Upload
vadan-bogdan
View
110
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
concurs
Citation preview
CAIET STUDENTESC 1
Contractiile betonului (material de informare)
Prezentul material reprezinta o sumara sinteza din diverse surse bibliografice, destinata a fi utilizata in cadrul concursului studentesc PREMIILE PROFESIONALE CARPATCEMENT, editia 2014-2015. R.Gavrilescu
1. Introducere
2. Contractia / umflarea betonului
3. Factori care influenteaza contractia
4. Contractia betoanelor preparate cu cimenturi cu calcar
5. Contractia betoanelor preparate cu cimenturi cu zgura sau cenusa
6. Bibliografie
1. Introducere
Betonul este un material a carui structura interna este microfisurata inca din primele zile de
la punerea in opera si a carui proprietti mecanice se modifica, intr-o anumita masura, lent si
continuu, pe durata de serviciu a elementului / structurii in care este incorporat. Chiar inainte de
aplicarea oricarei solicitari mecanice betonul prezinta fisuri fine la interfata agregat grosier piatra
de ciment datorita diferentelor inevitabile dintre proprietatile fizico-mecanice si termice, legate de
contractie sau caldura de hidratare, ale celor doua materiale (piatra de ciment si agregat). Aceste
microfisuri sunt considerate a fi cauza principala a rezistentei reduse la tractiune a betonului.
Aproximativ 80% din contractii au loc in primul an de serviciu al betonului. Limitarea si
gestionarea aspectelor nedorite legate de contractie este considerata de multi autori a fi una din
cele mai delicate probleme necesar a fi rezolvate in etapa de proiectare. Contractia plastica si
impiedicata1 poate determina fisuri care afecteaza durabilitatea betonului iar in cazul betonului
aparent poate cauza probleme estetice. Insasi contractia relativ libera a betonului (dale de beton
simplu turnate pe o suprafata plana2) este periculoasa intrucat, din diferite cauze, rosturile se pot
deschide in mod exagerat sau se pot bloca aparand o serie de probleme de exploatare.
Limitarea insuficienta a contactiei betonului genereaza stari de eforturi
secundare/suplimentare care evolueaza in timp initiind fisurarea - fenomen cu potential evolutiv -
rezultand in final o durabilitate mai redusa, integritate structurala si performante incerte. Fisurarea
poate fi prevenita daca efortul produs de contractie este mai redus decat rezistenta la intindere a
betonului, aceasta din urma avand o valoare foarte redusa.
Foto 1. Detaliu colt de element prefabricat de metrou puternic fisurat (1988). Contractiile au aparut imediat dupa decofrare din cauza neidentificata.
Primele modificari ale volumului elementului de beton apar dupa ce priza cimentului a avut
loc, ele putand fi atat de contractie cat si de umflare functie de mediul in care se face intarirea:
uscat respectiv umed (imersat). Pastrarea alternativa in aer uscat respectiv in apa poate determina
1 cele mai multe cazuri practice intalnite in practica (betonul structural) 2 este situatia imbracamintilor rutiere aferente drumurilor si aeroporturilor
fenomene alternative contractie-umflare, datorata comportamentului gelic al unor hidrocompusi,
insa in final piatra de ciment va avea o contractie remanenta.
Umflarea betonului, insotita de o crestere de masa de ordinul a 1%, este cauzata de
absorbtia apei de catre gelul de ciment, moleculele de apa actionand impotriva fortelor de coeziune
si tinzand sa indeparteze particulele de gel intre ele. Fenomenul, putand fi asociat cu fisurarea, este
important de gestionat pentru betonul aflat in ape agresive dpdv chimic (ex. apa de mare) si la
constructiile submarine greu vizitabile unde se poate pune in discutie durabilitatea armaturilor in
urma difuziei substantelor chimic agresive (ex : clor) prin beton.
Viteza de dezvoltare a contractiei este mai mare in primul an de viata al betonului. Ca
valoare de referinta, caracteristica, se considera contractia masurata la varsta de un an estimandu-
se ca dupa aceasta varsta valorile contractiilor cresc relativ putin in timp (pana la amortizarea
completa a fenomenului) si anume cu maxim 10 .... 30% din contractia masurata dupa primul an.
Pentru cimenturi candidat cu continut ridicat de adaosuri, care prin domeniul lor potential de
utilizare pot ajunge sa fie incorporate in elemente/structuri cu rol de etansare, se recomanda
monitorizarea contractiilor pe o perioada mai lunga de timp pentru a se putea surprinde momentul
de timp dupa care reactia puzzolanica nu mai este importanta cantitativ.
2. Contractia / umflarea betonului
Pe durata de serviciu a elementului / structurii din beton se pot intalni simultan sau separat
mai multe tipuri de contractii, dupa cum urmeaza.
2.1. Contractia din tasarea agregatelor si/sau prezenta armaturilor
Inainte de inceperea prizei, prin betonul in stare plastica, agregatele (in special cele de
diametru mare, mai grele) au tendinta de a se lasa la partea inferioara a elementului turnat existand
tendinta ca la suprafata sa apara zone de fisurare sau de pierdere locala de nivel. Tendinta de
tasare (de cadere) a agregatelor poate fi limitata sau intarziata de armaturi (daca sunt suficient de
dese) si/sau prin turnarea betonului in elemente dezvoltate pe verticala in straturi de grosime
limitata (redusa). Un beton cu tasare mare (fluid), incomplet / insuficient malaxat va avea o
tendinta mare de contractie si de aparitie a fisurilor din tasarea agregatelor.
Fig.1. Contractia unui beton fluid datorata prezentei armaturilor si granulelor mari de agregat . Tendinta granulelor mari de agregat este sa coboare in masa lasand in urma o fisura. Fisurile urmaresc traseul armaturilor sau apar local, in zona granulelor mari de agregat.
In cazul betonului armat, marimea deschiderii fisurilor3 creste cu diametrul barelor, cu
marimea tasarii si scaderea grosimii stratului de acoperire. Aparitia acestor fisuri este favorizata de
o vibrare insuficienta, de neetanseitatea cofrajului (pierderea laptelui de ciment) precum si de
utilizarea unor cofraje fara rigiditate adecvata.
Contractia din tasare poate fi evitata prin folosirea unui amestec de beton mai uscat (de
clasa de tasare mai redusa), printr-o compactare energica (insa nu excesiva) si prin evitarea turnarii
intr-un ritm prea ridicat.
Contractia din tasare este o contractie care apare in mod exceptional si din cauze
exceptionale. Remarcata uneori la suprafata planseelor sau dalelor de beton rutier poate fi reparata,
cu o anumita eficienta, prin periere / driscuire atata timp cat betonul se pastreaza plastic. Aparitia ei
reprezinta un semnal de care trebuie sa se tina seama si sa se treaca de urgenta la corectarea
retetei de beton (in sensul reducerii clasei de tasare) sau indepartarea cauzelor ce tin de executare.
Se va verifica imediat daca nu s-a adaugat apa in betoniera !
2.2. Contractia chimica
Contractia chimica este o consecinta a reactiilor ce au loc intre ciment si apa, constand intr-o
reducere interna de volum a compusilor cimentului si apei interstitiale, fiind parte a contractiei
endogene.
Deoarece contractia chimica se raporteaza la volumele compusilor initiali si finali rezultati din
hidratare ea poate fi cuantificata doar in baza diferentelor maselor moleculare, un lucru dificil dpdv
practic. Intrucat este foarte dificil de a cunoaste volumul exact al diferitilor compusi rezultati in urma
hidratarii aceasta contractie practic nu poate fi masurata experimental.
3 datorate prezentei armaturilor; acestea se recunosc usor intrucat respecta traseul armaturilor
Fig. 2. Fisuri datorate tasarii diferentiate betonul are o comportare diferita pe inaltime data fiind diferenta intre grosimile straturilor turnate.
CEM ciment nehidratat APA apa care nu a reactionat H produsi de hidratare G goluri E contractia endogena C contractia chimica Fig. 3. Prezentarea consecintei aparitiei produsilor de hidratare asupra volumului elementului de beton.
2.3. Contractia plastica
Acest tip de contractie, des intalnita in practica, se datoreaza pierderii rapide a apei de
consistenta, prin evaporare, la suprafata betonului aflat nca n stare plastic. Marimea contractiei
este functie de compozitia betonului (clasa, dozaj si tip de ciment, A/C etc.), temperatura mediului
nconjurtor, umiditatea relativ, viteza vntului la suprafata expus a betonului si marimea
suprafetei expuse a elementului. Intrucat masurile de remediere sunt limitate ca si eficacitate
trebuie acordata o atentie deosebita prevenirii acestui tip de contractie.
Migrarea din interior catre exterior si respectiv evaporarea apei de la suprafata betonului au
loc pe toata durata de serviciu a elementului turnat, insa contractii plastice, respectiv de uscare, au
loc doar in prima perioada de la turnare. Odata ce matricea de pasta de ciment a devenit rigida,
contractia plastica determinata de consumarea apei in reactii de hidratare se diminueaza.
O pierdere a apei de consistenta a betonului similara cu evaporarea poate avea loc si prin
absorbtie de catre un strat de agregat uscat, balast stabilizat, pamant sau cofraj poros aflat sub
betonul proaspat turnat. Contractie plastica poate avea loc inclusiv la marginea dalei de beton
propaspat turnat in situatia cand cofrajul este necorespunzator (material necorespunzator, murdar
de mortar etc.) si absoarbe laptele de ciment.
Mustirea betonului si contractia plastica se influenteaza reciproc. Intarzierea prizei
favorizeaza mustirea si determina o contractie plastica mai mare pe de alta parte o tendinta de
mustire mai mare previne o uscare prea rapida a suprafetei betonului si aceasta diminueaza
La turnare
La inceputul prizei
Dupa intarire
H
CEM APA
CEM
CEM
APA
APA H G
E
C
fisurarea din contractia plastica in prima perioada de la turnare insa potentialul de aparitie al unor
fisuri de coaja, similare cu cele de contractie plastica, la partea superioara a elementului este
mare.
Cand cantitatea de apa evaporata pe unitatea de suprafata este mare (mai mare de
1Kg/m2h) si depaseste cantitatea de apa migrata din interior spre suprafata are loc fisurarea din
contractie plastica. Limitarea evaporarii apei de consistenta imediat dupa turnare, prin masuri
eficiente de tratare, diminueaza intr-o masura importanta acest tip de fisurare.
Fig. 4. Dependenta volum apa evaporata viteza vantului (Va) temperatura aerului (ta) Graficul de mai sus arata ca aproximativ 1 litru de apa se evapora intr-o ora din beton, ceea ce corespunde cantitatii totale de apa continute in primii 2 cm ai unei dale de beton de 1 metru patrat!
