BETONUL

Betonul este un material compozit cu aspect de piatră artificială, rezultat prin întărirea unui amestec bine omogenizat, alcătuit în principal din liant, apă şi agregat.

Betonul este unul dintre cele mai importante materiale de construcţie din majoritatea ramurilor ce ţin de construcţiile moderne, datorită următoarelor motive:

posibilitatea de control a proprietăţilor betonului în limite largi, prin utilizarea unor compoziţii corespunzătoare şi a unor tehnici de procesare de natură fizică, mecanică sau chimică;

posibilitatea de obţinere şi punere în operă complet mecanizată; eficienţa economică a betonului, datorată folosirii a 80 - 90% din

volumul total, a unor agregate procurate pe plan local.Betoane de înaltă calitate pot fi produse numai după cunoaşterea

temeinică a procedeelor de obţinere, o alegere optimă a calităţii constituienţilor şi raportului optim dintre ei, precum şi a procedeelor de punere în operă.

Clasificarea betoanelor

În funcţie de densitatea aparentă în stare uscată, betoanele se clasifică în:

betoane uşoare, cu densitatea dupa uscare in etuva

ρap≤2000kg /m3;

betoane cu densitate normală, 2000kg /m3<ρap≤2600kg /m3;

betoane grele, ρap ¿2600kg /m3¿ .

În funcţie de natura liantului, betoanele pot fi: betoane cu lianţi hidraulici; betoane cu lianţi nehidraulici, cu ciment de anhidrit, de exemplu; betoane cu lianţi organici: lianţi bituminoşi, unii polimeri organici.

Funcţie de rezistenţa la compresiune a betonului, acesta se clasifică în clase de rezistenţă.

Clasa de rezistenţă este definită ca fiind rezistenţa la compresiune, exprimată în N/mm2, determinată pe cilindri cu diametrul de 150mm şi înălţimea de 300mm/cuburi cu latura de 150mm, la vârsta de 28 de zile, sub a cărei valoare se pot situa statistic 5% din rezultate.

Corespondenţa dintre marca betonului – rezistenţa la compresiune a betonului, exprimată în daN/cm2, deteminată la 28 de zile sub a cărei valoare se pot întâlni 15% din rezultate, caracteristică de rezistenţă încetăţenită printre constructori, datorită utilizării sale timp îndelungat, clasa de beton, definită ulterior de Normativul C140-86, actualmente ieşit din uz (rezistenţa la compresiune, exprimată în N/mm2,determinată pe cuburi cu latura de 141mm, la vârsta de 28 de zile, sub a cărei valoare se pot situa statistic 5% din rezultate) şi clasa de rezistenţă, definită conform normativului în vigoare este prezentată în tabelul 1.

1

Tabelul 1. Echivalenţă clasă-marcăMarca betonului Clasa conform C140-86 Clasa conform NE 012

B50 Bc3.5 -B75 Bc5 -

B100 Bc7.5 -B150 Bc10 C8/10B200 Bc15 C12/15B250 Bc20 C16/20B300 Bc22.5 -B330 Bc25 C20/25B400 Bc30 C25/30B450 Bc35 C28/35

- - C30/37B500 Bc40 C32/40

- - C35/45B600 Bc50 C40/50

- - C45/55B700 Bc60 C50/60

După rezistenţa la îngheţ-dezgheţ, care reprezintă numărul de cicluri de îngheţ-dezgheţ (un ciclu= 4 ore păstrare în apă la 20±5oC, urmată de 4 ore în aer la -17±2oC) pentru care rezistenţa la compresiune a epruvetelor nu scade cu mai mult de 25% faţă de cea corespunzătoare probelor martor păstrate în apă, betoanele se clasifică în clasele G50, G100, G150.

Rezistenţa la penetrarea apei, se exprimă prin gradul de impermeabilitate. Funcţie de gradul de impermeabilitate, betoanele se clasifică după cum urmează (tab.VI.4.)

Tabelul 2. Clasificarea betoanelor după gradul de impermeabilitate

Adâncimea limită de pătrundere a apei (cm) Presiunea apei (bari)10 20

Gradul de impermeabilitateP4

10 P420 4

P810 P8

20 8P12

10 P1220 12

Funcţie de domeniul de aplicare, betoanele se clasifică în: betoane pentru construcţii civile, industriale; betoane pentru construcţii hidrotehnice; betoane rutiere; betoane speciale: antiacide, refractare, etc.

Funcţie de consistenţa betonului proaspăt, betoanele pot fi vârtoase, plastice, fluide sau autocompactante, o clasificare a betoanelor în clase de consistenţă fiind prezentată în secţiunea dedicată proprietăţilor betonului.

2

Componenţii betoanelor şi influenţa lor asupra proprietăţilor

Cimentul

Cimentul formează matricea liantă a ansamblului compozit, iar cantitatea (exprimată ca dozaj – kg/m3) precum şi calitatea sa (compoziţie mineralogică, fineţe de măcinare, clasă, adaosuri) sunt esenţiale pentru obţinerea betonului cu performanţele dorite, ştiind că proprietăţile betonului proaspăt şi mai ales întărit depind într-o mare măsură de matricea liantă.

În condiţiile realizării unui beton de calitate pus în operă şi tratat corespunzător, calităţile cimentului se transmit betonului, în sensul că, funcţie de condiţiile de exploatare (agresivitatea chimică a mediului, temperatură, etc) trebuie alese acele tipuri de cimenturi care corespund acestora.

Se poate remarca faptul că nu se pot obţine clase superioare de beton, in conditii economice, decât utilizând cimenturi de clasă superioară, iar pentru betoanele expuse agresivităţii mediului se utilizează cimenturi rezistente la agresivitate chimică. De asemenea, este evident că pentru realizarea betoanelor speciale sunt necesare cimenturi speciale (antiacide, refractare, rezistente la radiaţii ionizante).

În ceea ce priveşte influenţa cantitativă a cimentului asupra proprietăţilor în stare proaspătă şi întărită a betonului, aceasta se studiază prin modificarea dozajului de ciment la acelaşi tip de beton (acelaşi agregat şi raport a/c) (fig.1.).

Tabelul 3 Alegerea clasei de rezistenţă a cimentului funcţie de clasa betonului şi valorile raportului a/c

Clasa betonului Clasa cimentului32,5 42,5 52,5

C 8/10 0,75C 12/15 0,65C 16/20 0,55 0,65C 18/ 22,5* 0,53 0,62C 20/25 0,50 0,60C 25/30 0,45 0,55 0,60C 28/35* 0,40 0,50 0,55C 30/37 0,47 0,53C 32/40* 0,45 0,50C 35/45 0,40 0,47C 40/50 0,45C 45/55 0,42C 50/60 0,40

Se constată că pe măsură ce dozajul creşte până la 350 – 450kg/m3, cresc şi densităţile aparente în stare proaspătă şi întărită; pentru dozaje mai mari de ciment densitatea scade, datorită înlocuirii agregatului (

ρag=2.6−2 .7 g/cm3) cu pastă de ciment (ρp≈2g /cm3

).

Figura 1. Variaţia densităţii aparente a betonului cu dozajul de ciment

3

Dens

Dozaj ciment

Rezistenţele mecanice Rc şi Rt cresc (fig. 2.) rapid cu dozajul de ciment până la 400 – 450kg/m3; creşterea rezistenţei la compresiune, pentru dozaje superioară este modestă, iar rezistenţa la tracţiune scade chiar, ca urmare a creşterii contracţiilor şi microfisurării la interfaţa agregat – matrice liantă.

Pentru asigurarea cerinţelor de durabilitate a betonului trebuie îndeplinite şi condiţiile referitoare la dozajul minim de ciment.

Pentru clasa de expunere sunt indicate, pe lângă dozajele minime de ciment şi tipul acestuia precum şi eventuala necesitate a unor măsuri suplimentare de protecţie.

Figura 2. Variaţia rezistenţei la compresiune şi la tracţiune cu dozajul de ciment

Rc, Rt

Apa

Apa constituie un component important al betonului influenţând atât prin calitatea cât şi prin cantitatea sa (exprimată în l/m3) structura matricei liante.

Apa participă la reacţiile de hidratare - hidroliză ale cimentului şi asigură lucrabilitatea necesară punerii în lucrare a betonului în condiţiile păstrării omogenităţii şi coeziunii componentelor.

4

Calitatea apei influenţează mai ales durabilitatea betonului, prin conţinutul de impurităţi. Nu pot fi utilizate ape puternic contaminate cu impurităţi (pH<5 sau pH>10, un conţinut de sulfaţi mai mare de 2000mg/l, exprimat ca ioni

SO42−

, sau un conţinut de săruri mai mare de 2000mg/l). Posibilitatea utilizării unei ape în betoane se verifică prin analiză

chimică. Raportul între dozajul de ciment şi cel de apă se numeşte raport

apă/liant: A/C şi este determinant pentru proprietăţile betonului. Valorile acestui raport pentru realizarea unui beton de clasă prescrisă

sunt foarte apropiate de cele din tabelul VI.6. Trebuie utilizată cantitatea minimă de apă care să permită obţinerea

consistenţei necesare punerii în operă. Creşterea raportului A/C determină reducerea rezistenţei betonului ca

urmare a creşterii porozităţii rezultate în urma evaporării excesului de apă, iar scăderea raportului A/C sub limita necesară asigurării unei bune lucrabilităţi conduce la scăderi mari de rezistenţă datorită neomogenităţii şi slabei coeziuni a betonului.

În scopul obţinerii unui beton proaspăt, cu o consistenţă corespunzătoare, raportul A/C utilizat variază între 0.4 şi 0.7, în timp ce cantitatea de apă necesară hidratării complete a cimentului este situată în jurul a 0.20 din masa cimentului.

Excesul de apă produce o dispersare prea mare a particulelor de gel rezultate prin hidratarea cimentului şi reduce considerabil rezistenţa betonului.

În plus, excesul de apă măreşte tendinţa de segregare, contracţia la uscare, timpul în care se pot executa finisajele şi reduce durabilitatea betonului.

Folosirea aditivilor fluidifianţi şi superfluidifianţi, care permit o reducere a raportului a/c, păstrându-se constantă lucrabilitatea, constituie o metodă de creştere a performanţelor betonului întărit.

Valorile orientative ale cantităţii de apă adăugate pentru obţinerea unui metru cub de beton, depind de dozajul de ciment, prin intermediul clasei betonului şi de clasa lui de consistenţă, fiind prezentate în tabelul 4.

Tabelul 4. Cantitatea orientativă de apă pentru prepararea betoanelor

Clasa betonului Cantitatea de apă A’(l/m3) pentru clasa de consistenţăS1 S2 S3

< C 8/10 160 170 - C 8/10…C 20/25 170 185 220¿ C 25 / 30 185 200 230

Aceste valori sunt valabile pentru agregate de balastieră 0-31mm. Cantităţile de apă se vor corecta prin reducere sau sporire, după cum urmează: -10 % pentru agregat 0 – 71; -5% pentru agregat 0 – 40; -10…20 % când se folosesc aditivi; +10% pentru piatră spartă; +5 % pentru agregat 0 - 20 mm; +20% pentru agregat 0 - 7 mm; +10% pentru agregat 0 - 16 mm.

5

Agregatele

Agregatul influenţează puternic calitatea betonului, fiind componentul majoritar al acestuia. Agregatul este materialul de umplutură, sau componentul de masă şi are rolul de schelet rigid al materialului compozit, reducând deformaţiile matricei liante şi producând discontinuităţi în sistemul de microfisuri.

Influenţa calităţii agregatului asupra proprietăţilor betonului proaspăt şi întărit este determinată de: natura petrografică a acestuia – agregatul trebuind să fie “sănătos”, adică nealterat şi nealterabil în contact cu componenţii pietrei de ciment şi factorii de mediu, să aibă o “formă cât mai plină” pentru a se putea obţine betoane lucrabile şi cu o structură cât mai compactă (granulele plate şi cele aciculare, conduc la obţinerea de betoane cu lucrabilitate scăzută, cu structură orientată, anizotropie şi porozitate mare).

De asemenea suprafaţa granulelor agregatului trebuie să asigure o ancorare fizico-mecanică cât mai bună a matricii liante pentru realizarea unui material compozit coerent şi rezistent; astfel, agregatele de balastieră, datorită suprafeţei mai puţin rugoase decât a celor provenite din concasare, dau betoane cu rezistenţe mai mici, la rupere acestea dislocându-se din matricea liantă la interfaţa agregat-piatră de ciment.

Agregatul trebuie să aibă o granulozitate corespunzătoare care să asigure un volum minim de goluri.

Rezistenţele mecanice ale agregatului trebuie să fie de cel puţin 1.5 ori mai mari decât cele ale betonului proiectat.

Dimensiunea maximă a granulelor agregatului influenţează rezistenţele mecanice ale betonului, în condiţiile unui beton cu acelaşi dozaj de ciment, în sensul creşterii rezistenţelor cu creşterea dimensiunii maxime a agregatului (se reduce cantitatea de apă necesară şi scade raportul A/C).

Dimensiunea maximă a granulelor agregatului este însă limitată de cerinţe constructive: secţiunea minimă a elementului turnat, distanţa dintre armături.

Aditivi

Aditivii sunt substanţe care adăugate în proporţii mici în compoziţia betoanelor îmbunătăţesc structura şi proprietăţile în stare proaspătă şi întărită ale acestora.

Aditivii îşi manifestă efectele benefice numai asupra betoanelor de calitate, neputând suplini defectele de compoziţie, compactare şt tratare ulterioară.

Se utilizează sub formă de soluţie, când se dizolvă în apa de amestecare şi mai rar sub formă de pulberi, când se amestecă cu cimentul.

Cantitatea de aditiv utilizat se exprimă în procente faţă de ciment; în general, se utilizează în cantităţi de sub 5% substanţă uscată.

Aditivii îsi pot manifesta acţiunea asupra proprietăţilor betonului proaspăt şi întărit, în perioada de priză sau în perioada de întărire.

Aditivii ce acţionează asupra proprietăţilor betonului proaspăt sau întărit sunt:

reducătorii de apă; superplastifianţii;

6

superplastifianţii întârzietori de priză; antrenorii de aer.Perioada de priză a betonului poate fi modificată utilizând: întârzietori de priză; acceleratori de priză.Pentru accelerarea întăririi sunt utilizaţi aditivi acceleratori de întărire.Pe lângă tipurile de aditivi menţionate, sunt utilizaţi şi aditivi antigel,

reducători de apă şi impermeabilizanţi, reducători de aer antrenat, superplastifianţi specifici betoanelor autocompactante, aditivi pentru mărirea aderenţei la betonul existent în lucrare, după cum se observă în tabelul 5.

Aditivii acceleratori de priză sunt utilizaţi în lucrări de intervenţii la obturarea infiltraţiilor de apă şi determină începerea prizei în câteva minute. Sunt utilizaţi în acest scop aluminaţi şi hidroxizi alcalini.

Aditivii întârzietori de priză sunt utilizaţi în scopul conservării lucrabilităţii betonului o perioadă mai mare de timp, permiţând betonarea fără rosturi, transportul la distanţe mari şi betonări pe timp călduros. Creşterea timpului de priză faţă de betonul de referinţă este de minimum 1 oră.

Tabelul 5. Tipuri de aditivi recomandaţi pentru betoane

Cerinţe pentru beton Tip de aditiv recomandatBeton pompabil -superplastifiantBeton autocompactant -superplastifiant specific betoanelor

autocompactanteBeton masiv -întârzietor de priză,

-reducător de apă şi întârzietor;-superplastifiant întârzietor

Beton turnat pe timp călduros -reducător de apă şi întârzietor;-superplastifiant întârzietor

Beton turnat pe timp friguros -antigelBeton de clasă C12/15 - C30/37 şi tasare 2 - 14cm -reducător de apă

Beton monolit de clasă ¿ C35/45 -superplastifiant

Beton cu rezistenţe mari la termene scurte -accelerator de întărire;-accelerator de priză;reducător de apă şi accelerator

Beton supus la îngheţ-dezgheţ repetat în condiţii de umiditate

-antrenor de aer

Beton cu permeabilitate redusă -superplastifiant;reducător de apă şi impermeabilizant

Beton expus în condiţii de agresivitate intensă şi foarte intensă

-reducător de apă,-superplastifiant

Aditivii acceleratori de întărire acţionează doar asupra vitezei de dezvoltare a rezistenţelor mecanice la termene scurte fără a avea efect asupra timpului de priză.

Se folosesc la turnări pe timp friguros, pentru mărirea productivităţii muncii datorită unei decofrări mai timpurii.

