UNIVERSITATEA TEHNIC GHEORGHE ASACHI IAI FACULTATEA DE CONSTRUCII I INSTALAII

BETOANE POLIMERICE CU ADAOSURI DE PULBERI FINE ndrumtor tiinific: Student: Prof.dr.ing. MARINELA BRBU MEZEI ANDREI

INTRODUCERE

Betonul este un material compozit obinut din amestecuri artificiale, bine omogenizate de ciment, ap, agregate i eventual aditivi, care dup ntrire are un aspect de conglomerat cu bune rezistene mecanice i la aciunea mediului. Betonul este n prezent unul din principalele materiale de construcie, datorit proprietilor sale i a avantajelor tehnice i economice pe care le prezint. Betonul este un material esenial pentru dezvoltarea societii umane, iar succesul su l-a transformat n cel mai utilizat material de construcii din lume. ntr-adevr, betonul este un material indispensabil n construcia cldirilor, drumurilor, podurilor, tunelurilor, staiilor de tratare a apei, reelelor de distribuie a apei potabile, barajelor, porturilor, infrastructurii pentru transport metrouri,trenuri, aeroporturi i multe alte faciliti. Betonul prezint o bun rezisten la solicitarea de compresiune, dar la solicitarea de traciune rezistena betonului este mult mai sczut (aproximativ de 10 ori mai mic dect cea la compresiune). Din acest motiv pentru a mbunti comportarea materialului la diferite tipuri de solicitri betonul poate fi armat cu diferite produse din oel.nindustriaconstruciilor, betonul, i n special cel armat i precomprimat, reprezint principalul material de construcii, folosit la structuri, datorit avantajelor pe care le are: durabilitate, executarea elementelor de contrucii sub orice form, rezisten la foc, caracterul monolit i masivitatea construciilor, costul redus.

Betoanele de ciment cuprind marea majoritate a betoanelor care s-au utilizat i se utilizeaz i azi n construcii, ncepnd cu betoanele obinuite, de la clasele cele mai mici (C5) pn la clasele superioare (C40, C50), folosite la lucrri de beton i beton armat, apoi betonul pentru lucrri de beton precomprimat i pn la betonul de nalt performan .Betonul trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:a) condiii de rezisten, funcie de care se efectueaz calculul structurii de rezisten la diverse grupri de ncrcri;b) condiii de durabilitate, care se refer la capacitatea betonului de a rezista la aciunea factorilor de mediu, meninndu-i calitatea pe o perioad ndelungat de timp, fr s se deterioreze .

Lucrrile speciale de construcii ce utilizeaz betoane speciale includ: execuia de platforme, parcri i piste aeroportuare, folosirea materialelor speciale de construcii pentru consolidri, reparaii betoane, ancoraje, pardoseli pentru industria alimentar i pavaje din beton, rosturi pentru cldiri, pentru drumuri, lucrri de impermeabilizare i hidroizolaii la structuri de beton, la rezervoare, cldiri, fundaii, reparaii i protecii la structuri de beton, subturnri cu mortare speciale expansive, injecii i acoperiri de fisuri, lucrri de torcretare - consolidare cu mortare aditivate, lucrri de torcretare mase de spaclu pentru finisarea betonului, impermeabilizare osmotic a structurilor de beton.

n afar de betonul greu obinuit; utilizat n mod curent la construcii civile - cldiri de locuit ( social culturale, administrative, comerciale, sportive); construcii industriale i agricole ( hale, buncre, silozuri); construcii speciale nalte (couri de fum, castele de ap, tunuri de rcire, turnuri de telecomunicaii), pentru contruciile i elementele supuse la condiii deosebite; se utilizeaz i betoane speciale, cum sunt: betoanele de nalt performan, cele rezistente la temperaturi nalte (refractare), betoanele antiacide, betoanele de protecie mpotriva radiaiilor, betoanele cu polimeri, cele armate cu fibre, betoane hidrotehnice sau betoane speciale pentru drumuri.

Sistemele de pardoseli industriale epoxidice antistatice i antiscntei pot fi folosite pentru amenajarea de: - Locaii industriale cu cerine ridicate de rezisten chimic: fabricarea i depozitarea produselor alimentare sau chimice; - Locaii comerciale: hale, expoziii, magazine, sli de conferine, etc.; - Spaii publice: spitale, cabinete medicale, restaurante, coli, librrii, birouri etc.

Pardoselile epoxidice sunt concepute pe baz de rini epoxidice i filere pe baza de nisip de cuar, ce le confer proprieti mecanice i chimice excelente, nu genereaza praf i sunt rezistente la penetrarea cu ap, uleiuri sau grsimi.

1. BETOANE DE NALT REZISTEN I PERFORMAN Meninerea competitivitii betonului implic mai multe ci de dezvoltare: o cale se refer la mbunatirea proprietilor betonului cu ciment prin realizarea betoanelor de nalt performan i de foarte nalt rezisten i a unor betoane speciale pentru domenii specifice de folosire cum ar fi: betoane hidrotehnice, betoane n mediu marin, betoane rutiere, betoane rezistente la diferite agresiviti chimice, betoane aparente, etc.

O alt cale presupune dezvoltarea noilor tipuri de betoane , cum ar fi betoanele cu polimeri, betoane cu pulberi reactive, betoane autocompactante, etc. La realizarea acestor betoane se utilizeaz tot mai mult diferite tipuri de adaosuri, cum ar fi: cenua de termocentral, silicea ultrafin, praf de cuar, tuf vulcanic, pudr de cauciuc.