Fisurile datorate contractiei plastice sunt (de regula) paralele intre ele si aflate la o distanta
de 0,3....1m4 putand avea adancimi considerabile. In mod normal fisurile de contractie plastica nu
se extind catre colturile libere ale elementului intrucat acolo este posibila o contractie libera.
Contractia plastica este cu atat mai mare cu cat este mai ridicat dozajul de ciment din beton si cu
cat mai ridicata este valoarea raportului A/C. Pentru acelasi dozaj de ciment la mc de beton riscul
de fisurare din contractie plastica creste odata cu cresterea finetii de macinare a (clasei) cimentului.
Protejarea betonului de soare si vant, turnarea si finisarea rapida a acestuia precum si
asigurarea prompta a protectiei corespunzatoare sunt masuri eficiente de prevenire a aparitiei
consecintelor contractiei plastice.
2.4. Contractia endogena (modificarea interioara de volum)
Contractia endogena reprezinta modificarea tridimensionala a volumului de beton care are
loc fara transfer de umiditate intre beton si mediul inconjurator. Acest tip de contractie apare inca
din primele zile de la turnare, evolutia sa fiind direct proportionala cu evolutia rezistentei la
compresiune a betonului.
Contractia endogena are doua componente:
componenta datorata contractiei chimice5 rezultata din hidratarea cimentului, prezentata anterior.
componenta datorata auto-desicarii6 care consta in uscarea locala a unor pori inchisi (interiori) pe
fondul continuarii reactiei de hidratare a cimentului. Aceasta componenta este semnificativa ca
pondere la rapoarte A/C reduse.
Marimea contractia endogene tinde sa creasca odata cu cresterea temperaturii, a dozajului
de ciment si a finetii de macinare a (clasei) cimentului. Se manifesta semnificativ in cazul unor
cimenturi bogate in C3A (in special) si C4AF. Experimental aceasta se determina, impreuna cu
contractia de uscare, prin masuratori directe efectuate asupra unor prisme de microbeton (sau
beton) tinute in medii standardizate.
2.5. Contractia la uscare
Acest tip de contractie reprezinta reducerea de volum a betonului ca urmare a pierderii
graduale (lente, in timp) de apa din interiorul elementului de beton prin evaporare, modificarea de
volum a betonului in urma uscarii nefiind egala cu volumul apei eliminate.
Apa libera din compozitia betonului apare la suprafata elementului in laptele de ciment
odata evaporata aceasta apa, betonul continua sa fie supus uscarii iar apa nelegata din interiorul
4 distanta poate varia de o maniera importanta functie de multi parametri 5 dupa inceputul prizei contractia endogena este proportionala cu gradul de hidratare respectiv aceasta se datoreaza exclusiv contractiei chimice. Pe masura ce structura interioara a betonului se formeaza, ponderea contractiei chimice devine tot mai redusa si apare cealalta componenta. 6 auto-uscarii
elementului migreaza catre suprafata si se evapora (posibil) formand fisuri in stratul superficial de
beton si microfisuri in masa betonului, datorate eforturilor interioare generate de suctiunea apei
catre exterior. Contractia din uscare avanseaza de la suprafata elementului catre interior foarte lent,
constatandu-se experimental faptul ca uscarea poate ajunge in timp de o luna la adancimea de
75mm iar dupa 10 ani la 600mm.
Pierderea apei libere, care apare la suprafata elementului de beton si se evapora, determina
o contractie foarte mica sau chiar nu determina contractie. Pe masura ce uscarea continua, este
indepartata apa adsorbita iar modificarea de volum a betonului este aproximativ egala cu volumul
unui strat monomolecular de apa de la suprafata tuturor particulelor de gel aflate in zona supusa
uscarii.
Pierderea de umiditate are loc la suprafata betonului asa incat pe adancime apare si un
gradient de umiditate care genereaza contractii diferentiate aparand eforturi de tractiune in zona de
suprafata (fisurari) si de compresiune in zona interioara.
Contractia endogena si la uscare continua pe toata durata de viata a unei structuri, in primii
5 ani consumandu-se cca. 80% din potential. Experimental aceasta se determina, impreuna cu
contractia endogena, prin masuratori directe efectuate asupra unor prisme de microbeton (sau
beton) tinute in medii standardizate.
2.6. Contractia termica
Hidratarea compusilor mineralogici ai cimenturilor fabricate din clinchere obisnuite
elibereaza, in mod obisnuit, o cantitate de caldura de peste 300J/g. Caldura generata, de regula in
primele 12-24 ore, la hidratarea cimentului conduce la o temperatura relativ mare in interiorul
elementului de beton si o dilatare in consecinta a acestuia (expansiune termica). La racire
elementul sufera o reducere de volum (contractie termica).
n primele zile de la turnarea betonului se degaj, oricum i indiferent de tipul cimentului, o
anumit cantitate de cldur ca efect al hidratrii compuilor mineralogici, acest lucru neputand fi
evitat trebuie gestionat in special in cazul constructiilor masive. n volume mari de beton7, cldura
de hidratare nu se disip cu uurin8 i este posibil s apar diferene mari de temperatur ntre
feele libere ale betonului turnat i interiorul acestuia putand conduce la apariia de fisuri de
contracie termic inacceptabile n elemente de beton cu rol de etanare.
Contractia termica este de multe ori ignorata in practica de santier iar fisurile datorate
acesteia deseori sunt atribuite altor cauze. Fisurarea din contractie termica survine datorita
diferentelor dintre temperatura interioara a betonului (ca urmare a degajarii de caldura de hidratare)
si temperatura mediului ambiant, in special in cazul elementelor masive care isi pierd cu greutate
caldura interioara.
7 baraje, fundaii de dimensiuni mari 8 betonul este izolator termic n acest caz
Cei doi componenti majori ai betonului (agregatele si piatra de ciment) au coeficienti de
dilatare termica diferiti. Aceasta diferenta de coeficienti de dilatare termica intre agregat si piatra de
ciment nu are obligatoriu efect negativ cuantificabil prin aparitia de fisuri semnificative din contractia
termica - daca diferentele de temperatura nu depasesc 60C. Coeficientul de dilatare termica de
ansamblu al betonului (luat in calcule) este o rezultanta (o medie ponderata) a celor doua valori. In
practica se ia in considerare un singur coeficient de dilatare temica (cel al agregatelor grosiere).
Expansiunea termica nu este uniforma in toata masa elementului de beton impiedicarea
expansiunii libere determina aparitia unor eforturi de compresiune in anumite zone (in interior) si de
intindere in altele (la exterior). Datorita faptului ca betonul are o conductivitate termica redusa,
apare un gradient de temperatura intre partea interioara mai calda si partea exterioara (mai rece).
Daca efortul de intindere de la suprafata betonului, determinat de expansiunea partilor interioare
mai calde, depaseste rezistenta acestuia la intindere are loc un proces de fisurare superficiala.
Din cele prezentate anterior rezulta cat de importanta este viteza de evolutie a temperaturii,
fie ca aceasta se refera la mediul inconjurator sau la interiorul elementului de beton fiind de preferat
ca evolutia caldurii de hidratare sa aiba loc lent, un aspect ce poate fi controlat prin dozajul de
calcar in ciment.
Contractia termica depinde mult de raportul in care se afla volumul (V) elementului si
suprafata (S) expusa intrucat forma elementului influenteaza de fapt distanta pe care caldura este
disipata din interiorul masivului. Este situatia barajelor, caracterizate prin raport V/S mare, in care
gestionarea risurilor legate de contractia termica este necesar sa fie facuta cu mare atentie.
Elementele de beton care prezinta o suprafata mare de expunere9 (drumuri) sunt mai putin
sensibile fenomenului de contractie termica deoarece transferul de caldura in mediul inconjurator se
produce mult mai usor. In acest caz elementele de beton vor fi mai sensibile fenomenului de
contractie plastica si de uscare intrucat cantitatea de apa evaporata este proportionala cu suprafata
expusa.
2.7. Contractia din carbonatare
Contractia din carbonatare se produce pe o adancime redusa a betonului si este
determinata de dizolvarea cristalelor de Ca(OH)2 aflate sub un efort de compresiune10 si
depozitarea CaCO3 in spatiile lipsite de efort (netensionate). Daca procesul de carbonatare
avanseaza pana la stadiul descompunerii formatiunilor de hidrosilicati de calciu (CSH), aceasta
determina o contractie suplimentara care poate fi pusa in contextul fenomenului de carbonatare.
Carbonatarea determina cresterea contractiei la umiditati intermediare dar nu si la extreme
(25%, respectiv 100%). In primul caz exista prea putina apa in porii pastei de ciment hidratat pentru
transformarea/dizolvarea CO2 cu formare de acid carbonic. Pe de alta parte, daca porii betonului
9 respectiv raport V/S mic 10 datorita contractiei de uscare
sunt complet umpluti cu apa, difuzia CO2 in pasta de ciment este foarte lenta. Este posibil de
asemenea, ca difuzia ionilor de calciu din pasta de ciment sa determine precipitarea de CaCO3
ceea ce determina colmatarea suprafetei porilor aflati la suprafata elementului de beton.
3. Factori care influenteaza contractia
Contractia betonului este cu atat mai mare cu cat:
a) continutul de aluminat tricalcic C3A al clincherului este mai mare. Un continut ridicat de
(C3S) diminueaza contractia pe cand un continut ridicat de (C3A) determina cresterea
fenomenelor de contractie.
b) finetea (clasa de rezistenta a) cimentului este mai mare. Particulele de ciment avand
diametre mai mari de 75m, care se hidrateaza mai greu, exercita un anumit efect de
diminuare al nivelului contractiei.
c) continutul de gips al cimentului este mai redus. Un ciment deficitar in gips determina o
contractie rapida si importanta cantitativ.
d) dozajul de adaosuri din compozitia cimentului sau betonului sunt mai importante
cantitativ.
e) raportul A/C este mai mare (continutul de apa din beton este mai mare). La un raport
A/C aflat in intervalul (0,2 ... 0,6) s-a determinat o dependenta liniara intre A/C si marimea
contractiei11. La un A/C constant contractia creste odata cu cresterea continutului de ciment
intrucat aceasta determina o mai mare cantitate de pasta de ciment hidratat, capabila sa se
contracte.
f) dimensiunea maxima a agregatului utilizat. Folosirea unui agregat cu o pondere mai
mare a granulelor mari permite realizarea unui amestec mai sarac in ciment cu o lucrabilitate
scazuta care, in consecinta, va prezenta o contractie mai mica.
g) agregatul este mai putin spalat. Acoperirea granulelor de agregat cu argila sporeste riscul
de contractie intrucat aceasta este la randul sau susceptibila la contractie in contact cu apa.
h) umiditatea relativa a aerului este mai scazuta intrucat se poate pierde in mod accelerat
apa de constitutie a betonului putandu-se genera contractie plastica.
i) tratarea betonului este necorespunzatoare (sub aspectul eficientei tehnologice si/sau
duratei). O tratare prelungita a betonului, in mediu umed, intarzie sau chiar anuleaza
declansarea contractiei.
