Influena adaosului de silice ultrafin (SUF) asupra permeabilitii betoanelor

Influena adaosului de calcar fin mcinat asupra rezistenei la nghe-dezghe a betoanelor

Student: Stratila Marius Ionutndrumtor: prof. dr. ing. Mircea RujanuI. INTRODUCEREBetonul este un material pentru construcii versatil i cu o larg gam de utilizare. Caracteristicile sale de durabilitate sunt remarcabile dac, considerm varietatea expunerilor severe la care este supus;Mai muli cercettori sunt de prere c prima utilizare a unui adevrat material cimentoid ca agent de liere (diferit de varul utilizat n mod obinuit n mortarele din antichitate) a fost descoperit n sudul Italiei n secolul II .d.C. Un tip special de nisip vulcanic numit puzzolan, a fost gsit prima dat lng Pozzuoli n golful Napoli, acesta fiind utilizat la scar larg de ctre romani n cimenturile lor;Betonul roman era creat n straturi prin adunarea mortarului cu mna n jurul pietriului de diferite dimensiuni. Aceast montare era mbrcat cu crmid de argil pe ambele laturi, dac nu era de calitate inferioar, iar n cazul pereilor din crmid, acetia serveau drept forme pentru beton;

Fig. 1. Depozit Porticus Aemilia 193 d.Chr. Fig. 2. Panteonul din Roma sec. I I d. Hr.

I. INTRODUCEREFrancois Cointeraux, un zidar din Lyon, a cutat o modalitate ct mai economic de a realiza perei rezisteni la foc utiliznd mortar de ciment n combinaie cu soluii de construcie antice unde se utiliza pmnt compactat;Abia n 1824 Joseph Aspdin, un zidar englez, patenteaz cimentul folosit i n zilele noastre, cimentul Portland. n timpul secolului XIX betonul a fost folosit la construirea multor cldiri n Europa, adesea de natur industrial, datorit faptului c acest nou material nu era acceptat pe plan social la fel ca piatra natural sau crmida;Fenomenul de nghe-dezghe n regiunile de pe Glob cu clim temperat, poate cauza deteriorri severe ale elementelor din beton. Creterea cererii de utilizare a betonului n regiunile cu clim cald a atras atenia asupra faptului c procesele chimice duntoare, cum ar fi coroziunea i reacia alcalii-agregate, sunt amplificate de temperaturile ridicate;Expunerea betonului umed la cicluri de nghe-dezghe este un test sever pentru supravieuirea acestuia fr a suferi degradri. Un beton cu aer antrenat, al crui amestec este adecvat proiectat, cu materiale de calitate, produs, pus n oper, finisat i maturat, va face fa ciclurilor de nghe-dezghe un timp ndelungat.

I. INTRODUCEREDeteriorarea betonului prin aciunea ciclurilor nghe-dezghe poate fi greu diagnosticat ca i alte tipuri de mecanisme de distrugere ale betonului cum ar fi reacia alcali-agregate, care de obicei merge mn n mn cu procesul de nghe-dezghe. De multe ori este greu de precizat care din efectele distructive au provocat avariile iniial, ns dac eliminm toate celelalte moduri de manifestare, semnele tipice ale nghe-dezgheului sunt:

Fig. 3. Exfolierea i rzuirea suprafeei Fig. 4. Expunerea agregatelor Fig. 5. Fisuri paralele de suprafa

Fig. 6. Degradri ale betonului prin nghe-dezghe

II. STRUCTURA BETONULUI PROASPT I NTRIT Betoanele sunt conglomerate artificiale rezultate prin ntrirea amestecurilor omogene de agregat, liant, ap i adaosuri, n anumite proporii. Alturi de constituenii principali, se pot introduce, n amestecul de beton, aditivi plastifiani, aditivi modificatori de priz i ntrire, aditivi hidrofugi, adaosuri colorante sau impermeabilizatoare;Beton proaspt, reprezint starea amestecului din momentul introducerii apei (cnd pot ncepe reaciile de hidratare ale liantului), pn la nceperea prizei acestuia, stare n care amestecul de beton poate fi pus n oper;Beton ntrit, ncepe odat cu terminarea prizei, stare n care se produc fenomenele specifice fazei de ntrire a liantului;Prin formarea structurii betonului ntrit, se realizeaz i conlucrarea dintre componentele acestuia, prin formarea zonei de contact ntre matrice i agregat;Adeziunea ntre piatra de ciment i agregate poate avea loc prin ancorare mecanic sau prin epitaxie. n lipsa epitaxiei, fenomenele determinate de tensiunea superficial pot determina apariia de legturi ntre matrice i agregat;

II. STRUCTURA BETONULUI PROASPT I NTRIT Adeziunea prin ancorare mecanic este realizat de ctre piatra de ciment ntrit, n asperitile unei suprafee aspre, grunjoase (fig. 7), astfel nct agregatele concasate pot oferi un plus de rezisten de pn la 20%, datorat bunei aderene;