Sunt utilizate în acest scop substanţe ca : nitrati, MgCl2, CaCl2, FeCl3. CaCl2 este utilizat la betoane simple, la betoanele armate sau precomprimate folosirea lor putând genera un puternic proces de coroziune a armăturii.

Aditivii fluidifianţi (reducători de apă şi superplastifianţi) contribuie la o mai bună dispersare a particulelor de ciment, generând o mai bună lucrabilitate a betoanelor la acelaşi raport a/c.

7

Permit reducerea raportului a/c la o aceeaşi consistenţă a betonului proaspăt.

Aditivii fluidifianţi au în structura lor molecule cu mai multe grupări de polaritate diferită. Moleculele se adsorb la suprafaţa cimentului cu grupările mai puţin hidrofile, cele hidrofile fiind orientate spre apă.

Aditivii antrenori de aer sunt substanţe tensioactive a căror moleculă este formată dintr-un lanţ nepolar şi grupări de capăt polare. Introduse în pasta de ciment, se orientează cu gruparea polară spre ciment iar cu partea nepolară spre aer (introdus involuntar în timpul malaxării) antrenând bule microscopice de aer.

Cantitatea de aer introdusă în masa betonului depinde de proporţia de aditiv, de dimensiunea maximă a granulelor agregatului şi de intensitatea malaxării.

Sistemul de pori închişi astfel format, întrerupe ascensiunea capilară şi face betonul mai rezistent la îngheţ-dezgheţ.

Aditivii impermeabilizanţi îmbunătăţesc rezistenţa la penetrarea apei prin diferite mecanisme:

colmatarea porilor şi capilarelor prin formarea unor produse coloidale, pornind de la AlCl3, FeCl3 sau prin umflarea produşilor formaţi (argile, polimeri);

hidrofobizarea capilarelor şi porilor, ce favorizează descensiunea capilară.

Aditivii antigel sunt utilizaţi în scopul coborârii temperaturii de îngheţ a soluţiei intergranulare din beton, prin formarea împreună cu apa a unor eutectice de temperatură joasă. Sunt utilizate substanţe ca Na2CO3, CaCl2.

Caracteristicile unor clase de aditivi, determinate pe un beton cu

8

Structura betonului întărit

Betonul întărit este un material compozit, cu o structură complexă, compusă din matrice şi agregat.

Este un material poros şi microfisurat cu o concentrare a defectelor structurale în zona de interfaţă matrice-agregat.

Datorită varietăţii materialelor componente, proporţiilor dintre ele, cât şi tehnologiilor de punere în lucrare şi tratare ulterioară, proprietăţile betonului variază în limite largi.

Matricea înveleşte granulele de agregat şi umple golurile scheletului format din acestea.

Adeziunea dintre partea liantă şi agregatele mari variază în funcţie de compoziţia mineralogică a cimentului şi agregatelor, de starea suprafeţei granulelor de agregat, de proporţia de apă, modul de punere în lucrare, condiţiile de întărire, etc.

Caracteristicile zonei de contact dintre matrice şi granulele de agregat reprezintă un factor hotărâtor al calităţii betonului. La nivel macroscopic, betonul poate fi considerat ca fiind constituit din două faze şi anume granule de agregat dispersate într-o matrice de pastă de ciment.

La nivel microscopic, începe să se observe complexitatea structurii betonului. Devine evident că cele două faze ce alcătuiesc structura betonului, nu sunt distribuite uniform una în alta şi că nici ele nu sunt omogene. În prezenţa agregatului, structura pastei de ciment în vecinătatea granulelor mari de agregat este foarte diferită de a pastei de ciment sau de mortar. În fapt, multe din aspectele comportării betonului pot fi explicate numai prin tratarea interfeţei agregat - pastă de ciment ca o a treia fază din structura betonului -

zona de tranziţie. De forma unui strat, cu grosimea de 10−15μm în jurul granulelor mari de agregat, zona de tranziţie este în general mai slabă decât celelalte două faze prezente, exercitând astfel o influenţă mult mai mare decât cea care ar rezulta din mărimea ei. Fiecare din cele trei faze enumerate este la rândul ei polifazică; astfel, fiecare granulă de agregat poate fi alcatuită din mai multe minerale, conţine microfisuri sau goluri. De asemenea, atât pasta de ciment cât şi zona de tranziţie sunt alcătuite dintr-un amestec de faze solide, fisuri şi goluri.

Spre deosebire de alte materiale utilizate în tehnică, structura betonului nu este stabilă - adică nu este o caracteristică intrinsecă a materialului. Aceasta deoarece atât structura pastei de ciment, cât şi cea a zonei de tranziţie suferă schimbări în timp, datorită condiţiilor de mediu - temperatură şi umiditate. Marea eterogenitate şi natura dinamică a structurii betonului sunt principalele motive pentru care folosirea modelelor structurale în vederea prevederii proprietăţilor, atât de utilizată în practica inginerească, nu sunt folosite decât foarte puţin în acest caz.

9

Figura 3. Reprezentare a zonei de tranzitie

În betonul proaspăt compactat se formează un film de apă în jurul granulelor mari de agregat. Aceasta înseamnă că în zona agregatelor grosiere există un raport a/c mai ridicat decât în restul pastei de mortar. Ulterior, ca şi în interiorul pastei de ciment, ionii de calciu, sulfat, hidroxil şi aluminat, produşi prin disocierea ghipsului şi aluminaţilor de calciu, se combină pentru a forma etringit şi Ca(OH)2. Datorită raportului a/c ridicat din vecinătatea granulelor de agregat, aceşti produşi vor cristaliza sub formă de cristale mari, ce vor forma ulterior o reţea mai poroasă decât cea din interiorul pastei de ciment. Cristalele plate de Ca(OH)2 au tendinţa de a se forma în straturi orientate cu axa c perpendiculară pe suprafaţa agregatului. În continuare, cu avansarea procesului de hidratare, CSH slab cristalin şi o a doua generaţie de cristale mai mici de etringit şi Ca(OH)2 încep să umple spaţiile libere din reţeaua apărută iniţial. Această etapă permite o creştere a densităţii şi rezistenţei zonei de tranziţie.

Rezistenţa zonei de tranziţieCa şi în cazul pastei întărite de ciment, cauza adeziunii dintre produşii de

hidratare şi particulele agregatului grosier sunt forţele de tip Van der Waals; totuşi rezistenţa zonei de tranziţie în orice punct depinde de volumul şi mărimea porilor prezenţi.

Chiar şi pentru betoane cu raport a/c scăzut, la vârste mici de hidratare, volumul şi mărimea golurilor în zona de tranziţie va fi mai mare decât în interiorul pastei de ciment, având drept consecinţă o rezistenţă mai mică a zonei de tranziţie.

Odată cu avansarea hidratării, rezistenţa zonei de tranziţie creşte putând egala sau chiar depăşi rezistenţa pastei de mortar. Aceasta se întâmplă ca rezultat al cristalizării unor noi produşi în golurile zonei de tranziţie, în urma reacţiilor chimice lente dintre constituienţii pastei de ciment şi agregate, formării de hidrosilicaţi de calciu, în cazul agregatelor silicioase, sau formării de carboaluminohidraţi în cazul agregatelor calcaroase. Aceste interacţii contribuie la creşterea rezistenţei şi pentru că reduc concentraţia hidroxidului de calciu în

10

zona de tranziţie. Cristalele mari de Ca(OH)2, depuse iniţial, au o capacitate redusă de adeziune, nu numai datorită suprafeţei specifice reduse şi, în consecinţă, unor forţe Van der Waals mici, ci şi datorită faptului că servesc ca plane de clivaj, datorită structurii lor orientate.

Un aspect important, responsabil pentru slaba rezistenţă a zonei de tranziţie, pe lângă porozitatea ridicată şi orientarea cristalelor de Ca(OH)2, îl reprezintă microfisurile. Numărul de microfisuri depinde de numeroşi parametri, inclusiv mărimea granulelor agregatului, dozajul de ciment, raportul a/c, gradul de consolidare al betonului proaspăt, condiţiile de păstrare, umiditatea mediului şi istoria termică a betonului. De exemplu, un amestec de beton conţinând agregat grosier este mai înclinat spre segregare la compactare; aceasta deoarece în jurul granulelor grosiere de agregat se formează pelicule de apă, care se cantonează în special dedesubt. În condiţii identice, cu cât dimensiunea granulelor agregatului este mai mare, cu atât este mai groasă şi pelicula de apă. Zona de tranziţie formată în aceste condiţii va fi mai susceptibilă la fisuri când este supusă influenţei eforturilor de tracţiune datorate deformărilor diferenţiale ale agregatului şi pastei de ciment hidratat. Aceste deformări diferenţiate apar, de obicei, la uscarea şi răcirea betonului. În acest fel, zona de tranziţie este microfisurată încă înainte de apariţia încărcărilor din exterior.

Evident, încărcările la termene mici, contracţia la uscare şi sarcinile mari menţinute un timp îndelungat, vor avea ca efect creşterea mărimii şi numărului microfisurilor.

Influenţa zonei de tranziţie asupra proprietăţilor betonuluiZona de tranziţie, este în general, cea mai slabă verigă din lanţ, fiind faza

ce limitează rezistenţa betonului. Zona de tranziţie cedează în general la încărcări externe mai scăzute decât cele la care cedează agregatul sau piatra de ciment. Aceasta este explicaţia faptului că, componenţii betonului rămân elastici până la rupere în timp ce betonul are un comportament inelastic. La încărcări mai mari de 70% din rezistenţa de rupere, concentrarea eforturilor în jurul porilor mari din matricea liantă devine suficient de mare pentru a iniţia formarea fisurilor. Cu creşterea încărcării, matricea se fisurează gradat, fisurile răspândindu-se până se unesc cu cele ce îşi au originea în zona de tranziţie. Sistemul de fisuri devine astfel continuu şi materialul cedează. Este necesară o mare cantitate de energie pentru formarea şi dezvoltarea fisurilor în matrice atunci când betonul este supus compresiunii.

Pe de altă parte, în betonul sub sarcină, fisurile se propagă rapid, la un nivel redus al valorii încărcării. Acesta este motivul pentru care betonul cedează casant la încovoiere sau tracţiune, dar este relativ rezistent la compresiune. De asemenea, este şi motivul pentru care valoarea rezistenţei la întindere şi încovoiere este mult mai mică decât valoarea rezistenţei la compresiune.

Structura zonei de tranziţie, în special volumul porilor şi al microfisurilor, are o mare influenţă asupra rigidităţii sau modulului de elasticitate al betonului. În materialele compozite zona de tranziţie este legătura dintra cele două componente: matricea de mortar şi particulele grosiere de agregat. Când componenţii individuali au module de elasticitate ridicate, modulul de elasticitate al compozitului poate fi scăzut datorită existenţei porilor şi microfisurilor din zona de tranziţie, care nu permit transferul de sarcină. Astfel datorită microfisurilor rezultate de la expunerea la foc, modulul de elasticitate scade mult mai rapid decât rezistenţa la compresiune.

11

Caracteristicile zonei de tranziţie influenţează de asemenea şi durabilitatea betonului. Elementele de beton armat şi precomprimat cedează deseori datorită coroziunii armăturii încorporate. Viteza de coroziune a oţelului din armătură este puternic influenţată de permeabilitatea betonului. Existenţa microfisurilor în zona de tranziţie de la interfaţa matricii liante cu agregatul grosier şi oţelul, este principalul motiv pentru care betonul este mai permeabil decât pastele de ciment sau mortarele corespunzătoare.

O aderenţă defectuoasă între piatra de ciment şi granulele de agregat afectează în mare măsură atât rezistenţele mecanice ale betonului cât şi alte proprietăţi cum sunt: coeficientul de impermeabilitate, rezistenţa la agresiuni fizice şi chimice, etc.

În linii mari, adeziunea matricei la suprafaţa granulelor de agregat se poate realiza astfel:

adeziune mecanică, prin ancorarea în asperităţile suprafeţei granulelor de agregat. Acesta este tipul de aderenţă care se realizează în mod curent între matrice şi agregatele din beton şi se manifestă mai accentuat la agregatele de concasare, datorită rugozităţii suprafeţei şi la agregatele uşoare cu porozitate deschisă;

adeziunea prin epitaxie, o sudură directă a produşilor de hidratare ai cimentului pe suprafaţa granulelor de agregat şi care apare atunci când există concordanţă de structură între aceştia şi orientare favorabilă. Acest tip de aderenţă se întâlneşte la betoanele cu anumite agregate calcaroase şi se accentuează odată cu trecerea timpului, datorită carbonatării hidroxidului de calciu;

 adeziunea chimică se stabileşte în urma unor interacţiuni chimice care au loc între produşii de hidratare-hidroliză ai cimentului şi agregatele silicioase. Se manifestă curent la betoanele cu agregate cuarţoase întărite prin autoclavizare. În acest caz, între hidroxidul de calciu rezultat din hidroliza cimentului şi bioxidul de siliciu activ din agregat, au loc reacţii chimice cu formarea de hidrosilicaţi de calciu.

Cantitatea de apă utilizată la prepararea betonului are o mare influenţă asupra structurii betonului întărit.

Din necesitatea asigurării lucrabilităţii betonului, raportul apă-ciment are valori cuprinse în mod obişnuit între 0,35 şi 0,70, deci mult mai mari decât cel al pastelor de ciment de consistenţă normală (0,23–0,29). De aceea, porozitatea matricei din beton este mai mare decât a pietrei obţinute prin întărirea unei paste de ciment şi distribuţia dimensională a porilor este diferită.

Porozitatea matricei este mai mare în apropierea granulelor de agregat, acestea fiind înconjurate de o „zonă de tranziţie” a cărei grosime creşte cu creşterea proporţiei de apă şi scade în timp, în urma proceselor de hidratare-hidroliză.

Atât compoziţia cât şi structura matricei sunt mult influenţate de agregatele cu dimensiunea sub 0,2 mm, acestea având o mare activitate fizică (toate rocile utilizate ca agregate sunt alcătuite din minerale cu structură ionică sau cu legături covalente, polarizate).

În afară de porozitatea matricei, în beton există şi macropori, rezultaţi prin antrenarea aerului la amestecarea şi punerea în lucrare a betonului.

Neomogenitatea structurii betonului se datoreşte şi alcătuirii lui din materiale cu densităţi diferite şi dimensiunilor variabile ale granulelor componenţilor.

12

La betoanele plastice şi mai ales la cele fluide, la punerea în lucrare se poate produce o segregare a componenţilor. În urma procesului de întărire, în funcţie de cantitatea de apă în exces, sub agregatele mari se vor forma pori capilari sau goluri lenticulare de dimensiuni mai mari, care vor influenţa mult compactitatea şi aderenţa şi prin aceasta şi celelalte caracteristici ale betonului întărit (fig. 4).

Figura 4 Reprezentare a porilor din beton

În timpul întăririi betonului, datorită contracţiei la uscare, în matrice apare un sistem de microfisuri care se amplifică în timp sub acţiunea factorilor exteriori.

Existenţa micro şi macroporilor, capilarelor, cavernelor, micro şi macrofisurilor, reprezintă defecte de structură care reduc calitatea betonului. Proprietăţile betonului sunt influenţate esenţial de valoarea porozităţii totale, precum şi de natura, mărimea şi distribuţia porilor.

Porozitatea betonului este formată din: pori de gel – cu dimensiunea de regulă sub 100 Å, greu permeabili

pentru apa lichidă; pori capilari – cu dimensiuni mai mari de 100 Å, cu proprietăţi

hotărâtoare asupra tuturor caracteristicilor betonului; ei nu sunt uniform răspândiţi în matrice, iar pe parcursul întăririi se umplu parţial cu noile produse de hidratare;

pori sferici - rezultaţi la amestecarea betonului (aer oclus), fie la folosirea aditivilor antrenori de aer (aer antrenat), cu dimensiuni între 50 – 100 m;

pori cu dimensiuni mai mari de 200 m, aparţin defectelor de structură, iar volumul lor trebuie să fie limitat în betonul bine alcătuit şi compactat.

Prin folosirea aditivilor antrenori de aer se poate dirija, în mod corespunzător, volumul, dimensiunea şi distribuţia aerului antrenat, cu consecinţe favorabile asupra gradului de impermeabilitate şi a rezistenţei la îngheţ-dezgheţ repetat.

Toate încercările de a stabili relaţii de dependenţă a rezistenţei mecanice de factori de compoziţie şi structură ajung, într-o formă simplificată, la stabilirea unor relaţii între rezistenţă şi porozitate.

Pentru asigurarea unei compactităţi maxime şi a unei structuri cât mai omogene, condiţii esenţiale pentru betoane de rezistenţă, compoziţia betonului

13

judicios stabilită, trebuie corelată cu mijloacele optime de compactare şi cu măsuri pentru asigurarea condiţiilor favorabile de întărire.