Utilizarea anumitor aditivi (super)plastifianti pot spori contractiile betonului, in mod particular
aditivii intarzietori de priza pot genera o contractie plastica mai mare. Aparitia carbunelui nears din
agregate sau din cenusa folosita ca adaos in ciment poate constitui o cauza de aparitie a unor
degradari locale, influentand modul de hidratare al cimentului si avand un anumit potential legat de
11 In senul ca odata cu cresterea A/C creste si contractia
contractie. Praful rezultat din concasarea agregatelor, indepartat insuficient, poate constitui de
asemenea o sursa de aparitie a unor contractii suplimentare totusi acest subiect, fiind intalnit in mod
exceptional, nu este dezvoltat in literatura de specialitate insa deseori este intalnit in practica.
Proiectarea compozitiei betonului, tratarea acestuia precum si modul in care se face
exploatarea elementului/structurii influenteaza mult aparitia si dezvoltarea diferitelor tipuri de
contractii.
4. Determinari experimentale ale contractiilor betonului preparat cu cimenturi cu adaos
de calcar
Pe plan national se remarca in [2] studierea influentei conditiilor de pastrare (tratare) a
probelor anterior evaluarii contractiilor pentru un ciment CEM I 52,5 prin comparatie cu un amestec
de CEM I 52,5 + 22% calcar. Contractiile au fost evaluate pentru un set de probe imediat dupa
decofrare (1 zi) respectiv la 7 zile de la decofrare.
S-a constatat faptul ca intotdeauna un amestec de ciment CEM I si calcar prezinta contractii
mai mari decat cimentul CEM I iar marimea contractiilor pare a se stabiliza la valori sensibil egale,
catre 28 de zile, pentru cele doua moduri de pastrare a probelor12. In lipsa tratarii, in primele 7 zile,
contractiile reprezinta mai mult de jumatate din valoarea totala a contractiei si aproximativ 80% din
valoarea totala a contractiei dupa 21 de zile, in conditiile in care probele au fost tratate 7 zile in apa.
Aceasta arata atentia deosebita necesar a fi acordata tratarii betoanelor preparate cu cimenturi cu
adaos de calcar in prima perioada de timp dupa punerea in opera.
Fig. 5. Evolutia [2] contractiei pe termen scurt pentru doi lianti, functie de modul de tratare al probelor Legenda: CEM CEM I 52.5 CEM + 22% calcar amestec de CEM I 52.5 si 22% filler de calcar aer probele sunt pastrate in aer si se fac ealuarile contractiei imediat dupa decofrare 7 zile in apa probele sunt pastrate 7 zile in apa anterior evaluarii contractiei.
12 in aer imediat dupa preparare si respectiv 7 zile in apa
5. Contractia betoanelor preparate cu cimenturi cu zgura sau cenusa
A. Sunt prezentate rezultate ale contractiei axiale obtinute pe betoane preparate cu CEM II/A-S 32.5R si CEM II/A-V 32.5R avand aceeasi sursa (fabrica de ciment Deva), la un dozaj de ciment de 400Kg/mc (prisme de microbeton, 4x4x16cm, aparat de tip Graf, reprezinta media valorilor pe trei prisme).
Tip ciment
Dozaj CEM [Kg]
A/C Tasare [cm]
Contractia axiala [mm/m]
Cod 14 zile
21 zile
28 zile
56 zile
90 zile
180 zile
360 zile
CEM II/A-S 32.5R 400 0,3522 10
D-A-S 0,0881 0,184 0,2235 0,2958 0,368 0,4799 0,651
CEM II/A-V 32.5R 400 0,376 11
D-A-V 0,1649 0,2122 0,2904 0,3762 0,442 0,5084 0,608
Contractia axiala [mm/m] pt diferite tipuri de cimenturi
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
14 zile 21 zile 28 zile 56 zile 90 zile 180 zile 360 zile
timp
mm
/m
D-A-S D-A-V
B. Sunt prezentate rezultate ale contractiei axiale obtinute pe betoane preparate cu CEM II/A-S 32.5R si CEM II/B-S 32.5R avand aceeasi sursa (fabrica de ciment Fieni), la un dozaj de ciment de 400Kg/mc (prisme de microbeton, 4x4x16cm, aparat de tip Graf, reprezinta media valorilor pe trei prisme).
Tip ciment Dozaj CEM [Kg]
A/C Tasare [cm]
Contractia axiala [mm/m]
Cod 14 zile 21 zile 28 zile 56 zile 90 zile 180 zile
360 zile
CEM II/A-S 32.5R 400 0,39 11
F-A-S 0,092 0,1513 0,158 0,1968 0,296 0,3489 0,513
CEM II/B-S 32.5R
400 0,363 11 F-B-S
0,0459 0,0853 0,1312 0,2231 0,308 0,3805 0,531
Contractia axiala [mm/m] pt diferite tipuri de cimenturi
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
14 zile 21 zile 28 zile 56 zile 90 zile 180 zile 360 zile
timp
mm
/m
F-A-S F-B-S
6. Bibliografie: 1. Dan Paul GEORGESCU - Indrumtor de proiectare a durabilitii betonului n conformitate cu anexa naional de aplicare a SR EN 206-clase de durabilitate, 2. Nastasia SACA Implicatii ale CaCO3 in intarirea si proprietatile materialelor compozite pe baza de liant mineral. Teza de doctorat. Cond Stiintific Prof. Dr. ing. Maria Georgescu, UPB 2. A. M. NEVILLE Proprietatile betonului, Editura Tehnica 2003 3. Ion IONESCU, Traian ISPAS Proprietatile si tehnologica betoanelor, Editura Tehnica, 1997 4. Determinari experimentale ale contractiilor materiale interne Carpatcement. 5. Fotografii colectia Carpatcement HeidelbergCementGroup
Pregatit pt Concursul Premiile Profesionale Carpatcement Editia 2014-2015
R. Gavrilescu
1
CAIET STUDENTESC 2
Rezistenta la compresiune a cimentului si betonului
(material de informare)
Prezentul material reprezinta o sumara sinteza din diverse surse bibliografice, destinata a fi utilizata in cadrul concursului studentesc PREMIILE PROFESIONALE CARPATCEMENT, editia 2014-2015. R. Gavrilescu
2
1. Introducere
2. Aspecte generale privind rezistentele la compresiune pe ciment respectiv beton
3. Asupra modul de pastrare a probelor de ciment respectiv beton pana la termenul de
incercare
4. Asupra rezistentei la compresiune a cimenturilor, anterior 1978.
5. Rezistenta la compresiune a cimentului. Factori de influenta
6. Rezistenta la compresiune a betonului. Factori de influenta
7. Concluzii
8. Bibliografie
Anexa 1: Rezistentele mecanice ale cimenturilor cu zgura (S)
Anexa 2: Rezistentele mecanice ale cimenturilor cu cenusa (V, W)
Anexa 3: Recomandari privind alegerea tipurilor de cimenturi funcie de temperatura la punerea n
oper a betonului
Anexa 4: Durata minima de tratare a betonului
3
1. Introducere
Betonul simplu, armat sau precomprimat, material compozit, este in prezent cel mai utilizat
material de constructie din lume. Avand in vedere o medie a productiei ultimilor ani, de ~10 miliarde
de m3/an, se poate spune ca fiecarui locuitor la planetei ii corespunde o cantitate de ~1,5 m3 de
beton, respectiv de ~500kg de ciment.
O serie de elemente specifice au determinat aceasta dezvoltare fara precedent a betonului
in lume: eficienta economica ridicata, rezistenta foarte buna la compresiune, durabilitatea,
posibilitatea de a fi asociat cu otelul intr-un material compozit (betonul armat) cu calitati remarcabile,
siguranta in exploatare, posibilitatea de a lua forma dorita la locul de punere in opera, posibilitatea
de a fi adaptat dorintelor arhitectilor, prepararea in instalatii relativ simple, transport si punere in
opera simple, existenta unor rezerve uriase de materii prime, etc.
Betonul nu are doar calitati. Printre deficientele acestui material se poate mentiona faptul ca
este un material cu o masa volumica mare, care necesita un volum mare de manopera pentru
punerea in opera, cu caracteristici care depind de starea vremii, temperatura si mai ales de
seriozitatea/profesionalismul celor care il utilizeaza.
Pe plan mondial, in jurul anilor `50, betonul cu o rezisten la compresiune de 35 MPa era
considerat a fi un beton de nalt rezisten. n anii `70, aceast limit a crescut usor pn la 40
MPa iar in zilele noastre se considera ca face parte din categoria betoanelor de inalta rezistenta
betonul cu rezistena la compresiune de minim 55 ... 60 MPa. n ultimii 20 de ani betoane de nalt
rezisten (90...100 MPa, ocazional si 120 MPa) sunt folosite n domeniul construciilor de cldiri
nalte, poduri i structuri n condiii de expunere sever la actiunea mediului inconjurator si solicitari
mecanice. Se aduce tot mai des in discutie1 chiar completarea standardului de ciment EN 197-
1:2002 cu o noua clasa de rezistenta (62.5) pentru a putea tine pasul cu aceasta tendinta continua
de crestere a claselor de rezistenta impuse betonului, in special cu rezistenta pe termen foarte
scurt. In prezent si in Romania2, betoane de inalta rezistenta avnd rezistene la compresiune de
peste 50 MPa sunt produse si utilizate frecvent atat in betoane monolite cat mai ales prefabricate.
Daca vom compara valorile medii obtinute pe rezistenta betonului la inceputul anilor `70 cu
cele care au fost atinse la sfarsitul anilor `90 constatam o crestere de 2 pana la 4 ori!
Aceasta crestere accelerata a capacitatii industiilor cimentului si betonului de livrare a
materialelor de constructii la clase de rezistenta din ce in ce mai mari a fost posibila datorita unor
inregistrarii unor progrese stiintifice si tehnologice, prezentate foarte sumar in continuare.
