of 76
BETOANE SI MORTARE CU LIANTI MINERALI 5.1 Structura si caracteristicile betonului si mortarului cu lianti silicatici. Aspecte generale Betoanele si mortarele sunt conglomerate artificiale rezultate prin intarirea amestecurilor omogene de agregat, liant, apa si adaosuri, in anumite proportii. Deoarece in compozitia mortarelor agregatul are dimensiunea maxima 7,1 mm, iar in compozitia betonului dimensiunea maxima a agregatului este 71 mm, se poate considera mortarul ca un beton cu agregat fin. Influenta dimensiunii maxime a granulelor de agregat asupra caracteristicilor betoanelor si mortarelor va fi prezentata ulterior. In aceste conditii, orice referire facuta atat la mortare cat si la betoane, se va prezenta ca pentru betoane si doar pentru caracteristicile specifice mortarului acest material va fi specificat. Partea activa a sistemului este liantul si apa, care, in urma reactiilor fizicochimice specifice liantului, leaga granulele de agregat intr-un tot coerent, ce este mortarul sau betonul intarit. Liantul si apa vor forma materialul de legatura (matricea betonului) in care sunt inglobate agregatele si va influenta in mod direct toate caracteristicile betonului (fig.5.1). Spre deosebire de alte sisteme compozite obtinute prin aglomerare si cimentare, betonul de ciment prezinta o serie de particularitati determinate de: - modul de conlucrare intre matrice si agregat; - caracteristicile intrinseci ale matricei; - proprietatile agregatului.
Fig. 5.1 Structura unui conglomerat in care liantul este ciment
Daca in betonul de ciment are loc o conlucrare preponderent fizica intre agregat si matrice, exista si conglomerate obtinute cu lianti ce reactioneaza chimic cu agregatele si se integreaza in structura ansamblului, cum ar fi cazul unor materiale refractare (fig.5.2.a).De asemenea, betonul de ciment se deosebeste de materialele filerizate (beton asfaltic) in care agregatele sunt legate prin intermediul bitumului filerizat (fig.5.2.b.) si in care fenomenele de suprafata si de frecare interioara au rol hotarator.
Specific betoanelor de ciment este faptul ca structura pastei de ciment intarit din beton este diferita fata de cea din paste independente.Aceasta neconcordanta se poate explica prin:
Fig. 5.2 Structura unui conglomerat: a-liantul reactioneaza cu agregatul si se integreaza in structura; b-liantul este consolidat cu agregat filerizat
1. folosirea unei cantitati de apa mai mare in beton, impus de necesitatea umectarii granulelor de agregat si avand drept consecinta marirea porozitatii matricei betonului, spre deosebire de porozitatea pastei de ciment de aceeasi consistenta ; 2. concentratia solutiilor din beton este micsorata datorita cantitatii mai mari de apa, iar proprietatile solutiilor sunt influentate de natura ionilor si de concentratia acestora (care este proportionala cu coeficientii de activitate ai electrolitilor formati); 3. agregatele cu dimensiuni mai mici ca 0,2 mm au o mare activitate fizica (determinata de faptul ca rocile utilizate ca agregate sunt alcatuite din minerale cu structura ionica sau au legaturi covalente polare in retelele cristaline) ce se manifesta intens in formarea matricei;
4. adeziunea cimentului cu agregatele este un fenomen complex influentat de o serie de factori si la randul sau influentand hotarator toate caracteristicile betonului. 5.2. Structura betonului intarit 5.2.1. Formarea structurii betonului intarit Betonul este deci un material compozit alcatuit dintr-o matrice (piatra de ciment) si agregate.
Caracteristicile betonului vor fi influentate, datorita compozitiei sale, atat de proprietatile celor doua componente ale amestecului, cat si de interactiunea lor. Structura betonului nu este o suma a structurii componentelor sale; interactiunea matrice-agregat se manifesta odata cu realizarea amestecului, prin coeziunea dintre pasta de ciment si agregate, influentand caracteristicile betonului proaspat si continua sa se manifeste prin aderenta dintre piatra de ciment si granulele de agregat, determinand caracteristicile fizico-mecanice si de durabilitate ale betonului. Prezenta agregatelor in betoane va impune marirea raportului A/C in vederea umectarii suprafetei granulelor de agregat cu consecinte favorabile in ceea ce priveste lucrabilitatea amestecului. Excesul de apa introdus in amestec (fata de un raport optim 0,24 - 0,28, se foloseste 0,40 - 0,80) va avea consecinte nefavorabile asupra betonului:
Fig. 5.3 Structura betonului: a- proaspat; b- intarit.
1.mareste eterogenitatea structurala a betonului (fig.5.3.a.) ceea ce poate conduce la fenomene de segregare;
2.micsoreaza compactitatea betonului, deoarece apa in exces va fi indepartata prin evaporare in timpul intaririi. In functie de proportia intre diferitele sorturi de agregate din amestecul de beton, cantitatea de apa necesara unei anumite lucrabilitati va fi diferita. Cand in compozitia agregatului partea fina este in cantitate mare, atunci si dozajul de apa va creste deoarece granulele mai fine au suprafata specifica mai mare. Cercetarile efectuate au aratat ca dozajul de apa este influentat si de provenienta si natura agregatului, de aspectul si forma granulelor, de conditiile de turnare si compactare. Apa suplimentara se evapora in timpul procesului de intarire al betonului, lasand goluri in structura acestuia (fig.5.3.b). In structura betonului apar goluri provenite din antrenarea aerului la preparare si turnare. Sistemul de goluri din structura betonului va fi influentat de o serie de factori tehnologici si de compozitie, din punct de vedere al volumului, formei si dimensiunilor. La randul sau, acest sistem de goluri va influenta in totalitate caracterisiticile betonului. Asupra acestui sistem de goluri s-au facut o multitudine de clasificari si printre acestea si clasificarea simplificata ce urmeaza: 1. cavernele - goluri de dimensiuni mari (10 - 50 mm) rezultate ca o consecinta a unei compozitii necorespunzatoare, sau o prelucrare necorespunzatoare a betonului; prezenta acestor goluri constituie zone slabite a sectiunilor de lucru a materialului si reduce rezistenta elementului sau constructiei in ansamblu; reprezinta defecte de structura; 2. porii de aer - sunt rezultati la amestecarea betonului (aer oclus) sau la folosirea aditivilor antrenatori de aer ; dimensiunile porilor de aer oclus variaza intre 0,1 si 5 mm, iar la porii de aer antrenat intre (50250) . 10-3 mm; porii cu dimensiuni mai mari de 200.10-3 mm apartin defectelor de structura, iar volumul lor trebuie limitat prin alegerea unei compozitii adecvate si o buna compactare a betonului; 3. porii de sub agregate - au dimensiuni variind de la 0,01 la 0,1 mm, sunt inchisi sau interconectati la porii capilari si sunt formati la sedimentarea componentelor solide ale betonului, in ordinea densitatilor si a dimensiunilor particulelor componente, dupa
punerea in opera a betonului, in perioada de repaos. Sub granulele plate apar alveole ce rezulta din mustirea apei si constituie defecte de structura; 4. porii capilari - au dimensiuni de 150 x 10-3 mm, sunt uniform repartizati in masa pietrei de ciment, iar pe parcursul intaririi pietrei de ciment se umplu partial cu noile produse de reactie. Sunt determinati de prezenta apei libere din beton, iar dimensiunile si volumul lor cresc odata cu cresterea raportului A/C; sunt legati intre ei si au o influenta hotaratoare asupra tuturor caracteristicilor betonului; 5. porii de gel - au dimensiuni de regula sub 10-3 mm si sunt greu permeabili pentru apa in stare de agregare lichida; sunt inchisi sau interconectati cu pori capilari si sunt provocati de suctiunea interioara a apei din geluri catre granula nehidratata de ciment; 6. fisuri si microfisuri - au marime variabila si se datoresc contractiilor, fenomenelor fizico-chimice ce au loc la formarea pietrei de ciment, datorita variatiilor de temperatura sau a eforturilor din actiunea sarcinilor exterioare. Constituie defecte ale structurii betonului. In toate golurile din a-structura betonului proaspat; masa pietrei de ciment si a betonului se poate afla faza lichidaFig. 5.4 Aderenta intre betonului intarit. si agregat b-structura piatra de ciment
si
faza
gazoasa
a
betonului ce sunt constituite din apa, vapori de apa sau diferite gaze. 5.2.2. matrice-agregat Aderenta
Odata cu formarea structurii betonului intarit, se realizeaza si conlucrarea dintre componentele acestuia, prin formarea zonei de contact intre matrice si agregat. Cu cat aceasta zona asigura o legatura mai buna intre matrice si agregat, cu atat structura betonului si omogenitatea sa vor fi mai bune, rezistentele mecanice vor creste, va rezulta un beton cu durabilitate sporita.
Realizarea adeziunii intre piatra de ciment si agregat are loc astfel:
1. prin ancorarea mecanica a pietrei de ciment intarit in asperitatile unei suprafete dure, rugoase (fig.5.4), astfel incat agregatele concasate putand crea un spor de rezistenta de 15 - 20%, datorita unei mai bune aderente. Daca initial pasta de ciment umple toate asperitatile granulelor de agregat, in timp, datorita contractiilor de intarire ale cimentului, apare o retragere partiala a matricei fata de agregat si o fisurare a acesteia perpendicular pe suprafata agregatului ca o continuare a rugozitatii. Acelasi tip de adeziune se realizeaza si la nivelul porozitatii aparente. 2. adeziunea prin epitaxie - se realizeaza cand retelele cristaline ale agregatelor si ale produselor de hidratare au parametri reticulari apropiati sau identici si o orientare favorabila, dand nastere la interfete semicoerente sau coerente (apar tensiuni la interfete, care sunt cu atat mai mari cu cat diferentele intre parametrii de retea sunt mai mari, pentru cele doua faze in contact). In lipsa epitaxiei, fenomenele determinate de tensiunea superficiala pot determina aparitia de legaturi intre matrice si agregat. Cercetari electromicroscopice asupra betonului, au aratat ca piatra de ciment are porozitate cu atat mai mare cu cat zona analizata se afla mai aproape de suprafata granulelor de agregat; granulele de agregat sunt inconjurate de o zona de contact a carei grosime variaza in functie de cantitatea de apa folosita la prepararea betonului si scade in timp datorita proceselor de hidratare-hidroliza ale cimentului. In aceasta zona distributia compozitionala este neuniforma, constatandu-se o crestere a concentratiei de Ca(OH)2 si hidroaluminat tricalcic trisulfatat in imediata apropiere a suprafetei agregatului. Se poate concluziona ca principalii factori de influenta a adeziunii matriceagregat sunt: 1. raportul A/C, care prin valoarea sa poate mari sau micsora coeziunea amestecului proaspat de beton si odata cu aceasta omogenitatea amestecului; 2. rugozitatea agregatului, care in cazul agregatului grosier, prin cresterea sa conduce la marirea aderentei matrice-agregat; asa cum s-a aratat nu trebuie neglijat aportul la realizarea aderentei a porozitatii aparente a agregatelor;
3. natura mineralogica a agregatului, constatandu-se ca piatra de ciment prezinta o aderenta mai buna la agregate concasate calcaroase decat la cele granitice; 4. natura cimentului si odata cu aceasta natura produsilor sai de hidratare-
hidroliza, capacitatea acestora de a forma cu agregatul interfete coerente sau semicoerente. Piatra de ciment este un sistem evolutiv, iar imaginea prezentata referitor la aderenta matrice-agregat se complica, astfel: - odata cu modificarile compozitionale din piatra de ciment pot fi influentate si interactiile fizico-chimice de la interfata matrice-agregat si implicit aderenta; - aderenta matrice-agregat este influentata de fenomenul de microfisurare care are loc odata cu intarirea pastei de ciment; fisurile formate datorita variatiilor de volum, se dezvolta mai usor la interfata matrice-agregat datorita valorii mai mici a legaturii data de aderenta matrice-agregat, decat la legaturile interparticulare ale matricei si in consecinta, betonul, odata cu imbatranirea, va ceda sub eforturi incepand de la zona de contact dintre matrice si agregat. 5.3. Caracteristici tehnice, incercari si conditii de calitate Betoanele sunt materiale cu pondere foarte mare in industria constructiilor s 939d39j i sunt folosite pentru realizarea structurilor de rezistenta ale constructiilor, cat si pentru alte tipuri de lucrari. Prin prisma rolului pe care il joaca in stabilitatea si functionalitatea constructiilor, betonul trebuie sa fie un material durabil, din punct de vedere al rezistentei la solicitari mecanice si din punct de vedere al comportarii la actiunea factorilor de mediu. Pentru a corespunde cerintelor impuse este obligatoriu ca betoanele folosite sa prezinte caracteristici tehnice corespunzatoare regimurilor de expunere ale constructiilor. Avand in vedere faptul ca betonul este un material compozit, caracteristicile tehnice ale betonului intarit vor fi influentate de caracteristicile si proportiile cu care intervin in amestec materialele componente. Deasemenea, caracteristicile de lucrabilitate (usurinta de punere in opera) ale betonului proaspat, respectiv tehnologia de preparare, de punere in opera si de tratare, vor influenta caracteristicile betonului intarit.