Caracteristicile fizice, mecanice şi chimice ale betonului întărit prezintă interes deosebit pentru calculul dimensional şi pentru stabilirea domeniului de folosire. Dintre proprietăţile fizico-mecanice şi chimice, cele mai importante sunt prezentate în continuare.

Proprietăţile betonului proaspăt

Betonul proaspăt defineşte starea acestuia din momentul preparării până în momentul punerii în operă fără ca priza cimentului să fi început.

Proprietăţile betonului proaspăt, care se măsoară la locul de obţinere - staţia de betoane sau de punere în operă şi care constituie un control al performanţelor potenţiale ale betonului sunt:

densitatea aparentă - care reprezintă masa unităţii de volum a betonului în stare compactată.

Densitatea aparentă se determină prin măsurarea masei de beton proaspăt care umple un vas de capacitate cunoscută şi raportarea acesteia la volumul recipientului.

Betoanele uzuale au densitatea aparentă de 2200-2450 kg/m3, funcţie de consistenţa betonului, diametrul maxim al granulelor agregatului, dozajul de ciment.

Valoarea densităţii aparente a betonului proaspăt este un indicator sensibil al dozajului real al componenţilor acestuia.Pot fi sesizate în acest mod abateri de la granulozitatea optimă, existenţa unui raport A/C mai mare decât cel proiectat.

lucrabilitatea este o proprietate complexă a betonului proaspăt care arată aptitudinea acestuia de umple cofrajul la un grad de compactare corespunzător densităţii maxime posibile cu un consum de energie minim, în condiţiile pătrării coeziunii şi omogenităţii.

Lucrabilitatea se corelează cu proprietăţile reologice ale betonului, cum sunt vâscozitatea, coeziunea, deformabilitatea sub propria greutate şi sub acţiuni exterioare.

Coeziunea este dată de pasta de ciment şi capacitatea acesteia de a adera la agregate. Lucrabilitatea betonului ca funcţie de proprietăţile reologice poate fi descrisă de stabilitate, compactibilitate şi mobilitate, conform schemei:

14

Curgerea betonului este guvernată de relaţia:

τ=τ o+η p⋅dvdx

Lucrabilitatea se apreciază prin consistenţă, care este o măsură a proprietăţilor de curgere a betonului, existând în acest sens mai multe metode de determinareprezentate în tabelul 6.

Tab.6. Metode de determinare a consistenţei betonului

Aptitudinea betonului proaspăt de a-şi păstra omogenitatea se apreciază prin tendinţa de segregare, evidenţiată prin separarea apei (sau a agregatelor) şi este determinată de coeziunea internă a materialului.

Tendinţa de separare a apei se determină prin colectarea şi măsurarea apei eliminate la suprafaţa unei anumite cantităţi de beton într-un timp limitat.

Segregarea poate fi favorizată de utilizarea de agregate cu densităţi mult diferenţiate, reducerea cantităţii de ciment şi a fracţiunilor fine din agregat

15

sub o anumită limită, cantitate prea mare de apă de amestecare, utilizarea de cimenturi cu adaosuri, etc.

Betonul lucrabil îşi păstrează structura omogenă din momentul preparării, pe timpul transportului şi compactizării, până în momentul întăririi.

Betonul fluid, în absenţa aditivilor reducători de apă, cu toate că se pune uşor în lucru şi umple bine cofrajele, nu are o lucrabilitate bună deoarece prezintă o pronunţată tendinţă de segregare.

Alegerea lucrabilităţii trebuie să se facă în funcţie de destinaţia betonului şi de mijloacele de compactare, astfel încât să se realizeze o compactitate maximă, condiţie esenţială pentru un beton de calitate.

Lucrabilitatea unui beton poate fi îmbunătăţită prin:

utilizarea de cimenturi fin măcinate; creşterea dozajului de ciment până la o anumită limită, cu păstrarea

constantă a raportului a/c şi a granulozităţii agregatelor; utilizarea de agregate de calitate corespunzătoare; folosirea aditivilor reducători de apă (plastifianţi, superplastifianţi).

Betoane mai puţin lucrabile se obţin prin:

utilizarea de cimenturi cu adaosuri (cu excepţia cimenturilor cu tras, care dau o lucrabilitate mai bună);

folosirea de agregate cu forme şi granulozităţi defectuoase.

Densitatea aparentă a betonului proaspăt

Reprezintă masa unui metru cub de beton proaspăt, compactat în condiţii similare punerii în lucrare.

Densitatea aparentă a betonului proaspăt este un indice important de calitate, întrucât se corelează cu alte caracteristici cum ar fi: compactitatea, rezistenţele mecanice, permeabilitatea, gelivitatea.

Compoziţia reală a betonului proaspăt

Pentru verificarea calităţii şi omogenităţii betonului este necesar ca pe parcursul executării lucrărilor să se controleze dacă sunt respectate prescripţiile indicate pentru alcătuirea amestecului proaspăt. În acest scop se pot verifica: conţinutul în apă de amestecare, granulozitatea agregatelor mai mari de 3,15 mm, dozajul real în ciment, raportul a/c.

Conţinutul în apă al betonului se determină pe o probă medie de beton proaspăt supus unei uscări printr-o încălzire rapidă. Diferenţa de masă reprezintă apa liberă din beton.Pentru verificarea granulozităţii agregatelor conţinute în beton, se separă prin ciuruire sub jet de apă agregatele cu granula mai mare de 3,15 mm şi se evaluează conţinutul relativ de nisip fin sau de agregate a căror dimensiune maximă a granulei depăşeşte limita admisă. Determinarea are un caracter orientativ şi urmăreşte verificarea respectării granulozităţii agregatului total.

Verificarea cantităţii de aer oclus

16

La prepararea betonului, în timpul amestecării componenţilor, se antrenează şi o cantitate de aer, care nu trebuie să depăşească anumite limite (circa 5 % volum de aer) pentru a nu afecta rezistenţele betonului. Verificarea este necesară mai ales în cazul utilizării unui aditiv plastifiant antrenor de aer, care poate antrena o cantitate de aer mai mare decât cea admisibilă. Determinarea cantităţii de aer oclus se poate face prin mai multe metode.

Priza betonului

Este o caracteristică neconvenţională a amestecului proaspăt. Ea se defineşte ca fiind perioada de tranziţie între „starea de beton proaspăt” şi „starea rigidă” a materialului. Priza betonului este determinată de creşterea vâscozităţii aşa cum rezultă din fig. 5.

Începutul prizei corespunde timpului la care betonul nu mai răspunde compactării.

Sfârşitul prizei corespunde timpului la care devine posibilă determinarea rezistenţelor mecanice; în acest moment betonul capătă formă şi volum practic constante.Priza betonului este controlată de cea a cimentului. Timpul de început de priză este marcat de începutul degajării căldurii de reacţie (din reacţiile de hidratare-hidroliză ale cimentului), iar sfârşitul de priză coincide cu momentul maximului de căldură degajată. Prima este însoţită de descreşterea conductivităţii electrice şi de creşterea vitezei de propagare a sunetului prin beton.

Practic, aprecierea prizei se poate realiza prin determinarea adeziunii beton-armătură pe baza forţelor necesare smulgerii.

Figura 5. Evoluţia în timp a betonului proaspăt

După terminarea prizei, betonul se consideră în curs de întărire, stare ce durează, convenţional, până la atingerea rezistenţelor nominale (28 zile). În această perioadă factorii de mediu (temperatură, umiditate, acţiuni mecanice) au o influenţă pronunţată asupra evoluţiei ulterioare a proprietăţilor, atât pozitivă cât şi negativă, în funcţie de natura lor.

17

După atingerea rezistenţelor nominale betonul intră în starea de beton întărit.

Proprietatile betonului intarit

Densitatea aparentă

Densitatea aparentă a betonului întărit, a, se determină pe corpurile de probă pregătite pentru determinarea rezistenţelor mecanice.

Deoarece betonul are capacitatea de a ceda sau absorbi apa, densitatea aparentă se poate determina atât în stare uscată cât şi de umiditate naturală.

Compactitatea

Deoarece la betoanele grele obişnuite densitatea () variază foarte puţin cu compoziţia, se consideră că se poate aprecia compactitatea suficient de exact, în dependenţă de variaţia densităţii aparente (a). În cazul acestor betoane, compactitatea este preponderent determinată de cea a matricei precum şi de zona de tranziţie matrice-agregat.

Compactitatea este o caracteristică importantă întrucât influenţează: permeabilitatea, rezistenţa la îngheţ-dezgheţ, rezistenţele mecanice, rezistenţa la acţiunile chimice agresive, conductivitatea termică, etc.

În practică nu se pot realiza betoane cu compactitate 100% şi datorită structurii microporoase şi microfisurate a betonului. În mod convenţional, un beton se consideră compact când porozitatea totală este 5–7%.

Pentru mărirea compactităţii se iau măsuri la stabilirea compoziţiei betonului (folosirea de agregate cu granulozitate foarte bună, reducerea raportului apă-ciment cu păstrarea unei bune lucrabilităţi, folosirea de aditivi plastifianţi), la punerea în lucrare (prin utilizarea de mijloace energice de compactare) precum şi la tratarea ulterioară.

Permeabilitatea betonului faţă de gaze sau lichide

Este o proprietate determinantă pentru durabilitatea sa. Betonul permeabil este mai vulnerabil la îngheţ-dezgheţ şi la coroziune (inclusiv a armăturii din betonul armat). Pătrunderea apei în beton afectează negativ şi rezistenţele mecanice şi proprietăţile de izolare termică.

Deplasarea apei pe o anumită adâncime în beton depinde atât de presiunea coloanei de apă cât şi de diferenţa de umiditate corespunzătoare celor două feţe ale elementului de beton sau de efecte osmotice.

Permeabilitatea la apă este determinată de porozitate, distribuţia, dimensiunile şi tipul porilor (închişi, interconectaţi). Ea este influenţată de natura şi dozajul în ciment (creşterea dozajului reduce permeabilitatea), de raportul a/c, vârstă, condiţii de exploatare, etc.

Determinarea permeabilităţii la apă a betonului este dificilă având în vedere complexitatea structurii materialului şi caracterul evolutiv al acestuia.

Teoretic permeabilitatea la apă poate fi apreciată prin coeficientul de permeabilitate (K) dat de formula lui Darcy:

18

K= Q⋅lA⋅t⋅ΔP

[m/s]

undeQ – cantitatea de apă (m3) scursă în timpul t (s);A – suprafaţa transversală a probei (m2);l – grosimea probei (m);P – căderea presiunii coloanei de lichid în probă (metri coloană de

apă).Practic determinarea gradului de impermeabilitate (P) se realizează prin

metode standardizate şi se apreciază convenţional prin adâncimea în beton pe care a penetrat apa supusă unei anumite presiuni, într-un anumit interval de timp.

Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ

Este proprietatea acestuia de a rezista la acţiuni de îngheţ-dezgheţ, fără a suferi deteriorări, în condiţii de exploatare, deci de interacţiune cu factorii de mediu.

Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ repetat în condiţii de laborator este dată prin gradul de gelivitate. Acesta se defineşte prin numărul maxim de cicluri îngheţ-dezgheţ succesive (în condiţii normalizate) pe care epruvetele din beton saturat cu apă, începând cu o vârstă de cel puţin 28 de zile, pot să le suporte fără ca reducerea rezistenţei la compresiune să fie mai mare de 25% faţă de epruvetele martor (metoda distructivă) sau reducerea modulului de elasticitate dinamic cu mai mult de 15% (metoda nedistructivă).

Distrugerea betonului prin îngheţ-dezgheţ este o consecinţă a structurii sale capilar-poroase şi a gradului de saturare cu apă, în condiţiile unor temperaturi negative, când mărirea de volum de circa 9% a apei care îngheaţă în porii şi capilarele sale, determină eforturi ce depăşesc rezistenţa la întindere a betonului.

Temperatura la care îngheaţă apa prezentă în beton depinde de tipul şi mărimea porilor în care se găseşte.

Apa din micropori şi canale capilare este supusă la presiuni importante, a căror valoare este cu atât mai mare cu cât diametrul lor este mai redus şi, în consecinţă, îngheaţă la temperaturi mai scăzute decât apa liberă. Cele mai mari transformări în structura betonului se produc în intervalul de temperatură cuprins între –10° şi –40° C.

Figura 6 Variaţia temperaturii de solidificare a apei din pori cu diametrul acestora

19

Dacă matricea betonului are bule de aer (datorate acţiunii aditivilor antrenori de aer), cu dimensiuni de 20–200 m, la presiune normală ele nu sunt pline cu apă, deoarece acţiunea forţelor capilare este mai redusă decât acţiunea gravitaţională şi constituie astfel rezervoare de descărcare a presiunii, îmbunătăţind comportarea la îngheţ-dezgheţ repetat.

Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ repetat a unui beton la un anumit grad de saturare cu apă, depinde de compactitate, de mărimea, forma şi modul de distribuţie a sistemului de pori şi capilare, de tipul şi dozajul de ciment, natura agregatelor, etc.

Pentru obţinerea de betoane rezistente la îngheţ-dezgheţ repetat este necesar să se realizeze betoane compacte, impermeabile, preparate cu cimenturi bogate în C3S şi cu conţinut cât mai redus în C3A.

De asemenea, se recomandă folosirea aditivilor plastifianţi, antrenori de aer, care determină formarea unor pori fini, uniform distribuiţi, care întrerup capilarele şi care în acelaşi timp amortizează efectul presiunii produse de cristalizarea apei.

Se consideră că betonul de bună calitate (utilizând ciment portland unitar, raport a/c mai mic de 0,36, un grad de hidratare avansat, având deci cantităţi mici de apă îngheţată) se comportă bine pentru temperaturi de până la –30° C.

Conductivitatea termică

Conductivitatea termică variază în limite largi, întrucât depinde de densitatea aparentă şi umiditatea betonului, de porozitatea şi natura agregatelor.

Pentru betoanele grele coeficientul de conductivitate termică () este de ordinul 1,28–1,74 W/mK.

Conductivitatea termică scade la temperaturi mai mari de 100°C, ca urmare a schimbării conţinului de umiditate.

V.2.4.7. Rezistenţele mecanice

În aprecierea comportării betonului la solicitări mecanice trebuie să se ţină seama de structura lui specifică (material poros şi microfisurat, cu concentrare a defectelor în zona de interfaţă matrice-agregat).

Ca şi la alte materiale fragile, procesul de rupere al betonului trece prin trei faze:

iniţierea fisurării; propagarea fisurilor; creşterea şi dezvoltarea fisurilor.

Se consideră că la o încărcare sub 30% din max, curba caracteristică – este aproximativ liniară.

Figura 7

20

La această solicitare nu se produc modificări structurale esenţiale, deformaţiile sunt preponderent elastice iar fisurile preexistente în beton sunt stabile, având o foarte mică tendinţă de propagare.

Între 30–50% din max, fisurile se propagă foarte încet, cea mai mare dezvoltare a acestora fiind la interfaţa matrice-agregat. Curba – îşi modifică panta.

La sarcini mai mari de 50% din max, fisurile încep să se extindă în matrice conectându-se cu fisurile preexistente, ajungând la dezvoltarea unui sistem continuu de fisuri. La o încărcare de 75% din max, apare o dezvoltare intensă a fisurilor în matrice, care formează un sistem de fisuri instabil şi betonul cedează.

Numai ţinând seama de structura specifică poate fi explicat caracterul treptat al ruperii betonului, prin smulgere, după direcţia deformaţiei maxime.

În beton, fisurile nu se propagă în linie dreaptă, ci urmează un drum sinuos în jurul agregatelor sau în jurul diferitelor faze din piatra de ciment. Agregatele ca şi porii funcţionează ca blocanţi ai fisurilor.

Pentru betonul de mare rezistenţă sistemul de fisuri traversează şi agregatul.

Rezistenţele mecanice ale betonului (cât şi alte proprietăţi) sunt influenţate de factori de compoziţie, metode de preparare şi păstrare, de structură, de condiţii de încercări, etc.

Rezistenţa la compresiune

Rezistenţa la compresiune este unul din principalele criterii de apreciere a calităţii unui beton. Cunoaşterea rezistenţei la compresiune dă indicaţii suficient de precise asupra rezistenţei la alte solicitări precum şi asupra celorlalte proprietăţi fizico-mecanice ale betonului.

Rezistenţa betonului la compresiune depinde, în afară de calitatea betonului şi de alţi factori, cum ar fi: condiţiile de încercare, forma şi dimensiunile probei, modul de confecţionare şi păstrare, viteza de încărcare, etc. Pentru ca valorile obţinute să fie comparabile şi reproductibile trebuie respectate cu stricteţe condiţiile de determinare prevăzute în standarde.