Clasificarea betoanelor funcie de rezistena la compresiune la 28 zile determinat pe cilindrii de 150 mm diametru i 300 mm nlime cuprinde:

Betoane obinuite (BO) cu fc,28 (MPa) = 20-50Betoane de nalt performan (BIP) cu fc,28 (MPa) = 50-100Betoane de foarte nalt performan (BFIP) cu fc,28 (MPa) = 100-150Betoane excepionale cu fc,28 (MPa) 150

2. PREZENTARE GENERAL A LUCRRII

Cercetrile experimentale ce fac obiectul acestei lucrri constau n elaborarea unor compoziii de beton polimeric, fr ciment, cu adaosuri de pulbere fin i ultrafin de marmur, dozajul componenilor, turnarea probelor, i la final o etap de determinare a rezistenelor mecanice ( prin ncercri a epruvetelor la compresiune, la ntindere din ncovoiere, la ntindere prin despicare).Toate compoziiile vor fi preparate prin amestecarea cantitilor de liant (rin epoxidic combinat cu ntritor) mai nti cu agregatele, apoi cu filerul ce s-a adugat uor.Probele ( prisme de 210x70x70 mm i cuburi cu latura de 70x70x70 mm) vor fi preparate, pstrate i ncercate conform standardelor n vigoare (SR EN 12390/2001 ) n vederea determinrii caracteristicilor mecanice: rezistena la compresiune, la ntindere din ncovoiere i la ntindere din despicare.

Rezultatele experimentale a proprietilor mecanice pentru fiecare tip de compoziie studiat, se vor compara ntre ele,se va stabili care compoziie are caracteristicile mecanice cele mai bune, se vor centraliza n tabele i se va dimensiona un planeu dal utiliznd n locul betonului obinuit, cu ciment, beton polimeric cu rezistena la compresiune cea mai bun.

Experimentrile privind obinerea caracteristicilor betonului de nalt rezisten cu adaosuri de pulberi fine i ultrafine au fost efectuate n laboratorul de cercetri i ncercri din cadrul Catedrei de Beton, Materiale, Tehnologie i Organizare al Facultii de Construcii IAI, sub ndrumarea tiinific a prof.dr.ing. MARINELA BRBU.

Fig. 2.1.Prob ncercat la compresiune Fig. 2.2.Prob ncercat la ntindere din ncovoiere

Fig.2.3. Hala de ncercri a Catedrei de Beton i MaterialeFig. 2.4. Presa hidraulic pt.ncercat epruvete i grinzi beton Probele vor fi ncercate la presa vertical pentru betoane de 300 kN.Laboratorul de cercetri i ncercri din cadrul Catedrei de Beton, Materiale, Tehnologie i Organizare al Facultii de Construcii IAI

3. ANALIZA DOCUMENTAR A DOMENIULUI TEMEI DE CERCETARE - PROIECTARE

3.1. BETOANE POLIMERICE

Alturi de betoanele de ciment a cror evoluie a devenit uluitoare prin obinerea unor betoane de ultranalt performan cu valori ale rezistenelor la compresiune ce ating 200MPa, s-au dezvolta i alte tipuri de betoane, fr ciment, pe baz de polimeri . La prepararea betoanelor fr ciment se folosesc polimeri organici de diferite tipuri (rini poliesterice, rini epoxidice, furan, etc) obinndu-se n acest caz betoanele polimerice, sau se folosesc polimeri anorganici denumii i geopolimeri, obinui din deeuri industriale, cum ar fi: cenua de termocentral, zgura granulat de furnal, etc., n acest caz obinndu-se betoane cu geopolimeri.

Betoanele composite cu polimeri au aprut cu ceva timp n urm, fiind realizate n trei moduri: betoane impregnate cu polimeri (BIP) , betoane cu polimeri, fr ciment (BP) i betoane de ciment modificate cu polimeri (BCP), Domeniile de utilizare sunt diverse: constructii industriale sau publice supuse unor condiii severe de exploatare, structuri hidrotehnice i de transport, reparaii si consolidri, componente prefabricate,etc.

Principalele avantaje ale betonului cu polimeri fa de betonul clasic sunt: rezistene sporite la ntindere, uzur i atacuri chimice, permeabilitate redusa, ntrire rapid, etc. Limitele utilizrii betonului cu polimeri includ: costul, toxicitatea, mirosul i pericolul de a lua foc.

Betoanele cu polimeri rezult prin adugarea n compoziie a unui sau mai multor polimeri, care modific n mod sensibil caracteristicile fizico-mecanice i chimice ale betoanelor obinuite. n funcie de procedeul de adugare, ct i de coninutul de polimeri din masa betonului, aceste materiale se pot clasifica dup schema de mai jos:

1. Betoanele (mortarele) cu ciment i adaos de polimeri au rezistene la ntindere de 2-3 ori mai mari dect betoanele obisnuite. Ele se pot utiliza la tencuieli, pardoseli i repararea sau consolidarea unor elemente de beton degradat.2. Betoanele cu polimeri, fr ciment, folosesc ca liant rinile de sintez. Se obin rezistene mecanice foarte mari (60 100 N/mm2 la compresiune i 17-35 N/mm2 la ntindere din ncovoiere), aderena foarte bun la oel i betoane vechi, absorbie de ap foarte redus, impermeabilitate , rezisten foarte bun la uzur, stabilitate la diferite tipuri de agresiviti chimice.3. Betoanele impregnate i polimerizate se obin prin uscarea elementelor de beton de ciment, impregnarea lor cu un monomer (la care se adaug i un iniiator de polimerizare), dup care se face polimerizarea monomerului.

Introducerea polimerilor n compoziia betoanelor (i a mortarelor de ciment) s-a fcut n scopul ameliorrii unor proprieti deficitare ale betonului de ciment, cum ar fi: ductilitatea, rezistena chimic i gradul de impermeabilitate. Fa de betoanele de ciment martor, betoanele impregnate si polimerizate au rezistenele mecanice de 3-4 ori mai mari, rezistena la uzur de circa 3 ori mai mare, absorbia de ap de circa 6 ori mai mic, comportarea la nghe-dezghe i la atacul sulfailor i acizilor cu mult mai bun, permeabilitatea foarte redus.