5.3.1. Caracteristicile betonului proaspat 5.3.1.a. Lucrabilitatea Betonul proaspat - defineste starea amestecului din momentul introducerii apei pana la inceperea prizei liantului, deci starea in care betonul poate fi pus in opera. Lucrabilitatea - este o caracteristica complexa a betonului proaspat care exprima faptul, ca acesta ramane omogen in timpul transportului si tunarii si in acelasi timp poate fi usor pus in opera in conditiile in care umple cofrajul ce da forma elementului de constructie si ajunge la grad de compactare necesar, cu consum de lucru mecanic cat mai mic. Asa cum se poate observa din definitie, betonul proaspat trebuie sa fie cat mai plastic pentru a putea fi turnat usor in cofraj si pentru a depune un efort cat mai mic pentru eliminarea aerului din beton prin compactare, dar in acelasi timp trebuie sa fie suficient de vartos pentru a nu se separa in componente la turnare si compactare. Lucrabilitatea betonului se apreciaza tinand cont de proprietatile masurabile ale acestuia. Aceste proprietati sunt: - consistenta; - aptitudinea de compactare; - tendinta de segregare. Consistenta - reprezinta capacitatea betonului proaspat de a se deforma plastic sub actiunea unui lucru mecanic. Consistenta este determinata de doi factori si anume: 1-fortele de frecare dintre granulele solide din amestec; 2-fortele de coeziune pe care mortarul le exercita asupra granulelor de pietris. Valoarea fortelor de frecare dintre componentele solide depinde de:
- forma granulelor determina consistente diferite cand este rotunjita fata de granulele cu muchii vii; - aspectul suprafetei - suprafetele netede, fata de cele aspre, rugoase, determina forte de frecare diferite. Valorile fortelor de coeziune sunt determinante pentru omogenitatea amestecului si depind de: - volumul mortarului - cu cat volumul este mai mare coeziunea este mai buna, asigurand omogenitatea amestecului prin cuprinderea agregatului mare; - consistenta mortarului - un mortar vartos in conditiile unui volum suficient (deci mare) asigura o buna coeziune si omogenitate. Consistenta in conditiile de laborator se apreciaza prin doua metode: - metoda tasarii; - metoda remodelarii VE-BE. Metoda tasarii caracterizeaza consistenta betonului prin masurarea
deformatiei plastice sub actiunea greutatii proprii. Betonul proaspat turnat intr-un tipar de forma tronconica, la indepartarea tiparului isi modifica mai mult sau mai putin forma, in functie de valoarea fortelor interne care trebuie sa echilibreze greutatea proprie a betonului. In in centimetri aceasta dintre metoda, inaltimea
consistenta se masoara prin diferenta trunchiului de con umplut cu beton de incercat si inaltimea betonului tasat (fig.5.5.), dupa indepartarea tiparului.
Fig. 5.5 Principiul metodei tasarii
In functie de valoarea tasarii, betoanele se clasifica conform tabelului 5.1. Tabel 5.1 Grad de lucrabilitateL0
Consistenta
Grad de compactare
Tasare [cm] 0,0-0,5 0,6-1,0 1,0-4,0 5,0-9.0 10-15 >15
Remodelare VE-BE [s] 30 21 20 11 10 5 1,4`5 1,261,45 1,111,25 1,041,10 2500 22012500 20012200 10012000
foarte usor
-----> n Na2O.pCaO.mSiO2+ tH2O (5.14)
Se formeaza astfel un gel de silicat alcalin si are loc alterarea suprafetei granulelor de agregat. Gelul prezinta capacitate foarte mare de umflare prin absorbtie de apa, producand astfel expansiunea structurii si datorita anularii aderentei matrice-agregat, conduce la dezagregarea betonului.
Reactia este favorizata de: - cantitatile de materiale reactionabile; - finetea agregatului si cimentului; - porozitatea agregatului; - disponibilitatea de apa si alternanta starilor umeda si uscata; - cresterea temperaturii, in special in domeniul 10400C. Formele reactive ale SiO2 sunt opalul, calcedonia si tridimitul, care pot apare in calcare silicioase, riolite, dacite, andezite si tufurile corespunzatoare. Potentialul reactiv al agregatelor se stabileste prin determinarea continutului de acid silicic activ, solubil intr-o solutie de NaOH (1n).
In conditiile in care, pe criterii economice, nu poate fi evitata folosirea agregatelor reactive, se impune utilizarea cimenturilor cu continut redus de alcalii (sub 0,6% echivalent de Na2O). 5.3.3. Factorii care influenteaza caracteristicile betonului Factorii care influenteaza caracteristicile betonului pot fi grupati in: - factori compozitionali, care se refera la caracteristicile si dozajele materialelor componente; - factori tehnologici, care se refera la conditiile de preparare, de punere in opera si intarire a betonului. 5.3.3.a. Influenta cimentului Influenta naturii cimentului Cimentul poate influenta structura betonului (mortarului) prin natura sa si prin dozajul folosit la realizarea amestecului. Exista o mare varietate de cimenturi ce se folosesc la realizarea betoanelor (mortarelor) incepand cu cimenturile unitare si sfarsind cu cimenturile cu adaosuri ca: zgura de furnal, puzzolane (artificiale, naturale). Pentru cimenturile unitare, modul de formare al structurii a fost prezentat subliniindu-se influenta constituentilor mineralogici asupra caracteristicilor structurale ale pietrei de ciment. Zgura de furnal si puzzolanele produc modificari in formarea structurii pietrei de ciment si deci si a caracteristicilor structurii formate, fata de cazul utilizarii cimentului portland unitar. Zgura de furnal granulata este un amestec de oxizi de calciu, siliciu si aluminiu, oxizi ce intra si in compozitia cimenturilor siliatice, dar in alte proportii. Pentru un raport A/C moderat, structura pietrei de ciment obtinute prin folosirea cimentului cu zgura de furnal si a cimentului Portland unitar este asemanatoare. Totusi, unele modificari compozitionale vor determina modificari ale structurii cimentului intarit.
Modificarile compozitionale constau in formarea de hidrosilicati de calciu, dar cu caracter gelic mai pronuntat. Aceste modificari au loc concomitent cu reducerea proportiei de hidroxid de calciu. Consecinta directa a acestor modificari compozitionale va fi cresterea volumului specific al noilor formatiuni hidratate si ca urmare reducerea capilaritatii si implicit a permeabilitatii cu efecte favorabile asupra comportarii la coroziune, a rezistentei la inghetdezghet, a rezistentelor mecanice. Aceste compozitionale si particularitati de structura,
confera pietrei de ciment o mai mare stabilitate la agenti chimici, dar si variatii de volum mai mari la intarire, variatii de volum determinate de procentul mai mare sau mai mic de zgura, utilizata. Cercetari facute in paralel pe betoane cu ciment portland si cu ciment portland cu zgura indica in conditiile unor cimenturi cu caracteristici fizice asemanatoare, o viteza de dezvoltare a structurilor de intarire mai redusa la cimentul cu zgura in primele 28 de zile (este Fig. 5.15 Variatia rezistentei unor cimenturi foarte important ca in aceasta perioada acest beton sa fie tratat superficial) si deci, o rezistenta mai mica. La durate de intarire mai mari, rezistentele cresc, putand chiar depasi rezistentele cimentului portland unitar de aceeasi marca (fig.5.15). Puzzolanele sunt materiale naturale sau artificiale de natura silicioasa sau silicioasa si aluminoasa, care sub forma fin divizata si in prezenta umiditatii, poate reactiona cu Ca(OH)2 in conditii normale de temperatura, formand compusi cu proprietati liante. Din aceasta categorie de materiale fac parte: cenusa vulcanica (puzzolana propriu-zisa), piatra ponce, sistul silicios, diatomit calcinat, argila arsa, cenusa de termocentrala etc. In cazul
utilizarii unor puzzolane naturale silicioase si active din punct de vedere chimic (deci cu structura amorfa), acestea vor reactiona cu Ca(OH)2 rezultat in urma reactiilor cu apa a componentilor mineralogici ai cimentului silicatic, formand hidrosilicati de calciu ce acopera granulele de puzzolana ce devin electropozitive si favorizeaza cresterea volumului de noi formatiuni gelice. Pentru a preveni contractiile mari la intarire, generate de volumul mare de formatiuni gelice (contractii ce duc la un proces intens de microfisurare a pietrei de ciment), la betoanele ce utilizeaza in compozitie astfel de cimenturi, este recomandat sa se lucreze in mediu umed sau sub apa, ceea ce contribuie la impiedicarea contractiei si concomitent la marirea compactitatii betonului. In acest sens se poate aprecia ca marirea compactitatii este favorabila comportarii la coroziune (in special la atacul sulfatilor) in timp ce rezistentele mecanice, desi cresc mai greu in cazul unor adaosuri, in final dau valori apropiate de ale cimenturilor unitare (fig.5.16 si fig.5.17)
Fig. 5.17 Variatia rezistentei betoanelor cu ciment fara adaos prin comparatie cu betoane cu ciment cu tras
Adaosuri de puzzolana mai putin active (cenusi de termocentrala) in conditiile unor cantitati reduse (15-25%) au o influenta redusa asupra pietrei de ciment. Cercetarile au aratat ca principalele caracteristici structurale sunt in general asemanatoare cu a betoanelor cu ciment silicatic fara adaosuri de cenusa. Pentru dozaje sporite de cenusa de termocentrala (30-40%), in conditiile in care la preparare s-au folosit si aditivi tensioactivi, se poate constata:
Fig. 5.16 Variatia rezistentei la betoane cu ciment fara adaosuri si cu adaos de cenusa de termocentrala
exista
o
tendinta
accentuata de deplasare a ponderii mari de pori de dimensiuni 0,5-1 mm spre dimensiuni mai mari; - creste volumul de pori capilari prin cresterea volumului de apa de amestecare, odata cu marirea cantitatii de cenusa de termocentrala, modificarile acestea fiind defavorabile; in favoarea structurii betonului, prin folosirea aditivilor tensioactivi se realizeaza o
Fig.5.18 Influenta dozajului de ciment si a raportului A/C asupra rezistentelor betonului
imbunatatire a distributiei tipodimensionale a porilor din piatra de ciment, deci o imbunatatire a impermeabilitatii si a comportarii la actiuni agresive. Influenta dozajului de ciment Sub aspect cantitativ, dozajul de ciment poate influenta caracteristicile structurale si in general caracteristicile tehnice ale betoanelor (mortarelor) atat in stare proaspata cat si intarita.