21

Determinarea rezistenţei la compresiune se face distructiv sau nedistructiv. Determinarea se execută pe cel puţin trei epruvete de formă cubică (rezistenţa cubică, Rb), pe prisme (rezistenţă prismatică, Rpr) sau pe cilindri (rezistenţă cilindrică, Rcil) (tab.7).

Tabelul 7. Valorile rezistenţei la compresiune a unor betoane, determinată pe epruvete de formă diferită

Rc (daN/cm2)Rb (cub cu l = 20 cm)

50 75 100 150 200 250 300 400 500 600 700 800

Rcil ( = 15 cm, l = 30 cm)

45 65 85 125 165 205 245 325 410 490 – –

Rpr 202060 cm

40 60 80 115 145 180 210 280 350 470 490 560

Determinarea rezistenţelor la compresiune se poate realiza cu sau fără frecare între corpul de probă din beton şi platanul metalic al presei.

În cazul încercării cu frecare apar eforturi tangenţiale la limita de separare beton-metal, care împiedică deformaţiile transversale ale probei, mărind rezistenţa betonului. Ruperea epruvetei se produce prin detaşarea părţilor sale laterale după planuri înclinate la circa 30° faţă de verticală (fig. 8).

Figura 8. Modul de rupere al epruvetelor din beton la încercarea la compresiune cu frecare între platane şi probă

Figura 9. Modul de rupere al epruvetelor din beton la încercarea la compresiune fără frecare între platane şi probă

22

Dacă se anulează frecarea la suprafeţele de contact prin ungere cu parafină, interpunerea de foi de plumb, carton, atunci umflarea transversală a probei este liberă pe toată înălţimea sa, iar ruperea se produce prin apariţia fisurilor paralele cu direcţia eforturilor de compresiune (fig. 9).

Ruperea se produce în general prin matrice şi zona de contact dintre matrice şi agregate, unde se concentrează mare parte a defectelor din structura betonului.

Rezistenţa la compresiune se determină: în cadrul încercărilor preliminare, care au ca scop stabilirea

compoziţiei betonului ce urmează a fi folosit la executarea lucrării, stabilirea regimului de tratare termică;

în cadrul încercărilor de control în diferite faze ale procesului de execuţie (decofrare, tratare termică, transfer, manipulare, dare în exploatare etc);

pentru verificarea clasei betonului în cursul execuţiei; pentru verificarea calităţii betonului din elemente de construcţii.

Clasa betonului reprezintă o valoare convenţională privind rezistenţa la compresiune luată în consideraţie la proiectare şi care trebuie realizată de betonul pus în lucrare.

Verificarea clasei se efectuează pe epruvete confecţionate, păstrate şi încercate conform standardelor la vârsta de 90 zile pentru betoane hidrotehnice masive şi la 28 zile pentru betoanele destinate celorlate categorii de construcţii.

Pentru evaluarea rezistenţei betonului s-au efectuat cercetări multiple, încercându-se stabilirea unei relaţii care să cuprindă în mod corespunzător, toţi factorii care influenţează sensibil această caracteristică.

Cea mai cunoscută şi utilizată este relaţia Bolomay-Skramtaev, aplicată betoanelor lucrabile:

pentru: Rb=A⋅Rc⋅(c /a−0 .5 )

pentru: Rb=A1⋅Rc⋅(c /a−0 .5)unde:- Rb= rezistenţa la compresiune după 28 de zile de întărire în condiţii standardizate;- Rc= rezistenţa reală a cimentului;- A, A1= factori adimensionali, care depind de calitatea materialului. Materialele de calitate sunt piatră spartă provenită din roci dure, nisipul cu compoziţie granulometrică optimă, ciment portland unitar, agregat curat, cu o compoziţie granulometrică optimă.

23

Calitatea materialului A A1

Înaltă 0.65 0.43Medie 0.60 0.40Scăzută 0.55 0.37

Materialele utilizate curent în betoane sunt de calitate medie (pietriş de râu) şi ciment portland cu adaos. Materialele de slabă calitate includ agregat grosier de rezistenţă mică, nisipuri fine, etc.

Relaţia poate fi folosită pentru calcularea compoziţiei betonului, rezultând raportul apă/ciment pentru Rb, Rc şi K cunoscute.

Rezistenţa la compresiune a betonului este influenţată de calitatea componenţilor săi, de proporţia lor, de calitatea adeziunii din matrice şi agregate, de modul şi condiţiile de punere în lucrare, de factorii fizici şi chimici care intervin în timpul exploatării, de vârsta betonului, etc.

Rezistenţa la compresiune, în condiţii favorabile creşte logaritmic în timp, creşterea depinzând de natura cimentului, de condiţiile de întărire etc.

Rezistenţa la întindere

Rezistenţa la întindere axială a betonului, Rt, este cea mai mică dintre rezistenţele sale, reprezentând doar 1/6–1/20 din rezistenţa la compresiune, funcţie de clasa betonului (tabelul 8).

Spre deosebire de compresiune, unde în prima etapă se produce o compactare a masei betonului prin închiderea microfisurilor iniţiale, la întindere, procesul de afânare a structurii interne se dezvoltă odată cu creşterea efortului unitar. Ruperea este bruscă, prin smulgere, iar deformaţiile sunt aproximativ de 10 ori mai mici decât în cazul compresiunii, comportare caracteristică materialelor fragile. Sistemul de fisuri format este mai instabil decât cel format în cazul solicitării prin compresiune.

Tabelul 8. Corelaţia dintre rezistenţa la întindere axială ft şi clasa betonului

24

Rezistenţa la întindere axială se poate determina pe epruvete cilindrice sau prismatice, la capetele cărora se lipesc cu adezivi piese metalice cu ajutorul cărora epruvetele se centrează şi se supun la tracţiune directă (fig. 10) şi se calculează cu relaţia:

Rt=FA N/mm2 ,daN/cm2, MPa (5.4)

în care:F – forţa maximă care produce ruperea, în N sau daN;A – suprafaţa de rupere, în mm2 sau cm2.

Figura 10. Determinarea rezistenţei la întindere axială

Din cauza dificultăţilor de centrare a forţei, în practică se admite ca determinarea lui Rt să se facă direct pe baza solicitărilor la întindere din încovoiere sau prin despicare.

Rezistenţa la întindere din încovoiere (Rti) se determină pe prisme de 100 100 550 mm sau 150 150 600 mm, în funcţie de dimensiunea maximă a agregatului, solicitate conform fig. 11.

Rezistenţa la întindere din încovoiere, Rti, este dată de relaţia:

25

Rti=0 ,875Fl

bh2 N/mm2 sau daN/cm2,

unde:F – forţa de rupere, în N;l – distanţa dintre reazeme, în mm;b – lăţimea medie a secţiunii transversale, în mm;h – înălţimea medie a secţiunii transversale, în mm.

Figura 11. Determinarea rezistenţei la întindere din încovoiere

Rezistenţa la întindere din încovoiere (Rti) este mai mare decât rezistenţa la întindere axială (Rt), ca urmare a plasticizării betonului. Diagrama de eforturi arată că în momentul ruperii, în timp ce rezistenţa la întindere este aproape complet folosită, fibrele comprimate nu lucrează încă la întregul potenţial.

Rezistenţa la întindere prin despicare prezintă avantajul unei încercări simple care se poate efectua pe cuburi, pe fragmente de prisme rezultate în urma încercării la încovoiere sau pe cilindri. Solicitarea asupra epruvetei se face prin intermediul a două fâşii de carton sau a două şipci de lemn, aşezate între feţele epruvetei şi plăcile presei (fig. 12).

Rezistenţa la întindere prin despicare, Rtd, este dată de relaţia:

Rtd=2 Fπ bh N/mm2

în care:F – forţa de rupere, în N;b – lăţimea medie a secţiunii transversale de rupere, în mm;h – înălţimea medie a secţiunii transversale la rupere; în mm.

Figura 12. Determinarea rezistenţei la întindere prin despicare

26

Rezistenta la tractiune este considerata 0.9Rtd.

În afară de forma şi dimensiunile epruvetelor, rezistenţa la întindere este funcţie de clasa betonului şi rezultă că este influenţată de aceeaşi factori ca şi rezistenţa la compresiune.

Rezistenţa la oboseală

Se determină prin solicitarea alternativă a probelor de beton la o valoare ce variază între 0,5 şi 0,8 din solicitarea statică care produce ruperea.

Sub efectul încărcărilor şi descărcărilor repetate, betonul îşi modifică lent structura, ajungând într-un anumit stadiu la oboseală. Acest fenomen este caracterizat prin apariţia şi dezvoltarea microfisurilor, care în cazul continuării solicitării se transformă în fisuri macroscopice care preced ruperea.

Rezistenţa la oboseală a betonului se determină la solicitări ciclice de întindere axială, compresiune, încovoiere, în funcţie de natura solicitărilor la care va fi supus elementul de beton în timpul exploatării.

Rezistenţa la oboseală este influenţată de compoziţie, de structura, vârsta şi condiţiile de păstrare a betonului şi de amplitudinea de oscilaţie a eforturilor alternante. Ea este mai mică decât rezistenţa statică, iar deformaţiile sunt de 2–4 ori mai mari, cu o creştere atât a deformaţiilor elastice cât şi a deformaţiilor plastice, ruperea având un caracter exploziv.

Deoarece majoritatea structurilor inginereşti (stâlpi, grinzi de beton armat, baraje, îmbrăcăminţi rutiere, piste de aterizare, etc) sunt supuse în timpul exploatării la încercări variabile, este necesar să se cunoască comportarea betonului la astfel de solicitări.

Rezistenţa la şoc şi uzură

Betonul utilizat la fundaţii pentru maşini, piloţi, îmbrăcăminţi rutiere, piste de aterizare, pardoseli industriale, trebuie să reziste la solicitări de şoc şi uzură.

Rezistenţa la şoc creşte cu marca betonului, iar la rezistenţe egale, betoanele cu modul de elasticitate mai mic au o comportare mai bună.

Rezistenţa la şoc a betonului este mai bună decât a constituenţilor luaţi separat, betonul fiind un material cu o bună capacitate de a absorbi energia aplicată prin şoc.

Comportarea la uzură (abraziune) a betonului depinde de rezistenţa la compresiune, de proprietăţile agregatelor, starea şi proprietăţile suprafaţelor.

Deformaţiile betonului

Betonul prezintă deformaţii complexe datorită unor factori fizici (temperatură, umiditate), caracterului evolutiv al structurii şi compoziţiei sale, precum şi solicitărilor mecanice. Complexitatea factorilor ce produc deformaţiile, modul de manifestare asemănător al acestora, fac practic imposibilă departajarea contribuţiei fiecărui tip de deformaţie la cea finală.

27

Dilatarea şi contracţia termică

Dilatarea termică a betonului este proprietatea acestuia de a-şi mări volumul la creşterea temperaturii şi este rezultatul dilatării tuturor componenţilor săi. Fenomenul are loc atât datorită creşterii temperaturii mediului ambiant, cât şi, în perioada iniţială, datorită degajării de căldură ce însoţeşte procesele de hidratare-hidroliză ale cimentului.

Dilatarea termică a betonului creşte odată cu dozajul în ciment. Când coeficientul de dilatare termică al agregatelor este mult diferit de cel al pietrei de ciment, apare efectul distructiv al dilatării şi contracţiei diferenţiate, care determină amplificarea sistemului de microfisuri al betonului.

Aprecierea dilatării şi contracţiei termice a betonului se face prin determinarea coeficientului de dilatare liniară, măsurat pe epruvete prismatice, iar pentru unele lucrări şi după coeficientul de dilatare volumică, măsurat pe epruvete cubice.

Determinarea experimentală a coeficientului de dilatare termică este o operaţie dificil de realizat, deoarece prin ridicarea temperaturii se produce şi o pierdere a apei din beton, ceea ce conduce la manifestarea fenomenului de contracţie.

Coeficientul de dilatare liniară al betonului are valori cuprinse între 0,7  10–5 - 1,3  10–5 K-1, în funcţie de natura agregatelor, dozajul şi natura cimentului. În calculele obişnuite se ia egal cu 10  10–5 K-1, practic egal cu cel al oţelului moale.

Contracţia şi umflarea betonului

Contracţia şi umflarea betonului sunt deformaţii ce determină modificări dimensionale ale elementelor de beton datorită fenomenelor ce au loc în procesul de întărire şi al variaţiilor de umiditate. Contracţia şi umflarea sunt deformaţii independente de sarcinile exterioare şi se dezvoltă în timp după curbe de tip exponenţial (fig. 13).

Figura 13. Variaţiile dimensionale ale betonului funcţie de condiţiile de păstrare

28

Păstrat alternativ în aer şi apă, betonul prezintă deformaţii de contracţie şi umflare, cele două fenomene fiind, datorită modificărilor din structura betonului, numai parţial reversibile. În timp, după cicluri succesive de contracţie-umflare, există o tendinţă de amortizare a amplitudinii fenomenului.

Fenomenul de contracţie reprezintă principala cauză a fisurării betonului, începând de la suprafaţa de separaţie matrice-agregat şi apoi în matrice.

Fisurile de contracţie sunt preexistente celor provocate de solicitările mecanice.

Fisurarea apare în momentul în care efortul unitar din beton depăşeşte rezistenţa la întindere a acestuia.

Contracţia şi umflarea betonului sunt manifestarea unor fenomene complexe ce-şi cumulează efectele acţionând din starea de beton proaspăt şi evoluând pe întreaga durată de viaţă a construcţiei din beton.

Contracţia betonului proaspăt poartă denumirea de contracţie plastică.Betonul întărit manifestă contracţie la întărire, contracţie la uscare şi

contracţie de carbonatare.

Contracţia plastică este reducerea de volum a betonului imediat după punerea în lucrare şi se poate manifesta cu intensităţi diferite până la sfârşitul prizei betonului. Ea este un rezultat al pierderii apei prin evaporare sau prin absorbţia ei de către agregate (în special poroase), cofraje. Contracţia plastică este foarte periculoasă pentru elemente cu modul de suprafaţă mare, iar când se produce intens, poate genera fisuri şi slăbirea aderenţei între matrice şi agregat, în toate elementele din beton.

Fisurile apar cand eforturile de contractie depasesc rezistenta la tractiune a betonului. Minimizarea fisurarii se obtine prin micsorarea eforturilor de contractie (aditivi reducatori de contractie, compozitia betonului, protectia

29

dupa turnare) si prin cresterea rezistentei la tractiune in perioada in care betonul este crud (green) – adaos de fibre.

Betonul mai prezintă o micşorare de volum ca rezultat al reacţiilor chimice de hidratare-hidroliză a cimentului, care se mai numeşte şi contracţie chimică sau contracţie la „întărire”. Ea este un rezultat al faptului că volumul absolut al produşilor de hidratare formaţi este mai mic decât suma volumelor absolute ale cimentului şi al apei. Aceasta generează fenomene capilare la suprafeţele de separaţie lichid-aer din porii pietrei de ciment, şi ca urmare, tensiuni interne corespunzătoare presiunii capilare.

Contracţia la uscare şi umflarea la umezire sunt rezultatul al variaţiei cantităţii de apă din beton, în strânsă corelaţie cu umiditatea relativă a mediului de păstrare.

Contracţia măsurată după sfârşitul prizei, deci cuprinzând contracţia chimică şi cea de uscare se numeşte contracţie hidraulică.

Pierderea apei din beton se face în ordinea crescătoare a energiei de legătură a apei faţă de fazele solide. Evaporarea apei libere, conţinută în cavităţi şi în pori mai mari decât cei capilari nu generează contracţie (sau valoarea acestuia este foarte mică). Contracţia este generată în principal de pierderea apei adsorbite, în ordinea crescătoare a energiei de legătură cu faza solidă.

Contracţia la întărire are loc în condiţiile în care este evitat schimbul de umiditate între beton şi mediu şi se datoreşte „pierderii de apă” în sens chimic.

Contracţia la uscare, însoţeşte transferul de umiditate din beton în atmosferă.

Sub acţiunea bioxidului de carbon din atmosferă, betonul (piatra de ciment în particular) se carbonatează în timp; reacţia are loc cu punere în libertate de apă evaporabilă şi este însoţită de contracţie ireversibilă, denumită contracţie de carbonatare.

30

Betonul conservat în apă manifestă creşteri de volum (fig 13); fenomenul se numeşte umflare şi se datoreşte mai ales, absorbţiei apei în piatra de ciment.