1 desi clasa de rezistenta 52,5 nu are limita superioara pentru rezistenta la 2 si 28 de zile 2 ex: pilon central ancorare tiranti la pasaj Basarab, traverse de cale ferata pentru viteze mari
4
Progrese inregistrate in industria cimentului:
a) cresterea capacitatii tehnologice de omogenizare si dozare a materiilor prime;
b) cresterea eficientei echipamentelor de macinare a fainei, de omogenizare a acesteia;
c) conducerea integral automatizata / computerizata a cuptoarelor;
d) cresterea eficientei racitoarelor gratar pentru clincher;
e) cresterea eficientei morilor si separatoarelor, aparitia aditivilor de macinare specializati;
f) cresterea reactivitatii zgurilor (sporirea preocuparii otelariilor privind calitatea zgurii);
g) cresterea reactivitatii cenusilor (sporirea eficientei echipamentelor de macinare a carbunilor,
cresterea preocuparii CET3-urilor de a vinde cenusa rezultata);
h) cresterea capacitatii laboratoarelor fabricilor de a urmari in mod continuu continuu parametrii
relevanti ai materiilor prime si cimentului pe fluxul de fabricatie;
i) dotarile de exceptie ale laboratoarelor fabricilor de ciment (inclusiv din Romania) care permit
decizii just-in-time de natura a corecta eventuale abateri;
Progrese inregistrate in industria betonului:
a) trecerea la statii performante dpdv tehnologic, intergral computerizate;
b) trecerea de la aditivi mai putin performanti catre aditivi din ce in ce mai performanti;
c) aparitia unor progrese in domeniul transportului si punerii in opera a betonului
In prezent industriile nationale ale cimentului si betonului raspund cu succes nivelelor de
exigenta si performanta impuse de dezvoltarea societatii umane si de protectie a mediului
inconjurator specifice perioadei pe care o traversam.
2. Aspecte generale privind rezistentele la compresiune pe ciment respectiv beton
Prin amestecarea cimentului4 cu agregate, aditivi i ap trebuie s se obtina beton sau
mortar care s-i menin lucrabilitatea pentru o perioad de timp suficient pentru transport,
punere in opera, compactare si finisare. ntrirea cimentului se datoreaz hidratrii silicailor de
calciu care impreuna aluminaii participa la procesul de ntrire. Dup anumite intervale de timp
predefinite, cimentul (incorporat in mortar standard), betonul sau mortarul obisnuit trebuie s ating
anumite niveluri de rezisten specificate, s prezinte stabilitate de volum si durabilitate pe termen
lung in (diferite) clase de expunere la actiunea mediului inconjurator (sub actiunea factorilor de
mediu).
Cimenturile cu diferite compoziii i parametri (rezistena la compresiune fiind doar unul din
ei) transmit betonului sau mortarului n care sunt ncorporate proprieti i performane diferite.
3 termocentrala 4 produs conform SR EN 197-1:2002 cu amendamentele sale, dozat corespunztor
5
Apariia pe piaa nationala a noi tipuri de cimenturi, fabricate si utilizate n conformitate cu
standarde si reglementari europene armonizate, necesita o perioad de adaptare i informare, de
nelegere a rolului i importanei prezenei adaosurilor n ciment n corelaie cu rezistena acestuia
la compresiune. De cele mai multe ori utilizatorul unui ciment este extrem de interesat doar de
rezistena la compresiune a acestuia vzut ca fiind o garanie c betonul produs va fi un beton
rezistent, n dauna altor performane sau caracteristici care, in anumite cazuri, ar trebui sa primeze.
Acesta este un mod cel puin neeconomic, atat din punctul de vedere al cimentului cat si a
betonului, de a aborda lucrurile. Nivelul rezistentei la compresiune nu poate fi singurul criteriu de
judecare a performantelor unui ciment, beton sau mortar. Sunt situatii si aplicatii particulare in care
respectivele materiale trebuie sa prezinte limitari ale nivelului caldurii de hidratare, ale expansiunii
maxime in medii chimic agresive (ex. sulfatice) sau ale contractiilor dupa perioade predefinite de
timp.
Rezistenta la compresiune a cimentului respectiv a betonului depinde de o multitudine de
factori, cei mai multi dintre acestia foarte bine controlati sub aspect teoretic si practic cu toate ca
asupra mecanismului de hidratare i ntrire a cimentului nu exist inca o prere unanim acceptat,
sistemul5 fiind deosebit de complex, n principal datorit:
a) compoziiei mineralogice i a proceselor de interaciune cu apa, particulare fiecrei categorii
de compui enumerati;
b) influenei reciproce manifestate ntre procesele de hidratare ale diferiilor compui;
c) influenei unor factori suplimentari ca de exemplu: temperatura, presiunea, bazicitatea
sistemului, umiditatea etc.
Luarea n considerare doar a exigentelor ce reies din calculul structural n proiectarea
elementelor si structurilor din beton armat este o conceptie de mult depasita, inca din anii `50.
Estimarea modului de comportare a betonului pe durata de exploatare, a nivelului cheltuielilor de
intretinere si reparatii precum si necesitatea realizarii unor constructii durabile6 cu costuri minime
reprezinta provocari cat se poate de actuale avnd n vedere complexitatea aspectelor tehnice,
economice, ecologice etc. puse in fata celor care decid.
Din punctul de vedere al durabilitatii, betonul este caracterizat prin clasa sa de rezistenta,
celelalte caracteristici compozitionale (A/C, dozaj ciment, prezenta unui anumit tip de aditiv etc.)
fiind legate n mare masura de aceasta in corelatie cu modul de expunere la actiunea mediului
inconjurator. Alegerea clasei de beton se face avnd n vedere atat asigurarea exigentelor ce reies
din calculul structural cat si din punctul de vedere al asigurarii durabilitatii in fata actiunii factorilor de
mediu, pentru o perioada de serviciu prevazuta a fi de 50 de ani [EN 206-1], fara cheltuieli mari7 de
intretinere.
5 ciment (clincher/adaosuri/ghips/aditivi de macinare) + ap 6 inclusiv in fata fenomenelor extreme, datorate incalzirii globale, aceasta reprezentand o adaptare a societatii umane 7 sau cu cheltuieli rezonabile
6
Este posibil ca, din considerente de durabilitate, clasa betonului sa creasca peste
necesitatile rezultate din calculul structural! Verificati intotdeauna acest aspect in proiectare!
Solicitarile continue venite din partea proiectantilor/arhitectilor de a se creste clasa de
rezistenta a betonului se transforma in exigente suplimentare (prin intermediul
statiilor/producatorilor de betoane) asupra producatorilor de ciment pentru a creste clasa de
rezistenta a cimenturilor.
Capacitatea cimenturilor de a se ntri in combinatie cu apa i de a dezvolta
structuri/elemente caracterizate prin rezistene mecanice reprezint proprietatea cea mai important
a acestora.
Alte proprietati esentiale sunt, pentru anumite tipuri de cimenturi, urmatoarele:
a) continutul de C3A (aluminatul tricalcic), pentru cimenturi de drumuri si rezistente la sulfati;
b) continutul de C3S (silicat tricalcic), pentru cimenturi de drumuri
c) caldura de hidratare redusa, pentru cimenturi destinate constructiilor masive;
Prin urmare, functie de tipul de element, locul si tehnologia de punere in opera etc.
alegerea unui anumit tip de ciment nu depinde doar de clasa de rezistenta la compresiune a
betonului ci si de alte proprietati esentiale pe care acesta trebuie sa le prezinte.
3. Asupra modul de pastrare a probelor de ciment respectiv beton pana la termenul de incercare
Este normal ca stabilirea modului de evolutie al rezistentei la compresiune pe ciment functie
de diversi factori de influenta (temperatura, umiditate etc.), sa fie mult mai sensibila decat pe beton
intrucat aceasta contine mult mai putine surse de influenta necontrolabile8. Acest aspect nu
trebuie sa excluda testele pe beton care este de fapt produsul final pus in opera insa dpdv stiintific,
pentru acuratetea rezultatelor, uneori se prefera testarea pe ciment.
3.1. Pastrarea probelor de ciment
Determinarea rezistentei la compresiune pe ciment se face in conformitate cu un standard
de metoda, fara aditivi si folosind un agregat standardizat, certificat. Pastrarea epruvetelor de
ciment in conformitate cu prevederile SR EN 196-1 in apa pana la termenul maxim de incercare de
28 de zile este o masura de natura a indeparta o serie de factori de influenta asupra valorii si
evolutiei rezistentei la compresiune. Acest aspect face ca experimentul sa poata fi reprodus cu
usurinta in caz de litigiu.
8 spre exemplu neomogenitatea parametrilor agregatelor sau tipul de aditiv fac de cele mai multe ori experimentele pe beton sa devina nerepetabile in caz de litigiu
7
Standardul de metoda nu prevede nimic privind modul de pastrare al epruvetelor pentru
determinari ale rezistentelor la compresiune si dupa 28 de zile insa este util ca probele sa ramana
pastrate in apa pana la termenul de incercare, oricare ar fi acesta. Aceeasi exigenta impusa
pastrarii probelor de beton in apa pana la termenul de incercare are ca avantaj, la fel ca si la
ciment, posibilitatea reproducerii testului dat fiind faptul ca starea uscata inseamna de fapt o
anumita stare de saturare care poate varia in limite foarte largi, in special in cazul folosirii
cimenturilor cu continut ridicat de adaos.
3.2. Pastrarea probelor de beton. Coeficienti de transformare
Intrarea in vigoare a SR EN 12390-2/2002 aduce o serie de elemente de noutate asupra
modului in care se pregatesc si se pastreaza probele de beton prevazand pastrarea betonului in
tipar intre 16 ore si 3 zile, respectiv ca probele se introduc in apa la o temperatura de 20 20C
imediat dupa decofrare. Aceasta reprezinta o schimbare majora fata de prevederile standardului
national STAS 1275 / 88 care prevedea o mentinere de 7 zile in apa si restul pana la incercare in
aer cu umiditate (65 5)% si temperatura (20 3)0C controlate.
Nu exista in reglementari relatii de transformare intre rezistentele obtinute pentru aceleasi
compozitii de beton mentinute in conformitate cu standardul national si european insa literatura de
specialitate propuneri privind transformarea rezistentelor functie de mediul de pastrare astfel:
fc,cub = 0,92 fc, cub, uscat pentru clase de beton pana la C 55/67, respectiv
fc cub = 0,95 fc, cub, uscat pentru clase peste C 55/67.
in care:
fc,cub = rezistenta la compresiune la 28 de zile, pastrare in apa pana la termenul de incercare
fc,cub, uscat = rezistenta la compresiune la 28 de zile, pastrare in apa 7 zile restul uscat
Asadar, pentru aceiasi compozitie de beton, rezistentele la compresiune obtinute prin
pastrarea in mediu umed pana la termenul de incercare de 28 de zile sunt mai reduse cu ~8%
pentru clase de beton pana la C 55/67 si cu ~5% pentru clase de beton superioare. Aceste aspect
functioneaza intr-o anumita masura ca o marja de siguranta intrucat, de fapt, rezistenta betonului
care se determina in laborator pe probe pastrate in apa este mai mica decat rezistenta betonului
pastrata in aer (situatie similara celei intalnite pe santier9).
9 beton tratat cateva zile impotriva pierderii apei de consistenta
8
4. Rezistenta la compresiune a cimentului. Factori de influenta
In conformitate cu prevederile SR EN 197-1, cimenturile se pot produce in sase clase de
rezistenta la compresiune prezentate in cele ce urmeaza.