In stare proaspata, o crestere a dozajului de ciment, la un raport A/C contant, va imbunatati lucrabilitatea betonului in sensul cresterii fluiditatii si a coeziunii interne a amestecului. Aceasta implica totodata o reducere a tendintei de segregare, cresterea omogenitatii structurale a betonului intarit.
Cercetarile efectuate pe beton intarit, au pus in evidenta modificarile structurale prin modificarea rezistentei mecanice (fig.5.18) a betoanelor, produsa de cresterea dozajului de ciment in conditiile mentinerii raportului A/C (aceasta ar presupune implicit reducerea raportului Ag/C). Este cunoscut faptul ca betonul prezinta o contractie de aproximativ 10 ori mai mica decat piatra de ciment, ca urmare a consumarii acestora la nivelul agregatelor. Dar atat contractia cat si deformatiile vascos-plastice sunt determinate de piatra de ciment. Deci cu cat dozajul de ciment creste, contractia betonului va fi mai mare, deformatiile vascosplastice vor creste. In aceste conditii, la o anumita crestere a dozajului de ciment, rezistenta devine independenta de dozajul de ciment (fig.5.19).Fig. 5.20 Variatia cresterii specifice a rezistentei functie de dozajul de ciment
S-a constatat ca raportul dintre rezistenta betonului si dozaj (cresterea specifica) are valoarea maxima pentru dozajele de ciment situate intre 300 si 400 kg de ciment la m3 beton(fig.5.20).
Fig. 5.19 Variatia rezistentei la compresiune a betonului functie de dozajul de ciment
Din punct de vedere macrostructural, se poate aprecia ca pentru un agregat dat (ca natura, dozaj si granulozitate) exista o valoare a dozajului de ciment pana la care capacitatea de inglobare a agregatelor in matrice si adeziunea matrice-agregat se imbunatatesc. O crestere in continuare a volumului pietrei de ciment din beton va conduce
la micsorarea compactitatii betonului. Betonul este un sistem microporos, microfisurat; volumul porilor intr-un beton compact conventional nu depaseste 5-7% din volumul aparent al betonului. Volumul de pori va creste, prin marirea dozajului de ciment peste cel normal. Prin porozitatea sa betonul va avea comportari mai bune la solicitari mecanice, la permeabilitate si la coroziune, in conditiile in care aceste caracteristici sunt determinate atat de volumul porilor cat si de natura, forma si distributia lor tipodimensionala. 5.3.3.b. Influenta agregatelor Agregatul formeaza materialul de masa din beton, avand o pondere de cca.75%. Prin proportia mare cu care participa la realizarea structurii betonului, agregatul influenteaza notabil caracteristicile betonului proaspat dar si intarit, prin compactitate si omogenitate structurala, adeziunea intre matrice si agregat etc. Agregatul influenteaza structura betoanelor si mortarelor prin: - natura; - caracteristici geometrice;
- dozaj. Influenta naturii rocii de provenienta Natura rocii de provenienta - agregatul poate influenta caracteristicile structurale ale betonului (mortarului), astfel: - prin densitatea aparenta a granulelor de agregat va influenta densitatea aparenta a betonului si este determinata de porozitatea proprie rocii; - prin natura petrografica si compozitia mineralogica va influenta rezitentele mecanice ale materialului compozit, dar in aceeasi masura si aderenta formatiunilor de hidratare ale cimentului la suprafata agregatului; de asemenea pot determina reactii chimice ale compusilor mineralogici ai agregatului cu compusii cimentului sau cu substante chimice din mediul inconjurator, cu consecinte asupra durabilitatii, rezistentelor etc. Referitor la aderenta compusilor hidratati ai cimentului la suprafata granulelor de agregat (deci stratul de contact), in functie de caracterul rocilor: silicioase (acide) sau calcaroase (bazice) si cunoscand faptul ca atractia electrostatica se manifesta intre sarcini de sens contrar, se poate concluziona ca aderenta pietrei de ciment la agregate de tip silicios va fi mai buna. Influenta aspectului suprafetei granulelor Aspectul suprafetei granulelor de agregat va influenta intr-o masura importanta aderenta pietrei de ciment la agregat. In cazul agregatului de concasaj, cu granule cu suprafata rugoasa si muchii vii, aderenta va fi imbunatatita prin ancorarea mecanica a pietrei de ciment in asperitatile suprafetei granulelor de agregat. O buna aderenta implica o mai buna omogenitate a distributiei caracteristicilor de rezistenta ale betonului (mortarului).
Tabel 5.5.
A/C Agregat Provenienta Balast de rau Suprafata neteda 0,30
Indice de rezistenta a betonului 0,86
Nisip + piatra concasata
aspra
0,35 0,30 0,35
0,77 1,00 0,85
Prezenta rugozitatii conduce la marirea frecarilor interne, deci cresterea consistentei. Daca se adauga si efectul maririi suprafetei specifice a granulelor de agregat si deci necesitatea intervenirii cu mijloace de compactare energice, va rezulta in final (daca nu se modifica raportul A/C) un beton cu structura compacta, volum redus de pori capilari, compozitie omogena, dar la care doar partea grosiera a fost inlocuita cu agregat concasat. Se poate prezenta sub forma tabelara influenta aspectului suprafetei asupra rezistentei mecanice (indicele de rezistenta se calculeaza ca raport intre rezistenta corespunzatoare indicelui 1.00 si cea corespunzatoare celorlalti indici): Se poate aprecia ca in cazul utilizarii agregatului concasat, volumul total de pori scade, iar maximul distributiei porilor scade spre valori mai mici. O consecinta imediata a acestor concluzii este imbunatatirea caracteristicilor structurale de ansamblu ale betonului, cu consecinte favorabile asupra tuturor celorlalte caracteristici fizico-mecanice. Caracteristicile structurale implicate sunt porozitatea si compactitatea care prin reducerea volumului porilor isi vor modifica valorile, rezistente mecanice vor fi marite. Influenta formei granulelor Forma granulelor modifica volumul de goluri din agregat si suprafata specifica a agregatului, prin aceasta influentand compactitatea si lucrabilitatea betonului. Pentru granule de agregat cu forma lamelara sau aciculara, spre deosebire de granulele cu forme izometrice, volumul de goluri cat si suprafata specifica vor fi mai mari, cu consecinte nefavorabile asupra lucrabilitatii, iar prin retinerea apei de amestec se formeaza lentile de apa evaporabila si in continuare formarea de 'pori de sub agregate'. O alta consecinta a utilizarii granulelor cu forma alungita (plate, aciculare) confera betonului o structura stratificata, deoarece granulele respective prezinta tendinte de orientare perpendicular pe directia indesarii, cu consecinte negative asupra omogenitatii structurale a amestecului proaspat si cu consecinte asupra structurii finale, a rezistentelor mecanice, a durabilitatii. cu implicatiile favorabile privind impermeabilitatea betonului si in acelasi timp rezistenta la actiuni chimice agresive,
Conform normelor tehnice romanesti, aprecierea formei granulelor se face prin raportul parametrilor b/a si c/a si coeficientul volumic mediu Cv, in care asa cum s-a prezentat aterior: - a, b, c -sunt dimensiunile in spatiu ale granulelor de agregat reprezentative pentru agregatul folosit; -iar coeficientul volumic mediu Cv se calculeaza cu relatia (5.15):
Cv =in care:
(i =1n)
(5.15)
V = volumul aparent al granuleor de agregat alese, reprezentative; /6 ai = volumul sferelor circumscrise granulelor alese, reprezentative, in care ai este dimensiunea maxima (diametrul) fiecarei granule de agregat. Metodologia de determinare a acestor caracteristici presupune folosirea in vederea realizarii masuratorilor a unor anumite sorturi de agregate, iar conditia utilizarii acestora la prepararea mortarelor si betoanelor impusa in normativele actuale, este: b/a 0,66 c/a 0,33 Cv 0,20
Valorile sus mentionate pot da indicatii asupra formei generale a granulelor de agregat astfel: - pentru valori sub limitele impuse, agregatul se presupune ca prezinta o masa mare de granule cu forma plata sau aciculara, forme nefavorabile amestecului de beton si prin suprafata specifica mare va presupune marirea cantitatii apei de amestecare si implicit a porozitatii betonului; in consecinta va creste permeabilitatea, se vor reduce rezistentele mecanice; pentru valori peste limitele impuse, agregatul se presupune ca prezinta granule cu forme scurt prismatice, izometrice, proprii amestecurilor de betoane (mortare), deoarece aceste forme implica suprafetele specifice cele
mai reduse ale granulelor si volumul de goluri cel mai redus, cu efecte favorabile asupra compactitatii si porozitatii si implicit a permeabilitatii si rezistentelor mecanice. Influenta granulozitatii Granulozitatea agregatelor reprezinta asa cum s-a mai aratat compozitia procentuala pe sorturi (tipodimensiuni) a granulelor unui agregat si influenteaza in mod direct compactitatea betonului si prin aceasta caracteristicile lui fizico-mecanice si de durabilitate. Valorile experimentale se interpreteaza in functie de pozitia curbei de granulozitate trasate cu ajutorul valorilor obtinute, cum s-a prezentat aterior (in raport cu valorile limita ale curbelor standardizate prezentate in graficul din fig.5.21), in care in ordonata sunt trecute procentele de treceri prin ciur (site), iar in abscisa sunt trecute dimensiunile ochiurilor de ciur (sita). Granulozitatea agregatelor va influenta caracteristicile betonului proaspat si intarit corelat si cu mijloacele de preparare si punere in opera. Influenta
Fig. 5.21 Curbele limita de granulozitate pentru agregat total 0-16
granulozitatii agregatului se va manifesta prin suprafata specifica a agregatelor si prin volumul de goluri, caracteristici de care depinde lucrabilitatea si tendinta de segregare a betonului proaspat cat si caracteristicilefizico-mecanice si de durabilitate a betonului intarit.