Fenomenele de contracţie-umflare, influenţează durabilitatea betonului, mai ales când se succed des, contribuind la formarea şi amplificarea microfisurilor (îndeosebi la suprafaţa de separaţie între matrice şi agregat) precum şi la manifestarea tendinţei de fisurare a elementelor de construcţie din beton.

În elementele de construcţie a căror deformare este împiedicată pot apărea fisuri, generate de tensiunile interioare care iau naştere datorită contracţiei.

Contracţia la întărire se manifestă după încheierea prizei cimentului şi prezintă – după debut – intensitate mai mare, care scade în timp, tinzând spre stabilizare.

Mărimea contracţiei la întărire – măsurată ca deformaţie liniară – este de aproximativ 0,4  10–3 după o lună şi de 1  10–3 (0,1 mm/m) – după 5 ani.

După contracţie, la reumezire, betonul se umflă, dar numai o parte din contracţie este reversibilă, iar la umeziri şi uscări alternative se produce o amortizare treptată a variaţiilor dimensionale. Contracţia este parţial reversibilă, parţial ireversibilă (fig. V.14).

Figura 14. Contracţiile betonului

Contracţia reversibilă este cauzată de fenomene fizice de interacţiune dintre piatra de ciment şi apă, cum ar fi: presiunea capilară, presiunea de despicare, energia superficială.

Contracţia ireversibilă apare în special la prima uscare şi depinde în primul rând de porozitatea matricei, deci de raportul apă/ciment şi gradul de hidratare. Ireversibilitatea contracţiei este legată şi de evoluţia proceselor de hidratare-hidroliză cu apariţia unor noi legături între particulele de hidrosilicaţi de calciu, cu o nouă geometrie a aranjării lor şi a porozităţii.

Deoarece cea mai critică perioadă a contracţiei la uscare a betonului este imediat după turnare, acesta trebuie menţinut umed câteva zile (în funcţie de natura cimentului), până când sistemul cristalin se consolidează, rezistenţele sale cresc şi efectul contracţiei se reduce.

Tendinţa de amortizare în timp a deformaţiilor date de contracţia şi umflarea betonului este determinată de îmbătrânirea gelurilor din structura pietrei de ciment, care devin astfel mai puţin sensibile la variaţiile de umiditate.

31

Contracţia şi umflarea betonului sunt influenţate de numeroşi factori, dintre care cei mai importanţi sunt: compoziţia betonului, modul de punere în lucrare a acestuia, dimensiunile elementului, umiditatea mediului înconjurător, timp.

Contracţia betonului este influenţată de compoziţia mineralogică a cimentului (cimenturile cu conţinut ridicat în C3A au o contracţie la uscare mai mare) şi de fineţea lui de măcinare (cimenturile mai fin măcinate dau contracţii mai mari). Contracţia betonului creşte odată cu dozajul de ciment, având valori apreciabil mai mici la betoane decât la mortare şi paste de ciment, datorită scheletului rigid format de agregate (fig. 15).

Figura 15. Evoluţia în timp a contracţiei pietrei de ciment, mortarului şi betonului

Datorită efectelor negative ale contracţiei, la stabilirea compoziţiei şi punerea în lucrare a betoanelor, trebuie luate măsuri pentru reducerea ei prin:

reducerea raportului apă/ciment la strictul necesar asigurării lucrabilităţii;

alegerea corespunzătoare a cimentului şi limitarea dozajului la cel necesar asigurării calităţii betonului;

utilizarea agregatelor de granulozitate bună, fără exces de parte fină; compactare cât mai bună la punerea în lucrare; păstrarea betoanelor după turnare în atmosferă umedă pentru a evita

uscarea prematură.Construcţiile din beton şi beton armat se împart în tronsoane prin rosturi

de deformaţii. Aceste rosturi asigură deformarea liberă a tronsoanelor respective. Distanţa dintre rosturi se calculează în funcţie de cauzele şi mărimea deformaţiilor şi în funcţie de natura lucrării executate.

32

Aceste rosturi trebuiesc tratate utilizând materiale specifice (deformabile elastic, plastic, hidroizolatoare, etc).

Deformaţiile betonului sub acţiunea încărcărilor exterioare

Sub acţiunea încărcărilor exterioare, betonul, material cu proprietăţi fizico-mecanice specifice, prezintă deformaţii complexe, elastice şi plastice, care depind atât de compoziţia, structura şi vârsta betonului, cât şi de natura, mărimea şi durata solicitării.

Deformaţiile au un caracter orientat, dezvoltându-se după direcţia de acţiune a solicitării, ceea ce permite analiza lor pe baza corelaţiei dintre eforturile unitare şi deformaţiile specifice corespunzătoare. Sub efectul solicitărilor exterioare se produc modificări esenţiale în structura betonului care sunt reflectate în aspectul curbei efort-deformaţie (fig. 16).

Figura 16. Curbe efort-deformaţie pentru beton, agregat şi pasta de ciment

Deformaţiile betonului la încărcări statice de scurtă durată

Deformaţiile elastice apar la betoane supuse la solicitări de scurtă durată, ale căror valori nu depăşesc 0,4–0,5 din rezistenţa de rupere. Ele sunt caracterizate prin valori proporţionale cu mărimea efortului care le-a produs, sunt independente de timp, se dezvoltă până la o anumită valoare a efortului de încărcare şi sunt reversibile.

Deformaţiile elastice se datoresc agregatelor, componenţilor cristalini din structura pietrei de ciment şi nucleelor încă nehidratate ale granulelor de ciment, care se comportă elastic.

Limita de elasticitate a betonului este în funcţie de compoziţia şi structura lui, de mărimea, durata şi caracterul sarcinii, etc. Forma curbei caracteristice –, depinde şi de viteza de încărcare, curba fiind mai evidentă la încărcări lente.

Deformaţiile elastice ale betonului se apreciază în mod obişnuit, după modulul de elasticitate longitudinal, determinat la solicitarea de compresiune statică.

Aceasta se defineşte convenţional ca raport între creşterea efortului unitar nominal şi creşterea deformaţiei specifice corespunzătoare, înregistrate în intervalul 0,05 - 0,30 din rezistenţa prismatică a betonului. Valorile modulului

33

de elasticitate al betonului (Eb) depind de compoziţia şi structura betonului şi pot fi corelate cu clasa betonului- vezi tabelul 8.

În tabelul 10 sunt prezentate valori ale modulilor de elasticitate pentru componentele unor betoane (grele, uşoare) şi pentru betonul rezultat.

Tabelul 10. Modulii de elasticitate pentru beton şi componenţii luiMaterial Modul de elasticitate daN/cm2

103

Beton greu Beton uşorAgregat 600–1.500 140–350Piatră de ciment 60–280 70–280Beton 130–450 100–180

Deformaţiile plastice se dezvoltă peste un anumit nivel al solicitării, sunt datorate procesului de microfisurare al betonului şi sunt ireversibile.

Continuând încărcarea, fisurile încep să crească apreciabil cu apariţia unor punţi între fisurile de la suprafaţa agregatului; începe să se formeze un sistem de fisuri continuu, ajungându-se la încărcarea critică.

Deformaţiile pseudo-plastice apar la încărcări superioare sarcinii critice şi sunt produse de o dezvoltare considerabilă a sistemului de fisuri şi formarea unor suprafeţe de rupere care conduc la fragmentarea betonului. Sunt caracteristice în special betoanelor de rezistenţă mai reduse.

Deformatiile betonului luate in calcul sunt prezentate in figura urmatoare, folosindu-se o reprezentare simplificata a diagramei effort-deformatie din figura 7.Diagrama parabola-dreptunghi pentru beton

34

Diagrama biliniara

Deformaţiile betonului la încărcări statice de lungă durată

La încărcări statice de lungă durată, betonul prezintă în afara deformaţiilor elastice instantanee, care se produc în momentul aplicării forţei şi deformaţii care se dezvoltă relativ încet în timp. Aceste deformaţii se datoresc în principal proprietăţilor vâscoase şi plastice ale componenţilor cu structură gelică din piatra de ciment, sunt singurele care depind de factorul timp şi se numesc deformaţii de curgere lentă (fluaj).

Sub acţiunea încărcărilor în exploatare, deformaţiile de curgere lentă se consideră proporţionale cu eforturile unitare de durată şi se dezvoltă în timp cu o viteză mai mare imediat după aplicarea sarcinilor şi apoi din ce în ce mai lent, până când fenomenul se amortizează (practic după 3–5 ani) ca urmare a modificărilor din structura betonului.

35

Pentru determinarea deformaţiilor de curgere lentă este necesar ca din deformaţiile totale măsurate sub acţiunea încărcărilor de durată să se scadă deformaţiile elastice şi deformaţiile de contracţie.

La descărcare, deformaţia constă într-o revenire elastică instantane, o revenire lentă, vâscos-plastică, iar în final betonul prezintă o deformaţie

remanentă (ε r' ) caracteristică corpurilor vâscoase.

Dacă la timpul t (fig. 18) se anulează sarcina, parte din deformaţie se

anulează cu revenirea instantanee ε 0'

(revenire elastică instantanee) şi în timp

se continuă revenirea cu deformaţia ε cl'

(revenire din curgere lentă), care va atinge o anumită limită încât în final betonul înregistrează o deformaţie

remanentă sau reziduală ε r (ireversibilă). Curgerea lentă ireversibilă predomină ca mărime, iar importanţa ei, în practica utilizării betonului sub sarcină, este mare. Încărcarea betonului la vârstă mai târzie micşorează în special această mărime a curgerii lente, după cum mărirea efortului unitar în beton măreşte valoarea componentei ireversibile.

Figura 18. Deformaţia de curgere lentă

ε 0 – deformaţie elastică;ε cl – deformaţie de curgere lentă;ε 0'

– revenirea elastică instantanee;ε cl'

– revenire din curgere lentă;ε r – deformaţie remanentă (ireversibilă).

La construcţiile de mari dimensiuni, cum sunt barajele hidrotehnice, curgerea lentă apare chiar sub propria greutate.

Mărimea deformaţiilor de curgere lentă a betonului depinde de: tipul şi mărimea solicitării, durata încărcării, compoziţia, structura şi vârsta betonului, modul de păstrare (umiditate, temperatură), mărimea contracţiei, volumul elementului solicitat etc.

Deoarece deformaţiile datorate solicitărilor de durată pot provoca fisurări, pierderea capacităţii portante, a rigidităţii, redistribuirea eforturilor în betonul armat, pentru limitarea valorilor acestor deformaţii se iau măsuri la

36

stabilirea compoziţiei betonului, la punerea lui în lucrare şi tratarea lui ulterioară, pentru obţinerea unui beton compact cu rezistenţe mecanice ridicate.

Elemente de tehnologie a betonului

Stabilirea compoziţiei betonului

Stabilirea compoziţiei betonului se face utilizând metode ce depind de domeniul de utilizare al betonului şi clasa lui de rezistenţă.

Stabilirea compozitiei betoanelor uzuale pentru constructii civile se face conform procedurii descries in lucrarea de laborator.

Pentru betoanele de clasă mai mare de C50/60, utilizate în construcţii civile, stabilirea compoziţiei decurge relativ asemănător, ţinându-se cont de:

cimentul utilizat este de clasă 42.5 sau 52.5; agregatul utilizat este provenit în special din concasarea rocilor dure; se utilizează un dozaj de 8%, din masa cimentului, de silice ultrafină,

un deşeu de la fabricarea siliciului sau ferosiliciului; se utilizează o cantitate relativ importantă de aditiv superplastifiant; cantitatea orientativă de apă de amestecare este de 170±10 l; dozajul de ciment nu trebuie să depăşească 600kg/m3.

Betoanele de nisip, notate BN urmate de cifre reprezentând clasa de rezistenţă, se produc utilizând nisip sort 0-3 sau 0-5, ciment uzual, cenuşă de electrofiltru, apă şi aditivi. În normative sunt prezentate reţetele pentru toate clasele de betoane de nisip, apa fiind adăugată până la obţinerea consistenţei dorite.

În cazul betoanelor hidrotehnice, este necesar să fie îndeplinite condiţii de durabilitate, legate de impermeabilitate, rezistenţă la îngheţ-dezgheţ, rezistenţă la acţiunea agresivă a apelor.

Pe lângă aceste condiţii este necesar ca cimentul utilizat la obţinerea betoanelor hidrotehnice să fie cu căldură de hidratare limitată (H).

Clasele de rezistenţă ale betoanelor hidrotehnice se determină prin încercări la compresiune la 90 de zile. Un exemplu de notare a unui beton hidrotenic este: BcH15 P8

20 G100.

Betoanele rutiere, notate BcR urmate de cifre reprezentând clasa de rezistenţă, se produc utilizând agregat concasat, nisip, ciment rutier şi aditivi antrenori de aer. În stabilirea compoziţiei unor astfel de betoane se ţine cont de:

clasa de rezistenţă este determinată de rezistenţa la încovoiere la 28 de zile, exprimată în N/mm2;

consistenţa betoanelor rutiere, exprimată prin tasarea conului este de maxim 3cm;

dozajul de ciment recomandat este funcţie de clasa de rezistenţă şi este de maximum 370kg/m3 pentru BcR 5.0 ;

raportul a/c este de maxim 0.45 pentru agregate cu granulozitate continuă şi 0.47 pentru cele cu granulozitate discontinuă;

37

se calculează cantitatea de apă, de aditiv şi ulterior de agregat, asemănător betoanelor pentru construcţii civile, pornind însă de la dozajul fixat de ciment;

se obţine un amestec conform compoziţiei preliminare şi se determină tasarea acestuia; dacă nu se obţine o lucrabilitate suficientă cu cantitatea maximă de apă calculată, se modifică granulozitatea agregatului;

se continuă determinările şi stabilirea reţetelor de bază şi derivate în mod asemănător betonului pentru construcţii civile.

Prepararea betonului Se face în betoniere prin cădere liberă sau în malaxoare cu amestec

forţat. Amestecarea componenţilor trebuie să asigure realizarea unei bune omogenităţi a betonului şi dispersarea cimentului, favorizând hidratarea.

Durata de amestecare depinde de compoziţia şi lucrabilitatea betonului, temperatura mediului, capacitatea şi tipul utilajului de amestecare.

În cazul şantierelor cu consum mare de betoane se recomandă prepararea betonului în centrale de beton, care prezintă următoarele avantaje: posibilitatea de mecanizare completă a lucrărilor din depozitele de materiale, transportul şi dozarea acestora, îmbunătăţirea omogenităţii, un control mai bun asupra calităţii betonului.

Transportul betonuluiTransportul betonului de la staţia de preparare la locul turnării se face

cu mijloace adecvate, pe distanţe cât mai scurte, astfel încât să nu se producă segregări sau pierderi de lapte de ciment.

Mijloacele de transport trebuie să fie etanşe, iar pe timp de arşiţă sau ploaie, suprafaţa liberă a betonului trebuie să fie protejată, astfel încât să se evite modificarea caracteristicilor betonului.

Turnarea betonuluiCalitatea betoanelor depinde, în mare măsură, de modul cum a fost

efectuată turnarea, de aceea ea trebuie făcută cu respectarea anumitor recomandări, dintre care cele mai importante sunt:

turnarea şi compactarea betonului trebuie să se efectueze înainte de începerea prizei cimentului;

înălţimea de cădere liberă a betonului nu trebuie să fie mai mare de 1,5 m, pentru a se evita segregarea;

turnarea unui element trebuie să se facă continuu, evitând rosturile de lucru, deoarece betonul proaspăt nu aderă bine la cel întărit, rezultând zone de slabă rezistenţă. Când rosturile de lucru nu pot fi evitate, se vor executa în zonele în care solicitările sunt minime. Suprafaţa betonului turnat anterior şi întărit, care va veni în contact cu betonul proaspăt, va fi curăţată cu deosebită grijă de pojghiţa superficială de ciment şi de betonul slab compactat, spălând apoi cu jet de apă sau aer comprimat. La întreruperea betonărilor se recomandă utilizarea aditivilor întârzietori de priză şi întărire;

în timpul turnării betonului se vor lua măsuri pentru a se evita deformarea sau deplasarea armăturilor şi cofrajelor;

betonarea elementelor masive de beton se va face în straturi de 20–50 cm grosime, astfel încât suprapunerea să se facă înainte de începerea prizei cimentului din stratul inferior; în cazurile necesare se vor folosi aditivi întârzietori de priză.

38

Compactarea betonuluiModul de punere în lucrare a betonului şi mai ales gradul şi regimul de

compactare au o mare influenţă asupra structurii sale. Prin compactare se urmăreşte eliminarea aerului din beton sau de la periferia cofrajului, realizarea unui element cu o compactitate cât mai mare, cu o formă cât mai corectă şi cu suprafeţe închise.

