IX. COMPACTAREA BETONULUI

Compactarea este operaţia tehnologică ce se execută asupra betonului proaspăt în vederea eliminării din masa betonului a aerului, a unei părţi din apa de amestecare în exces, precum şi a umplerii perfecte a cofrajelor şi a spaţiilor dintre armaturi.

Scopul principal al compactării este mărirea capacităţii betonului, deci a reducerii porozităţii sale.

În general golurile din beton creează discontinuităţi care influenţează negativ proprietăţile sale fizico-mecanice, din care menţionăm:

a) reducerea rezistenţelor mecanice;b) reducerea impermeabilităţii;c) reducerea conlucrării dintre beton şi armatură;d) reducerea durabilităţii prin:

- reducerea rezistenţei la îngheţ - dezgheţ;- reducerea rezistentei la agresivitate chimica a betonului ;- corodarea armăturilor, care conduce la o creştere în volum a oţelului

şi respectiv la o fisurare şi exfoliere a betonului;- mărirea contracţiei la uscare şi a curgerii lente a betonului, a

fenomenului de cavitate etc.

Compactarea se poate realiza manual sau mecanic, procedeele de realizare stabilindu-se în funcţie de consistenţa betonului, de tipul elementului de construcţie şi de posibilităţile executantului.

IX.1. COMPACTAREA MANUALĂ

Întrucât necesită multă manoperă şi nu asigură (în general) o compactare omogenă, se aplică numai la lucrările cu volum mic de beton sau în cazul betoanelor subplastice şi fluide. Compactarea manuală se realizează astfel:

- cu mistria, în cazul betoanelor subplastice;- la plăci, prin baterea cu dosul lopeţii sau cu dreptarul;- la grinzi, stâlpi şi pereţi, betonul turnat în straturi de circa 30cm se

va îndesa cu vergeaua metalică precum şi cu maiuri uşoare de 5...8kg iar concomitent, se vor bate atent cofrajele cu ciocanul de lemn sau de cauciuc. Compactarea se face până când la suprafaţa betonului apare un strat subţire de lapte de ciment care se va îndepărta înainte de turnarea stratului următor;

Fig. IX.1: Unelte pentru compactarea manuală a betonului:

a) mai de lemn; b) mai metalic; c) lopăţică; d) vergea metalică; e) ciocan de lemn.

- la fundaţii, betonul, de regulă vârtos, se toarnă în straturi de circa 20cm, care se compactează cu maiul, astfel încât fiecare lovitură să acopere jumătate din suprafaţa loviturii precedente. Compactarea se termină când betonul prezintă un luciu umed caracteristic;

IX.2. COMPACTAREA MECANICĂ

Se poate realiza prin mai multe procedee ca: vibrarea, presarea, laminarea, vacuumarea şi centrifugarea. Aceste procedee se pot aplica separat sau asociate, în special cu vibrarea.

IX.2.1. Vibrarea

Este cel mai folosit procedeu de compactare a betonului. Consta în introducerea în masa betonului, cu ajutorul unor vibratoare, a unei energii (forţe) de vibrare care se transmite tuturor componenţilor acestuia, antrenându-I într-o mişcare oscilatorie.

Modul de transmitere a vibraţiilor la beton se realizează prin două tehnici diferite – vibrare internă şi vibrare externă.

Alegerea tipului de vibrare depinde de condiţiile specifice ale lucrării şi mai ales de compoziţia betonului proaspăt (dozaj de ciment, raport apă/ciment, granulozitate).

IX.2.1.1. Durata vibrăriiDurata va fi cu atât mai redusă cu cât :

- amestecul va avea lucrabilitatea mai mare (consistenţa mai slabă);- betonul va fi mai bogat în elemente fine;- forma granulelor va fi mai rotunjită;- dimensiunea maximă a granulelor va fi mai mică;- coeficientul de armare va fi mai redus;- frecvenţa oscilaţiilor va fi mai mare.

Întrucât stabilirea duratei optime de vibrare pentru fiecare caz în parte este o problemă destul de complicată, momentul terminării compactării poate fi considerat atunci când se observă următoarele fenomene:

- încetarea tasării vizibile a betonului;- suprafaţa betonului devine plană;- la suprafaţa betonului apare laptele de ciment;- bulele de aer încetează să mai apară la suprafaţa betonului.