Avand in vedere faptul ca dimensiunea maxima a granulelor de agregat este strans legata de suprafata specifica a agregatului, rezulta ca pentru dimensiuni maxime mici ale agregatului total, suprafata specifica va fi mare, situatie in care, sunt necesare dozaje sporite de apa (fig.5.22) pentru umectarea intregii suprafete a agregatului in scopul realizarii unei lucrabilitati corespunzatoare. In aceasta situatie, se va pastra constant raportul A/C, deci va fi marit si dozajul de ciment, situatie ce va contribui si la marirea volumului de mortar si odata cu aceasta se va imbunatati coeziunea amestecului cat si lucrabilitatea acestuia in stare proaspata. In ceea ce priveste caracteristicile amestecului intarit, studiile efectuate au pus in evidenta scaderi ale rezistentelor mecanice datorita continutului mai mare de ciment, care prin contractiile pe care le provoaca, accentueaza procesul de microfisurare cu efect si asupra porozitatii permeabile si a comportarii la coroziune chimica.
Cu cat granulele de agregat sunt mai mari, suprafata specifica va scadea, ceea ce duce la scaderea cantitatii de apa de amestecare, ori la reducerea dozajului deFig. 5.22 Influenta dimensiunii maxime a agregatului asupra cantitatii de apa de amestecare
ciment prin mentinerea constanta a raportului A/C, ori la micsorarea raportului A/C cu efecte favorabile asupra rezistentelor mecanice si a caracteristicilor structurale, deci si a caracteristicilor de durabilitate (fig.5.23). Adoptarea de dimensiuni maxime > 71 mm va mari caracterul eterogen al amestecului. Avand in vedere faptul ca in golurile retelei minerale formate de granule de agregat cu dimensiuni mari, intra granule cu dimensiuni mai mici si asa mai departe pana la granulele de ciment hidratat, compozitia in sorturi a unui agregat total trebuie sa asigure realizarea unui volum de goluri strict minerale. necesar introducerii cimentului in structura retelei
Fig. 5.23 Influenta dimensiunii maxime a agregatului asupra rezistentei la compresiune
S-a constatat totusi, ca un agregat cu o granulozitate care sa permita o indesare maxima da un amestec neomogen si o lucrabilitate slaba. Lucrabilitatea se imbunatateste cand exista un exces de pasta pentru umplerea golurilor dintre granulele grosiere de agregat.
Adoptarea granulozitatii unui agregat in vederea elaborarii unei retete de beton este conditionata de urmatorii factori: 1. dimensiunea maxima a agregatului; 2. dozajul de ciment; 3. lucrabilitatea betonului proaspat. In functie de aliura curbei de granulozitate a agregatului folosit, acesta poate fi caracterizat in situatii extreme, astfel: a. agregat sarac in parti fine - cand curba efectiva se situeaza sub curba limita inferioara; consecinta directa a lipsei de parti fine, este compozitia saraca in mortar a betonului proaspat respectiv, ceea ce presupune: 1. consistenta vartoasa a betonului proaspat, determinata de granulele de agregat nelubrifiate de mortar; 2. tendinta de segregare inversa a betonului proaspat; 3. structura betonului intarit va fi macroporoasa, deci permeabila pentru agenti agresivi, cu rezistente mici; b. agregat bogat in parti fine - cand curba efectiva se situeaza peste curba limita superioara, ca urmare a excesului de parti fine se va forma un volum mai mare de mortar cu caracteristici coezive slabe, generate de reducerea relativa a cantitatii de apa si a raportului C/Ag din mortar, cu urmatoarele consecinte: 1. consistenta vartoasa a betonului proaspat, determinata de consumarea unei parti din apa de amestec pentru umectarea suprafetei specifice marite a granulelor , fata de cele normale; 2. tendinta de segregare directa care apare datorita volumului marit de mortar si densitatii diferite a componentelor amestecului; 3. structura neuniforma a betonului intarit, datorata distributiei neuniforme a retelei minerale si contractiilor hidraulice mari (care pot
fi preluate doar de retele minerale uniforme), are drept consecinte rezistente mecanice reduse, permeabilitate mare la agenti agresivi. Abaterea de la granulozitatea optima a agregatului are consecinte defavorabile asupra tuturor caracteristicilor betonului proaspat si intarit. Majorarea dozajului de apa, pentru marirea lucrabilitatii betoanelor cu agregate fine in exces, va mari tendinta de segregare a betonului; marirea dozajului de ciment, pentru compensarea lipsei de mortar prezinta dezavantaje economice, mareste contractia hidraulica si tendinta de microfisurare a structurii, reduce rezistentele mecanice, mareste permeabilitatea. 5.3.3.c. Influenta apei si a raportului A/C Apa de amestecare, utilizata la prepararea betoanelor (mortarelor) prin cantitate si calitate trebuie sa asigure:1. umezirea suprafetelor componentelor solide (agregat, ciment, materiale de adaos) reducand frecarea interna datorita acestei lubrifieri si conferind fluiditate amestecului de beton (mortar) proaspat;
2. reactia cu cimentul si adaosurile active. Apa de amestecare trebuie sa indeplineasca calitatile apei potabile din punct de vedere al compozitiei chimice deci: sa aiba pH = 73, sa nu contina saruri, reziduuri industriale etc, ce pot influenta defavorabil procesul de priza si intarire a cimentului, sa nu contina impuritati ce pot reduce aderenta matrice-agregat (reziduuri petroliere). Cantitatea de apa necesara hidratarii cimentului, nu poate asigura o buna lucrabilitate a betonului (mortarului), fiind redusa chiar pentru asigurarea unei bune lucrabilitati a pastei de ciment. O cantitate insuficienta de apa, presupune obtinerea unui beton vartos, rigid, cu o coeziune redusa, in concluzie putin lucrabil. O cantitate de apa prea mare va provoca separarea apei la suprafata, fluidizarea amestecului, deci reducerea stabilitatii si lucrabilitatii amestecului. Apa de amestecare, luata ca atare, va influenta prin variatia ei consistenta amestecului de beton proaspat. Parametrul tehnic pentru analiza compozitiei betoanelor (mortarelor), cu influente asupra tuturor caracteristicilor materialelor compozite cu ciment, il constituie raportul apa/ciment (A/C).
In limitele unei lucrabilitati satisfacatoare a betonului proaspat, modificarea raportului A/C va determina schimbari importante in structura de pori a betonului. Studiile efectuate permit a se constata ca, la cresterea raportului A/C, se va produce: 1. cresterea porozitatii totale a betonului; 2. scaderea proportiei de pori de gel in favoarea porilor capilari. Aceste doua urmari ale cresterii raportului A/C vor avea consecinte defavorabile asupra unor caracteristici fizico-mecanice ale betonului: cresterea permeabilitatii, reducerea rezistentelor mecanice, reducerea rezistentei la inghet-dezghet, reducerea rezistentei la coroziune. La distributia dezavantajoasa a dimensiunilor porilor, un raport A/C mare va conduce la accentuarea starii de microfisurare din structura betonului, stare generata de contractia la uscare (deci contractia la evaporarea apei care este in exces). 5.3.3.d. Influenta aditivilor Aditivii sunt substante care, introduse in cantitati determinate in suspensii, mortare sau betoane, modifica proprietatile acestora pe baza unor actiuni fizico-chimice. Din categoria aditivilor ce produc modificari ale caracteristicilor betonului, enumeram: 1. aditivi modificatori ai proceselor de priza si intarire; 2. aditivi impermeabilizanti; 3. aditivi tensioactivi. Aditivii modificatori ai proceselor de priza si intarire Din categoria de aditivi modificatori de priza si intarire fac parte o mare diversitate de substante ce actioneza dupa mecanisme diferite, dar efectul lor principal
consta in modificarea proceselor de priza si intarire, datorata produsilor de reactie cu componentii hidratati sau anhidri ai cimentului. Marea majoritate a acceleratorilor si intarzietorilor de priza si intarire sunt substante solubile in apa de amestec, unde schimba echilibrul ionic al sistemului si odata cu aceasta si viteza de hidratare-hidroliza a cimentului, viteza de coagulare si cristalizare a produselor hidratate. In urma reactiilor chimice pot lua nastere combinatii complexe cu influente asupra proceselor de intarire. Urmare directa a acestor fenomene, apar modificari in structura pietrei de ciment si deci, a betonului (mortarului) cu influente directe asupra caracteristicilor mecanice si de durabilitate. Viteza de hidratare-hidroliza prin variatia ei poate influenta: - proportia si intensitatea formarii noilor formatiuni hidratate; - raportul gel/spatiu si compactitatea betonului; - evolutia compactitatii. Prin modificarea proceselor de hidratare-hidroliza se modifica si intensitatea proceselor de structurare. Substantele modificatoare de priza si intarire, care sunt de obicei electroliti, vor determina mutatii in desfasurarea proceselor de coagulare si cristalizare, prin modificarea cineticii de structurare a noilor formatiuni gelice si in final modificarea caracteristicilor structurale ale pietrei de ciment. De o maniera diferita, pot actiona o alta categorie de aditivi, care in urma reactiilor chimice formeaza si produsi insolubili, care din punct de vedere fizic conduc la marirea compactitatii matricei betonului, in plus fata de efectul de modificare al proceselor de priza si intarire. Aditivi acceleratori de priza - sunt substante utilizate in scopul accelerarii proceselor de priza pana la cateva minute (2-5). Se folosesc in compozitia betoanelor si mortarelor necesare unor lucrari de reparatii urgente sau la lucrari cu caracater provizoriu.