Cteva exemple de aplicare a betoanelor cu polimeri, executate cu asisten tehnic a INCERC, la diferite lucrri de construcii din ar, sunt urmtoarele :- fixarea a 250 lmpi de balizaj la Aeroportul Otopeni, prin folosirea de mortar epoxidic introdus n orificiile cilindrice, special create n pista aeroportului;- etanarea a 21 de cuve cu rosturi de turnare i zone de beton segregat la Uzina de ap Arad;- remedierea a 25 grinzi din beton armat fisurat, la ntreprinderea Electroputere Craiova;- repararea a 60 grinzi fisurate din beton precomprimat la ntreprinderea de prefabricate Progresul Bucureti ;- repararea i consolidarea unor elemente i structuri, avariate n urma cutremurului din 4 martie 1977.

3.1.1. Betoane de ciment cu polimeri (BCP)

Betoanele de ciment cu polimeri se obin prin adugarea, la preparare, a unui compus macromolecular, rezultnd un beton cu proprieti modificate fa de betoanele obinuite. Aceste materiale au primit diverse denumiri, cum ar fi: betoane cu rini sintetice, betoane cu latexuri, latex-ciment, plastobeton etc.n betoanele de ciment cu polimeri, liantul mineral constituie partea preponderent, iar liantul organic este n cantiti mai mici (polimer/ciment < 1), formnd mpreun un liant complex. Liantul organic contribuie la mbuntirea aderenei dintre piatra de ciment i agregat, precum i dintre particulele de ciment.Materialele componente ale betoanelor de ciment cu polimeri sunt: liantul mineral, liantul organic (polimerul), apa de amestecare, agregatele i n anumite cazuri adaosurile .Potrivit modului de utilizare a polimerilor n betoane, acetia pot fi mprii n trei grupe:polimeri solubili, polimerizai nainte de a fi adugai la betonul proaspt;emulsii de polimeri, polimerizai nainte de a fi adugai la betonul proaspt;produse solubile polimerizabile sau policondensabile, polimerizarea producndu-se n timpul ntririi betonului.Apa de amestecare trebuie s satisfac aceleai condiii ca i cea pentru betoanele obinuite.Agregatele folosite la betoanele de ciment cu polimeri sunt de natur mineral, n special naturale grele, i trebuie s satisfac condiiile de calitate prevzute pentru cele folosite la betoanele obinuite.Adaosurile cele mai folosite i necesare sunt stabilizatorii amestecurilor.

Caracteristicile fizico-mecanice i chimice ale betoanelor, n stare proaspt sau n stare ntrit, sunt sensibil influenate de prezena polimerilor .Proprietile betonului proaspt se pun n eviden, n principal, prin consisten, msurat cu diverse procedee. Prezena polimerilor face ca, la acelai raport A/C, consistena s se mbunteasc .Produse din beton de ciment cu polimeri: Plcile din beton- pentru pardoseli pot fi: plci simple (de protecie n jurul cldirilor sau pentru trotuare), plci cu dimensiuni mai mari care se armeaz (pentru platforme,locuri de parcat,terase circulabile) i plci mozaicate (inclusiv plinte) utilizate pentru pardoseli interioare sau exterioare. Pavelele- sunt blocuri compacte din beton de mici dimensiuni, care prin alcatuirea lor permit eserea. Pavelele au diverse geometrii care se mbin ntre ele, iar marginile sunt rezolvate prin borduri. Stratul de suport este, de regul un material mcinat de carier, bine tasat. Bordurile- din beton realizeaz ncadrarea trotuarelor, spaiilor verzi, aleilor sau drumurilor carosabile. Pot avea dimensiuni, forme i calitai diferite n funcie de domeniul de utilizare.

3.1.2. Betoane cu polimeri fr ciment (BP)

Betoanele cu polimeri, fr ciment, se obin prin folosirea ca liant a compuilor macromoleculari, iar ca agregate a materialelor granulare de natur mineral. Betonul rezultat se caracterizeaz prin proprieti fizico-mecanice i chimice deosebite, comparativ cu betonul obinuit, fiind astfel destinat a fi utilizat acolo unde betoanele obinuite i alte betoane speciale nu sunt corespunztoare.Materialele componente ale acestui produs nou sunt: compusul macromolecular (polimerul), agenii de ntrire, filerul i agregatele.Polimerii folosii de majoritatea cercettorilor sunt: Polimerii epoxidici (EP) Poliesterii (PES) Polimerii furanici (FU) Polimerii fenolici (PHE) Poliuretanii, aminoplastele i polimerii combinai ( compui fenol-formaldehidici).Agenii de ntrire au rolul de accelerare a reaciilor de polimerizare.

Nisipul de balastier 04 mm cu granule rotunjite Agregatul mare, pietri 4 8 mm Agregatele trebuie s satisfac cerinele prevzute in reglementrile tehnice specifice (SR EN 13242: 2003 si SR EN 12620:2003). Condiiile pe care trebuie s le ndeplineasc agregatele n betoanele cu polimeri fr ciment sunt: s aib granulozitate continu; s nu intre n reacie cu polimerul i agenii de ntrire; s fie ct mai pur i bine uscat; coninutul n SiO2 s fie mai mare de 97%; s provin din roci cu rezistene mecanice indicate.

Agregatele folosite la betoanele cu polimeri sunt de natur anorganic.Sunt indicate urmtoarele agregate: agregat cuaros de carier, agregat de concasaj criblur de andezit bazaltic, agregat de balastier ca agregat suplimentar.

Un rol important n betoanele cu polimeri i revine filerului. Granulaia filerului este de 0,040,20 mm, acesta provenind din: nisip cuaros splat; fin de cuar obinut prin mcinarea nisipului i pietriului; andezit bazaltic mcinat, cenu zburtoare, silice ultrafin, praf de cauciuc.Rolul filerului n betoanele cu polimeri este deosebit de important. El asigur obinerea unui material omogen i cu proprieti relativ uniforme la nivelul microstructurii n toat masa betonului. De asemenea, filerul asigur umplerea golurilor dintre granulele mari ale agregatului, nlocuind parial polimerul, care are un cost mult mai ridicat. n sfrit, filerul contribuie la evitarea segregrii componentelor amestecului proaspt, mbuntind lucrabilitatea betonului.

