunt necesare, calități suplimentare impuse de condițiile de exploatare a construcțiilor.

Alegerea tipului de fibră are la bază domeniul de aplicabilitate mai restrâns ci şi alte criterii, cum ar fi: preţul pe kilogram, cantitatea de fibre recomandată de producător a se adăuga în amestec, caracteristicile fizico-mecanice ale acestora.

Tabelul 3.2. Caracteristicile fibrelor din polipropilenă (conform producător)

Pentru a putea stabili compoziția betonului, trebuie cunoscute următoarele date:

clasa betonului; caracteristicile elementelor ce urmează a fi executate, ceea ce implică o

anumită curbă granulometrică a agregatelor şi o lucrabilitate adecvată; condițiile de transport; condițiile de punere în operă; condiții de întărire.

Pentru obținerea unui beton cu o contracție cît mai mică, se impune folosirea unui beton cu un raport A/C redus.

27

3.3. Metodele de determinare a rezistenței de aderență a fibrelor de piatra de ciment (de matrice).

În orice sistem compozit, proprietățile fizice şi chimice ale constituenţilor şi interacţiunea dintre ei, determină comportamentul materialului. În sistemele bazate pe ciment, zona de contact dintre fibre şi matrice este adesea difuză şi, în locul delimitărilor distincte dintre acestea două, există o tranziţie continuă, de la o fază la cealaltă. Adesea, rezistenţa şi durabilitatea zonei de contact indică o combinaţie de caracteristici fizice şi chimice ce se datorează formării produşilor de reacţie la suprafaţă. Evident că, proprietăţile compozitului sunt mult influenţate de aderenţa la această suprafaţă şi că, adesea, zona de contact reprezintă cea mai slabă legătură a sistemelor. În tabelul ce urmează (tab.3.2) sunt prezentate rezistențele la smulgere a anumitor tipuri de materiale compozit.

Tabelul 3.3. Rezistența la smulgere fibră – matrice

Concluzii.

Fibra reprezintă un adaos (un aditiv) pentru beton, ce se amestecă cu betonul în timpul producerii. În calitate de fibră pot fi utilizate: fibre de oțel, fibre de sticlă, fibre sintetice, etc.

La ora actuală fibrele pot fi folosite direct pentru armarea dispersă a betonului, sau sub formă de materialele compozite obținute pe bază de fibre pentru armarea şi consolidarea elementelor din beton. În funcție de locul şi scopul în care urmează să fie utilizate, fibrele au diferite compoziții chimice.

Odată cu aplicarea materialelor compozite obținem o reducere a săgeții sub sarcină, dar şi a deformaților specifice barelor de oțel. Prin adăugarea materialelor compozite, suplimentare, în cazul grinzilor armate cu armătură din oțel, se poate sporii şi îmbunătăți, rezistența la forță tăietoare dar şi comportarea întregului element.

28

4. Dirijarea procesului tehnologic la producerea fibrobetonului.

4.1. Tehnologia producerii fibrobetonului. Utilaj și echipament.

Tehnologia de producerea a fibrobetonului are mult comun cu tehnologia de producerea a altor tipuri de betoane, aceasta constă în pregătirea tuturor componentelor și amestecarea lor ulterioară. Însă există și particularități, legate de prepararea compoziției, deoarece fibrobetonul în prealabil este armat, ceea ce duce la majorarea rezistenței articolelor și construcțiilor, și în același timp duce la micșorarea cantității de armătură pînă la 20 %. Toate acestea duc la micșorarea costului construcției, dar de asemenea reduce complexitatea lucrărilor și timpul de lucru.

Tehnologia fibrobetonului prevede producerea a diferitor clase de beton. Cele mai frecvente sunt: B20, B22, B25. Caracteristicile de rezistență care definesc clasa betonului armat cu fibre disperse depinde de conținutul procentual de ciment și fibre, precum și de tipul fibrelor utilizate. Cel mai răspîndit se utilizează diferite tipuri de fibre sintetice, care prin urmare reduc sinecostul și permit de a obține fibrobeton de calitate medie.

Componentele și proporțiile.

O atenție deosebită în tehnologia de preparare a betonului armat cu fibre se acordă pregătirii componentelor. Conținutul de fibre, în funcție de tip și cerințe este de 0.3-25 kilogram pe metri cubi, însă în general se utilizează 0,3 – 1,5 kg, deoarece se utilizează fibre calitative.

Un rol importat îi revine controlului de intrare, controlului intern de calitate, deoarece fără un laborator de control al calității bine echipat este imposibil de a face o estimare corectă a materiei prime. Acest punct e primul, însă e foarte important punct la producerea fibrobetonului. În laborator se verifică nu numai compoziția și calitatea fibrelor ci și umiditatea lor, deoarece de umiditatea fibrelor depinde în mare măsură adeziunea fibrei cu liantul, și prin urmare rezistența materialului.

Procesul de producere a amestecului de beton armat cu fibre disperse.