A structura betonului proaspt B structura betonului ntrit piatra de ciment

agregatFig.7. Aderena ntre piatra de ciment i agregatAdeziunea prin epitaxie este realizat atunci cnd reelele cristaline ale agregatelor i ale produilor de hidratare ai cimentului au parametri reticulari apropiai sau identici ct i orientare favorabil;Matricea conine pori capilari, pori de gel i bule de aer oclus sau antrenat, iar n piatra de ciment proaspt confecionat, spaiile intergranulare sunt ocupate cu ap;Caracterul sistemului de pori, interconectai sau izolai, influeneaz proprietile, comportarea i durabilitatea betonului.

III. CARACTERISTICI DE DURABILITATE ALE BETONULUI Durabilitatea betonului reprezint capacitatea unui beton de a rezista degradrii, n mod deosebit avariilor produse de expunerea la condiii climatice, medii chimice agresive sau abraziune a suprafeei;Cele mai potrivite metode de a mri probabilitatea conform creia betonul va fi durabil, este de a produce un beton care va asigura condiiile de exploatare impuse pentru durata de serviciu dorit n mediul n care va fi pus n oper i folosit. Toate amestecurile de beton trebuie dozate n strns legtur cu: 1. condiiile de expunere; 2. importana construciei; 3. tipul structural.Un beton durabil trebuie s si menin aspectul, calitatea i durata de via pentru care a fost proiectat;Durabilitatea sau rezistena n faa diferitelor aciuni distructive, a unui anumit beton depinde de mai muli factori i aceti factori pot fi grupai n dou mari categorii: 1. caracteristicile fizice ale betonului; 2. compoziia chimic a betonului.

III. CARACTERISTICI DE DURABILITATE ALE BETONULUI Rezistena la nghe-dezghe a betonului poate fi determinat prin urmtoarele metode: 1. Metoda distructiv prevede determinarea variaiei rezistenei la compresiune i se aplic betoanelor cu mas volumic normal i betoanelor uoare definite conform SR EN 206-1; 2. Metoda nedistructiv prevede determinarea variaiei modulului de elasticitate dinamic relativ i se aplic betoanelor cu mas volumic normal definite conform SR EN 206-1.Pe plan naional se aplic numai metoda de determinare a reducerii rezistenei betonului dup aplicarea unor cicluri standardizate, neexistnd ns stabilite nivele de performan n vederea definirii unor domenii de utilizare i ncadrrii n clasele de expunere.Permeabilitatea reprezint o caracteristic fizic a betonului care evalueaz condiiile precise n care un fluid sau un gaz poate penetra n anumite condiii o prob de beton, mai exact capacitatea de a permite trecerea gazelor sau lichidelor la o anumit diferen de presiune;Permeabilitatea betonului depinde de permeabilitatea componenilor si i de proporia volumic a acestora. Piatra de ciment dei este mai poroas dect rocile, prezint de obicei permeabilitate mai redus dect acestea, fapt explicat prin dimensiunea redus a porilor pietrei de ciment.

IV. STUDIU EXPERIMENTAL. CONCLUZIIn cadrul studiului de fa au fost realizate un numr de 18 probe Beton clasa prescris C25/30 S2Conform planului experimental se cere alctuirea unui amestec de beton cu clasa de expunere XF1, care potrivit standardului NE012-1:2007 are urmtoarele cerine minime pentru ndeplinirea condiiilor de durabilitate:Raportul maxim A/C egal cu 0,5;Dozajul minim de ciment Dc= 300 kg/m3;Clasa minim a betonului C25/30;Clasa de tasare S2.Filerul este un material foarte fin mcinat, avnd aproximativ aceeai finee cu cimentul Portland, care datorit proprietilor sale fizice are o influen benefic asupra unora din proprietile betonului cum ar fi lucrabilitatea, compactitatea, permeabilitatea, porozitatea capilar i tendina de fisurare;De obicei filere sunt inerte din punct de vedere chimic, ns nu este dezavantajos faptul c ele posed anumite proprieti hidraulice sau dac particip la unele reacii cu produii de hidratare ai cimentului. Filerul poate intensifica hidratarea cimentului Portland, prin efectul de nucleere.IV. STUDIU EXPERIMENTAL. CONCLUZIIMetoda distructiv const n determinarea scderii rezistenei la compresiune a epruvetelor ncercate la nghe-dezghe fa de epruvetele martor care au fost confecionate n acelai timp, din acelai beton i conservate pn n momentul nceperii ciclurilor de nghe-dezghe n condiii similare cu epruvetele care se supun ncercrii;Echipamentul de ncercare este alctuit dintr-o instalaie de nghe-dezghe care const dintr-o camer frigorific (fig. 8) sau orice utilaj frigorific care asigur meninerea unei temperaturi de (-172) C timp de cel puin 30 minute la sfritul fazei de nghe. Dezghearea epruvetelor i saturarea cu ap se realizeaz ntr-o instalaie cu baie care poate asigura o temperatur a apei de (205) C pe durata necesar.