Praf de marmur Cenu de termocentral Silice ultrafin SUF Consistena betoanelor polimerice cu adaosuri este influenat de granulozitatea agregatelor i dimensiunea maxim a granulelor, i de dozajul de liant. Aceleai cercetri au artat c, la dozaj constant de liant, agregatele cu dimensiuni mici dau betoane cu rezistene mecanice mari.

3.1.3.Adaosuri minerale foarte fine utilizate la obinerea de betoane cu polimeri

Adaosuri minerale sunt materiale fine sau foarte fine, utilizate la prepararea betoanelor n proporie mai mare de 5% din dozajul de liant, n scopul ameliorrii unor proprieti ale acestuia. Sub denumirea general de pulberi minerale fine sau foarte fine sunt definite, de diveri autori, un numr important de produse minerale sau subproduse industriale, cu aspect de pulbere, a cror finee poate s varieze ntre 0,6 mm i 0,01 angstromi, iar suprafaa specific a acestora poate varia aproximativ ntre 500600 cm2/g i 100 m2/g.Generic, prin denumirea lor, adaosurile pentru prepararea betoanelor includ pulberi din diverse grupe de subproduse industriale, produse preparate special n acest scop i unele tipuri de fibre naturale , minerale i organice.Adaosurile minerale sunt clasificate astfel: - adaosuri inerte, tipul I, utilizate ca nlocuitor al unei pri din agregatul fin din beton i pentru mbuntirea lucrabilitii i compactitii betonului; - adaosuri active, tipul II, caz n care se conteaz pe proprietile hidraulice latente ale unora din aceste adaosuri. Ca adaosuri active la prepararea betonului sunt folosite zgura granulat de furnal nalt, fin mcinat, unele cenui volante (n principal cele obinute prin arderea huilei), silicea ultrafin SUF, pudra de cauciuc.Adaosurile utilizate la prepararea betoanelor nu trebuie s conin substane ce afecteaz proprietile betoanelor sau care provoac coroziunea armturilor.

3.1.3.1. Produse i subproduse industriale, utilizate pn n prezent ca adaosuri n compoziia betonului obinuit i a betoanelor de nalt performan

Cenuile volante , captate uscat n electrofiltrele centralelor termoelectrice i livrate n vagoane-cistern , similar cimentului,cu urmtoarele caracteristici.

culoarea variaz de la gri nchis la gri deschis;granulozitatea variaz frecvent ntre 1 i 200300 m (se ntlnesc uneori i particule mai mari de 300 m);suprafaa specific variaz n limite relativ extinse, ntre 1600 i 40008000 cm2/g;densitatea aparent variaz aproximativ ntre 0,6 i 1,0 kg/dm3;examinat la microscopul optic, cenua volant se prezint sub form de sfere vitroase cu striuri sau cochilii mai mult sau mai puin deschise;

Silicea ultrafin SUF numit i silice amorf, silice condensat, praf de silice, microsilice etc., este un subprodus din industria ferosiliciului, sub form de microsfere amorfe, cu compoziie oxidic i proprieti fizico-chimice diferite de la o surs de producie la alta i chiar n interiorul aceleiai uniti de producie, ntruct acestsubprodus este colectat n electrofiltre aa cum rezult, fr s fac obiectul vreunui control al fabricaiei.SUF reprezint pulbere foarte fin, a crei culoare variaz n funcie de coninutul de crbune de la alb, cu nuan uoar de gri, la gri spre negru (0,1%3,4% crbune), format din particule cu form de sfere cvasiperfecte. Structura particulelor de SUF este amorf, iar granulozitatea SUF variaz aproximativ ntre 0,01 i 0,50 m. Suprafaa specific a SUF variaz, n general, ntre 15.000 i 25.000 cm2/g, iar densitatea este aproximativ 2,20 g/cm3.n combinaie cu diveri aditivi, SUF confer diferite proprieti pozitive betonului ntrit, n special n privina rezistenei la compresiune. Din acest motiv, SUF este utilizat curent la betoanele de clase superioare i n mod deosebit in industria betoanelor prefabricate.Utilizarea prafului de microsilice (SUF) la prepararea betoanelor deriv nu numai din considerente economice, de conservare a energiei i beneficii economice, dar i datorit faptului c microsilicea modific proprietile betonului, obinndu-se betoane dense i durabile, datorit efectului de filer, eliminnd porii de dimensiuni cuprinse ntre 0,5 i 500m.

Nisipul cuaros utilizatpentru betoane polimerice este un adaos cu un coninut de dioxid de siliciu de min. 96%.Nisipul cuarosse foloseste n amestec cu rini epoxidice sau prin elicopterizare pentru a conferi rezisten pardoselii.Nisipul cuarosse livreaz n sorturile 0,1-0,3 mm; 0,3-0,7 mm; 0,7-1,2 mm.

Praf (pudret) de cauciuc obinut din etapele procesului de reciclare a anvelopelor uzate cu diferite granulaii de cauciuc. Din reciclarea anvelopelor scoase din uz, vor rezulta trei categorii de produse:pudret de cauciuc de la 0 la 4 mm,oeli fibre sintetice.

Cteva dintre caracteristicile fizice i mecanice ale betoanelor cu polimeri fr ciment, n stare ntrit, comparativ cu betonul obinuit C 20/25 ,sunt date n tabelul 3.1.

Tabelul 3.1. Betoane cu polimeri : caracteristici fizico-mecanice ale materialului ntrit

ALTE PULBERI MINERALE FINE SAU ULTRAFINE UTILIZATE LA COMPOZIIILE DE BETOANE POLIMERICE

Zgura granulat de furnal nalt (mcinat )Zgurile de furnal (granulate) mcinate umedZgurile de oel deferizateBentonita fin mcinatNisipul silicios fin mcinatPulberile metaliceCalcarele fin mcinate (filere de calcar)Coloranii (pigmeni)

3.1.4. FIBRE UTILIZATE LA FABRICAREA UNOR BETOANE POLIMERICE

organice: nitroceluloza sau vscoz, acetat de celuloz, nailon, poliesteri sau acrilice, polipropilen modificat, polietilen etc.;minerale: subproduse industriale (din zgur de furnal), roci naturale (bazalt, loess), ceramic, carbon (grafit), oel, sticl etc.