Tabelul 2. - Clase de rezisten pentru ciment uzual, conform EN 197-1:2000
Clasa de rezisten
Rezistena la compresiune [MPa], dup:
2 zile 7 zile 28 zile
32,5
Fara conditie Minim. 16 32,5...52,5
32,5 R
Minim. 10
Fara
conditie
42,5
42,5...62,5 42,5 R
Minim. 20
52,5
Minim. 52,5 52,5 R
Minim. 30
Modul de evolutie in timp a rezistentelor la compresiune ale cimentului precum si nivelul
acestora la anumite termene de incercare depind, cel putin, de urmatorii factori de influenta:
a) compozitia mineralogica a clincherului Portland
b) finetea de macinare a cimentului
c) distributia granulometrica a cimentului
d) dozajul, tipul si reactivitatea adaosului/adaosurilor
e) nivelul alcaliilor
f) natura i proporia de sulfat de calciu (ghips) prezent n ciment;
g) prezena n ciment a unor aditivi (de macinare, de exemplu).
O serie de alte elemente (temperatura, umiditatea mediului ambiant etc.) nu sunt aduse in
discutie intrucat determinarea de rezistenta a cimentului se face in mediu controlat (conform SR EN
196-1). Pentru a se pune in evidenta indirect modul de comportare al betoanelor (produsele finale
puse in opera) se pot analiza pe prismele de mortar de ciment situatii frecvent intalnite in practica
cu mentiunea ca rezultatele respective sunt informative, utilizatorul fiind obligat sa isi faca propriile
determinari pe betoane.
9
4.1. Compozitia mineralogica a clincherului Portland
Compoziia mineralogica, respectiv proporia n clincher a celor patru compui mineralogici
(C3S, C2S, C3A, C4AF), constituie alaturi de finetea de macinare, un factor decisiv de influenta a
vitezei de hidratare, respectiv a modului de evolutie al rezistentelor la compresiune. Nivelul
rezistentelor, respectiv modul de evolutie al acestora, sunt influentate de asemenea de dozajul de
adaos(uri), tipul si reactivitatea acestuia/acestora.
In cazul cimenturilor cu adaosuri (CEM II, CEM III, CEM IV si CEM V) - in care clincherul
Portland se afla intr-o proportie de sub 95% - caracteristicile acestora efect al componentilor
mineralogici pot fi mai estompate de prezenta adaosului.
Fig. 2. Modul de evolutie in timp al rezistentelor la compresiune pentru componentii mineralogici ai clincherului
Teoretic proportiile in care se gasesc componentii mineralogici pot varia, intr-o anumita
masura, de la o fabrica (sursa) la alta si (posibil) chiar de la un ciment la altul in masura in care
difera retetele de dozare a materiilor prime pentru obtinerea clincherului. Insa, in general, din
considerente tehnologice, este dificil de gestionat mai mult de doua tipuri de clinchere intr-o singura
fabrica producatorul avand de ales sa produca, alaturi de cimenturi uzuale (fabricate cu
clinchere obisnuite) si un clincher special pentru un ciment destinat unor aplicatii specializate
(betoane rutiere, betoane masive, betoane exploatate in medii agresive). Conditionarile tehnologice
legate de manipularea/introducerea pe fluxul de macinare a unor mase mari de materii prime cu
caracteristici diferite (clinchere, adaosuri) sau de stocare si livrare separata (eventual insacuire
separata, eventual) conduc asadar la limitari ale portofoliului de produse.
Componentii mineralogici ai clincherului participa si se comporta in mod diferit la obtinerea
rezistentelor mecanice ale cimentului, ordinea descrescatoare fiind C3S C2S C3A C4AF.
Rezistenta la compresiune
Timp [zile]
Legenda: C3S (silicatul tricalcic, alit) C2S (silicatul dicalcic) C3A (aluminatul tricalcic, celit I) C4AF (feroaluminatul tetracalcic, celit II)
10
4.1.1. C3S (silicatul tricalcic, alit)
Silicatul tricalcic (C3S, alit) este un compus mineralogic foarte reactiv fata de apa care
asigura o crestere rapida a rezistentei la compresiune in primele aproximativ 7 zile de la hidratare
cand aceasta poate atinge chiar in jur de 70% din cea la 28 de zile. O regula aproximativa,
convenabila, spune ca acest component contribuie la dezvoltarea rezistentelor timp de patru
saptamani (28 de zile). Reprezinta componentul mineralogic valoros al clincherului care dezvolt
rezistene mecanice mari dup perioade scurte de ntrire, nregistreaz o cretere continu a
acestora ntro perioad de cel puin un an, se hidrateaza timpuriu si dezvolta o caldura de
hidratare relativ ridicata.
4.1.2. C2S (silicatul dicalcic)
Silicatul dicalcic(C2S) este un compus mineralogic ce ofera o crestere lenta a rezistentei la
compresiune insa aceasta are o tendinta permanenta. Contributia C2S la evolutia rezistentelor se
face in perioade mai mari de patru saptamani.
Cei doi silicati de calciu (C3S si C2S) sunt raspunzatori, in principal, pentru rezistenta
cimentului hidratat (cumulat, ambii silicati dezvolta rezistente mai mari decat C3A si C4AF la un loc).
Dupa o perioada de un an contributia acestora la rezistenta finala este comparabila desi fiecare are
o evolutie diferita, prezentata anterior.
4.1.3. C3A (aluminatul tricalcic, celit I)
Aluminatul tricalcic (C3A) este un compus mineralogic foarte reactiv fata de apa, prezinta
priza rapida si o rezistenta la compresiune redusa. Favorizeaza cresterea rezistentelor in perioada
initiala insa pe ansamblu, practic, nu influenteaza major rezistenta la compresiune a cimentului,
aportul sau fiind in general redus. Fenomenele de microfisurare din contractie sunt mai importante
la matricile cimenturilor cu C3A ridicat datorit caracterului puternic exoterm al reaciei cu apa.
Pentru cimenturile cu priza rapida (si viteza mare de intarire) se recomanda pana la 10% C3A.
Dupa perioade indelungate C3A determina reduceri ale rezistentei la compresiune,
sesizabile la cimenturile cu continut mare de C3A sau [C3A + C4AF ]. Rolul C3A ramane inca usor
controversat insa pe ansamblu nu prezinta mare importanta pentru rezistenta la compresiune a
cimentului.
Limitarea la anumite valori maxim admisibile ale C3A in clinchere se face pe considerentul
cresterii rezistentei la atac sulfatic, scaderii caldurii de hidratare si/sau a prevenirii fisurarii
accelerate din contractie (pentru cimentul de drumuri, de exemplu).
4.1.4. C4AF (feroaluminatul tetracalcic, celit II)
Feroaluminatul tetracalcic (C4AF) este un compus mineralogic fara o contributie insemnata
(sau chiar nefavorabila dupa unii autori) la dezvoltarea rezistentelor mecanice si fara caldura de
hidatare ridicata. C4AF dezvolt n primele 10 zile rezistene mecanice bune, chiar superioare fa
11
de C3S, dar creterile ulterioare sunt puin importante sau se nregistreaz chiar scderi mici de
rezisten. Scaderile de rezistenta ale C4AF nu sunt de asteptat totusi sa fie sesizate pe
ciment/beton datorita estomparii acestora efect al cresterilor rezistentei altor compusi mineralogici
majoritari (C3S si C2S). Aceste scaderi ale rezistentei la compresiune se datoreaza aparitiei unui
produs coloidal care se depune pe granulele de ciment intarziind hidratarea altor compusi.
4.1.5. Efectele prezentei componentilor mineralogici ai clincherului
Efectele componentilor mineralogici principali ai clincherului asupra caracteristicilor
cimentului sunt prezentate sintetizat in tabelul urmator.
Tabelul 3. Sinteza efectului componentilor mineralogici ai cimentului asupra unor caracteristici ale cimentului.
Caracteristica cimentului Component mineralogic principal
C3S C2S C3A C4AF
Rezistenta mecanica Foarte mare Initial mica Mica Medie
Contractia Mica Medie Mare Medie
Rezistenta la inghet-dezghet Foarte buna Buna Foarte slaba Slaba
Rezistenta la uzura Buna Scazuta Medie Medie
Modul de elasticitate Foarte mare Mediu Mediu Mare
Viteza de hidratare Moderata Foarte lenta Foarte rapida Rapida
Caldura de hidratare Mare Mica Foarte mare Medie
4.2. Finetea de macinare a cimentului
Fineea de mcinare a cimentului, influeneaz intr-o maniera decisiva, nivelul si evoluia
rezistenelor mecanice, reprezentand un parametru ce poate fi influentat relativ usor de producator,
cresterea sa aducand costuri suplimentare si reduceri de productivitate.
0
10
20
30
40
50
60
70
Rez
ist
la c
om
pre
siu
ne
[MP
a]
CEM I 32.5R 22,8 47,7
CEM I 42.5R 27,9 52,8
CEM I 52.5R 36,9 59,3
Rc 2zile Rc 28 zile
Fig. 3. Exemplu de evolutie pana la 28 de zile ale unor cimenturi Portland unitare de clase de rezistenta diferite. Diferenta intre acestea este doar de finete de macinare, in cazul CEM I 32.5R este vorba despre supracalitate.
12
Corelatia dintre finetea de macinare si nivelul rezistentelor la compresiune este clara.
Cresterea finetii de macinare a cimentului conduce la cresterea rezistentei la compresiune la toate
termenele intrucat creste cantitatea de produsi de reactie formati la hidratare.
4.3. Distributia granulometrica a cimentului
Pentru aceeai finete de macinare (suprafa specific), rezistena mecanic (clasa de
rezistenta10) a cimenturilor este influenat ntr-o msur important de distribuia lor
granulometrica.
Pentru o anumita finete de macinare, experimental (pe un numar mare de probe), s-au
constatat creteri ale rezistenei la compresiune pe masura ce distribuia granulometrica se
restrange. Cimenturile avnd o suprafa specific mai mic (finete mai scazuta de macinare), dar o
distribuie granulometric mai restrns, pot dezvolta rezistene mecanice comparabile sau chiar
superioare fa de cimenturile cu suprafa specific mai mare (finete mai ridicata), dar avnd o
distribuie granulometric mai larg.
Explicaia const n cresterea vitezei proceselor de hidratare prin eliminarea granulelor
foarte fine care, dei determin dezvoltarea rapid a unor rezistene mecanice iniiale, nu mai
contribuie la o creterea ulterioar. Pe de alta parte participarea granulelor grosiere de ciment la
dezvoltarea rezistenei dup 28 de zile nu este nesemnificativ.
Controlul asupra curbei granulometrice a cimentului poate fi parte a unui ansamblu de
masuri de optimizare a rezistentelor la compresiune ale cimenturilor urmarindu-se obtinerea de
maxima eficienta.