Mecanismul de actionare al aditivului consta in marirea bazicitatii mediului de reactie si prin marirea vitezei de hidratare a aluminatilor de calciu da nastere unor structuri de coagulare rapide dar afanate (deci permeabile). Din categoria acestor aditivi fac parte o serie de saruri de sodiu, potasiu sau amoniu, hidroxizi alcalini, cimentul aluminos. Acceleratori de priza si intarire sunt substante utilizate in scopul accelerarii proceselor de priza si maresc rezistentele initiale ale mortarelor si betoanelor, fara a influenta notabil evolutia ulterioara a produsului intarit. Mecanismul de actiune al aditivului este asemanator cu al aditivilor acceleratori de priza, la care se adauga produsele de reactie cu componentele cimentului, ce contribuie la cresterea rezistentelor mecanice initiale. Ca urmare a proceselor rapide de hidratare-hidroliza si formare a noilor formatiuni, cu contributii la cresterea rezistentelor initiale, se va constata o degajare mare de caldura si deformatiile corespunzatoare. Cercetarile efectuate cu CaCl2 au pus in evidenta cresterea volumului noilor formatiuni hidratate, o crestere importanta a raportului gel/spatiu si deci a compactitatii betonului, ce explica cresterea rezistentelor initiale. Rezistentele finale si caracteristicile de durabilitate insa, de cele mai multe ori vor fi mai mici decat cele ale betoanelor neaditivate, ca urmare a procesului de microfisurare si datorita eterogenitatii structurale crescute a pietrei de ciment. In acest scop s-au cercetat si se utilizeaza: Fe2(SO4)3, FeCl3, Fe(NO3)3 sau Na2CO3 si Cu(OH)2. Acceleratorii de intarire sunt substante utilizate in scopul intensificarii cresterii rezistentelor mecanice ale mortarelor si betoanelor in faza initiala, fara o influenta deosebita asupra rezistentelor finale. Intensificarea vitezei de crestere a rezistentelor mecanice se poate face practic prin mai multe metode: - actiuni mecanice - macinarea cimentului, amestecarea fortata; - actiuni chimice - aditivi, hidratarea prealabila a cimentului;
- actiuni fizice - tratamente hidrotermice, actiunea curentului electric. Marirea finetii de macinare conduce la cresterea reactivitatii particulelor constituente ale liantului silicatic si avand in vedere si cresterea volumului produsilor de reactie este explicabila cresterea rezistentelor initiale si finale ale betonului. S-a demonstrat ca in conditiile utilizarii unor cimenturi cu finete de macinare sporita si o granulozitate adecvata, intre un beton cu ciment silicatic si unul cu ciment aluminos, rezistentele mecanice la varste pana la 90 zile sunt sensibil mai mari la betonul cu ciment aluminos, dupa care rezistentele acestor betoane au valori inferioare celor cu ciment silicatic. Folosirea aditivilor acceleratori de intarire este mai eficienta in cazul cimenturilor cu finete mare de macinare si fiindca betoanele respective prezinta proprietati tixotrope, punerea in lucru se va face cu mijloace de compactare foarte energice. Marirea cantitatii de apa de amestecare avand efectele cunoscute, se impune folosirea unor aditivi cu actiune concomitenta de accelerator-fluidizant. In cazul folosirii tratamentului hidrotermal, in industria prefabricatelor, cresterea rezistentelor intiale, necesare tehnologic, conduce la aparitia unor defecte de structura (porozitate mare, fisuri, eterogenitate structurala) cu consecinte nefavorabile asupra rezistentelor finale si a altor caracteristici tehnice. In vederea reducerii duratei tratamentului hidrotermal se folosesc aditivi acceleratori de intarire alesi in concordanta cu compozitia cimentului si cu regimul tratamentului termic. Din categoria aditivilor acceleratori de intarire fac parte: - CaCl2; Ca(NO3)2; Ca(NO3)2; - FeCl3; Fe(NO3)4; Fe2(SO4)3; - NaCl; NaF; Na2.SO3; Na2SO4. Intarzietori de priza - sunt substante care micsoreaza viteza reactiilor de hidratre si hidroliza a cimenturilor in limitele dorite, fara a influenta negativ dezvoltarea ulterioara a structurii de rezistenta, astfel incat la 2-3 zile nivelul rezistentelor ajunge la
valoarea normala, pentru ca in final sa depaseasca nivelul rezistentei betoanelor neaditivate imbunatatind si caracteristicile de lucrabilitate. Mecanismul de actionare al acestor aditivi este diferit, in functie de natura aditivului, astfel: 1. aditivi care reduc viteza de hidratare si hidroliza a constituentilor din cimentul anhidru - aceasta presupune reducerea solubilitatii SiO2 din silicatii de calciu si a Al2O3 din aluminatii de calciu, micsorarea vitezei de dizolvare a CaO si de cristalizare a Ca(OH)2; 2. aditivi care reactioneaza chimic cu produsele de hidratare si hidroliza ale cimentului si formeaza produsi insolubili sub forma de filme la suprafata granulelor anhidre - aceste reactii au loc la interfata de contact solid-lichid, apartin chemosorbtiei, stratul format este monomolecular, discontinuu incat hidratarea este doar intarziata; 3. aditivi care se adsorb pe suprafata granulelor anhidre sub forma de filme monomoleculare si intarzie hidratarea acestora sau se adsorb pe suprafata produselor de hidratare impiedicand consolidarea acestora prin marirea stabilitatii particulelor disperse, fortele prin care se realizeaza legatura pe particulele de ciment sunt de tip Van der Vaals sau legaturi de hidrogen, stratul format reducand viteza de difuziune a apei si a ionilor hidratati. Cu efect intarzietor de priza se pot folosi: ghipsul, fosfati de sodiu, borax, glucoza, zaharuri etc. Aditivi impermeabilizanti - sunt substante care maresc capacitatea de rezistenta a betonului la penetrarea apei, prin: - reducerea permeabilitatii betonului la actiunea apei sub presiune; - reducerea porozitatii capilare si implicit, a ascensiunii prin capilaritate a apei in beton. Cu actiune impermeabilizanta se folosesc o mare diversitate de substante: 1. pulberi minerale inerte - au rolul de a completa granulozitatea agregatului in parte fina (orice marire a dozajului de apa trebuie corelata cu marirea dozajului de ciment);
2. pulberi minerale silicioase - leaga chimic Ca(OH)2 sub forma de hidrosilicati cu bazicitate redusa si bune proprietati liante; imbunatateste comportarea la actiuni agresive sulfatice (puzzolane, dolomita) si implicit mareste gradul de impermeabilitate; 3. pulberi minerale cu proprietati coloide - (argila bentinitica, calcar fin macinat etc) - in prezenta apei se umfla marind impermeabilitatea si in acelasi timp rezistenta la actiuni agresive chimice; 4. substante care in urma reactiilor cu produsele de hidratare ale cimentului formeaza produsi cu proprietati coloide, ce maresc gradul de impermeabilitate a betonului prin formarea unui volum mai mare de produse de hidratare si prin colmatarea golurilor fisurilor; 5. aditivii tensioactivi au efect favorabil asupra impermeabilizarii betoanelor prin reducerea raportului A/C, modificarea dimensiunilor porilor si a distributiei lor (aditivi plastifianti), intrerup sistemul capilar (aditivi antrenatori de aer), micsoreaza ascensiunea capilara (aditivi hidrofobizanti). Aditivii tensioactivi - sunt substante ce se adsorb pe suprafata granulelor de ciment modificandFig. 5.24 Mecanismul de adsorbtie al aditivilor: a- substante tensioactive ionice cu mai multe grupari polare; b- substante tensioactive ionice cu polaritatea in molecula; c- substante tensioactive ionice cu polaritate in lantul moleculei.
tensiunea
superficiala a sistemului solidlichid-aer. In compozitia
mortarelor si betoanelor astfel de substante produc modificari notabile ale proprietatilor acestora. Dupa mecanismul de
actiune deosebim trei tipuri de aditivi tensioactivi: 1. aditivi fluidizanti; 2. aditivi antrenatori de aer;
3. aditivi micsti. Aditivi fluidizanti - sunt substante tensioactive cu mai multe grupari polare ionice in structura, sau substante neionice cu polaritate in molecula, sau substante ionice cu polaritate in lantul molecular (fig.5.24). La amestecarea cu apa, granulele de ciment au tendinta de aglomerare. In prezenta substantelor tensioactive, acestea se adsorb cu gruparile mai putin polare spre granulele de ciment si cu celelalte grupari polare spre apa, tensiunea superficiala a solutiei scade, ceea ce permite antrenarea unei cantitati de aer in beton. Adsorbtia acestor substante duce la cresterea hidrofiliei granulelor de ciment dar si la dispersarea acestora datorita sarcinilor electrice ale aditivului. Prezenta particulelor adsorbite si a sarcinilor electrice la suprafata granulelor va mari stabilitatea sistemului ciment-apa, ce va manifesta o mai mica tendinta de separare a apei, o viteza mai mica de sedimentare si o omogenitate mai buna, cu influente favorabile asupra rezistentelor mecanice si mai ales asupra caracteristicilor de durabilitate. In acelasi timp, acesti aditivi pot avea si actiuni de accelerare sau intarziere a prizei, in functie de natura cimentului, natura aditivului si proportia in care acesta este folosit. Cercetarile efectuate in tara prin analize chimice pe amestecul plastic ciment-
apa-aditiv (LSC) si prin determinarea prizei si a rezistentelor mecanice, au pus in evidenta actiunea dispersanta si reducerea pH-ului datorita acestui tip de aditivi, precum si intensificarea proceselor de hidratare si hidroliza ale cimentului. S-a pus in evidenta faptul ca aditivii tensioactivi fluidizanti, modifica morfologia aluminatilor de calciu si a hidrosilicatilor de calciu, cu consecinte favorabile asupra rezistentelor mecanice si a durabilitatii. Aditivii fluidizanti produc modificari atat in comportarea reologica a pastelor cat si in procesul de hidratare-hidroliza si de structurare a pastelor la nivel microscopic si macroscopic. Prin adsorbtia lor la suprafata neoformatiunilor, sunt introduse modificari atat in cinetica de dezvoltare cat si in forma acestora. Se modifica astfel morfologia formatiunilor hidratate cu consecinte asupra macrostructurii matricei betonului.
In sistemele cu aditivi fluidizanti, acestia se adsorb pe suprafetele cu tensiune superficiala maxima si reduc tensiunea. Se va produce un echilibru sorbtie-desorbtie, se vor forma noi forte in dauna celor vechi si se modificaFig. 5.25 Mecanismul antrenarii aerului in beton
forma prin
exterioara prezenta
a
cristalelor. de aditivi,
Modificarea hidratare
morfologiei
produselor acestor
influenteaza compactitatea produselor intarite, marimea, natura si distributia porozitatii cu consecinte amintite. Referitor la aditivii fluidizanti cu efect de intarzietori de priza s-a constatat ca acestia provoaca marirea consistentei betonului si maresc pericolul fisurarii, cu efecte directe asupra rezistentei si durabilitatii si din aceasta cauza se va da atentie tratarii betonului dupa punerea in opera. Din aceasta categorie de aditivi fac parte lignosulfonatii de calciu, magneziu, sodiu, amoniu si produselor lor. Aditivi antrenatori de aer Aditivii antrenatori de aer sunt substante tensioactive care adaugate in proportii mici in mortare si betoane antreneaza si stabilizeaza un numar mare de bule fine de aer, repartizate uniform in masa de material si care pot determina o structurare a amestecurilor in care sunt introduse. Efectul principal este acela al imbunatatirii lucrabilitatii si durabilitatii. Acesti aditivi sunt alcatuiti dintr-o grupare hidrofila polara (cu mare afinitate chimica) si o grupare hidrofoba, nepolara (cu afinitate chmica redusa). Acesti aditivi se orienteaza cu gruparea polara spre ciment (cu caracter ionic) si spre agregate (cu caracter hidrofil), iar gruparea nepolara, hidrofoba, spre exterior (spre aer) conform figurii 5.25.Suprafata particulelor solide capata un caracter hidrofob si, ca urmare, bulele de aer adera la suprafata granulelor de ciment si agregat exercitand un efect de dispersare ordonata a sistemului; aceasta are ca efect marirea lucrabilitatii si reducerea raportului A/C.