Procedeul de compactare se alege în funcţie de compoziţia şi lucrabilitatea betonului, forma şi dimensiunile elementelor.

Energia consumată la compactare se apreciază în funcţie de forţele de coeziune şi de frecarea internă ce trebuiesc depăşite pentru obţinerea unei compactităţi cât mai mari a betonului.

Compactarea manuală se foloseşte numai în cazul obligativităţii turnării unor betoane fluide, efectuându-se prin înţepare cu vergele metalice, şipci de lemn şi prin ciocănire uşoară a cofrajelor.

Mecanic, compactarea betonului se poate face prin vibrare, centrifugare, presare, vacumare, torcretare, injectare sau procedee combinate ca: vibropresare, vibrovacumare, vibrolaminare etc.

Vibrarea betonului, fiind un procedeu simplu şi eficient, este cel mai folosit mijloc de compactare a betonului, atât pe şantiere, cât şi în fabrici de prefabricate.

Vibrarea constă în aplicarea unor şocuri succesive de o anumită frecvenţă care trebuie să învingă forţele de coeziune şi frecare internă din betonul proaspăt. Astfel, sub efectul vibrării, componenţii betonului trec într-o stare de continuă mişcare oscilatorie, coeziunea şi frecarea între particule se micşorează, iar betonul vârtos sau vârtos-plastic, capătă aspectul unui fluid vâscos, mobil, care curge lent şi poate lua forma cofrajelor. În acelaşi timp, aerul înglobat în beton, în timpul amestecării şi turnării este expulzat datorită presiunii interne produsă în urma şocurilor repetate. Datorită măririi fluidităţii, granulele se deplasează unele faţă de celelalte, tinzând să ocupe poziţia limită de echilibru cea mai favorabilă, care corespunde unei compactităţi maxime. Când acţiunea vibrării încetează, betonul îşi recapătă rigiditatea iniţială.

Proprietăţile betonului vibrat depind de regimul de vibrare, care se stabileşte experimental în funcţie de lucrabilitatea betonului, dozajul de ciment, granulozitatea şi dimensiunea maximă a agregatelor.

Un regim de vibrare neadecvat compoziţiei betonului poate provoca în locul compactării segregarea sau afânarea structurii betonului.

Folosirea eficientă a vibrării cere utilizarea unei forţe de vibrare în concordanţă cu valorile coeficienţilor reologici ai betonului, determinaţi în mare măsură de proprietăţile reologice ale matricei betonului.

Parametrii principali ai vibrării sunt: frecvenţa, amplitudinea şi durata de vibrare.

Frecvenţa de vibrare se defineşte prin numărul de şocuri transmise betonului în unitatea de timp (vibraţii pe minut). Frecvenţa de vibrare se alege în funcţie de mărimea granulelor de agregat. Granulele mai mici vibrează la frecvenţe mai ridicate. Vibratoarele utilizate curent au frecvenţă de 3000–10.000 oscilaţii pe minut.

Amplitudinea de vibrare se exprimă în mm şi se alege în funcţie de frecvenţă, de dimensiunile agregatelor şi lucrabilitatea betonului. În general, amplitudinea variază de la 0,06 la 0,6 mm.

39

Durata de vibrare, exprimată în minute, depinde de compoziţia betonului, frecvenţa şi amplitudinea de vibrare. O durată de vibrare prea mare poate avea drept efect segregarea betonului. Se consideră durată de vibrare suficientă când betonul nu se mai tasează, încetează apariţia bulelor de aer la suprafaţa betonului care devine orizontală şi uşor lucioasă.

Vibrarea betonului se realizează cu ajutorul vibratoarelor care au un mod de acţiune şi construcţie diferită în funcţie de condiţiile de utilizare.

Vibrarea internă se realizează cu pervibratoare, care au o formă cilindrică şi se introduc în masa betonului (fig. V.24,a). Lucrabilitatea betoanelor compactate prin vibrare internă se recomandă să fie T3 sau T3/T4.

Figura V.24. Diverse tipuri de vibratoare

a b c d

Vibrarea externă se execută cu vibratoare care transmit betonului vibraţiile prin intermediul cofrajului (vibratoare de cofraj) (fig. V.24.b). Este recomandată pentru compactarea elementelor de grosimi mici, cu armături dese, care nu pot fi compactate prin vibrare internă.

Vibrarea de suprafaţă se execută cu vibratoare placă, transmiţând vibraţiile în mod direct suprafeţei libere a piesei de beton (fig. V.24.c). Se utilizează la compactarea betoanelor monolite şi prefabricate din elemente de construcţie de suprafaţă mare şi grosime 3 ... 35 cm, lucrabilitatea recomandată fiind L2.

În fabrici de prefabricate, laboratoare, se pot utiliza mese vibratoare pentru compactarea betonului turnat în tipare (fig. V.24.d).

Centrifugarea este un procedeu de compactare a betonului aplicat la elementele cu secţiune circulară cu goluri în interior (tuburi de canalizare, stâlpi pentru susţinerea conductorilor eletrici). Forţa centrifugă rezultată din rotirea tiparului, proiectează betonul pe pereţii tiparului, iar surplusul de apă se separă în interiorul acestuia. Se realizează astfel un beton foarte compact însă cu o structură specifică deoarece agregatele mai mari sunt distribuite către exterior iar cele mai mici către interior (fig. V.25).

40

Figura V.25. Procedeul de compactare prin centrifugare

Centrifugarea reclamă o grijă deosebită la alcătuirea compoziţiei betonului (raport apă/ciment moderat, cimenturi nu prea fin măcinate, granula maximă a agregatului nu prea mare), precum şi la stabilirea regimului de centrifugare (viteza şi timpul de centrifugare).

Vacumarea betonului se utilizează pentru compactarea betoanelor plastice şi fluide prin aplicarea pe suprafaţa lor a unor panouri de vacuum, care prin crearea unei subpresiuni la suprafaţa betonului permit extragerea surplusului de apă şi a aerului oclus (fig. V.26).

Figura V.26. Compactarea betonului prin vacuumare

Datorită unei bune compactări şi a accelerării hidratării cimentului, betonul vacumat prezintă rezistenţe mecanice iniţiale sporite (făcând posibilă decofrarea timpurie), rezistenţe finale mai mari, deformaţii mai reduse, comportare mai bună la permeabilitate şi îngheţ-dezgheţ repetat.

Vacumarea se aplică la prefabricate din beton care au suprafaţă mare şi grosime redusă (plăci, dale) şi la îmbrăcăminţi rutiere.

Torcretarea constă în realizarea unui amestec uscat de ciment şi agregate până la 8 mm, care se introduc împreună cu apa de amestecare într-un injector de unde este proiectat sub presiune pe suprafaţa de torcretat. Betonul torcretat se aplică în straturi succesive, de circa 2 cm, până la realizarea grosimii dorite.

Procedeul se aplică la confecţionarea plăcilor prefabricate cu simplă şi dublă curbură, tuburi de presiune, la acoperirea armăturilor pretensionate, la reparaţii ale elementelor vechi din beton.

41

Betonul torcretat este foarte compact şi deosebit de impermeabil, cu rezistenţe mari şi deformaţii reduse şi asigură o bună aderenţă la armături şi betoane vechi.

Injectarea betonului se execută în două etape succesive. În prima etapă se realizează un schelet de granule prin introducerea agregatului mare, fără nisip, în cofraje şi compactarea lui. În faza următoare se injectează în golurile scheletului de granule, de jos în sus sau lateral, un mortar format din ciment, nisip, apă şi aditivii necesari măririi lucrabilităţii şi evitării segregării.

Procedeul de injectare asigură obţinerea unui beton cu rezistenţe mecanice mari, contracţii reduse şi o impermeabilitate ridicată, fiind folosit la turnări speciale, cum sunt cele de betoane foarte grele.

Presarea realizează compactarea betonului printr-un efort de compresiune de 50–150 daN/cm2, exercitat de prese hidraulice. Procedeul se utilizează la execuţia prefabricatelor de dimensiuni reduse (plăci de faţadă, dale, tuburi de canalizare) ce trebuie să aibă o compactitate ridicată care să asigure proprietăţi fizico-mecanice superioare.

Vibropresarea betonului este cel mai eficient mijloc de compactare. Vibrarea determină o deformaţie de curgere a sistemului care poate fi compactat într-o stare avansată prin aplicarea unor forţe suplimentare de compresiune.

Laminarea este un procedeu de compactare prin presare cu ajutorul valţurilor a prefabricatelor din beton profilate.

Prezentarea sumară a principiilor tehnologice de punere în lucrare a betonului subliniază că pentru folosirea eficientă a materialelor (ciment, agregate, aditivi) este necesară utilizarea unei compoziţii judicioase, iar procedeele tehnologice trebuie utilizate în strânsă concordanţă cu procesele fizico-chimice, care determină transformările şi calităţile atât de variate ale betoanelor întărite.

Tratarea betoanelor după turnareDupă turnarea şi compactarea betonului este necesară protejarea lui

împotriva pierderii apei prin evaporare, pentru a se asigura astfel condiţii favorabile de întărire şi a se reduce formaţiile din contracţie la uscare. Pentru a se asigura menţinerea umidităţii betonului minim 7 zile pentru betoane cu cimenturi unitare şi minim 14 zile pentru betoane cu cimenturi cu adaosuri, se vor proteja suprafeţele libere prin acoperirea cu materiale de protecţie (prelate, rogojini, strat de nisip, care vor fi menţinute permanent umede sau cu folii de polietilenă).

La lucrările cu suprafaţă mare, ce sunt expuse liber radiaţiilor solare, curenţilor de aer, aşa cum sunt betoanele rutiere, piste de aerodrom, betoanele de protecţie a taluzelor de canal, se recomandă aplicarea de pelicule de protecţie, aderente pe suprafaţa betonului proaspăt, impermeabile minimum 3 săptămâni. Se utilizează în acest scop emulsii de polimeri, bitum, parafină.

Stropirea directă cu apă este mai puţin indicată deoarece umezirea şi uscarea intermitentă determină umflări şi contracţii alternative, urmate de fisurarea stratului superficial. Când se utilizează această metodă ea se va realiza sub forma unei pulverizări continue şi va începe după ce betonul este suficient de întărit, pentru ca prin această operaţie să nu fie antrenată pasta de ciment.

42

Pe timp ploios, suprafeţele de beton proaspăt vor fi acoperite cu prelate sau folii de polietilenă, atât timp cât prin căderea precipitaţiilor există pericolul antrenării pastei de ciment.

 Decofrarea betonului Se poate executa numai după ce betonul a atins valori ale rezistenţelor

mecanice care să permită suportarea greutăţii proprii şi a încărcărilor ce apar în timpul execuţiei lucrărilor.

Stabilirea rezistenţei la care a ajuns betonul se va face prin încercarea epruvetelor de control confecţionate în acest scop şi păstrate în condiţii similare elementelor în cauză, sau prin încercări nedistructive. În lipsa încercărilor, pentru cazurile curente se vor respecta termenele minime indicate în normative, ţinând seama de temperatura medie din perioada de întărire a betonului.

După decofrare se va verifica aspectul elementelor, iar dacă se semnalează zone cu beton necorespunzător, beton necompactat, segregat, goluri, rosturi de betonare, se vor lua măsurile de remediere necesare.

Fazele de execuţie a lucrărilor de beton şi beton armat constituie în majoritate lucrări ascunse, astfel încât controlul calităţii trebuie efectuat şi consemnat permanent.

Influenţa temperaturilor scăzute asupra întăririi şi rezistenţelor betonului. Betonarea pe timp friguros

Influenţa temperaturii mediului se manifestă asupra evoluţiei proceselor fizico-chimice ce se produc în timpul prizei şi întăririi betonului.

În tehnologia betonului se consideră ca normale pentru întărirea lui, temperaturile în jur de + 20°C, iar perioadele de lucru când temperatura scade sub + 5°C, se consideră timp friguros.

Influenţa temperaturilor scăzute dar pozitive (0 - 5°C) asupra întăririi şi rezistenţelor betonului este diferită de cea a temperaturilor negative (sub 0°C).

Întărirea la temperaturi scăzute, dar pozitive (0 - 5°C), se face lent, dar rezistenţele finale ale betonului, într-un timp îndelungat pot avea valori ridicate, uneori mai mari decât betonul întărit tot timpul în condiţii normale.

Dacă întărirea betonului se face o perioadă limitată la temperaturi scăzute (0..+ 5°C) şi apoi continuă la temperaturi normale de 20°C, rezistenţele mecanice finale vor fi mai mari în raport cu întărirea normală (fig. V.27).

Figura V.27. Evoluţia în timp a rezistenţelor betoanelor păstrate în diferite condiţii

43

Aceasta se explică prin faptul că la temperaturi scăzute, dar superioare punctului de îngheţ, granulele de ciment se hidratează mai profund, produsele de hidratare formate mai lent au o structură mai fină şi cu mai puţine defecte, pe când la temperaturi normale se formează mai repede pelicula de geluri impermeabile, care frânează continuarea procesului de hidratare.

La temperaturi sub 0°C betonul nu se mai întăreşte, reaţiile de hidratare se desfăşoară deosebit de lent, iar în jur de – 10°C se opresc complet, deoarece îngheaţă şi apa adsorbită.

La temperaturi sub 0°C îngheţarea apei libere din betonul proaspăt, produce prin expansiunea ei degradări ale structurii betonului, care nu se mai refac odată cu revenirea la condiţii normale de întărire şi ca urmare proprietăţile finale ale betonului nu mai pot atinge nivelul scontat. De asemenea, prin îngheţarea apei din lentilele formate la partea inferioară a agregatelor şi armăturilor, se slăbeşte adeziunea pietrei de ciment faţă de agregate şi armături, fenomen cu atât mai accentuat cu cât raportul apă/ciment este mai ridicat.

La punerea în lucrare pe timp friguros, trebuie să se asigure betonului temperaturi de minimum + 5°C, pe toată perioada de întărire necesară până la atingerea rezistenţei la compresiune de minimum 50 daN/cm2, iar pentru construcţii speciale (supuse la acţiuni agresive) până se atinge minimum 70% din clasă. După acest moment acţiunea frigului asupra betonului nu mai poate periclita calitatea acestuia.

La betonarea pe timp friguros se recomandă următoarele măsuri: la stabilirea compoziţiei betonului se va urmări adoptarea unei

cantităţi cât mai reduse de apă de amestecare; se recomandă utilizarea aditivilor plastifianţi, acceleratori de priză

şi întărire sau antigel, în funcţie de particularităţile lucrării; durata amestecării betonului se va prelungi cu 50% faţă de durata

de amestecare în condiţii normale; în unele cazuri se pot încălzi agregatele (până la aprox. + 50°C) şi

apa de amestecare (până la + 50 ... 70°C), însă nu la temperaturi mai ridicate pentru a nu determina o priză rapidă a cimentului şi pentru a nu reduce lucrabilitatea betonului. Se realizează astfel betonul cald;

 la transportul betonului se vor lua măsuri pentru limitarea la minimum a pierderilor de căldură ale betonului prin: evitarea distanţelor mari de transport, a staţionărilor, a transbordărilor betonului, iar în cazul transportului cu bene sau autobasculante, acestea vor fi acoperite cu prelate;

cofrajele trebuie să fie curăţate cu deosebită atenţie de zăpadă şi gheaţă, eventual cu jet de aer cald sau abur;

este obligatorie compactarea betonului prin vibrare; pentru asigurarea în continuare a unei temperaturi de minimum

+ 5°C, suprafeţele libere ale betonului vor fi protejate imediat după turnare prin acoperire cu prelate, folii de polietilenă, saltele termoizolante, etc.

Decofrarea se poate efectua numai după verificarea rezistenţelor mecanice pe probe de beton păstrate în aceleaşi condiţii ca şi elementele în cauză şi după examinarea atentă a calităţii betonului pe feţele laterale ale pieselor turnate, efectuându-se în acest scop unele decofrări parţiale, de probă.

Influenţa temperaturilor ridicate asupra proprietăţilor betonului

44

Temperaturi ale mediului ambiant de peste + 35°C influenţează negativ proprietăţile betonului proaspăt, datorită frânării proceselor de priză şi întărire ca rezultat al evaporării masive a apei de amestecare. Pentru a se evita acest lucru, după turnarea betonului se vor lua imediat măsurile indicate de protejare a acestuia pentru ca temperatura să se păstreze sub aceste limite.

Betonul întărit îşi păstrează proprietăţile până la temperaturi de circa + 150°C. Peste această temperatură începe să scadă rezistenţa la întindere, din cauza deshidratării gelurilor şi amplificării sistemului de microfisuri. Peste + 300°C începe să scadă şi rezistenţa la compresiune.