Cele mai utilizate tipuri de fibre sunt:Fibrele de borFibrele de carbon Fibrele de sticlFibrele din siliceFibre aramidiceFibre metaliceFibre de polipropilenFibre de celuloz

Fibre metaliceFibre de sticlFibre poliesterice

3.1.5. Domeniile de utilizare ale betoanelor cu polimeri fr cimentprotecii de suprafa ale elementelor de construcii din beton, metal i zidrie mpotriva aciunii corosive a diverilor ageni, ct i pentru mrirea impermeabilitii acestor elemente.

acoperirea tablierelor din beton sau metal ale podurilor, asigurnd o flexibilitate ridicat la variaii de temperatur.

material de protecie impermeabil i rezistent la uzur prin abraziune mecanic sau ageni corosivi pentru silozuri, buncre, rezervoare.pardoseli antiacide n laboratoare i secii ale ntreprinderilor industriale cu medii corosive.

straturi de protecie i de uzur la drumuri peste mbrcminile de beton.

monolitizarea prefabricatelor, nchiderea rosturilor i repararea unor elemente fisurate i deteriorate din beton armat i precomprimat. Bune rezultate, n astfel de lucrri, s-au obinut cu betoane cu polimeri epoxidici.

executarea de lucrri hidrotehnice utiliznd betoane cu polimeri furanici,exemple: repararea deversoarelor la baraje din sistemul de irigaii, tuburi de drenaj din beton macroporos cu monomer FA (3%), elemente de susinere sub forme de montani i traverse, n domeniul lucrrilor miniere, traverse de cale ferat, grilaje peste canale colectoare din ntreprinderi chimice, fundaii prefabricate, dale,stlpi.

3.1.6. Avantajele betonului polimeric :

Nu se las n timp i nu se scufund. Se tie foarte bine c un pavaj din beton simplu este inestetic, i la primul ger sau la prima canicul se crap. Se tie la fel de bine c o curte pavat cu bitum poate s se lase sau s formeze valuri din cauza caniculei mai ales dac pe el ruleaz sau staioneaz o main, cum este n cazul aleilor de acces n garaj din curte. Betonul polimeric fr ciment, cu adaosuri de pulberi fine, amprentat sau nu, nu se las i nu face valuri.Se cura foarte uor. Exist posibilitatea ca la un moment dat s fie nevoie s se spele pavajul (de exemplu curg cteva picaturi de ulei de la main). Se cura foarte uor cu ap i detergent. Murdria nu intr n profunzime . Poate avea o mulime de texturi i culori. Exist diferite modele de tampile de beton, iar gama de culori acoper toate cerinele.

4. Program de cercetare experimental a betoanelor polimerice cu adaosuri de pulberi fine i ultrafine

Cercetrile experimentale constau n analiza unor tipuri de betoane cu polimeri, fr ciment, cu adaosuri de pulbere fin, prin ncercri a unor probe de beton turnate n laborator.Studiile efectuate asupra acestor compoziii se axeaz asupra determinrii principalelor proprieti mecanice specifice ale unor betoane polimerice cu adaosuri de pulberi fine i ultrafine.

Betonul polimeric analizat n experimentri este realizat din urmtoarele elemente de compoziie: rin epoxidic de tip ROPOXID P 401, ntritor ROMAMID 700, agregat de ru, sorturile 04 i 48 mm i filler (praf de marmur).Au fost analizate mai multe tipuri de reete, dozajul componenilor fiind obinut prin metoda planurilor de experiene. Pentru toate compoziiile au fost determinate rezistenele mecanice ( la compresiune, la ntindere din ncovoiere, la ntindere prin despicare).n cadrul experimentrilor au fost determinate i alte caracteristici fizico- mecanice ale betonului polimeric: densitatea, modulul de elasticitate.Turnarea probelor i ncercrile pe betonul ntrit au fost executate n laboratoarele Facultii de Construcii i Instalaii, Catedra de Beton, Materiale, Tehnologie i Organizare din cadrul Universitii Gh.Asachi din Iai.

4.1.Stabilirea compoziiilor pentru betoanele studiate

Compoziia betonului a fost astfel alctuit nct, n condiiile unui dozaj minim de rin epoxidic i ntritor i ale unor caracteristici n stare proaspt ale betonului, impuse de tehnologia de execuie, s se asigure realizarea cerinelor de rezisten i durabilitate. Stabilirea compoziiei betoanelor se face parcurgndu-se urmtoarele etape:a. stabilirea parametrilor compoziieib. calculul componenilorc. efectuarea de ncercri de laboratord. determinarea caracteristicilor mecanice (rezistene) pentru fiecare tip de compoziiee. finalizarea compoziiei prin recalcularea cantitilor de componeni ca urmare a rezultatelor ncercrilor .

4.2. Materiale utilizate la constituirea compoziiilor

Pentru prepararea betoanelor polimerice au fost folosite urmtoarele materii prime:

- Rin epoxidic, produs de Policolor S.A Bucureti, tip ROPOXID P 401 care n combinaie cu ntritorul ROMAMID 700 sau ORGAMID 700, ce formeaz mpreun prin polimerizare liantul compoziiei. Ropoxid P 401 este o rina epoxidic lichid modificat cu plastifiani ineri. Se utilizeaz n industria de lacuri i vopsele, adezivilor pentru realizarea de produse nalt performante; industria construciilor civile i industriale ca agent de consolidare, adezivi pentru lemn sau metal, betoane i mortare sintetice, pardoseli sintetice rezistente la atacuri chimice, uor de ntreinut, pardoseli i materiale de prevenire a alunecrii.Avantajele principale ale rinilor epoxidice sunt: uor de produs, au proprieti mecanice foarte bune, prezint o bun adeziune fa de o larg varietate de fibre, n timpul ntririi contraciile sunt foarte mici i au o rezisten bun la ageni chimici i solveni.