10 ca o curiozitate, o suprafata specifica de 2.500cm2/g in mod obisnuit intalnita pentru un ciment uzual, de
clasa 32.5, inseamna de fapt ca suprafata cumulata a granulelor de ciment dintr-un gram reprezinta suprafata
unei batiste cu latura de 50cm.
13
4.4. Dozajul, tipul si reactivitatea adaosului/adaosurilor
Standardul de produs EN 197-1:2000 identific patru tipuri de cimenturi Portland cu adaos,
funcie tipul i proporia acestuia astfel: tip CEM II, CEM III, CEM IV i CEM V.
Tabelul 4. Cele patru tipuri de cimenturi cu adaos, conform EN 197-1.
Tip ciment Denumire Simbol
Componeni principali (% gravimetric)
Componenti auxiliari minori 0-5%
Clincher Adaos de fabricatie
CEM II Cimenta
portland cu # CEM II/A-# 80-94 6-20 CEM II/B-# 65-79 21-35
CEM III Ciment de furnal
CEM III/A 35-64 36-65 CEM III/B 20-34 66-80 CEM III/C 8-19 81-95
CEM IV Ciment puzzolanicb CEM IV/A 65-89 11-35 CEM IV/B 45-64 36-55
CEM V Ciment compozitc CEM V/A 40-64 18-30 CEM V/B 20-38 18-31
a) # Zgur granulat de furnal (S), Puzzolana - natural (P), industrial (Q), cenu zburtoare- silicoas (V), calcic (W), ist ars (T), Calcar (L, LL funcie de impuriti), Compozit (M) b) combinatie de microsilice (max. 10%), puzzolana i cenus de termocentral c) combinatie de zgur i puzzolan sau cenu zburtoare Fig. 4. Clincherul si ghipsul materiile prime de baza din care se produce cimentul
Fig. 5. Aspectul catorva adaosuri de fabricatie folosite in Romania. De la stg. la dr.: zgura (S), cenusa silico-aluminoasa(V), puzzolana (P, Slanic) si calcarul (L, LL).
14
Fig. 6. Silicea ultrafina (D, in stanga) si sistul calcinat (T, in mijloc) si cenusa calcica (W, in dreapta zgura asociata). Pentru aceste adaosuri nu exista experienta in fabricile noastre din Romania.
Rezistena mecanic a cimenturilor cu adaosuri depinde de caracteristicile adaosurilor
(capacitatea specifica de reactie si de formare a unor compusi stabili) precum si de cantitatea de
clincher Portland substituit. Pentru aceeasi finete de macinare este normal ca rezistenta la
compresiune pe termen scurt a cimentului sa scada11 pe masura ce sunt introduse, pe post de
adaosuri, materiale cimentoide (zgura, cenusa etc.) sau considerate, pana nu de mult, inerte
(calcar). Pentru aceeasi clasa de rezistenta este posibil ca pe termen lung rezistenta la
compresiune a unui ciment cu continut ridicat de adaos sa fie superioara unui ciment cu mai putin
adaos, efect al reactiei puzzolanice specifice.
0
10
20
30
40
50
Rez
iste
nta
la
com
pre
siu
ne
[MP
a]
CEM II/A-S 32.5R 17,1 30,2 40,1 40,3 41 41,5
CEM II/B-S 32.5R 16,8 28,7 37,9 38,7 41,5 43
CEM II/B-M(S-V) 32.5R 16 29,4 40,1 40,6 43 44,5
Rc 2zile Rc 7zile Rc 28 zile Rc 56 zile Rc 90 zileRc 180
zile
Fig. 7. Evolutia rezistentelor la compresiune (Rc) pentru cimenturi Portland unitare, cu zgura (S) si cu amestec zgura+cenusa(S-V), pentru aceeasi (aproximativ) finete de macinare.
In ceea ce priveste tipul adaosului, pentru aceeasi finete de macinare si cantitate de clincher
substituita, un ciment cu adaos de zgura va avea o mai buna rezistenta pe termen scurt decat un
ciment cu cenusa sau puzzolana dat fiind specificul reactiei puzzolanice.
11 prin comparatie cu CEM I
15
Fig.8. Principiul reactiei de hidratare a clincherului si a celei puzzolanice specifice zgurii si cenusii. Reactia puzzolanica a cenusilor este mai lenta decat cea hidraulica a clincherului respectiv a zgurii. CH hidroxid de calciu, CSH hidrosilicati de calciu
4.5. Influenta prezentei alcaliilor
Efectele prezentei compusilor minori, asa cum sunt alcaliile (Na2O si K2O), asupra
rezistentelor la compresiune sunt complexe si nu pe deplin elucidate. In lipsa alcaliilor sau a unui
nivel foarte redus al acestora rezistenta cimentului pe termen scurt (1-3 zile) poate fi foarte redusa.
Pentru aceeasi compozitie mineralogica, cu cat continutul de alcalii este mai mare cu atat
viteza de crestere a rezistentei mecanice este mai mare in primele zile (pana la 2 saptamani).
4.6. Alti factori de influenta asupra rezistentelor cimentului
Pe langa factorii de influenta aratati anterior, se mai pot mentiona:
a) Natura i proporia de sulfat de calciu prezent n ciment. Un ciment cu o proportie redusa (sau
lipsa) de sulfat de calciu (ghips) are o priza instantanee, viteza de crestere a rezistentelor mecanice
fiind astfel foarte ridicata. Un astfel de ciment are o aplicabilitate tehnica limitata (de exemplu este
folosit pentru torcretare spritz-beton).
b) Prezena n ciment a unor aditivi (de macinare).Pentru eficientizarea anumitor aspecte legate de
fabricatie sau unor proprietati, la macinarea cimentului se pot folosi aditivi (produse chimice
dedicate), acestia reprezentand o alta categorie de produse decat aditivii folositi in betoane.
Aditivarea in corpore a cimentului se face sau s-ar putea face pentru (eventual) lianti
hidraulici rutieri si (intotdeauna) cimenturi pentru zidarie si tencuiala, in acest ultim caz aditivul este
un inlocuitor de var necesar asigurarii lucrabilitatii amestecului final. Ambele categorii de cimenturi
contin, in cele mai multe retete cunoscute, calcar pe post de adaos de fabricatie.
16
In situatia in care aditivii pentru betoane / mortare, fabricati n conformitate cu seria EN 934
sunt utilizai n ciment, notarea standard acestora trebuie s fie declarat pe saci sau pe
documentele de livrare ale cimentului, in general evitandu-se aditivarea cimentului asa incat sa se
obtina pe betoane anumite proprietati. In extremis, aditivarea cimentului la producator este posibila
selectiv, pentru cimenturi date unor obiective importante (ex: baraje, drumuri) insa in general nu se
practica.
5. Rezistenta la compresiune a betonului. Factori de influenta
Determinarea rezistentei la compresiune a betonului este una din principalele modalitati de
apreciere a calitatii acestuia sub aspectul durabilitatii (in corelatie cu raportul A/C), cunoasterea
acesteia oferind anumite informatii asupra comportarii si la alte solicitari (de exemplu la incovoiere,
in cazul betoanelor rutiere). Rezistenta la compresiune a betonului este influentata de calitatea
componentilor sai, de proportia in care se gasesc acestia (dozaj), de calitatea adeziunii dintre
matrice si agregate, de modul si conditiile de punere in opera, de factorii fizico-chimici care intervin
pe timpul exploatarii precum si de varsta sa.
Factorii de influenta ai rezistentei betonului sunt practic aceiasi cu cei care influenteaza si
rezistenta cimentului. Deseori, pentru a se justifica o serie de masuri ce trebuie luate la punerea in
opera a betonului se face referire la diferite influente (ex: temperatura, umiditate etc.) asupra
cimentului intelegandu-se totusi ca exista o legatura directa intre modul de comportare al betonului
si cimentului in aceste conditii (speciale).
Modul de evolutie in timp a rezistentelor la compresiune ale betonului precum si nivelul
acestora la anumite termene de incercare depind, cel putin, de urmatorii factori de influenta:
a) dozaj de ciment;
b) raportul A/C;
c) Temperatura mediului ambiant, in care se face intarirea;
d) Caracteristicile agregatelor.
5.1. Dozajul de ciment
Pentru acelasi termen de incercare, rezistenta betonului creste pana la un anumit dozaj de
ciment (450...500Kg/m3) dupa care evolutia acesteia se aplatizeaza, evident. Privit pe termen lung
acest dozaj maxim (pentru aceeasi clasa de rezistenta a cimentului) pentru care se produce
aplatizarea cresterii rezistentelor la compresiune este usor mai ridicat la cimenturile cu adaosuri
decat la cele unitare CEM I, efect al reactiei puzzolanice specifice.
Asigurarea dozajului minim de ciment (din conditii de durabilitate cf CP 012-1:2007 si pentru
realizarea clasei de beton) alaturi de limitarea superioara a raportului A/C reprezinta doua masuri
importante de influentare a rezistentei la compresiune si a durabilitatii betonului.
17
5.2. Raportul A/C
Pe masura cresterii raportului A/C rezistenta la compresiune a betonului scade. Din
experimentul prezentat mai jos reiese preocuparea continua pe care ar trebui s-o aiba producatorul
de betoane asupra nivelului raportului A/C, pentru o tasare data.
Fig. 9. Rezistenta la compresiune pe beton, la 7 (sus) si 28 de zile (jos), pentru diferite tipuri de cimenturi utilizate (CEM I si cu zgura). Dozaj ciment constant 350Kg/m3. In figuri W/C are aceeasi semnificatie cu A/C.
18
5.3. Temperatura mediului ambiant, in care se face intarirea
Conditiile optime de intarire ale betonului sunt intre 15 si 25C, viteza de crestere a
rezistentelor mecanice scazand odata cu scaderea temperaturii. Pentru a evalua calitativ efectele
temperaturii asupra rezistentei la compresiune pe beton in continuare sunt prezentate experimente
efectuate asupra unor cimenturi.
Fig. 10. Evolutia rezistentelor la compresiune la 1 zi pentru cimenturi Portland unitare la trei temperaturi (+8C, +20C si +38C) ale mediului inconjurator (laborator) Fig. 11. Evolutia rezistentelor la compresiune la 1 zi pentru cimenturi cu zgura la trei temperaturi (+8C, +20C si +38C) ale mediului inconjurator (laborator).
Rezistenta la compresiune [MPa], la o zi
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
CEM I 32.5R
CEM I 42.5R
CEM I 52.5R
+38C 31,7 34,3 42,7
+20C 12,7 15,1 34,1
+ 8C 3,8 4 14,6
CEM I 32.5R CEM I 42.5R CEM I 52.5R
Rezistenta la compresiune [MPa], la o zi
0 5 10 15 20 25
CEM III/A 42,5N
CEM III/A 32.5N
CEM III/B 32.5N
+38C 21,1 16,8 9,9
+20C 7,7 4,2 2,1
+ 8C 2 1,8 0,9
CEM III/A 42,5N CEM III/A 32.5N CEM III/B 32.5N
19
Fig. 12. Evolutia rezistentelor la compresiune la 1 zi pentru cimenturi Portland unitare si cimenturi cu zgura la trei temperaturi (+8C, +20C si +38C) ale mediului inconjurator. Graficul preia cumulat datele din graficele anterioare.