Durate de vibrare orientative:- 5 secunde pentru betoanele fluide;- 20 secunde pentru betoanele plastice;- 60 secunde pentru betoanele vârtoase;- 120 secunde pentru betoanele foarte vârtoase.

Depăşirea cu mult a duratei de vibrare conduce la o cădere la fund a granulelor mari, deci la o segregare a betonului şi a compromiterii proprietăţilor acestuia.

IX.2.1.2. Vibrarea internă Un vibrator de interior (pervibrator) este compus din următoarele părţi:

1. capul vibratorului sau butelia;2. excentricul care produce oscilaţiile;

3. electromotor;4. cablu de alimentare.

Rotirea excentricului se face cu ajutorul unui electromotor alimentat cu un curent de joasă tensiune (42V) care poate fi încorporat în butelie sau poate fi amplasat în exterior. Electromotorul este alimentat la un convertizor. În afară de vibratoarele electrice pot exista şi vibratoare pneumatice şi cu combustie internă.

Poziţia de lucru a vibratoarelor este cea verticală. Ele se introduc repede în beton (pentru a nu antrena aer în masa betonului) şi se extrag lent (5-8 cm/sec). În timpul vibrării, buteliei i se imprimă o mişcare lentă de ridicare şi coborâre pe o înălţime de circa un sfert din lungimea ei. Este interzisă atingerea cu vibratorul a armaturilor, a pieselor înglobate şi a tecilor pentru armaturile post-întinse. Grosimea stratului vibrat nu va depăşi 3/4 din lungimea buteliei, iar apropierea vibratorului de cofraj sau tipar se va face la o distanţă de 5 cm. În cazul în care elementul se realizează din mai multe straturi, vibratorul se va scufunda în stratul anterior turnat pe o adâncime de 5...15cm pentru a antrena şi scoate apa de la suprafaţa acestuia.

Distanţa dintre două poziţii succesive va fi de 1,4R, unde R este raza de acţiune a vibratorului stabilită experimental astfel:

- se toarnă betonul într-o cutie de lemn cu înălţimea egală cu lungimea buteliei;

- se debitează 5 – 6 bare din oţel beton Ø25 şi lungime de 1m;- se introduce vibratorul in mijlocul cutiei;- lângă butelia pervibratorului se aşează pe faţa betonului tijele de

oţel la distanţe de 5cm între ele şi se lasă libere să pătrundă în masa betonului proaspăt sub greutatea proprie;

- se pune în funcţiune vibratorul;- sub efectul vibrării, barele se vor afunda în beton. Distanţa între

centrul pervibratorului şi prima bară care nu atinge fundul cutiei va indica raza pervibratorului.

Fig. IX.2: Compactarea betonului cu pervibratorul:a) vibrator de interior; (1-butelie, 2-excentric; 3-elecromotor, 4-cablu de alimentare);

b) poziţii de lucru; c) poziţii succesive; d) stabilirea razei de acţiune.

În cazul unor elemente subţiri şi cu armatură deasă, compactarea se realizează cu ajutorul unei lănci (o platbandă metalică) fixate pe butelia vibratorului.

IX.2.1.3. Vibrarea externă Vibraţiile se transmit indirect betonului (de la suprafaţa sa în interior) prin

intermediul cofrajului, tiparului sau a unor plăci sau grinzi metalice. Acest procedeu se foloseşte în special la elementele prefabricate.

a) Placa vibratoare – se utilizează la compactarea elementelor de suprafaţă mare şi grosime de 3...35 cm.

Placa vibratoare e alcătuită din: 1. o placa de aşezare;2. cadru cu mâner;3. vibrator.

Funcţionează la joasă tensiune (24V) şi produce vibraţii de 3000...6000 oscilaţii/min.

b) Rigla vibratoare – se foloseşte pentru compactarea platformelor şi straturilor suport ale pardoselilor.

Alcătuire : 1. riglă metalică;2. cadru cu mâner;3. vibrator.

Lungimea este între 1,50 ...3,00m şi funcţionează la joasă tensiune (24 V).