- ntritorul , Romamid 700 sau Orgamid 700-100 , produs de Policolor, este o rin poliamidonic folosit ca agent de ntrire pentru rinile epoxidice. Compatibil cu rini epoxidice tip Ropoxid 501, Ropoxid R 510, Ropoxid P 401 dar i cu rini poliamidonice. Reticularea are loc la temperatura de 15 - 30C. Accelerarea reticulrii se poate face prin tratament termic la 60 - 100C.

- Agregate naturale, n dou sorturi: 0-4 mm (Sort I) i 4-8 mm (Sort II), cu granulozitate continu, obinute din piatr de ru concasat, de la balastiera Tupilai.

Agregatele satisfac cerinele prevzute in reglementrile tehnice specifice (SR EN 13242: 2003 si SR EN 12620:2003).

Fig.4.1. Agregat 0-4 mm (nisip) Fig.4.2. Agregat 4-8 mm

Caracteristici geometriceDin punct de vedere al formei geometrice granulele de pietri ori piatr spart trebuie s nde -plineasc condiiile cerute de normative . Agregatele care nu vor ndeplini aceste condiii vor putea fi folosite numai dup o ncercare prealabil pe betoane.GranulozitateSorturile de agregate trebuie s fie caracterizate printr-o granulozitate continu astfel nct s nu lipseasc granule de dimensiuni ce definesc sortul respectiv.Dimensiunea maxim a granulelelor ce rmn pe ciurul superior nu trebuie s depseasc 1,5d.

Praf (pudr) de cauciuc cu granulometria cuprins ntre 0,4 i 0,8 mm.

Fig.4.6. Praf de cauciuc

Dozajul de filer ( microsilice, cenu de termocentral, tuf vulcanic sau praf de cauciuc), variaz de la 7% pn la 13% din greutatea compoziiei, din condiia de lucrabilitate a amestecului.Dozajul de rin epoxidic variaz ntr-un interval limitat ( 13% - 18%), impus de vscozitatea amestecului i costului compozitului. Din fiecare compoziie se vor turna cte trei rnduri de probe n prisme de 210x70x70 mm i cuburi cu latura de 70x70x70 mm, pentru fiecare ncercare, de compresiune, la ntindere din ncovoiere i la ntindere din despicare, se va face media a trei probe cu aceai compoziie.Probele vor fi preparate, pstrate i ncercate conform standardelor n vigoare (SR EN 12390/2001). Tiparele vor fi unse nainte de turnare cu cear pentru a putea fi decofrate i etichetate.

4.3. Proiectarea compoziiilor experimentale pentru betoane polimerice cu adaosuri fineProiectarea compoziiilor experimentale ale betoanelor polimerice cu adaosuri fine i ultrafine comport parcurgerea urmtoarelor etape:selecia agregatelor fine (nisip) i a agregatelor mari, stabilirea procentelor pentru fiecare i alctuirea unor amestecuri cu granulozitate continu sau discontinu.stabilirea procentului de rin epoxidic (polimer) i de ntritor minim necesar obinerii liantului funcie de lucrabilitatea preconizat ( o tasare ntre 1- 2,5mm).selecia tipului i procentului de adaos fin.Toate compoziiile vor fi preparate prin amestecarea cantitilor de liant ( rin epoxidic combinat cu ntritor), mai nti cu agregatele, apoi cu filerul adugat treptat.Cantitile necesare de beton proaspt pentru fiecare turnare, n cazul fiecrui tip de beton polimeric cu adaosuri fine, trebuie s asigure umplerea tiparelor utilizate.

Fig.4.7. Prism 210x70x70mm Fig.4.8. Cub 70x70x70mm

Epruvetele de ncercat se confecioneaz n tipare de form, dimensiuni i tolerane specificate. Dup reomogenizarea eantionului de beton proaspt se trece la umplerea tiparelor pregtite, la compactarea betonului, nivelarea suprafeei i marcarea lor vizibil.Pregtirea i conservarea epruvetelor pentru ncercri de rezisten s-a fcut conform normativului: SR EN 12390 partea 2.Numrul straturilor de beton aplicate la umplerea tiparelor, ct i metoda de compactare se alege n funcie de consistena betonului.

Fig. 4.9. Mas vibrant utilizat la compactare

4.4. Compoziii experimentale

Urmtoarele compoziii de betoane polimerice cu adaosuri au fost proiectate, cantitatea de material total pentru fiecare compoziie este de 4000 de grame.Din aceast cantitate fac parte rina epoxidic, filerul i agregatele, sort I i sort II.ntritorul ce se combin cu rina se calculeaz separat utiliznd un procent de 0,35% din cantitatea de rin epoxidic.

1. Beton polimeric cu tuf vulcanic, BPTV pentru care sau folosit materialele (n procente) din tabelul 4.1.

Tabel 4.1. Compoziie beton polimeric cu tuf vulcanic

2. Beton polimeric cu cenu de termocentral , BPF (F de la fly ash), pentru care sau folosit materialele (n procente) din tabelul 4.2.

Tabel 4.2. Compoziie beton polimeric cu cenu zburtoare

3. Beton polimeric cu silice, BPS pentru care sau folosit materialele (n procente) din tabelul 4.3.

Tabel 4.3. Compoziie beton polimeric cu microsilice

4. Beton polimeric cu praf de cauciuc , BPC pentru care sau folosit materialele (n procente) din tabelul 4.4.

Tabel 4.4. Compoziie beton polimeric cu praf (pudr) de cauciuc

Exemplu de producere a compoziiei de beton polimeric cu pudr de cauciuc BPC: Se amestec cantitile de agregate:

SORT I (0-4 mm)

SORT II (4-8 mm)Separat se amestec rina epoxidic cu ntritorulSe cntrete adaosul de praf de cauciucSe amestec rina cu agregatele apoi se adaug praful de cauciuc.