În cazul elementelor de beton supuse la acţiunea flăcărilor, când temperatura betonului ajunge şi depăşeşte chiar + 600°C, betonul se degradează treptat de la suprafaţă spre interior datorită deshidratării compuşilor hidrataţi, dilatărilor termice şi transformării hidroxidului de calciu prin deshidratare în oxid de calciu. Ulterior la răcire la temperaturi normale, oxidul de calciu se rehidratează. Aceste transformări sunt însoţite de modificări de volum care măresc sistemul de micro şi macrofisuri, provocând exfolierea betonului.

La temperaturi peste 575°C, agregatele cuarţoase prezintă transformări polimorfe cu măriri de volum, care favorizează exfolierea betonului.

Dacă agregatele sunt calcaroase, degradările se produc peste 600°C, când începe disocierea termică a carbonatului de calciu.

Cu toate acestea, construcţiile din beton se comportă mai bine la acţiunea incendiilor decât cele metalice, care se încovoaie sub propria lor greutate. Elementele de beton se degradează lent de la periferie spre interior, iar dacă degradarea nu este prea profundă, după îndepărtarea stratului degradat se pot repara prin torcretare.

Pentru construcţii speciale (agregate termice, coşuri de fum) exploatate în condiţii termice în care betonul obişnuit are durabilitate scăzută, se utilizează betoane refractare, care îşi păstrează în anumite limite proprietăţile fizico-mecanice sub acţiunea prelungită a temperaturilor ridicate.

Betoanele rezistente la temperaturi înalte se execută cu ciment aluminos, ciment portland cu stabilizatori ceramici sau cu lianţi speciali. Ca agregate se utilizează materiale stabile la temperaturi ridicate ca: zgură alumino-titanică, minereu de cromit, spărturi de cărămizi refractare, zgură de furnal, andezit, etc. Ca parte fină care contribuie la mărirea stabilităţii betoanelor la temperaturi ridicate, se utilizează diverse materiale măcinate, ca: şamotă, andezit, cromit, zgură de furnal, cenuşă de termocentrală.

Prin utilizarea unui ciment superaluminos (Al2O3 > 70%) şi agregate rezultate din măcinarea cărămizilor supraaluminoase se pot obţine betoane care să reziste la temperaturi peste 1770°C, numite betoane superrefractare.

Betonul refractar prezintă o serie de avantaje faţă de ceramica refractară ca: rigiditate mai mare a construcţiei, eliminarea rosturilor de zidărie, rezistenţă, preţ mai redus, durabilitate mai mare.

Accelerarea întăririi betoanelor

Deoarece în condiţii normale de întărire, betonul atinge rezistenţele mecanice necesare decofrării, transportului sau dării în exploatare, în timp destul de îndelungat, ritmul rapid de execuţie atât pe şantiere cât şi în fabrici de prefabricate, necesită accelerarea întăririi betoanelor. Procedeele utilizate în

45

acest scop îşi bazează acţiunea pe mărirea vitezei de hidratare şi întărire a cimentului astfel încât să nu se afecteze calitatea betonului întărit.

Procedeele de accelerare a întăririi betonului sunt variate, alegerea făcându-se în funcţie de condiţiile concrete de execuţie şi tehnologia adoptată.

Utilizarea cimenturilor cu întărire rapidăCimenturile cu întărire rapidă, simbolizate R, având un conţinut ridicat

în silicat tricalcic şi o fineţe de măcinare înaintată, se caracterizează printr-o viteză de hidratare şi întărire mai mare decât a celorlalte cimenturi portland şi utilizarea lor determină o creştere importantă a rezistenţelor iniţiale ale betonului.

Utilizarea aditivilor acceleratori de întărireAditivii acceleratori de întărire, prin modul lor specific de acţiune,

contribuie la creşterea rezistenţelor betonului în faza iniţială. Dintre aceşti aditivi, cel mai utilizat este clorura de calciu, respectând însă condiţiile prevăzute în normativele privind folosirea lui în betoanele simple şi armate.

Tratamente higrotermice – sunt procese de accelerare a întăririi betonului prin încălzirea lui mai ales în prezenţa aburului sau apei calde. Ele sunt specifice fabricilor de prefabricate şi după modul de realizare pot fi tratamente termice fără presiune şi tratamente termice cu presiune.

Tratamentele fără presiune utilizate în tehnologia betoanelor, constau în încălzirea elementelor la scurt interval de la confecţionare, la temperaturi de maximum 100°C şi în anumite condiţii de umiditate care să nu permită evaporarea apei din beton.

Aburirea foloseşte ca agent de încălzire a elementelor de beton, aburul la presiune normală, ceea ce conduce la obţinerea unor temperaturi de 70 ... 90°C şi a unei umidităţi relative de 90–95%.

Astfel se produce o accelerare a hidratării-hidrolizei şi întăririi cimentului, încât după 6–8 ore de tratament se ating 40–70% din rezistenţele mecanice ale betonului la 28 zile în condiţii de întărire normală (fig. V.28).

Figura V.28. Evoluţia în timp a rezistenţelor betoanelor întărite în diferite condiţii

46

Efectul final al aburirii depinde de compoziţia mineralogică a cimentului, dozajul de ciment, raportul apă/ciment, vârsta betonului în momentul aburirii, regimul de aburire (încălzire, tratare izotermă, răcire), de secţiunea piesei de beton, tratarea după aburire.

Cimenturile indicate pentru aburire trebuie să aibă un conţinut ridicat în silicaţi de calciu şi cât mai redus în aluminat tricalcic. Aburirea se poate aplica şi betoanelor confecţionate cu cimenturi care conţin până la 15% zgură metalurgică sau adaosuri puzzolanice.

Betoanele tratate termic prin aburire au rezistenţele mecanice finale inferioare cu 10–20% celor ale betoanelor întărite în condiţii normale, sunt mai permeabile şi mai puţin rezistente la şoc şi la îngheţ-dezgheţ repetat şi prezintă o aderenţă mai slabă beton-armătură. Porozitatea mai mare şi defectele mai numeroase ale betoanelor întărite prin aburire se datoresc atât cineticii accelerate de întărire a cimentului cât şi comportării diferite a componenţilor betonului sub influenţa temperaturii.

Creşterea iniţială a rezistenţelor mecanice, în condiţiile apariţiei unor defecte mai numeroase în beton, este determinată de o hidratare mai avansată a cimentului şi creării unui număr mai mare de legături chimice între produsele de hidratare.

Pentru realizarea clasei betonului se admite un spor de dozaj de ciment care să completeze influenţele negative ale aburirii.

Tratamentele sub presiune de vapori (autoclavizarea) se realizează în autoclave (recipienţi cilindrici închişi etanş) la o presiune de 8–16 atmosfere şi o temperatură de 170–200°C, după o întărire prealabilă a betonului de câteva ore în mediu umed la temperatura normală. Ridicarea şi coborârea temperaturii şi presiunii se fac lent (câte 3–4 ore fiecare), iar tratarea izotermă durează 6–10 ore. La sfârşitul tratamentului se obţin rezistenţe mecanice echivalente cu cele la 28 zile în condiţii normale de întărire.

La autoclavizare, pe lângă accelerarea reacţiilor de hidratare-hidroliză, datorită vaporilor sub presiune la temperaturi ridicate, au loc reacţii chimice între hidroxidul de calciu rezultat din hidroliza componenţilor mineralogici ai cimentului şi bioxidul de siliciu din agregatele silicioase, cu formarea de hidrosilicaţi de calciu, schimbându-se astfel atât compoziţia chimică cât şi structura betonului întărit.

Ca urmare se obţin structuri mai compacte, cu o mai bună adeziune între piatra de ciment şi agregate, care în timp au rezistenţe mecanice superioare betoanelor întărite în condiţii normale şi o comportare mai bună la acţiunea agenţilor fizici şi chimici.

Pentru betoanele supuse autoclavizării se recomandă utilizarea cimenturilor cu conţinut ridicat în silicat tricalcic şi cu adaosuri silicioase active (zgură metalurgică, cenuşă de termocentrală, tras) sau cu nisip silicios fin măcinat.

Autoclavizarea permite înlocuirea parţială sau totală a cimentului cu var gras, dacă agregatele sunt silicioase şi destul de fine, sau întărirea unor amestecuri de zgură metalurgică sau cenuşă de termocentrală şi var, formându-se în aceste condiţii hidrosilicaţi de calciu asemănători cu cei din piatra de ciment.

Procedeul de autoclavizare se utilizează la noi în ţară la fabricarea betonului celular autoclavizat (BCA).

Accelerarea întăririi betonului se mai poate realiza şi prin alte procedee ca: încălzirea în aer cald, cu ajutorul curentului electric, a razelor infraroşii,

47

tratarea în câmpuri de înaltă frecvenţă. Aceste tratamente necesită măsuri suplimentare pentru a se evita pierderea apei din beton prin evaporare.

Betoane speciale

Betoane armate dispers

Materialele compozite armate dispers structural pot fi asimilate sistemelor disperse în care dispersoidul este fibra sau whiskers-urile, iar mediul de dispersie o matrice solidă, ce poate fi alcătuită dintr-un singur component (polimeri), sau din mai multe componente (ciment-apă, ipsos-apă, ciment-agregat-apă, ciment-polimer-apă, etc).

Fibrele utilizate pot fi: minerale:

- naturale: azbest;- de fabricaţie: de oţel, sticlă, carbon, bazalt;

organice:- artificiale: polipropilenă, poliesteri, poliamide etc.

Tabelul V-13. Caracteristici fizico-mecanice ale unor fibreTip fibră d

(μm)ρa

(kg/m3)

Rt

(KN/mm2) E=σε

(kN/mm2)

ε r%

coeficient calitateR t

ρa( MNKg

)

Azbest 0.02-20 3200 0.5-3 80-150 0.5-2 0.15-0.95Carbon 8-9 1900 1.8-2.6 250-300 0.5-1 0.95-1.27Oţel 5-800 7850 1.0-3.0 210 3-4 0.13-0.39Sticlă 9.15 2500 1.0-4.0 70-80 1.5-3.5 0.40-1.60Polipropenă 20-200 900 0.5-0.8 3.5-5.0 20-25 0.55-0.90Poliester 20-200 950 0.7-0.9 8.4 11-13 0.74-0.95

Betoane armate cu fibre de oţel (BAFO)Comportarea la întindere din încovoiere a BAFO este diferită de cea a

betonului obişnuit. Zona întinsă se comportă diferit faţă de zona comprimată şi pe măsură ce deformaţia din zona întinsă creşte, axul de simetrie se deplasează către zona comprimată.

Ruperea se produce prin smulgerea fibrelor şi depinde de aderenţa fibră - matrice. În cazul BAO desprinderea fibră - matrice este mai pronunţată decât în cazul altor fibre (sticlă, carbon, azbest).

Deformaţia specifică în zona întinsă a elementului solicitat la încovoiere este de 2-3 ori mai mare decât în zona comprimată.

Un exemplu de compoziţie BAO este prezentat în tabelul V-14.

48

BAFO are rezistenţe bune la compresiune, întindere axială, întindere din încovoiere, la acţiuni dinamice (şoc), oboseală, contracţie şi curgere lentă redusă.

Utilizări ale BAFO pentru elemente monolit: construcţia, repararea îmbrăcăminţilor

rutiere rigide, piste de aerodrom, tablieri poduri (SUA, Anglia, Canada, Japonia), lucrări de tuneluri (SUA, Anglia), acoperişuri industriale, cupole (SUA, Anglia, Italia);

pentru prefabricate: tuburi de beton, dale parcări, pontoane plutitoare, bolţi subterane, etc.

V.2.11. Betoane de înaltă rezistenţă

Betoanele de înaltă rezistenţă fac parte din conceptul mai general de betoane de înaltă performanţă, la care, pe lângă rezistenţele mecanice ridicate se remarcă şi o durabilitate mult sporită. De asemenea şi celelalte performanţe ale acestor betoane sunt superioare celor ale betoanelor obişnuite.

Proprietăţile betoanelor de înaltă rezistenţă depind de materialele componente utilizate, de tehnologiile folosite dar şi de concepţia de proiectare şi chiar de tipul de construcţie la care urmează să fie folosite.

Se acceptă în general că betoanele de înaltă rezistenţă sunt cele care au Rc28 mai mare de 60N/mm2 iar betoane de foarte înaltă rezistenţă cele care au Rc28 peste 75N/mm2.

Betoanele de înaltă performanţă sunt împărţite în patru clase (după Rc28).

clasa I - 75N/mm2 ±12N/mm2

clasa II - 100N/mm2±12N/mm2

clasa III - 125N/mm2±12N/mm2

clasa IV - peste 150N/mm2

În definirea betoanelor de înaltă rezistenţă (BIR) şi a celor de foarte înaltă rezistenţă (BFIR) este important să se aibă în vedere şi compoziţia lor:

BIR este un beton în care se introduc aditivi cu rolul principal de reducere a cantităţii de apă de amestec şi sporirea rezistenţelor mecanice (Rc

între 50 şi 80N/mm2). BFIR este un beton în care pe lângă aditivi se introduc şi adaosuri cu

granulaţie foarte fină (silice ultrafină, unele cenuşi de termocentrală (pentru Rc> 80N/mm2).

Filerele silicioase şi mai ales silicea ultrafină, adăugate în beton, au atât un efect granular cât şi hidraulic .

Dintre toate adaosurile silicea ultrafină este cel mai valoros datorită atât

formei sferice a granulelor sale, cu structură amorfă şi dimensiuni de 0.01-10μ cât şi compoziţiei chimice şi reactivităţii sale. Fineţea particulelor este de 10 - 40 ori mai mare decât a celor de ciment (suprafaţa specifică ¿ 20m2/g), acest material fiind cel mai utilizat adaos granular ultrafin în betoanele de înaltă performanţă:

Silicea ultrafină introdusă în beton are următoarele efecte: intensă activitate hidraulică prin reacţia silicei cu hidroxidul de calciu

pus în libertate la hidratarea - hidroliza componenţilor mineralogici ai cimentului;

49

mărirea compactităţii betonului prin umplerea porilor capilari ai pastei de ciment, a porilor şi golurilor din structura betonului;

creşterea rezistenţelor mecanice finale ale betonului.În cazul folosirii simultane în beton a silicei ultrafne şi a

superplastifianţilor se obţin avantaje suplimentare prin activarea proceselor fizico-chimice ce favorizează reducerea necesarului de apă, formarea unor structuri favorabile obţinerii unor betoane cu proprietăţi fizico-mecanice superioare.

Împărţirea în clase a betoanelor de înaltă performanţă are la bază pe lângă criterii de compoziţie şi parametrii tehnici şi tehnologici aşa cum sunt prezentaţi în continuare:

Clasa IPentru prepararea acestor betoane se folosesc aceleaşi materiale ca

pentru betonul clasic dar cu reducerea raportului a/c la valori de 0.35¿ 0.45. Se utilizează cimenturi obişnuite şi se poate introduce adaos de silice ultrafină. Pentru o bună lucrabilitate se utilizează un aditiv superplastifiant.

Clasa II Betoanele din această clasă se vor prepara cu materiale de foarte bună

calitate. Raportul a/c va fi sub 0.35. Se vor folosi cimenturi de mărci superioare şi se recomandă adaosul de silice ultrafină. Agregatele trebuie să provină din roci cu rezistenţe mecanice ridicate iar diametrul maxim al granulelor va fi de 10-12 mm. Este obligatorie utilizarea unui aditiv superplastifiant, combinat eventual cu un agent reducător de apă.

Clasa III Pentru betoanele din această clasă sunt necesare materiale cu calităţi

deosebite, adaosuri şi aditivi superplastifianţi, iar raportul a/c trebuie să coboare sub 0.25.

Clasa IV Betoanele din această clasă necesită materiale cu calităţi deosebite şi

un raport a/c=0.16. Ele nu pot fi obţinute deocamdată decât în laborator.Cel puţin la clasele II, III şi IV dar şi la clasa I, tehnologia de

preparare, de transport, de punere în operă şi tratare după turnare, trebuie respectată cu foarte mare stricteţe.

Studierea şi punerea în practică a betonului de înaltă performanţă sunt necesare ca urmare a neajunsurilor betonului clasic (fragilitate, rupere casantă, durabilitate şi rezistenţe mecanice relativ reduse).