Fig. 8. Camer climatic

IV. STUDIU EXPERIMENTAL. CONCLUZIIAu fost elaborate 3 reete de beton dintre care: o reet de baz fr utilizarea de adaosuri i alte dou reete unde a fost folosit adaos de calcar fin mcinat n diferite procente pentru a putea surprinde ct mai bine variaiile comportamentului la nghe-dezghe: Tabel 1. Amestecurile de beton preparate cu ciment CEMI 42.5R i adaosuri

La prepararea amestecurilor au fost utilizate: 1. ciment de tip CEMI 42,5R; 2. agregate de ru, sorturile 0-4 mm, 4-8 mm, 8-16 mm, zona de granulozitate 3, favorabil, conform CP NE012-1:2007; 3. superplastifiant Vimatol SPF, iar ca adaos calcar fin mcinat.

IV. STUDIU EXPERIMENTAL. CONCLUZIIn continuare sunt prezentate sub form tabelar rezultatele determinrilor la nghe-dezghe. Alturi de rezistenele la compresiune ale probelor ncercate sunt evideniate i pierderile de rezisten suferite de ctre acestea conform SR 3518/2009 (Tabel 2); Tabel 2. Pierderea de rezisten dupa 25, 50 i 100 cicluri -D pentru beton cu adaos calcar fin mcinat

Rezultatele experimentale obinute sunt detaliate n cele ce urmeaz. Reprezentarea grafic a acestora a fost structurat pe mai multe etape, deoarece s-a dorit obinerea unor imagini amnuite, interpretri i concluzii n ceea ce privete rezistena la nghe-dezghe a probelor confecionate dup reetele de beton mai sus prezentate.

IV. STUDIU EXPERIMENTAL. CONCLUZII

Fig. 9. Variaia rezistenei betonului martor i ciclat cu Dc=360 kg/m3Fig. 10. Pierderea de rezisten probelor de beton fr adaos, Dc=360 kg/m3 Pentru dozajul de ciment al reetei de baz, Dc= 360 kg/m3, dup primele 25 de cicluri de nghe-dezghe pierderea rezistenei la compresiune nregistreaz o valoare pozitiv, fiind vorba de o cretere de rezisten; Avansnd la 50 i 100 de cicluri se constat o pierdere de rezisten de 13%, respectiv 10%, valori satisfctoare avnd n vedere c se nscriu cu uurin n marja celor 25% impuse de ctre normativ.

IV. STUDIU EXPERIMENTAL. CONCLUZII

Fig. 11. Variaia rezistenei la -D pe probe din beton ciclate cu adaos de calcar mcinatFig. 12. Variaia rezistenei la -D pe probe martor din beton cu adaos de calcar mcinatDin analiza graficelor prezentate mai sus, reiese faptul c la G25 avem parte de o cretere de rezisten, pentru probele fr adaos i cele cu 5% adaos calcar mcinat. n acest context rezistenele la compresiune ale probelor ciclate ct i ale celor martor cu greu depesc 50 N/mm2, mai puin n cazul unei perioade de maturare de 62 de zile. Cu toate acestea pierderile de rezisten se nscriu n valori normale fiind mai sczute n cazul folosirii unui procent de 5% adaos calcar mcinat.IV. STUDIU EXPERIMENTAL. CONCLUZII

Fig. 13. Pierderea de rezisten pe probe martor vs. probe ciclate cu adaos de calcar mcinatPentru un dozaj sczut de calcar mcinat, respectiv 5%, se obin pierderile de rezisten cele mai mici, urmat fiind de reeta fr adaos i cea cu 10% calcar;Conform graficului din fig. 13 cea mai mare pierdere de rezisten este nregistrat n cazul utilizrii unui adaos de 10% calcar mcinat, n timp de pierderile de rezisten cele mai mici sunt date de probele de beton cu 5% calcar mcinat.IV. STUDIU EXPERIMENTAL. CONCLUZII Putem concluziona n final c un procent mai mic de calcar fin mcinat folosit ca adaos nu va oferi rezistene mecanice spectaculoase, ns va asigura pierderi de rezisten minime pentru probele supuse ciclurilor de nghe-dezghe; Utilizarea adaosurilor potrivite au un rol benefic n imbuntirea durabilitii betoanelor din punct de vedere al rezistenei la nghe-dezghe, deci n exploatare. Din punct de vedere economic aceste adaosuri nu presupun neaprat costuri suplimentare, o posibil economie venind tocmai din direcia utilizrii lor.