Se umplu tiparele, se compacteaz, se cntresc tiparele pline i se marcheazProbele de beton polimeric decofrate, dup obinerea rezistenelor necesare

Determinarea densitii aparente a betonului proaspt Determinarea densitii aparente const n determinarea masei unei probe de beton proaspt i raportarea acesteia la volumul probei respective n stare compactat. Pentru determinare se utilizeaz un recipient metalic etan de form cilindric sau paralelipipedic (inclusiv tiparele pentru turnarea epruvetelor pe care se ncearc rezistenele mecanice) avnd cea mai mic dintre dimensiuni egal cu de cel puin patru ori dimensiunea maxim a granulelor de agregat din beton.

4.5. Determinri pe betonul ntrit

Dup prepararea, turnarea i pstrarea acestor compoziii timp de 14 zile, la temperatura de 20 grade Celsius pn la obinerea rezistenelor necesare, se va trece la determinarea caracteristicilor mecanice.Rezistenele betonului sunt mrimi convenionale, stabilite prin ncercri de scurt durat. Rezistena la compresiune reprezint principalul criteriu de calitate al betonului.Determinrile cele mai frecvent utilizate sunt prezentate n tabelul 4.5.

Tabelul 4.5. ncercri uzuale pentru beton

Pentru fiecare tip de determinare a rezistenelor ( la compresiune, ntindere din ncovoiere i la ntindere din despicare), se vor turna trei rnduri de probe cu acelai tip de compoziie, se va face o medie a rezistenelor obinute la fiecare ncercare i se vor compara la sfrit pentru a stabili care compoziie a obinut caracteristicile cele mai bune.

Determinarea rezistenei la compresiune

Pentru betoanele polimerice fr ciment, cu adaosuri, se face pe cuburi cu latura de 70 mm, pstrate n regimul de umiditate i temperatur prescris i ncercate la 14 de zile de la confecionare. ncercarea cuburilor se face la compresiune monoaxial, cu presa hidraulic de 300kN, pentru beton, care realizeaz o ncrcare uniform distribuit pe suprafaa epruvetei (SR EN 12390,ncercare pe beton ntrit partea 4). Cuburile se ncarc perpendicular pe direcia de turnare a betonului.

Eforturile unitare de compresiune trebuie s creasc constant, cu aproximativ 0,5 N/mm2/sec, astfel nct ncercarea s nu dureze mai puin de 30 secunde. Se consider c un rezultat, folosit pentru aprecierea rezistenei, este media a trei ncercri.Valoarea rezistenei se determin cu relaia:

unde P este fora maxim, A este aria suprafaei perpendicular pe direcia de ncrcare.

Determinarea rezistenei la ntindere din ncovoiere

Se face pe prisme simplu rezemate supuse la ncovoiere prin aplicarea unei fore concentrate la mijlocul deschiderii.

Ruperea se produce n seciunea de moment ncovoietor maxim, printr-o fisur care apare n zona ntins, sub fora concentrat, despicnd n dou epruveta.Rezistena la ntindere din ncovoiere scade odat cu creterea nlimii seciunii transversale i se determin conform normelor , admind plasticizarea integral cu formula:

Distana L ntre suporii pe care st prisma este de 120 mm.

Determinarea rezistenei la ntindere prin despicare

Se face pe cilindri, cuburi,prisme. Pe baza cercetrilor efectuate n diferite laboratoare s-a putut constata c rezistena la ntindere prin despicare Rtd este mai mare dect rezistena la ntindere centric Rti, forma i dimensiunile epruvetelor neinfluennd rezistena Rtd. (SR EN 12390,ncercare pe beton ntrit partea 6).

Rezistena la ntindere prin despicare pe cuburi se calculeaz cu relaia:

, unde a este mrimea laturii cubului, iar P, fora aplicat.

Incercrile epruvetelor se fac perpendicular pe direcia de turnare a acestora.

4.6. Rezultatele ncercrilor experimentale

1. Beton polimeric cu adaos de tuf vulcanic tabel cu rezistene mecanice obinute:

Probe de beton polimeric cu adaos de tuf vulcanic dup decofrare

Probe de beton polimeric cu adaos de tuf vulcanic la ncercarea de compresiune 2. Beton polimeric cu adaos de cenu de termocentral rezistene obinute :

3. Beton polimeric cu adaos de microsilice rezistene obinute :

Tip beton polimeric fc N/mm2 fti N/mm2 ftd N/mm2BPS 159,5916,797,67BPS 263,1014,396,86BPS 365,3214,817,02

4. Beton polimeric cu adaos de praf de cauciuc rezistene mecanice obinute :

4.7. Concluzii

Valorile maxime ale rezistenei la compresiune se obin pentru betonul polimeric cu adaos de tuf vulcanic, 87,96 N/mm2 , n care procentul de rin este de 9%, procent minim, cel de tuf vulcanic de 13 %, iar sorturile de agregate cte 39 % fiecare.

Fig. 5.1. Rezistenele la compresiune pentru betonul polimeric cu tuf vulcanic

Diferitele rezistene maxime obinute la ncercrile la compresiune ale betoanelor polimerice cu adaosuri ce fac obiectul acestei lucrri se gsesc n fig.4.2. :

Fig. 5.2. Variaia rezistenei la compresiune pentru betoanele polimerice cu adaosuri fine

Determinarea rezistenei la ntindere din ncovoiere s-a fcut conform normativului SR EN 12390-5:2002 , pe prisme simplu rezemate cu laturile de 70x70x210 mm, supuse la ncovoiere prin aplicarea unei fore concentrate la mijlocul deschiderii. Rezultatele experimentale pentru cele patru tipuri de betoane polimerice supuse ncercrilor se regsesc n fig.4.3.

Fig. 5.3. Variaia rezistenei la ntindere din ncovoiere pentru betoanele polimerice cu adaosuri fine

Maximul valorilor de rezisten la ntindere din ncovoiere a fost obinut pentru compoziia betonului polimeric cu adaos de microsilice, 16,79 N/mm2 pentru un procent de rin de 12,4 % i unul de silice de 6,4 %.