Se observa ca efectul scaderii temperaturii asupra rezistentei la compresiune este mai
pronuntat in cazul cimenturilor cu adaos (de zgura in acest caz) decat asupra cimenturilor fara
adaos. Acelasi lucru se manifesta si asupra CPC/C in special a celor CEM II/B.
5.4. Caracteristicile agregatelor
Agregatele au o pondere de 75 ... 80% in masa betonului, constituind matricea de rezistenta
a acestuia. Agregatele minerale se considera ca sunt inerte in raport cu liantul insa, in realitate, la
interfata agregat piatra de ciment apar forte de legatura care pot fi rezultatul unei interactiuni
chimice actionand in sens benefic, pozitiv asupra matricei de rezistenta a betonului prin realizarea
de punti de legatura. Exceptie fac reactiile generic numite alcalii-agregat care au consecinte
negative asupra durabilitatii betonului. Pentru a putea fi utilizate in betoane agregatele trebuie sa
indeplineasca anumite conditii cuprinse in SR EN 12620, verificate la anumite intervale de timp.
Evolutia rezistentelor cimenturilor la diferite temperaturi, la o zi
0 10 20 30 40 50
+ 8C
+20C
+38C
Rezistenta la compresiune [MPa]
CEM I 52.5R 14,6 34,1 42,7
CEM I 42.5R 4 15,1 34,3
CEM I 32.5R 3,8 12,7 31,7
CEM III/A 42,5N 2 7,7 21,1
CEM III/A 32.5N 1,8 4,2 16,8
CEM III/B 32.5N 0,9 2,1 9,9
+ 8C +20C +38C
20
5.5. Umiditatea mediului ambiant, in care se face intarirea
Mentinerea unei umiditati cat mai ridicate pe timpul perioadei de intarire asigura conditiile de
desfasurare ale reactiilor de hidratare-hidroliza, specifice cimentului si pe de alta parte reduce riscul
aparitiei fisurilor de contractie plastica, in perioada intiala, cand matricea de piatra de ciment nu are
o rezistenta suficienta pentru preluarea eforturilor de intindere.
O durata indelungata de mentinere a umiditatii (tratarii) betonului are efecte benefice asupra
durabilitatii in cazul utilizarii cimenturilor cu adaosuri, in special in cazul utilizarii calcarului. Durata
de tratare trebuie sa fie cu atat mai mare cu cat cantitatea de adaos, substituient al clincherului,
este mai mare iar agresivitatea mediului inconjurator mai ridicata.
6. Concluzii
Rezistentele cimenturilor si betonului (nivelul acestora la anumite termene, mod de evolutie,
alte elemente specifice etc.) depind de o multitudine de factori, cei mai multi dintre acestia bine
controlati sub aspect teoretic si practic.
Nivelul rezistentelor la compresiune pe termen scurt, pentru cimenturi cu adaosuri, este mai
redus decat pentru cimentul CEM I la aceeasi finete de macinare. Evolutia pe termen lung a
rezistentelor la compresiune este favorabila cimenturilor cu adaosuri sub aspectul rezistentei la
compresiune (prin comparatie cu CEM I). Introducerea acestor cimenturi in piata trebuie facuta insa
pe baza unor studii bine fundamentate asupra durabilitatii, ancorate in realitatile specifice nationale
(asigurare disciplina tehnologica in statii si pe santiere) dublate de o activitate intensa de educare a
pietii.
7. Bibliografie:
1. Dan Paul GEORGESCU - Indrumtor de proiectare a durabilitii betonului n conformitate
cu anexa naional de aplicare a SR EN 206-clase de durabilitate
2. SR 13510:2006 Beton - Partea 1: Specificaie, performan, producie i conformitate. Anexa
naional de aplicare a SR EN 206-1
3. SR EN 197-1: 2002 Ciment Partea 1: Compoziie, specificaii i criterii de conformitate
ale cimenturilor uzuale
4. SR EN 12620:2003 Agregate pentru beton
5. CP 012/1:2007 - Cod de practic pentru executarea lucrrilor din beton, beton armat i
beton precomprimat. Partea 1: producerea betonului
6. Studii asupra durabilitatii cimenturilor cu adaos, INCERC Bucuresti
7. Nastasia SACA Implicatii ale CaCO3 in intarirea si proprietatile materialelor compozite pe
baza de liant mineral. Teza de doctorat. Cond Stiintific Prof. Dr. ing. Maria Georgescu, UPB
21
8. A. M. NEVILLE Proprietatile betonului, Editura Tehnica 2003
9. Ion IONESCU, Traian ISPAS Proprietatile si tehnologica betoanelor, Editura Tehnica,
1997
10. Materiale interne de informare Gorajdze Cement HeidelbergCement Group.
11. Materiale de informare ale HeidelbergCement Technology Center
12. Fotografii colectia Carpatcement HeidelbergCement Group
Pregatit pt Concursul Premiile Profesionale Carpatcement
Editia 2014-2015 R. Gavrilescu
Anexa 1: Rezistentele mecanice ale cimenturilor cu zgura (S)
Zgura granulata este rezultatul racirii foarte rapide sub jeturi (succesive) de apa a zgurii de
furnal (foto atasata).
Cerinta de baza a reactivitatii zgurii
este un procent cat mai ridicat de stare
vitroasa (sticloasa); conform SR EN 197-1
partea vitroasa trebuie sa depaseasca 66%
din masa. Activata prin macinare la finetea
cimentului si amestecata cu produsii de
reactie ai clincherului cu apa (alcalii, hidroxid
de calciu), zgura reactioneaza chimic si
formeaza compusi care ofera (ei insisi) rezistenta la compresiune.
Din punct de vedere chimic zgura granulata de furnal este alcatuita, ca orice produs
rezultat in urma arderii, din oxizi (CaO 61-69%, SiO2 30-42%, Al2O3 5-15%, MgO 4-15%, Fe2O3
22
incorporarea in ciment a prafului de electrofiltru, bogat in alcalii
optimizari in ceea ce priveste sulfatul de calciu (ghips)
Rezistenele mecanice ale cimenturilor cu zgur prezint o evoluie (oarecum) diferit n
comparaie cu cimentul Portland unitar in special pe termen scurt. Prezena zgurii influenteaza
rezistena mecanic a cimenturilor dup perioade scurte de la ntrire (priza), n msur cu att mai
accentuat, cu ct proporia de zgur din ciment este mai mare si reactivitatea acesteia este mai
slaba.
Pe termen lung, cnd participarea zgurii n procesele de hidratare devine mai important,
deosebirile de rezisten se atenueaz pn la dispariie cazuri in care un ciment cu zgura ofera
rezistente superioare unui Portland fiind frecvente, functie si de reactivitatea zgurii bineinteles.
Hidratarea zgurii continu cu vitez redus perioade ndelungate, astfel nct la termene
foarte mari (>180 de zile), rezistenele mecanice ale cimenturilor CEM II/A-S i CEM II/B-S, i, la
finei de mcinare mai avansate, chiar i ale celor de tip CEM III/A, devin (sau au potentialul sa
devina) superioare cimentului Portland unitar.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Rez
iste
nta
la
com
pre
siu
ne
[MP
a]
CEM I 42.5R 30,4 54,1 56 56,3 59,7 60,9 63,4
CEM III/A 32,5 N-NA 8,5 49,5 58,6 59,6 62,7 67,2 70,1
Rc 2zile Rc 7zileRc 28 zile
Rc 56 zile
Rc 90 zile
Rc 180 zile
Rc 365 zile
Fig. 13. Evolutia rezistentelor la compresiune pentru cimenturi Portland unitare si cu zgura. Pentru o zgura foarte reactiva evolutia este favorabila chiar pe termen scurt depasirii rezistentelor la compresiune ale cimenturilor Portland unitare (experiment Polonia) chiar daca este vorba despre o clasa de rezistenta inferioara.
O asemenea comportare este explicabil att prin caracteristicile compoziionale ale pietrei
de ciment, ct i prin caracteristicile de porozitate ale cimentului cu zgur ntrit (are loc o
densificare a structurii prin diminuarea diametrului mediu al porilor datorit deplasrii dimensiunii
porilor spre valori mai mici).
23
Anexa 2: Rezistentele mecanice ale cimenturilor cu adaos de cenusa (V, W)
Cenusa zburatoare este un sub-produs
obtinut in termocentrale prin depunerea electrostatic
sau mecanic a particulelor pulverulente coninute n
gazele de ardere de la focarele cazanelor alimentate
cu praf de crbune.
Cenusa rezultata in urma arderii carbunelui
este alcatuita din particule incombustibile, sferice,
avand o finete similara cimentului. In fotografia
atasata se observa particulele de cenusa marite
2000x la microscopul electronic.
Depinzand de tipul carbunelui ars, cenusile prezinta diferite comportamente si compozitii
chimice. Cenusile ce provin din carbuni bituminosi tip huila-antracit (cenusi silicioase de tip V) au
calitati puzzolanice iar cele provenite din carbuni sub-bituminosi si lignit (cenusi calcice de tip W)
pot avea in plus si proprietati hidraulice.
Din punct de vedere chimic cenusile sunt alcatuite din SiO2, Al2O3, Fe2O3 si CaO. Diferenta
dintre cenusile V si W este facuta, in principal, datorita continutului de CaO reactiv.
Cenusa tip V, in general, prezinta omogenitate din punct de vedere fizic si chimic prin
comparatie cu cenusa de tip W care are o anumita varietate sub aspectul performantelor si
compozitiei. La nivel international exista o diferenta importanta de experienta tehnica (in betoane) si
tehnologica (in fabricile de ciment) in utilizarea celor doua tipuri de cenusa (V si W) in sensul ca se
inregistreaza doar sporadic (local) experienta relevanta in utilizarea cenusilor calcice (W), de
exemplu Polonia si Bosnia & Hertegovina.
Cenua zburtoare silicioas (V) const n principal din dioxid de siliciu reactiv (SiO2) i
oxid de aluminiu (Al2O3). n rest conine oxid de fier (Fe2O3) i ali compui. Proporia de oxid de
calciu reactiv trebuie s fie mai mic de 10 % din mas iar coninutul de oxid de calciu liber,
determinat prin metoda descris n EN 451-1 trebuie s fie de maximum 1% din mas. Coninutul
de dioxid de siliciu reactiv nu trebuie s fie mai mic de 25% din mas.