La producerea fibrobetonului principala sarcină este de a distribui uniform fibrele în masa de beton. Manual acest lucru e imposibil, de aceea se utilizează utilaj special ce lucrează pe baza unui electromagnet în cazul fibrelor de oțel, iar în cazul fibrelor de sticlă se utilizează un pulverizator automat care distribuie uniform fibrele de sticlă în masa betonului.

Există 2 tehnologi de bază de producere a fibrobetonului, și anume:

I. Fibrele se amestecă cu componentele uscate ale betonului (nisip, pietriș), apoi treptat se introduce apa și cimentul, după care toate componentele se amestecă pînă la prepararea completă (durata de amestecare este de 15% mai mare decît în cazul betonului obișnuit);

29

II. Fibrele se introduc după ce sa format amestecul de beton, apoi toate componentele se amestecă. Această metodă este mai complexă și consumă mai mult timp, însă rezultatul final este mai bun, se obține o calitate mai bună a betonului. Partea negativă a aceste metode este crearea locurilor de muncă suplimentare la amestecarea prealabilă a componentelor betonului fără fibre.

În cazul cînd fibrele se amestecă cu componentele uscate apare probabilitatea formării cuiburilor de fibre în rezultatul amestecării necalitative. Pentru a evita acest lucru e necesar de a mări timpul de amestecare și periodic de verificat calitatea fibrobetonului.

30

4.2. Tehnologia betonării construcțiilor monolite cu amestec de beton armat cu fibre disperse.

Betonul pompat cu fibre metalice este folosit pentru consolidarea pereţilor interiori, cu un strat suplimentar sau ca un element unic de consolidare la căptuşirea stâlpilor structurali. Avantajele acestui material îl constituie tehnologia simplă de fabricaţie, datorită eliminării armăturii din oţel-beton, obţinându-se o omogenitate a betonului ce îl recomandă la cofraje de căptuşire sau a cofrajelor alunecătoare. Aceasta conduce la micşorarea timpului de execuţie, prin eliminarea timpului necesar realizării armăturii de oţel. Betonul pompat cu fibre metalice poate fi utilizat în producţia extrudată împreună cu scuturile de tunel. Se obţine un sistem închis de susţinere între suprafaţa scutului de tunel până la tavanul săpăturii, realizîndu-se astfel un sistem în care se va pompa beton torcretat ce va umple toate golurile, monolitizând astfel structura.

Elemente monolite: construcția, ranforsarea şi repararea îmbrăcăminţilor rutiere, pistelor de aerodromuri şi tablierelor de poduri în SUA, Anglia, Canada, Japonia, Germania, Norvegia, Suedia, Austria, Olanda; lucrări în mine şi tuneluri în SUA, Anglia, Germania; acoperișuri industriale în SUA, Italia, Anglia; elemente refractare în SUA, Canada; repararea deversoarelor la baraje în SUA, Canada, Germania; stabilizarea taluzurilor în SUA, Canada, Japonia.

Exploatările miniere folosesc betonul armat cu fibre atât pentru realizarea noilor galerii cât şi pentru repararea galeriilor existente. Acest material s-a folosit şi se foloseşte la realizarea pardoselilor, a pistelor pentru aeroporturi, la construcţia unor depozite şi garaje subterane, la realizare stâlpilor pentru instalaţiile electrice etc.

Consolidarea versanţilor stâncoşi, a taluzurilor, realizată cu beton torcretat cu fibre, are avantaje tehnico-economice datorită unei bune adaptări a legăturii la structura terenului şi micşorarea timpului în procesele de armare. Rezistenţa la foc este mărită prin utilizarea la armare a fibrelor ce protejează armătura formată din bare, longitudinală şi transversală. La întreţinerea şi consolidarea construcţiilor hidrotehnice, supuse eroziunii, poate fi folosit eficient betonul armat cu fibre. Betonul armat cu fibre oferă o alternativă la armătura convenţională, având ca avantaj timpul şi costurile reduse de execuţie a lucrărilor de întreţinere.

Concluzii.

Proprietățile betonului armat cu fibre sunt mai critice decît proprietățile fibrelor considerate în mod independent. Din acest motiv sau elaborat standarde, în care sunt cu definiții, specificații și conformități, deci ele sunt o „specificație de performanță“, în măsura în care se impune producătorilor să declare un dozaj de fibre pentru a atinge un nivel minim de performanță (rezistența la încovoiere reziduală post-fisurare) intr-un beton de referință. Acest lucru permite utilizatorului sa compare echitabil performanțele așteptate pe tipuri de fibre diferite. Aceste informații, împreuna cu descrierea fibrei, rezistenta la tracțiune, modulul de

31

elasticitate si modul in care dozajul minim influențează consistenta (lucrabilitatea) sunt cuprinse pe etichetă. Inginerii pot specifica apoi în documentația de proiect, precum că fibrele sunt corect alese și dozajul este corespunzător documentului normativ.

Procesul tehnologic e foarte important, deoarece de el depinde în mare măsură calitatea finală a betonului armat cu fibre disperse. Deci trebuie de urmat cu strictețe conform rețetei de preparare toate etapele.

32

Concluzii generale.