directe
asupra
caracteristicilor
Efectul asupra lucrabilitatii va fi determinat in mod deosebit de natura si proportia aditivului si de compozitia betonului. Astfel, cantitatea de aditiv va fi cu atat mai mare cu cat suprafata specifica a cimentului va fi mai mare, sau se vor folosi adaosuri fine (zgura, cenusa) ce prezinta suprafata de adsorbtie sporita. De asemenea, compozitia granulometrica a cimentului va influenta marimea si distributia bulelor de aer. Agregatele vor influenta cantitatea de aer antrenat si distributia dimensionala a porilor, prin fractiunea de nisip cuprinsa intre 0,1 si 3 mm (suprafata specifica mare), conform tabelului 5.7: Tabel 5.7. Sort granular (mm) 0,2 Aer antrenat (%) 1,5 0,2/0,5 4,5..5,0 0,5/1,0 3,5..4,5 1,0/3,15 5,08,0
De asemenea, natura mineralogica a agregatului influenteaza proportia de aer antrenat, care scade cand creste liofilia acestuia. Proportia de aer antrenat scade odata cu cresterea dozajului de ciment. Raportul A/C, prin reducere, va determina o deplasare a spectrului porozitatii catre dimensiuni mai mici. Se pot folosi cu rol de aditivi antrenatori de aer: abietatul de sodiu, sulfonatii alcoolilor grasi, sapunuri de sodiu ale acizilor polihidrocarboxilici etc. Aditivii micsti Aditivii micsti sunt substante tensioactive cu actiune dubla de fluidizare a amestecului si in acelasi timp antrenatoare de aer. Astfel de produsi sunt de fapt amestecuri de substante compatibile, judicios dozate, alcatuite dintr-un component cu actiune fluidizanta si un component cu actiune antrenatoare de aer. Printre substantele cu actiune mixta se pot enumera: detergenti sintetici, polietilenglicolul sau polietilenoxizii, unele produse pe baza de lignosulfat de calciu etc. Aditivi antigel
Aditivii antigel au rolul de a cobori temperatura de inghet a apei din compozitia betonului, fiind utilizati la lucrarile pe timp friguros, ca masura de protectie la inghet a betonului. Acesti aditivi trebuie sa manifeste si actiune de accelerator de intarire, pentru reducerea duratei de timp pana la atingerea rezistentei suficiente pentru preluarea eforturilor interne dezvoltate de inghet. In tara noastra se foloseste aditivul 'Antigero' care coboara punctul de inghet al apei la -100C, avand si efecte de accelerator de intarire si antrenator de aer. Utilizarea aditivilor, in compozitia betoanelor de ciment trebuie facuta cu mare atentie, intrucat, in general, produsele folosite ca aditivi au actiuni complexe. Nerespectarea dozajelor prescrise, determinate experimental, poate conduce la obtinerea unor rezultate contrare celor asteptate, sau chiar la compromiterea betonului. Adaosuri pentru betoane In compozitia betoanelor de clase pana la Bc20 se pot introduce adaosuri active direct in betoniera, la preparare.Se pot folosi urmatoarele categorii de adaosuri: - cenusi de termocentrala, caz in care betonul se noteaza cu indicativul Bc-xx CT; - praf de silice, rezultat la elaborarea ferosiliciului, caz in care betonul se noteaza cu Bc xx-PS; - praf de silico-mangan, rezultat la elaborarea silico-manganului, caz in care betonul se noteza Bc xx-PSM; Adaosurile se folosesc, in principal, in urmatoarele scopuri: - rationalizarea consumului de ciment, la betoanele de clasa relativ mica, pentru fundatii, intrucat activitatea hidraulica a adaosurilor permite reducerea dozajelor de ciment cu pana la 20%; - imbunatatirea comportarii betoanelor la agresivitate chimica slaba, pana la medie;
- completarea curbei de granulozitate a agregatului, in sorturi fine, pentru betoanele cu dozaje relativ mici de ciment. 5.3.3.e. Factorii tehnologici ce influenteaza caracteristicile betonului Comportarea de ansamblu a unui beton este determinata de compozitia sa. Aceasta presupune existenta unor anumite proportii intre componenti si, de asemenea, influenta caracteristicilor proprii fiecarui component asupra unora din caracteristicile mortarelor si betoanelor. Acestia sunt factori intrinseci de influenta a caracteristicilor betoanelor si au fost prezentati anterior. Dintre factorii extrinseci, cu influente deosebite asupra comportarii generale a mortarelor si betoanelor, cei mai importanti se refera la tratarea betonului dupa turnare si anume: influenta umiditatii si a temperaturii. Influenta umiditatii Obtinerea unui beton de calitate, presupune conservarea betonului pus in opera cel putin in prima perioada de intarire. Aceasta presupune pastrarea betonului saturat sau cat mai aproape de aceasta stare, pana cand spatiul ocupat de apa in pasta de ciment va fi umplut in proportia necesara, de produsii de hidratare ai cimentului. Necesitatea mentinerii umiditatii la suprafata betonului este impusa de faptul ca reactiile specifice cimentului au loc in timp, pe baza apei din porii si din capilarele betonului. Scaderea cantitatii de apa din pori si capilare va fi urmata de reducerea intensitatii sau chiar oprirea reactiilor de hidratare-hidroliza. Studiile efectuate au pus in evidenta faptul ca la presiuni relative ale vaporilor de apa din capilarele, sub 0,8 ,gradul de hidratare este scazut (fig.5.26), el fiind neglijabil cand presiunea scade sub 0,3. In aceasta situatie, uscarea prematura a betonului trebuie prevenita, deoarece poate conduce la oprirea procesului de intarire a betonului si la ruperi structurale provocate de contractii, cu consecinte asupra rezistentelor mecanice si a caracteristicilor de durabilitate. Evaporarea apei din beton dupa punerea in opera va depinde de temperatura si umiditatea relativa a mediului, de viteza curentilor de aer.
Pastrarea in mediul inconjurator este valabila la intarirea betoanelor in conditii de santier. Procedeele de realizare a conservarii, pentru evitarea evaporarii apei cu consecintele ei negative, depind de conditiile concrete de lucru, de dimensiunile, forma si pozitia elementelor din beton.Fig. 5.26 Corelatia intre gradul de hidratare al cimentului si presiunea relativa a vaporilor de apa din pori;1- apa totala;2- apa neevaporabila.
Influenta temperaturii a. ridicate In functie de natura betonului, se poate accelera procesul de dezvoltare a structurilor de intarire prin ridicarea temperaturii de conservare, ca urmare a accelerarii reactiei cimentului cu apa. Daca ridicarea temperaturii se face in timpul punerii in opera si al perioadei initiale de intarire, dupa acesta perioada conservarea facandu-se in continuare in conditii optime de temperatura si umiditate, se vor constata scaderi importante de rezistenta. Efectul principal al temperaturilor ridicate asupra betonului in timpul prizei consta in hidratarea initiala rapida, cu formare Influenta temperaturii
de structuri de intarire de calitate inferioara (afanate, eterogene, tensionate). In conditiile unei cinetici accelerate a procesului de intarire, in structurile de condensare-cristalizare se creaza conditiile dezvoltarii cristalelor, fenomen ce introduce tensiuni mari in sistem, iar in final va rezulta o structura slabita, cu rezistentele mici si permeabilitate mare. Referitor la eterogenitatea structurala, s-a elaborat o teorie conform careia o hidratare rapida in perioada initiala, va determina zone de concentratie inalta de hidrati in
jurul granulelor nehidratate (fig.5.27) ce va conduce la franarea proceselor chimice, deoarece
Fig. 5.27 Mecanismul prin care temperatura de hidratare influenteaza cantitatea si uniformitatea produsilor de hidratare
porii si capilarele initiale nu sunt umplute in mod uniform de noile formatiuni hidratate, iar raportul gel/spatiu pentru acelasi grad de hidratare, este mai mic decat in cazul intaririi initiale cu viteze moderate. Trebuie mentionat ca influenta temperaturilor ridicate dupa perioada de inceput de priza si intarire, va intensifica ritmul de dezvoltare structurala cu efecte pozitive asupra compactitatii, a rezistentelor mecanice. b. Influenta temperaturilor scazute Temperaturile coborate determina incetinirea reactiei dintre ciment si apa. Inghetarea apei face ca procesele de hidratarehidroliza sa inceteze.Fig. 5.28 Influenta regimurilor de temperatura de tratare a betoanelor asupra rezistentelor mecanice
Studiile facute in acest sens au pus in evidenta influenta favorabila a incetinirii cineticii desfasurarii valorii (fig.5.28), reactiilor deoarece asupra mecanice cimentul rezistentelor
intarit la temperaturi scazute, dezvolta structuri cu grad de dispersie mai mare, cu defecte mai putine, cu porozitate mai mica si omogenitate mai mare. Inghetarea fazei lichide in betonul neantarit, va conduce la cresterea volumului sau, iar procesul de hidratare-hidroliza va fi oprit, priza si intarirea betonului fiind intarziate. Dupa dezghet, betonul supus revibrarii, se intareste si da rezistente mai mari decat in conditii normale de priza si intarire. Daca nu se procedeaza la revibrare, din cauza maririi de volum in timpul inghetului, betonul va prezenta o textura poroasa dupa intarire si in consecinta cu permeabilitate mare si rezistente mecanice reduse. Daca inghetul survine la sfarsitul prizei sau dupa priza, cand betonul nu are rezistenta suficienta, expansiunea provocata de inghetul apei va conduce la deteriorarea definitiva a structurilor de intarire si in consecinta, la structuri slabe, poroase. Daca rezistenta betonului inainte de inghet este suficient de mare, inghetul are influente cu atat mai mici, cu cat betonul este mai compact si mai rezistent. 5.4. Tipuri de betoane 5.4.1. Betoane grele speciale Aceste betoane indeplinesc in structurile de constructii, alte conditii decat cele de rezistenta pentru care sunt proiectate si in acest sens si compozitia lor va fi diferita de a betoanelor obisnuite. Betoane de inalta rezistenta - sunt considerate betoanele cu clasa de rezistenta mai mare ca Bc25. Obtinerea unor betoane cu rezistente mecanice mari presupune folosirea in amestec a unor cimenturi de clasa superioara, raportul A/C sa nu depaseasca 0,40, granulozitatea agregatelor se va situa obligatoriu in zona optima indicata de dozajul de ciment si lucrabilitatea impusa, iar agregatul mare se va alege de concasaj pentru imbunatatirea aderentei matrice--agregat. Utilizarea frecventa a unor astfel de betoane, este pentru realizarea de elemente armate puternic solicitate, pentru elemente din beton precomprimat la constructii cu deschideri mari etc.
Betoane antiacide - sunt betoane cu rezistente mari la actiunea agentilor anorganici (cu exceptia acidului fluorhidric) si la diverse alte actiuni chimice agresive. In compozitie folosesc silicat de sodiu ca liant, fluosilicat de sodiu ca accelerator de priza si intarire, agregatele utilizate trebuie sa fie compacte, rezistente la actiuni chimice (nisip cuartos, pietris de andezit, cuartit etc). Utilizarile sunt in general la elemente de instalatii (canale, incinte de depozitare), pardoseli in industria chimica etc. Betoane rezistente la foc si refractare - sunt betoane care pastreaza in anumite limite proprietatile fizico-mecanice, ce le permit sa reziste la temperaturi inalte. In functie de temeperatura de refractaritate deosebim betoane suprarefractare, refractare si doar rezistente la foc (Rf < 15800C). Pentru fiecare din aceste tipuri de betoane in compozitie intra lianti, material fin de adaos si agregate diferite. Astfel de betoane folosesc ca liant: cimentul portland cu adaos de zgura, cimentul aluminos si silicatul de sodiu. Agregatul fin si mare, de natura refractara poate fi: zgura alumino-titanica, zgura de furnal, minereu de cromit, spartura de caramida refractara. Asigurarea stabilitatii compozitiei se realizeaza cu material fin de adaos, cum ar fi: zgura, cenusa de termocentrala, samota, cromit, magnezit, loes etc. Utilizarile curente sunt in industria metalurgica si siderurgica, la constructia cosurilor de fum, furnalelor, cuptoarelor etc., unde pot inlocui produsele ceramice refractare fiind mai ieftine si mai rapide in executie. Betoane de protectie contra radiatiilor - au rolul de a reduce intensitatea radiatiei si nu de a o anula. Sunt betoane cu densitati mari (2500-5000 kg/m 3). In compozitia acestor betoane se utilizeaza ca liant cimentul silicatic, silicatic cu zgura sau aluminos. Ca agregate se folosesc baritina, minereul de fier sau titan, span sau deseuri de armaturi din otel etc., care cuprind elemente chimice grele (Fe, Ba, Ti) ce au proprietatea de protectie impotriva radiatiei gamma. Se pot folosi ca adaosuri clorura de bor, clorura de litiu, sulfat de cadmiu etc., care prin continutul de elemente usoare asigura protectie impotriva neuronilor.