Testele pentru determinarea rezistenei la ntindere din despicare s-au desfurat conform normativului SR EN 12390-4:2002, pe cuburi cu latura de 70 mm.Rezultatele experimentale pentru betoanele polimerice supuse ncercrilor la despicare se regsesc n fig.4.4.

Fig. 5.4. Variaia rezistenei la ntindere din despicare pentru betoanele polimerice cu adaosuri fine

Valoarea maxim de rezisten la ntindere din despicare a fost obinut pentru compoziia betonului polimeric cu adaos de tuf vulcanic, 8,86 N/mm2 pentru un procent de rin de 9 % i unul de microsilice de 13 %.

Consistena acestor betoane a fost de la plastic spre vrtos.

Din analiza acestor compoziii experimentale, n urma ncercrilor de rezisten, rezult c betonul polimeric cu adaos de tuf vulcanic are cea mai mare valoare a rezistenei la compresiune, fc= 87 N/mm2, echivalent cu un beton de ciment de nalt performan clasa de C 70/85.

O comparaie ntre betonul polimeric fr ciment, cu adaos de tuf vulcanic obinut i ncercat n acest program experimental i cel obinuit utilizat curent n construcii, C16/20, certificat CE conform standardului SR EN 197-1/2002; beton de ciment portland folosit pe scar larg la elementele de rezisten din beton armat/precomprimat pentru construcii civile ,industriale, social-culturale, edilitare, elemente puternic solicitate (grinzi, planee, centuri ); se gsete n tabelul 4.6.

Tabelul 4.6. Comparaie ntre betonul polimeric cu adaos i cel de ciment tradiional

Caracteristici fizico-mecaniceBeton polimeric cu adaos de tuf vulcanic Beton tradiional C16/20, la 28 zileRezistena la compresiune 87,96 N/mm232,5 52,5 N/mm2Rezistena la ntindere din ncovoiere 15,80 N/mm2 5,84 9,43 N/mm2 Rezistena la ntindere din despicare 8,86 N/mm23,27 5,28 N/mm2Absorbia de ap prin capilaritate 0 % 7,3 %Rezistena la produse chimiceFr efecte vizibileDaune apreciabileRezistena la nghe-dezgheNeschimbatDeteriorare,nsoit de pierdere de masRezistena la uzur prin abraziune 0,53 mm. 5,03 mm.Rezistena la coliziune (nalimea de cdere ) 95 cm. 55 cm.

BIBLIOGRAFIEM. Brbu Betoane performante-Editura Societii Academice Matei-Teiu Botez, Iai, 2008, ISBN 978-973-8955-50-9,Buchman I. Betoane de ultra inalte performante, Editura Orizonturi Universitare, Timioara,1999A.M. Neville- Proprietile betonului, Editura Tehnic 2003Ionescu, Tr. Ispas, A. Popescu-Betoane de nalt performan Editura Tehnic Bucureti 1999C. Mgureanu- Betoane de nalt rezisten i performan Editura U.T. Press Cluj-Napoca 2010C. Avram, C. Bob- Noi tipuri de betoane speciale Editura Tehnic Bucureti 1980M. Gheorghe Valorificarea deeurilor i subproduselor industriale n construcii, Editura MATRIX ROM, Bucureti 1999D.S. Nour, M. Brbu, M. Rujanu, R. Giuc Silicea ultrafin pentru consolidri, Editura Societii Academice Matei-Teiu Botez Iai 2003M. Brbu Influena agregatului asupra rezistenei betonului, Editura Societii Academice Matei-Teiu Botez Iai 2006M. Brbu, D.S. Nour-Components compatibility to high strength concrete with silica fume- International Conference VSU 2006 Sofia, Tom I, p.II-46-52-ISBN 13-978-954-331-009-8Tr. One, H. Szilagyi-Betonul de nalt rezisten. Cercetri relevante pe plan mondial, Simpozionul Internaional Betoane de nalt i foarte nalt rezisten Bucureti mai 2007, pg. 22-33Brbu M., Nour D., Pamfil E. - Cercetri experimentale privind betonul de nalt performan de durabilitate- Simpozionul Prioriti actuale i de perspectiv n concepia, proiectarea i consolidarea construciilor, Iai 10-11 oct. 1996, vol. II, pg.21-27.

*** SR EN 13263-98 - Silicea ultrafin pentru beton*** SR EN 206-1-02 - Beton, partea I. Specificaii, performane, producie i conformitate*** SR EN 450-2:2006 - Fly ash for concrete. Part 2: Conformity evaluation.*** NE 012/99 Cod de practic pentru executarea lucrrilor din beton ,beton armat, beton precomprimat .*** SR EN 12350- 1: 2003 Incercare pe beton proaspt. *** SR EN 12390 1 : 2005 Incercare pe beton ntrit. *** SR EN 12620+A1:2008 - Agregate pentru beton*** SR EN 1992-1-1:2004 - Eurocod 2: Proiectarea structurilor de beton. Partea 1-1: Reguli generale i reguli pentru cldiri.*** SR EN 1992-1-1:2004/ NB:2008- Eurocod 2: Proiectarea structurilor de beton. Partea 1-1: Reguli generale i reguli pentru cldiri. Anexa naional*** SR EN 1992-1-1:2004/ NB:2008/A91:2009 - Eurocod 2: Proiectarea structurilor de beton. Partea 1-1: Reguli generale i reguli pentru cldiri. Anexa naional*** ST 009-05 - Specificaie tehnic. Cerine privind produsele din oel utilizate ca armturi.*** SR EN 1543:2002 Produse i sisteme pentru protecia i repararea structurilor de beton. Metode de ncercri. Determinarea dezvoltrii rezistenei la ntindere a polimerilor*** SR EN 13055-1 : Agregate uoare.*** SR EN 12878 : Pigmeni.