Concluziile la care am ajuns în urma studiului efectuat ar putea fi sintetizate în felul următor:

ideea utilizării diferitelor fibre la realizarea de elemente de construcții nu este una nouă, ea datează încă din antichitate, când s-au utilizat păr şi fibre naturale la armarea cărămizilor;

noutatea ideii rezidă în faptul că de-lungul istoriei s-au utilizat tot felul de fibre cu proprietăţi din ce în ce mai bune (de la fibra de azbest care s-a dovedit ulterior cancerigenă, la cea de carbon sau, mai nou, cea de kevlar);

ideea utilizării fibrelor de polipropilenă la armarea dispersă a betonului este una rezonabilă, asigurând o eficienţă tehnico-economică demnă de luat în seamă, dovada o constituie faptul că în lume s-au realizat foarte multe construcţii la care aceste fibre, sub diversele lor forme, au fost utilizate;

în ultimii ani utilizarea betoanelor armate dispers cu fibre a cunoscut o creştere semnificativă şi la noi în țară;

betonul armat dispers cu fibre nu poate înlocui betonul armat obişnuit, există însă domenii de utilizare (cofraje pierdute, lucrări de consolidare, elemente subţiri de faţadă, fundaţii de maşini, pardoseli, piste pentru aeroporturi, ş.a) în care betonul armat cu fibre poate fi folosit alternativ sau în completare la cel armat clasic (obişnuit), oferind avantaje constructive şi economice;

majoritatea aplicațiilor din beton armat dispers cu fibre sunt bazate pe ideea îmbunătățirii proprietăților de rezistență, totuşi, rolul armării cu fibre nu constă atât în îmbunătăţirea rezistenţelor statice, cât mai ales, în controlul procesului de fisurare, şi prin aceasta, în îmbunătăţirea ductilităţii, a proprietăţilor de absorbţie a energiei şi a rezistenţei la impact, şoc şi variaţii de temperatură;

îmbunătățirea performanțelor de rezistenţă este mai evidentă în cazul solicitărilor mici sau moderate (ex. eforturi de întindere provocate de împingeri laterale, sau cele din despicare, eforturi principale de întindere în cazul zidăriilor) şi mai puţin semnificativă la solicitări mari şi foarte mari unde este absolut necesară prezenţa armăturilor obişnuite (ex. forfecare, încovoiere);

betonul armat dispers cu fibre s-a dovedit eficient pentru stâlpii cu secţiune redusă, solicitaţi la compresiune cu flambaj;

în cazul utilizării betonului armat dispers cu fibre din polipropilenă, după producerea fisurilor, materialul prezintă în continuare o rezistenţă ce oferă o siguranţă sporită în exploatare;

rolul fibrelor în controlul procesului de fisurare şi calitatea acestora de a menţine împreună fragmentele fisurate, chiar şi după o fisurare avansată, poate fi folosit avantajos la elementele din beton armat şi beton precomprimat;

un avantaj esenţial al betonului armat dispers cu fibre din polipropilenă faţă de cel obişnuit, constă în aderenţa sporită la suprafaţa stratului suport,

33

inclusiv la armatura clasică, ceea ce face să se înregistreze pierderi mici la punerea în opera prin torcretare şi la o posibila diminuare a lungimilor de ancoraj;

betonul armat dispers cu fibre din polipropilenă permite lucrul la temperaturi ridicate ale aerului în perioada de executare a lucrărilor; ca urmare, prin folosirea betoanelor armate cu fibre din polipropilenă s-a redus tendinţa de fisurare datorată contracţiilor iniţiale;

betonul armat dispers cu fibre din polipropilenă permite obţinerea unor suprafeţe şi muchii uniforme şi rezistente;

pentru obţinerea unor betoane de calitate, la alegerea tipului de fibre trebuie să se aibă în vedere, printre altele: lungimea minimă a fibrelor, aderenţa suprafeţei fibrei la matrice, distribuţia şi orientarea fibrelor în matrice, intervalul dintre fibre, raportul sau aspectul geometric al fibrelor;

simplifica procesul de construcție - doar o singura turnare de beton salvează timp;

betonul armat cu fibre disperse reduce necesitatea folosirii plasei si a barelor de armare; da posibilitatea de a le elimina pentru aplicatii structurale usoare/medii (ex. curti de tenis, etc.).

Pot afirma că betonul armat cu fibre dispere nu are concurenți, deoarece acest material permite arhitecților să realizeze orice idee, e ușor, se modelează bine și permite obținerea unui relief dorit, și plus la aceasta e foarte rezistent.

34

Bibliografie

Avram C., Bob C. - Noi tipuri de betoane speciale, Editura tehnică, București 1980;

Ispas St.C. - Materiale compozite, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1987;

Curs “ Tehnologii moderne de construcţie în baza materialelor liante minerale ”;

http://www.lafarge.ro/

http://www.revistaconstructiilor.eu/

http://www.betonix.ro/Beton_armat_cu_fibre_metalice.html

http://betonocement.ru/beton/fibrobeton-texnologiya.html

http://tadgikov.net/stroitelnye-materialy/957-fibrobeton.html

http://www.stroikafedra.spb.ru/publikacii/2009/ALITinform_N2_2009.pdf

35