Betoane hidrotehnice - sunt betoane care trebuie sa asigure rezistente mari la inghet-dezghet repetat (gelivitate) si la actiuni chimice agresive in zona de nivel variabil sau de contact permanent cu apa si aerul. Realizarea unor astfel de betoane presupune utilizarea unor aditivi antrenatori de aer pentru realizarea unei comportari superioare la inghet-dezghet; din punct de vedere al comportarii corespunzatoare la coroziune se impune utilizarea unor betoane cu compactitati mari, realizate cu cimenturi cu rezistente specifice mari la actiuni agresive ( au un continut redus de C3A) si utilizand in acelasi timp adaosuri plastifiante; zonele interioare, masive, vor utiliza betoane cu cimenturi cu caldura de hidratare mica. Betoane rutiere - fac parte din categoria betoanelor de inalta rezistenta si in structura straturilor rutiere trebuie sa prezinte rezistente mecanice mari si sa fie negelive. In functie de rolul lor in stratul rutier (rezistenta sau uzura) aceste betoane trebuie sa indeplineasca conditii tehnice diferite. Din punct de vedere al rezistentei, betonul din stratul de rezistenta trebuie sa aiba clasa de rezistenta Bc22,5, iar cel din stratul de uzura va avea clasa de rezistenta Bc27,5.In compozitia betoanelor rutiere se utilizeaza cimenturi silicatice cu rezistente bune la inghet-dezghet (cimenturi unitare cu intarire rapida). Ca agregat se utilizeaza agregat de concasaj cu rezistente mari la uzura (granit, sienit, gabrou, bazalt etc.) Raportul A/C se va folosi la valori reduse in vederea realizarii unei bune compactitati, cu conditia realizarii unei compactari corecte a betonului.
Din punct de vedere tehnologic, avand in vedere dilatarea-contractia termica a betonului in covoare continui, se impune realizarea de rosturi transversale si longitudinale de 3-5 cm( la distante normate), ce vor fi umplute cu bitum. 5.4.2. Betoane usoare Betoanele usoare sunt betoane cu densitate aparenta sub 2000 kg/m3, bune izolatoare termice si fonice, cu rezistente mecanice limitate. In functie de principalele proprietati, betoanele usoare se pot imparti in trei clase: - betoane usoare termoizolatoare cu caracteristicile: 0,30 W/m.k Rb < 30 daN/cm2
- betoane usoare termoizolatoare si de rezistenta cu caracateristicile: 0,60 W/m.k Rb > 30 daN/cm2;
- betoane usoare de rezistenta cu caracteristicile: > 0.60 W/mK Rb > 100 daN/cm2
Din punct de vedere al structurii se pot deosebi urmatoarele tipuri de betoane usoare:
- betoane compacte cu agregate usoare; - betoane macroporoase; - betoane celulare. Betoanele compacte cu agregate usoare pot fi obtinute folosind agregate usoare naturale (diatomit, scorie, tuf vulcanic, piatra ponce, calcar cochilifer) sau artificiale. Agregatele artificiale se obtin fie din concasarea si sortarea unor deseuri industriale (zgura de cazan, spartura de caramida sau tigla, steril de carbune ars etc), fie prin sinterizarea unor materiale granulare (agloporit), fie prin granulare (zgura expandata, perlit expandat, granulit etc). In aceste betoane, golurile intergranulare sunt umplute complet cu mortar, astfel ca densitatea aparenta si porozitatea lor se datoresc porozitatii agregatelor. Utilizarile specifice acestui tip de betoane este cel de realizare a unor elemente de pereti, plansee si acoperisuri. Betoanele macroporoase sunt betoanele din compozitia carora lipsesc aproape complet sau in parte nisipul, iar agregatele mari pot fi grele compacte sau usoare, cu dimensiuni 5 cm, cu granulozitate discontinua sau cu sort monogranular. Cimentul din compozitie va fi in cantitate redusa, astfel incat sa poata forma o pelicula pe granulele de agregat, prin care acestea sa se sprijine intre ele, dar in acelasi timp sa lase goluri mari, ce sa comunice intre ele. Din punct de vedere al compozitiei, in aceste betoane se folosesc dozaje de ciment Dc= 300 kg/m3 si raport A/C = 0,40,5.
Caracteristicile betonului macroporos indica o permeabilitate ridicata, o rezistenta buna la inghet-dezghet, conductivitate termica mai buna ca la betoanele usoare compacte, rezistenta Rb < 100 daN/cm2. Utilizarile curente sunt: la realizarea de pereti monoliti, blocuri de zidarie, placi termoizolatoare etc. Betoane celulare sunt betoane care au in structura un numar foarte mare de bule de aer de forme mai mult sau mai putin sferice, de dimensiuni 0,57 mm si care pot reprezenta pana la 85% din volum. Volumul mare de pori se poate obtine fie prin inspumare - prin introducerea unui agent spumogen in amestec (spumobetoane), fie cu substante generatoare de gaz care realizeaza sistemul de pori, prin gazul degajat in urma unor reactii chimice in amestecul de beton (gazbeton). Materialele folosite pentru realizarea acestor betoane sunt: liantul (ciment, var, ipsos), agregat (nisip, cenusa de termocentrala, zgura expandata), substante generatoare de gaze (pulberi de Al, Zn, Mg, feroaliaje, care reactioneaza cu Ca(OH)2 rezultat din reactia cimentului cu apa si degaja H2+), substante generatoare de spuma (spumogen, clei si sapun de colofoniu care se stabilizeaza cu Na2SiO3).In compozitie se utilizeaza un raport A/C = 2.
Intarirea este grabita de obicei cu ajutorul tratamentului termic pentru a prinde efectul stabilizarii porozitatii si se obtin mai multe sortimente: B.C.A. (beton celular autocalvizat), G.B.N. (gazbeton cu nisip), G.B.C. (gazbeton cu cenusa). Utilizarile specifice acestor betoane sunt pentru realizarea de elemente de zidarie si de protectie termica. 5.5. Mortare cu lianti minerali. 5.5.1. Definitie
Mortarele sunt amestecuri omogene de liant, agregat marunt (nisip) si apa (si eventuale adaosuri), care se aplica in straturi subtiri pe un anumit suport la care adera si cu care conlucreaza dupa intarire, dand o piatra artificiala cu aspect de gresie silicioasa. 5.5.2. Clasificarea mortarelor Conform definitiei, mortarele se deosebesc de betoane din punct de vedere al compozitiei, prin faptul ca dimensiunea maxima a granulelor de agregat este mai mica. Acesta este motivul pentru care legitatile generale care stau la baza caracteristicilor betoanelor ca: lucrabilitate, permeabilitate, rezistente mecanice etc., sunt valabile si la mortare. Exista totusi particularitati ce diferentiaza cele doua materiale: - mortarele se toarna in straturi mai subtiri decat betoanele; - de cele mai multe ori mortarele se toarna pe un suport poros ce absoarbe apa. In functie de domeniul de utilizare se deosebesc mai multe tipuri de mortare: de zidarie, de tencuiala, decorative (colorate), poroase (pentru tencuieli de izolare acustica), impermeabile, antiacide etc. Din punct de vedere al liantului utilizat la preparare se deosebesc: - mortare de ciment, care pot folosi ca liant numai cimentul sau amestec de ciment cu mici cantitati de var sau argila, ce au rol de plastifiant; - mortare de var, care folosesc ca liant varul, dar si amestecuri de var cu cantitati reduse de ciment (pentru marirea rezistentelor mecanice) sau ipsos (pentru marirea vitezei de intarire); - mortare de ipsos, in care liantul principal este ipsosul, dar in proportii reduse se mai poate adauga var ca intarzietor de priza; - mortare de argila, in care liantul principal este argila, dar in amestec se poate introduce var cu rol de stabilizare, ciment cu rol de marire a rezistentelor mecanice, ipsos ca accelerator de priza etc.
Chiar daca la betoane problema rezistentelor mecanice este complex tratata prin prisma functiunilor pe care trebuie sa le indeplineasca si corelat cu conditiile de lucru ale elementelor respective de constructii, nu este mai putin importanta rezistenta mortarelor prin prisma functiunilor si conditiilor specifice in care lucreaza acestea. Din acest punct de vedere mortarele se clasifica in functie de marca (rezistenta medie la compresiune determinata pe probe standard, in conditii standard, la durate de intarire standard): - M4, M10, M25, M50, M100. Fiecare din aceste marci de mortare, au caracteristici de compozitie proprii si domenii de utilizare specifice. Din punct de vedere al domeniului de utilizare mortarele trebuie sa indeplineasca anumite conditii de consistenta, putand exista: - mortare vartoase (ex.mortar de zidarie); - mortare plastice (ex.strat de rezistenta la mortar de tencuiala); - mortare fluide (ex.strat vizibil la tencuieli, sau tinci). O alta clasificare care se justifica prin informatiile ce le confera la evaluarea incarcarilor (pentru proiectare), evaluarea capacitatii de preparare si transport etc., o constituie clasificarea in functie de densitatea aparenta a mortarului proaspat: - mortare grele care au a
1801 kg/m3;
- mortare semigrele cu a = 15011800 kg/m3; - mortare usoare cu a = 10011500 kg/m3; mortare foarte usoare cu a
1000 kg/m3.
5.5.3. Compozitia si caracteristici tehnice Amestecurile simple de liant, agregat si apa sunt specifice mortarelor obisnuite, care se intaresc fie in mediu uscat, fie umed (sau chiar sub apa), in functie de natura liantului
si se utilizeaza la asamblarea pietrelor de constructii (mortar de zidarie) sau pentru protectia sau infrumusetarea zidariei (mortar de tencuiala). Mortarele speciale au in compozitie in afara compusilor de baza si adaosuri cu rol plastifiant, accelerator sau intarzietor de priza, antigel, hidrofobizant si diversi pigmenti cu rezistente mari la actiuni agresive alcaline, radiatii infrarosii, ultraviolete etc., adaosuri care imprima mortarului anumite caracteristici ce il deosebesc de mortarul obisnuit. In functie de calitatea si cantitatea materialelor componente ale mortarului, rolul lor este diferit si influenteaza proprietatile acestuia (ca si la betoane) si inclusiv domeniile de utilizare ale mortarului. 5.5.3.a. Caracteristici tehnice, incercari si conditii de calitate Caracteristicile mortarelor proaspete Consistenta - este caracteristica tehnica a mortarului proaspat care apreciaza plasticitatea mortarului prin masurarea adancimii de patrundere a unui con (conul etalon) in masa de mortar proaspat, adancime masurata pe urma de mortar lasata pe con si masurata in cm.In conditii de laborator determinarea consistentei la mortar se va face in conditii similare cu determinarea consistentei la var.