Principalele avanataje ale betonului de înaltă performanţă sunt: reducerea greutăţii elementelor de construcţii cu 20-30% prin

reducerea secţiunii la aceeaşi capacitate portantă; creşterea capacităţii portante a elementului de construcţie la

menţinerea aceleaşi secţiuni utile; reducerea consumului de ciment cu 10-20% prin folosirea

cimenturilor superioare şi datorită reducerii volumului de beton pus în operă; reducerea necesarului de armătură cu 8-20%; punerea mai bună în valoare a calităţii agregatelor; lărgirea sferei de aplicaţii ale betonului la noi tipuri de elemente de

construcţii.50

Betoanele de înaltă performanţă se impun cu necesitate la lucrări speciale de construcţii şi îşi extind utilitatea la lucrări de artă şi la construcţii civile.

Folosirea cea mai răspândită a betoanelor de înaltă rezistenţă este la poduri, la clădirile înalte, la lucrări hidrotehnice maritime, la platformele marine de foraj şi extracţie a petrolului, fundaţii la lucrări cu deschideri mari (supermagazine, garaje).

Betoane uşoare

Betoanele uşoare prezintă unele caracteristici tehnice care le fac deosebit de apreciate: densitate aparentă redusă (a < 2000 kg/m3), capacitate de izolare termică ridicată şi rezistenţă la foc sporită, în comparaţie cu betoanele grele. Aceste caracteristici conduc la elemente de beton (simplu, armat sau precomprimat) cu greutate proprie redusă, bune termoizolatoare, uşor de prefabricat.

În ansamblul unei construcţii, betoanele uşoare se utilizează pentru realizarea structurii de rezistenţă putând avea în acelaşi timp şi rol de izolare termică sau numai pentru izolare termică.

Clasificarea betoanelor uşoare şi principalele lor caracteristici sunt date în tabelul V-15.

După modul de realizare, betoanele uşoare se împart în următoarele categorii:

betoane uşoare compacte; betoane macroporoase (semicompacte); betoane celulare; betoane cu agregate vegetale.

Tabelul V-15. Clasificarea betoanelor uşoareTip beton

uşorCategoria

de densitate

Densitatea aparentă (kg/m3)

Conductivitatea

termică

λoλ (W/mK)

Betoane de izolaţie

0.5 401-500 0 .110 .18

.. .. . .0 .150 .240.6 501-600

0.7 601-7000.8 701-800 0 .16

0 .24. .. .. .

0 . 190 .290.9 801-900

1.0 901-1000

Betoane de izolaţie şi rezistenţă

1.1 1001-1100 0 .200 .30

.. .. . .0 . 300 .401.2 1101-1200

1.3 1201-13001.4 1301-1400 0 .31

0 .40. .. .. .

0 . 400.551.5 1401-1500

1.6 1501-16001.7 1601-1700

51

Betoane de rezistenţă

0 . 410 .55

.. . .. .0 . 610 . 78

1.8 1701-1800

1.9 1801-1900 0 .620 .70

.. .. . .0 .781. 052.0 1901-2000

λ este valoarea luată în calcul la proiectare, iar λo reprezintă conductivitatea termică în stare uscată.

V.2.12.1. Betoane uşoare compacte

Betoanele uşoare compacte se execută cu agregate minerale uşoare naturale sau artificiale, golurile dintre granule fiind complet umplute cu mortar. Greutatea redusă a acestor betoane se datoreşte exclusiv porozităţii agregatelor, care în general creşte odată cu creşterea dimensiunilor acestora.

Deoarece aceste betoane pot fi utilizate şi ca elemente portante pentru pereţii clădirilor, cât şi ca elemente armate se mai numesc şi betoane uşoare de rezistenţă sau de structură.

Pentru stabilirea corectă a compoziţiei unui beton uşor de rezistenţă se recomandă:

folosirea unui agregat uşor cu o curbă de granulozitate bună, deci cu un volum de goluri intergranular cât mai mic;

deoarece nisipul fin rezultat din concasarea rocilor poroase nu mai este un material poros (ducând şi la obţinerea unor betoane cu lucrabilitate redusă), în multe cazuri este necesară folosirea unui adaos de nisip de râu, în limitele strict necesare;

folosirea unui ciment de marcă superioară şi în dozaj corespunzător, în funcţie de natura agregatului şi marca betonului;

utilizarea unei cantităţi corepunzătoare de apă de amestecare, de asemenea în funcţie de natura şi umiditatea agregatului (fiind poros, absorbţia de apă este mai mare), precum şi în funcţie de dozajul de ciment.

Betoanele cu agregate uşoare au în general o lucrabilitate mai redusă şi o tendinţă de segregare mai mare decât cele obişnuite, cu agregate grele. Datorită densităţii aparente mai mici a granulelor cu dimensiuni mari, acestea prezintă tendinţa ca la zguduituri sau trepidaţii să se ridice la suprafaţă. Această deficienţă poate fi înlăturată printr-o stabilire corectă a compoziţiei, măsuri pentru evitarea în timpul transportului a şocurilor, trepidaţiilor şi distanţelor mari. Folosind un adaos hidrofobizant se evită segregarea în timpul vibrării şi se reduce totodată absorbţia de apă a agregatelor uşoare.

Compactarea acestor betoane se poate realiza prin vibrare sau vibropresare.

Caracteristicile tehnice ale betoanelor uşoare compacte sunt variate, în funcţie de natura şi cantitatea materialelor componente.

Rezistenţa la compresiune a acestor betoane, cuprinsă în limite largi în funcţie de destinaţie, depinde în mare măsură de natura agregatelor şi de dozajul în ciment, care la rândul său depinde mult de caracterul suprafeţei granulelor agregatului. Pentru o anumită clasă de beton, agregatele cu suprafeţe rugoase şi pori deschişi necesită un consum mai mare de ciment, deoarece o însemnată cantitate de pastă de liant pătrunde în aceste deschideri de suprafaţă, contribuind mai puţin la creşterea rezistenţei betonului. Din această cauză, betonul cu agregate uşoare necesită în comparaţie cu betonul

52

obişnuit de aceeaşi rezistenţă, un consum de ciment în medie cu 20–30% mai mare.

Ruperea betonului cu agregate uşoare se face de cele mai multe ori prin agregat, deoarece rezistenţa matricei (considerată mortarul fin din beton) depăşeşte pe cea a agregatului.

Modulul de elasticitate al betoanelor uşoare compacte are valori mult mai mici, de 1/3 până la 2/3 din cel al betoanelor grele de clasă echivalentă.

Deformaţiile elastice sunt de aproximativ de 2 ori mai mari decât ale betoanelor grele obişnuite, de aceeaşi clasă. Datorită acestor caracteristici betoanele uşoare compacte sunt indicate pentru executarea construcţiilor în zone seismice.

Conductivitatea termică a betoanelor uşoare compacte depinde de densitatea aparentă, tipul agregatului şi structura sa, umiditatea relativă.

La o porozitate identică, conductivitatea termică creşte odată cu mărimea porilor, deoarece se favorizează transmiterea căldurii prin convecţie în pori. La creşterea umidităţii are loc întotdeauna şi creşterea conductivităţii termice.

Betoanele uşoare compacte se utilizează pentru executarea de blocuri şi panouri mari pentru pereţi, plăci şi fâşii pentru planşee şi acoperişuri, plăci termoizolante, construcţii agrozootehnice, elemente de rezistenţă din beton armat şi beton precomprimat, etc.

Deşi agregatele uşoare artificiale utilizate la prepararea acestor betoane sunt mai scumpe decât agregatele grele, totuşi betoanele uşoare de rezistenţă sunt eficiente deoarece micşorarea greutăţii proprii a construcţiei poate duce la reducerea secţiunii fundaţiilor, a elementelor portante şi la micşorarea coeficientului de armare.

V.2.12.2. Betoane macroporoase

Betoanele macroporoase se obţin prin alegerea unei granulozităţi speciale a agregatelor, care pot fi grele compacte sau uşoare poroase. Partea fină din agregate se elimină parţial sau total, iar cantitatea de ciment şi apă se dozează astfel încât fiecare granulă să fie învelită cu o peliculă fină şi uniformă de pastă de ciment, sudând granulele doar în punctele de contact, fără a umple golurile dintre ele (fig. V.29).

Figura V.29. Tipuri de betoane macroporoase: cu agregate compacte (a) şi poroase (b)

53

a b

În aceste betoane, volumul porilor poate să ajungă până la 35% din volumul aparent al betonului, iar în funcţie de aceasta rezistenţa la compresiune poate fi în limitele 1.5–10 N/mm2.

Conductivitatea termică a betoanelor macroporoase este în general mai mare decât la betoanele uşoare compacte de aceeaşi densitate, datorită porilor de dimensiuni mai mari.

Betoanele macroporoase se caracterizează printr-o mare permeabilitate la apă (datorită porozităţii deschise) ceea ce impune, atunci când se folosesc la confecţionarea pereţilor exteriori, aplicarea unor tencuieli îngrijite, care să constituie un obstacol eficient contra infiltraţiilor provenite din precipitaţiile atmosferice.

Betoanele macroporoase cu agregate grele au difuzie capilară şi capacitate de reţinere a apei foarte mici, de aceea, atunci când un astfel de perete separă încăperi calde şi umede de spaţii reci, este necesar să fie prevăzute bariere de vapori eficiente pentru evitarea condensului.

Domeniile de folosire a betoanelor macroporoase se stabilesc în concordanţă cu caracteristicile lor, fiind în general utilizate la: blocuri mici şi mari de zidărie, şape termoizolante, structuri termoizolante la panouri mari, plăci termoizolante, straturi de umplutură şi de egalizare, drenaje.

V.2.12.3. Betoane celulare

Betoanele celulare sunt materiale cu o structură alveolară, care conţin circa 50% (în volum) pori închişi de formă sferică, cu diametrul sub 1 mm, uniform distribuiţi în masa betonului.

Aceste betoane se realizează utilizând ca agregat un material silicios fin măcinat (nisip silicios de râu, cenuşă de termocentrală, tras, diatomit), iar ca liant cimentul portland cu sau fără adaosuri, varul sau un amestec al lor şi apă.

După modul de realizare a structurii poroase, betoanele celulare pot fi: gazbetoane (GB25, GB35, GB50) la care structura poroasă se obţine

prin provocarea unei reacţii chimice, urmată de o degajare de gaze în amestecul proaspăt. Ca generator de gaze, se utilizează curent aluminiu (se pot utiliza şi Zn, Mg, etc) care în stare de pulbere reacţionează cu componenţii bazici din liant - Ca(OH)2 cu formare de hidrogen care induce porozitatea betonului:

54

2Al + 3Ca(OH)2 + 6H2O 3CaO˙Al2O3 ˙6H2O + 3H2 (5.12) spumobetoane, obţinute prin amestecarea pastei de materii prime cu

o spumă preparată separat cu ajutorul unui săpun industrial. Spuma trebuie să fie stabilă, cu pori şi să nu influenţeze negativ procesul de priză şi întărire al liantului.

Amestecurile pentru betoane celulare turnate în tipare, se întăresc prin autoclavizare, în prezenţa vaporilor de apă la o presiune a acestora de 10–14 atmosfere, la temperatura medie de 180°C timp de 10–12 ore. În aceste condiţii materialul silicios fin măcinat devine activ şi reacţionează cu hidroxidul de calciu utilizat ca liant sau rezultat prin hidroliza cimentului, formându-se hidrosilicaţii de calciu:

SiO2 + xCa(OH)2 + (n–x)H2O xCaO SiO2 nH2O; x < 2. (5.13)Produsele din beton celular autoclavizat (BCA) se caracterizează printr-

o densitate aparentă redusă (400–900 kg/m3).Rezistenţa la compresiune a betonului celular autoclavizat variază în

funcţie de mai mulţi factori: densitatea aparentă, conţinutul de umiditate, direcţia de solicitare faţă de direcţia de expandare la fabricare, etc. Ea are valori în limitele 1,8–10 N/mm2, în funcţie de tipul şi clasa de beton celular. BCA se caracterizează prin deformaţii mari sub sarcină de durată.

Principala caracteristică a betoanelor celulare este capacitatea lor de termoizolare, coeficientul de conductivitate termică având valori între 0,10–0,30 W/mK. Ea este puternic influenţată de umiditate, astfel că în cazul unei umidităţi de 20% (în greutate), coeficientul de conductivitate termică este de circa 2 ori mai mare decât în stare uscată (tabelul V-16).

Tabelul V-16. Tipuri de gaz-betoane şi caracteristicile lorSortimen

t(gaz

beton)

Rezistenţă la compresiune

(N/mm2)

Densitate aparentă (kg/m3)

Conductivitate termică(W/mK)

GBN GBC GBN GBC GBN GBCGB25 2,5 2,5 400–

500450–550

0,110 0,130

GB35 3,5 – 501–600

– 0,140 –

GB50 5,0 5,0 601–700

650–750

0,200 0,200

GBN – gaz beton cu nisipGBC – gaz beton cu cenuşă.

Betoanele celulare au o rezistenţă satisfăcătoare la gelivitate şi la foc şi o absorbţie de apă ridicată. Între absorbţia de apă şi porozitate nu există o corespondenţă directă, deoarece o parte din pori sunt necomunicanţi.

Produsele din beton celular autoclavizat prezintă avantajul de a fi prelucrate cu uşurinţă (tăiere, cioplire, găurire), ceea ce permite adoptarea unor procese simple de alcătuire a elementelor de construcţii (ancorare, îmbinare, etanşare, montare a tâmplăriei, a instalaţiilor electrice).

Produsele au anumite calităţi (dimensiuni precise, feţe plane şi paralele, culoare deschisă) care au permis adoptarea unor soluţii de finisaje cu pelicule subţiri, din materiale având ca liant sau adaos polimeri sintetici, care pe lângă

55

satisfacerea aspectului estetic, asigură şi o protecţie a betonului celular contra umidităţii, a intemperiilor şi a acţiunilor distructive a agenţilor agresivi.

Betonul celular autoclavizat se utilizează pe scară largă, la elemente de construcţii simple sau armate, neportante sau portante, cum ar fi: pereţi exteriori autoportanţi şi neportanţi, pereţi portanţi, pereţi despărţitori, pereţi din panouri mari preasamblate, pereţi din blocuri mici la clădiri civile şi industriale, planşee pentru clădiri civile, acoperişuri de hale industriale, izolarea termică a contrucţiilor.

Armarea elementelor din beton celular autoclavizat se execută cu carcase de oţel sudate, acoperite cu 1–2 straturi compacte pe bază de ciment, bitum, materiale din polimeri, pentru a le proteja împotriva coroziunii care este favorizată de porozitatea mare a betonului celular şi de pH-ul redus.

Utilizarea la clădiri unde în condiţii de exploatare există o umiditate permanentă mai mare de 60% (spălătorii, băi publice, bucătăriile restaurantelor şi cantinelor) necesită măsuri deosebite de protecţie contra permeabilităţii vaporilor de apă prin prevederea de bariere de vapori.

La punerea în lucrare se vor lua măsuri de protecţie faţă de praful degajat în operaţiile de prelucrare pe şantier şi de prevenire a incendiilor, deoarece adezivii utilizaţi la lucrările de îmbinare şi finisaj, pot conţine şi produşi inflamabili.

Betoane cu agregate vegetale

Betoanele cu agregate vegetale (a = 500–1000 kg/m3) se obţin dintr-un amestec de ciment, apă şi agregate vegetale ca: talaş, rumeguş, coji de orez, puzderie de in şi cânepă, mineralizate în prealabil.

Mineralizarea agregatelor vegetale creşte calitatea acestora prin: neutralizarea efectului coroziv asupra pietrei de ciment produs de

unele substanţe conţinute de aceste agregate (tanini, acizi humici, hidraţi de carbon etc);

împiedicarea degradării în timp a părţii lemnoase sub influenţa microorganismelor şi a umezelii;

îmbunătăţirea aderenţei dintre piatra de ciment şi agregate.Ca mineralizant la noi în ţară se utilizează pentru toate tipurile de

agregate vegetale (cu excepţia cojilor de orez) o soluţie compusă din sulfat feros (2%), silicat de sodiu (6%) şi clorură de calciu (4%), procentul referindu-se la greutatea agregatului. Pentru cojile de orez, datorită compoziţiei lor complexe şi bogate în diverse tipuri de zaharuri, grăsimi, este mai eficientă stabilizarea cu lapte de var.

Dintre caracteristicile principale ale betoanelor cu agregate vegetale se menţionează: capacitatea termoizolatoare şi fonoabsorbantă, aderenţă bună faţă de mortare, contracţie mare la uscare.

Betoanele cu agregate vegetale se utilizează pentru executarea de plăci termoizolatoare pentru pereţi şi acoperişuri, plăci pentru pereţi interiori şi exteriori la construcţii provizorii, blocuri de zidărie, corpuri de umplutură.

Pentru realizarea de betoane uşoare termoizolante se pot utiliza şi alte materiale naturale locale sau deşeuri industriale, după cercetări prealabile.

56