Fig. IX.3: Dispozitive pentru vibrarea la suprafaţă:a) placă vibratoare; b) riglă vibratoare;

1-placă de aşezare; 2-cadru mâner; 3-vibrator; 4-riglă metalica

c) Grinzile vibratoare – sunt utilizate numai pentru compactarea elementelor prefabricate.

Alcătuire:1. grinzi metalice;2. tiparul;3. vibratoare;4. reazeme elastice;5. fundaţiile de beton;

Lungimea grinzilor este de obicei între 1,5 si 4,0m.Frecvenţa vibraţiilor 1500...9000 oscilaţii/min

d) Masa vibratoare – se utilizează la fel ca grinzile vibratoare. Realizează o compactare de cea mai bună calitate.

Alcătuire :2. tipar;3. vibrator;4. reazem elastic;5. fundaţii elastice;6. masa metalică;7. electromotor.

Frecvenţa vibraţiilor este între 1500...7000 osc/min.Atât masa cât şi grinzile vibratoare asigură o mare productivitate şi o

compactare omogenă.

e) Vibratoare de cofraj sau tipar - Sunt fixate cu ajutorul unor dispozitive speciale de elementele de rigidizare ale cofrajului sau tiparului. Aşezarea vibratoarelor se va face în şah. Această compactare este indicată la realizarea elementelor prefabricate (folosind tipare fixe) sau în cazul elementelor turnate monolit de grosimi reduse (maximum 40cm) şi cu armături dese care nu pot fi compactate cu vibrare internă.

Fig. IX.4: Dispozitive pentru vibrarea la exteriora) grindă vibratoare; b) masă vibratoare; c) vibratoare de cofraj; 1-grindă metalică; 2-tipar; 3-vibrator; 4-reazem elastic; 5-fundaţie de beton; 6-masă metalică; 7-electromotor; 8-panou de cofraj; 9-moază

(elementul de rigidizare a cofrajului)

IX.2.1.4. RevibrareaReprezintă vibrarea elementului în etape succesive. Rezistenţa obţinută în

cazul revibrării este cu circa 14% mai mare decât cea a betoanelor vibrate total imediat după turnare. Prin revibrare se obţine o legătură mai bună între beton şi armaturi. Dacă este aplicată prea târziu dăunează calităţii betonului.

IX.2.2. Presarea şi vibropresarea

Compactarea prin presare este specifică numai elementelor prefabricate – aplicarea unei presiuni exterioare (de 2…5 N/mm2) la faţa superioară a elementului de beton. Energia prin presare iniţial se localizează provocând alunecări. Aceste alunecări provoacă rearanjarea particulelor şi respective resimţirea efectului de presare în întreaga masă a betonului. Timpul de presare este mic (secunde). Această metodă de compactare se foloseşte în cazul betoanelor simple vârtoase şi foarte vârtoase, la elemente prefabricate de dimensiuni mici (dale prefabricate). Are avantajul unei decofrări rapide.

Fig. IX.5: Instalaţie de laminare:

a) presare;b) vibropresare.1-tipar; 2-beton presat; 3-placă de presiune; 4-masă vibrantă.

IX.2.3. Laminarea şi vibrolaminarea

Compactarea prin laminare e specifică elementelor prefabricate cu grosime mica, realizate prin tehnologia conveier. Tiparele sunt mobile, iar valţurile de laminare sunt fixe. Se realizează ca la presare şi se aplică betoanelor vârtoase cu o granulozitate foarte bine aleasă. Se obţine o compactare foarte bună şi cu o productivitate mare.

Fig. IX.6: Instalaţie de laminare1-tipar; 2-cale de rulare a tiparului; 3-buncăr de beton;

4-riglă vibratoare pentru nivelarea suprafeţei betonului; 5-laminoare.

IX.2.4. Vacuumarea

Constă în extragerea din masa betonului pus în operă a aerului şi a unei cantităţi de apă stabilită anterior. Iniţial se prepară un beton plastic sau fluid (cu lucrabilitate foarte bună) care se toarnă în cofraje sau tipare.