In functie de tipul de mortar si natura suportului se alege consistenta mortarului. De exemplu: - mortarul pentru zidarie cu caramida cu goluri, va avea ca liant var, var cu ciment ca plastifiant, iar consistenta va fi C = 8-13 cm; - mortarul pentru zidarie de piatra, va avea ca liant ciment sau ciment cu var ca plastifiant, iar consistenta va fi C = 4-7 cm. Densitatea aparenta ( a) - este caracteristica tehnica prin care se apreciaza masa unitatii de volum aparent si se calculeaza cu relatia (5.16):
a=
=
[kg/m3]
(5.16)
in care:
- m1 = masa vasului gol; - m2 = masa vasului cu mortar compactat; - V = volumul vasului de incercat. In conditii de laborator si acesta determinare se face similar cu determinarea densitatii aparente la var. Tendinta de segregare (S) - exprima tendinta de separare a componentelor din amestec, formand un strat mai fluid la suprafata si un strat mai vartos la baza vasului. Aceasta separare poate fi provocata de vibratii sau de repaos indelungat, iar in conditii de laborator simulam cele doua categorii de segregari folosind un vas special format din trei inele si dupa provocarea segregarii facand masuratori de consistenta in stratul fluid si vartos, se calculeaza tendinta de segregare cu relatia (5.17):
S=
( cs3 - ci 3 )in care:
(cm3)
(5.17)
- Cs = consistenta la partea superioara; - Ci = consistenta la partea inferioara. In functie de domeniul de utilizare, sunt recomandate anumite valori ale tendintei de segregare. De exemplu pentru mortar de tencuiala se recomanda: S Capacitatea de retinere a apei (Raa ) In mortarele de ciment este foarte important ca apa sa ramana in mortar un timp suficient dupa punerea in opera, timp necesar producerii reactiilor chimice specifice liantilor silicatici. 40 cm3.
In conditii de laborator se apreciaza capacitatea de retinere a apei prin absorbtia acesteia cu o pompa de vacum, sau cu un strat absorbant de ipsos si se calculeaza cu relatia (5.18):
Raa = ( 1 in care:
) x 100
[%]
(5.18)
m1 - m2 ---->cantitatea de apa pierduta; m = 100 g---> masa initiala a probei de mortar. Aparatul necesar determinarii capacitatii de retinere a apei este alcatuit dintr-o cutie metalica in care se realizeaza stratul de ipsos compactat cu dispozitivul din dotare, dupa aceasta se aaeaza o hartie de filtru pe stratul absorbant, se aseaza inelul cantarit anterior, in inel se introduce proba de mortar proaspat (m = 100g), se asaza pe suprafata mortarului placa dispozitivului de compactare. Se face o pauza de o ora, dupa care se masoara cantitatea de apa pierduta, care se introduce in relatia de mai sus. Valoarea indicelui de retinere a apei (Raa) mai mare de 90%, va da informatii asupra capacitatii constituentelor solide de a retine apa necesara reactiilor. Caracteristicile mortarului intarit Probele pentru determinarea caracteristicilor mortarelor se confectioneaza identic cu cele pentru incercari la cimenturi si se incearca identic cu acestea. Specific pentru mortare se face determinarea aderentei la stratul suport care presupune realizarea unei pastile din mortarul de testat cu diametrul de 8 cm. Aceasta este prevazuta cu o placa metalica lipita pe suprafata libera cu ajutorul unei rasini sintetice si este smulsa in conditii standardizate de pe suport. Se determina astfel forta necesara smulgerii, care nu trebuie sa coboare sub valorile normate. 5.5.4. Tipuri de mortare Mortarele de zidarie au in compozitie lianti diferiti in functie de pozitionarea zidariei in conditii de exploatare si tipul de elemente de zidarie ce urmeaza a fi legate cu
mortarul respectiv. Agregatul mare (sort 3-7 mm) nu va depasi 20% din totalul agregatului, iar apa va asigura realizarea consistentei dorite. Se poate aprecia ca zidaria de caramida realizata cu mortar de var are un caracter eterogen, determinat de rezistentele si deformatiile diferite ale celor doua materiale. Aceasta se poate pune in evidenta incercand la compresiune un stalp realizat din combinarea acestor materiale. La o anumita valoare a fortei P, mortarul din rosturile orizontale tinde sa iasa spre exterior. Datorita aderentei mari la suport, mortarul induce in caramida eforturi de intindere. Avand in vedere ca rezistenta la intindere (Rt) a caramizii este mai mica decat rezistenta la compresiune (Rc), pentru o anumita intensitate a fortei P, se produce fisurarea caramizii dupa un plan paralel cu directia fortei P. Studiile experimentale au relevat faptul ca la zidariile cu mortar de var, fisurarea caramizilor apare la doar 30% din sarcina de rupere a stalpului, in timp ce la zidarii cu mortar de var cu adaos de ciment, fisurarea se produce la 75% din valoarea fortei P de rupere a stalpului. Se poate aprecia ca pentru folosirea capacitatii portante a materialelor componente din zidarie, acestea trebuie sa aiba caracteristici mecanice cat mai apropiate. Mortarele de tencuiala au rol de protectie si finisaj. Liantul folosit in amestec se alege in functie de natura suportului, conditiile de exploatare si cerintele estetice. Aceste mortare trebuie sa aiba consistenta mai mare decat mortarele de zidarie pentru a asigura aderenta si coeziunea cu suportul, in stare proaspata si se executa in trei straturi: spritul - este stratul cu rol de aderenta, care se da initial pe zidarie sub forma de pasta de ciment cu consistenta fluida, realizat intr-un strat cu dimensiunea 2-3 mm, se asterne prin aruncare din cancioc; grundul - sau stratul de rezistenta este realizat de consistenta plastica, cu agregate sort 1-3,15 mm, se aplica in strat de 8-15 mm prin aruncare cu mistria si indreptare cu drisca; tinciul (stratul vizibil) - se realizeaza cu un mortar de consistenta vartoasa, folosind nisip de sort 0-1 mm si se aplica in strat subtire de 5 mm.
Mortarele pentru tencuieli exterioare sunt supuse actiunii intemperiilor, trebuie sa aiba o buna rezistenta si au in compozitie ciment si var ca plastifiant. La tencuieli interioare mortarul trebuie sa aiba o buna aderenta la suport, sa nu fisureze, sa fie usor de pus in lucru. Se utlizeaza curent mortare pe baza de var, var-ciment si var-ipsos. 5.5.4.a. Tipuri de tencuieli In functie de suportul tencuielii si rolul acesteia se realizeaza compozitii diferite de mortare de tencuiala, ce pot satisface conditiile impuse. Tencuiala bruta - se foloseste la tencuieli exterioare, in poduri sau constructii agrozootehnice. Se realizeaza intr-un singur strat (2 cm) cu nisip sort 0-7 mm si se netezeste cu malaua. Tencuiala gletuita - se realizeaza in doua straturi (grund si tinci) ceea ce asigura o buna compactitate si impermeabilitate. Stratul vizibil se realizeaza prin netezire cu o drisca de otel, folosind pasta subtire de ipsos sau var. De obicei gleturile se aplica la acele tencuieli care trebuiesc vopsite in ulei, iar in pasta de ipsos se va introduce clei pentru reducerea porozitatii suportului. Tencuiala pe beton - se realizeaza in trei straturi (sprit, grund, tinci) pe suprafete ce trebuiesc corectate dupa decofrare, dar astfel de tencuieli pot fi realizate si la betoane aparente (tencuite in cofraje speciale, cu modele etc). Tencuieli pe rabit - se utilizeaza cand se urmareste realizarea de plafoane plane la plansee cu grinzi sau nervuri, sau cand suprafetele de finisat sunt din materiale diferite (stalpi din lemn si zidaria din caramida etc). Pentru realizarea tavanului plan, la un planseu cu nervuri, se vor lasa mustati de legatura la partea inferioara a nervurilor. De aceste mustati se leaga plasa de rabit (cu ochiuri hexagonale) si pe aceasta din loc in loc se leaga bare de armatura pentru asigurarea rigiditatii in plan a stratului de mortar de ipsos ce va fi turnat ulterior. Acest strat (smirul) datorita maririi de volum specifice ipsosului, se ancoreaza in plasa de rabit asigurand rezistenta si stabilitate ansamblului, dupa care se aplica al doilea strat vizibil.
Tencuiala impermeabila - se realizeaza la elemente de constructii ce vin in contact cu mediul umed (ziduri de subsol, socluri, peretii canalelor si tuburilor de scurgere, bazine de apa).In compozitie se foloseste ciment silicatic si adaos de zgura sau de tras (proportia 1:2 sau 1:3), iar nisipul folosit trebuie sa aiba o buna granulozitate si sa fie lipsit de impuritati. Pentru imbunatatirea impermeabilitatii se mai poate adauga in amestec aditiv impermeabilizant de tip 'Apastop P' sau alte tipuri de aditivi. Tencuieli decorative - se aplica de obicei la cladiri care prezinta importanta cel putin la nivel local, au aspect deosebit, sau sunt amplasate pe artere principale de circulatie. Culorile sunt obtinute folosind cimenturi colorate sau material granular provenit din roci colorate. Tencuieli stropite - se pot realiza si la exterior si la interior, iar stratul vizibil se executa prin aruncarea mortarului cu peria, obtinand o suprafata zgrunturoasa. Tencuieli calcio-vechio - se prezinta ca aspect ca un sistem de proeminente si adancituri in stratul vizibil, uniforme pe toata suprafata finisata. Se poate obtine prin aplicarea peste grund a unui strat vizibil de 5-8 mm grosime, care se prelucreaza in stare plastica folosind o drisca, aceasta prin presare usoara si retragere brusca antreneaza dupa ea mortarul dand nastere neuniformitatilor. Tencuieli pieptanate - sunt tencuielile la care in stratul vizibil se realizeaza un sistem de linii paralele dupa diverse directii, obtinute prin trecerea pe suprafata mortarului in perioada de sfarsit a prizei (de rigidizare) a unui pieptene metalic. Tencuieli in praf de piatra- la care fata vazuta se realizeaza cu un mortar ce are in compozitie ciment alb, marmura fin granulata (gris de marmura), pigmenti de diferite culori. Stratul vizibil trebuie sa fie protejat de temperaturile mari si in primele 7-8 zile se va uda, dupa care se va prelucra prin buciardare, spituire, pieptanare etc. 5.5.4.b. Defecte la tencuieli Defectele la tencuieli au de obicei doua cauze: 1. folosirea necorespunzatoare a materialelor; 2. nerespectarea procesului tehnologic de punere in opera.
Dintre cele mai frecvente defecte se pot enumera: - desprinderea tencuilelii de pe suport si se datoreaza unui suport lucios (neaderent), sau nedegresat, sau insuficient udat; - puscaturile apar in tencuiala de var datorita varului supraars care se hidrateaza greu si da produsi de reactie cu volum marit; - eflorescentele se datoresc unor saruri solubile ce se gasesc in nisipul folosit la prepararea mortarului.