Vacuumarea se realizează folosind tipare sau cofraje speciale, fie folosind panouri vacuumante aplicate pe suprafaţa elementelor cu grosime mică. Acestea sunt racordate la o pompă de vid. În momentul punerii în funcţiune a instalaţiei, datorită pompei de vid, prin intermediul panoului vacuumant, se provoacă o depresiune la suprafaţa betonului care are ca rezultat aspirarea unei părţi din apa de amestec şi respectiv apropierea granulelor şi reducerea volumului betonului.

Fig. IX.7: Instalaţie de vacuumare:a) grindă vibratoare; b) masă vibratoare; c) vibratoare de cofraj.

1-grindă metalică; 2-tipar; 3-vibrator; 4-reazem elastic; 5-fundaţie de beton; 6-masă metalică; 7-electromotor; 8-panou de cofraj; 9-moază (elementul de rigidizare a cofrajului)

IX.2.5. Centrifugarea

Serveşte atât pentru formarea elementului de beton cât şi pentru compactarea acestuia. Ea se foloseşte la realizarea elementelor prefabricate de tip tub cu secţiunea golului interior de formă circulară (tuburi de canalizare, tuburi pentru alimentarea cu apa, stâlpi electrici) şi foloseşte forţa centrifugă (F=m·R·ω2) pentru distribuirea betonului în tipar şi pentru îndesarea lui.

Realizarea elementului se face în două faze de lucru distincte:- faza 1 – este faza în care se realizează forma elementului. Betonul este

introdus şi distribuit în lungul tiparului cu ajutorul unui jgheab vibrant. Forma elementului se realizează rotirea tiparului cu o viteză de rotaţie, stabilită astfel încât să nu conducă la tendinţa de segregare (circa 1.5...2min cu o viteză unghiulară ω=150...500rotaţii/min);

faza 2 – este faza în care se produce compactarea betonului. Prin mărirea vitezei de rotaţie (ω=600...800rotaţii/min), componenţii cu densităţi mai mari (cimentul şi agregatele) sunt proiectaţi spre exterior şi îndesaţi pe tipar cu forţe superioare celor care acţionează asupra apei. Aceasta este scoasă parţial din masa betonului şi îndepărtată în lungul elementului datorită înclinării acestuia faţă de orizontală.

Centrifugarea se poate realiza în două sisteme: centrifugare cu role şi centrifugare axială.

Fig. IX.8: Instalaţie de centrifugare:a) faze de lucru (A-introducerea betonului cu jgheabul vibrant; B-realizarea formei elementului;

C-compactarea betonului); b) centrifugarea cu role; c) centrifugarea axială; 1-tipar; 2-bandaj de rulare; 3-rolă motrice; 4-rolă antrenantă; 5-rolă de siguranţă; 6-jgheab vibrant; 7-

disc motric; 8-batiu fix; 9-disc antrenant; 10-batiu mobil.

X. NIVELAREA SUPRAFEŢELOR LIBERE ALE BETONULUI

După terminarea compactării şi înainte de începerea prizei, suprafaţa betonului turnat (a ultimului strat dacă elementul se realizează din mai multe straturi suprapuse) se nivelează.

Întrucât după compactare betonul continuă să se taseze, este necesar ca nivelul stratului de beton nivelat să fie cu 2...3mm deasupra grosimii prevăzute în proiect.

Odată cu nivelarea feţei betonului se vor corecta şi eventualele neregularităţi în ceea ce priveşte orizontalitatea şi dimensiunile părţilor vizibile ale elementului de beton armat.

Nivelarea se realizează astfel:- în cazul elementelor de dimensiuni foarte mici cu scule de diferite forme;

(mistrie, drişcă, fretoane etc.);- în cazul grinzilor şi fundaţiilor izolate sau continue prin tragere cu dreptare de

lemn sau metal care reazemă, fie pe contururile panourilor de cofraj atunci când cofrajul este de înălţimea elementului, fie pe şipci de ghidare prinse la interior pe pereţii laterali dacă panourile sunt mai înalte

- în cazul plăcilor, atunci când nivelarea se execută manual ea se realizează prin tragere cu dreptare metalice sau de lemn, ghidate pe piese cu înălţimea cât grosimea dorită a plăcii (căluşi, stâlpişori de beton, dispozitive cu şurub), iar atunci când ea se execută mecanizat cu finisoare mecanice rotative cu diametrul de 70...150cm.