Cenua zburtoare calcic (W) const n principal din oxid de calciu reactiv (CaO), dioxid
de siliciu reactiv (SiO2) i oxid de aluminiu (Al2O3). Restul conine oxid de fier (Fe2O3) i ali
compui. Proporia de oxid de calciu reactiv nu trebuie s fie mai mic de 10 % din mas. Cenua
zburtoare calcic, coninnd ntre 10 % i 15 % din mas oxid de calciu reactiv, trebuie s conin
minimum 25 % din mas dioxid de siliciu reactiv.
Cenua zburtoare calcic coninnd oxid de calciu reactiv mai mult de 15 % din mas,
mcinat corespunztor, trebuie s aib o rezisten la compresiune de minimum 10 MPa la 28 zile
atunci cnd se ncearc conform EN 196-1. nainte de ncercare cenua zburtoare trebuie s fie
24
mcinat i fineea sa exprimat ca proporie din masa cenuii rmas pe sita cu ochiuri de 40 m,
prin procedeul umed, trebuie s fie ntre 10 % i 30 %. Mortarul de ncercare trebuie s fie preparat
numai cu cenu zburtoare calcic n loc de ciment. Epruvetele de mortar trebuie s fie decofrate
la 48 h dup preparare i apoi pstrate n atmosfer umed cu umiditatea relativ de minimum 90
% pn la ncercare.
Cenusa influenteaza rezistentele la compresiune in doua moduri:
fizic, prin efectul de diluare (substituire) a clincherului cu un material mai putin reactiv
chimic, prin reactia puzzolanica
In prezenta produsilor de reactie ai clincherului cu apa, cenusa formeaza CSH (hidrosilicati
de calciu) si hidroxid de calciu. Aceasta faza (CSH) este predominant responsabila pentru cresterea
rezistentei la compresiune a cimentului.
La termene scurte, rezistenta la compresiune a cimenturilor cu cenusa este mai redusa
intrucat efectul fizic, de substituire a unei parti din clincher cu un material mai putin reactiv este
predominant. Pe masura scurgerii timpului efectul reactiei puzzolanice se face simtit, deseori insa
acesta nu ajunge sa aduca un aport suficient de rezistenta si un ciment cu cenusa va avea o
rezistenta la compresiune mai redusa decat un ciment Portland unitar, de finete de macinare
comparabila.
Eficienta utilizarii cenusii in ciment depinde de parametrii clincherului si ai acesteia precum si
de modul in care aceste doua materiale (clincher si cenusa) interactioneaza.
Cele mai importante aspecte pentru a optimiza performantele cimenturilor cu cenusa sunt:
granulometria de ansamblu a cimentului care influenteaza rezistentele la compresiune;
chimia sistemului o crestere a pH-ului solutiei din pori conduce la o accelerare a reactiilor de
disolutie a cenusii. Prin urmare optimizari ale compozitiei clincherului (in special cresterea
alcalinitatii sale) sunt utile.
Evolutia rezistenelor mecanice ale cimenturilor cu cenu de termocentral este similara cu
cea a cimenturilor cu zgura si este influenat n mod semnificativ de proporia de adaos i
reactivitatea hidraulic, n corelare cu caracteristicile clincherului Portland.
25
Fig. 14. Evolutia pe termen lung a rezistentelor la compresiune a betoanelor preparate cu cimenturi cu zgura si cu cenusa. Continut ciment = 400Kg/mc, aditiv superplastifiant, rapoarte A/C intre 0,36 si 0,39.
Anexa 3: Recomandari privind alegerea tipurilor de cimenturi funcie de temperatura la punerea n
oper a betonului
Anexa informativa L din CP 012-1:2007 face o serie de recomandari privind alegerea tipurilor de
cimenturi funcie de temperatura la punerea n oper a betonului.
Cimentul se alege avnd n vedere condiiile de execuie (lucrri executate n condiii normale,
lucrri executate pe timp friguros, clduros, turnri n elemente masive).
Tabelul urmator prezint anumite caracteristici ale unor cimenturi, fabricate n conformitate cu SR
EN 197-1 i standarde naionale, cu indicarea unor aptitudini de utilizare i a unor domenii n care
utilizarea este contraindicat.
Evolutia Rc compresiune pe beton [MPa]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Rc
[MP
a]
CEM II/A-S 32.5R 38,29 44,44 48,73 53,92 61,92 62,96
CEM II/B-S 32.5R 31,78 47,85 53,63 60,17 60,22 0
CEM II/A-S 32.5R 40,89 52,44 56,08 57,85 61,78 0
CEM II/B-S 32.5R 30,22 42,51 52,37 53,62 60,59 65,44
CEM II/A-V 32.5R 43,41 50,29 53,77 53,85 66,63 67,26
Rc 7zile Rc 28 zile Rc 90 zile Rc 180 zile Rc la 1 an Rc la 2 ani
26
Tabelul 5. Caracteristici ale unor tipuri de cimenturi sub aspectul posibilitatii de utilizare la temperaturi scazute si in betoane masive
Tip ciment Sensibilitatea la frig Degajare de cldur
Utilizare* Preferenial Contraindicaii
Observaii particulare
CEM I 52,5R
Insensibil
Ridicat
Structuri monolite si prefabricate Betonare pe timp friguros
Betoane masive**, mortare, ape
Destinat n special structurilor prefabricate; Pe timp clduros trebuie luate masuri speciale
CEM I 42,5 R
I A 52,5c Elemente prefabricate Betoane masive**
Destinat n special structurilor prefabricate;
SR I
Redus
Betoane rezistente la sulfai
-
CD 40 Betoane de drumuri CEM II AS 32,5 N sau R
Puin sensibil
Beton, beton armat CEM II AS
42,5 N sau R
Medie
H II A S
Redus
Betoane masive
CEM II B 32,5 N sau R
Sensibil Beton, beton armat -
Necesit o tratare prelungit
CEM II B 42,5N sau R
CEM III A 32,5R
Foarte sensibil
Beton, beton armat Betonare pe timp clduros.
Betonare pe timp friguros
* Se vor vedea exigentele CP 012/1:2007 privind clasa betonului, A/C max etc. ** La turnarea elementelor masive (avnd grosimea egal sau mai mare cu 80 cm) se recomand utilizarea cimenturilor cu degajare redus de cldur.
Pentru turnare pe timp friguros (< + 5 0C) recomandarile CP 012/1:2007 sunt urmatoarele in ceea ce priveste clasa cimentului (extras):
Clasa de rezisten
CEM I CEM II A CEM II B CEM III A
32,5 N sau R - Recomandabil
Puin recomandabil 42,5 N sau R Foarte
recomandabil Recomandabil -
52,5 N sau R - - -
Pentru turnare pe timp calduros (> + 25 0C) recomandarile CP 012/1:2007 sunt urmatoarele in ceea ce priveste clasa cimentului (extras):
Clasa de rezisten
CEM I CEM II A CEM II B CEM III A
32,5 N sau R - Recomandabil
Foarte recomandabil
42,5 N sau R Puin recomandabil
Recomandabil -
52,5 N sau R - -
27
Anexa 4: Durata minima de tratare a betonului
Mentinerea unei umiditati cat mai ridicate pe timpul perioadei de intarire asigura conditiile de
desfasurare ale reactiilor de hidratare-hidroliza (ale clincherului si adaosurilor) care conduc la
intarire si pe de alta parte reduce riscul aparitiei fisurilor de contractie plastica in perioada intiala
cand piatra de ciment nu are rezistenta suficienta pentru preluarea eforturilor de intindere din
contractie.
O durata de mentinere a umiditatii (tratarii) betonului lunga are efectele benefice asupra
durabilitatii, in special in cazul utilizarii cimenturilor cu adaosuri. Durata de tratare trebuie sa fie cu
atat mai mare cu cat cantitatea de adaos, substituient al clincherului, este mai mare.
Anexa M (informativa si neaplicabila prefabricatelor) din CP 012/1:2007 prezinta durata
minima de tratare a betonului (in zile) functie de temperatura suprafetei betonului si raportul dintre
rezistentele la 2 si 28 de zile care ofera informatii privind viteza de evolutie a rezistentelor. Se
mentioneaza faptul ca durata tratrii betonului funcie de tipul de ciment utilizat la prepararea
acestuia este specificat n reglementri specifice de execuie.
Tabelul 6. Durata minima (zile) de tratare a betonului pentru toate clasele de expunere, mai putin X0 si XC1 Evoluia rezistenei
betonului Rapid Medie Lent
Foarte
lent
r = fcm2/fcm28 (1) r 0,50 0,30 r < 0,50 0,15 r < 0,30 r < 0,15
Temperatura suprafeei betonului t n oC Durata minim de tratare n zile
(2)
t 25 1 2 2 3 25 > t 15 1 2 4 5
15 > t 10 2 4 7 10
10 > t 5 (3) 3 6 10 15 1) Este permis interpolarea liniar a valorilor lui r. 2) Se va extinde cu o durat echivalent n cazul n care lucrabilitatea este meninut mai mult de 5 h. 3) n cazul n care temperatura este sub 5 0C tratarea trebuie prelungit cu durata n care temperatura indic mai puin de 5oC.
Evolutia rezistentei betonului depinde de evolutia rezistentei cimentului (tip ciment si clasa
de rezistenta), atat timp cat nu intervine adaugarea de adaosuri direct in beton.
Evaluari simple ale rapoartelor rezistentelor la compresiune ale cimentului pe valorile
declarate de producator in Declaratia de Conformitate CE sau pe valori obtinute in laboratorul statiei
ofera informatii preliminarii asupra duratei minime de tratare.
Durata minima de tratare se stabileste pe baza rapoartelor rezistentelor produsului final
(betonul) insa oricare informatie preliminara, in special in cazul obiectivelor de investitii importante,
este utila pentru diferite organizari de santier.
1
CAIET STUDENTESC 3
Probleme generale
referitoare la durabilitatea betoanelor
(material de informare) Prezentul material reprezinta o sumara sinteza din diverse surse bibliografice, destinata a fi utilizata in cadrul concursului studentesc PREMIILE PROFESIONALE CARPATCEMENT, editia 2014-2015. R. Gavrilescu
2
1. Introducere
2. Durabilitatea
3. Serviceabilitatea
4. Reliabilitatea
5. Stari limita
6. Durata de serviciu
7. Specificitatea executarii lucrarilor de beton in corelatie cu durabilitatea, reliabilitatea si
serviceabilitatea
8. Clase de expunere la actiunea mediului inconjurator
9. Bibliografie
3
1. Introducere
Betonul corect proiectat compozitional sub aspectul durabilitatii, pus in opera si intretinut in
mod corespunzator, prin caracteristicile sale fizico-mecanice si chimice, prin costul redus al
materialelor componente precum si prin modul favorabil, specific, in care raspunde agresiunilor la
care este supus pe durata de serviciu, reprezinta cea mai avantajoasa solutie tehnico-economica
pentru multe aplicatii din domeniul constructiilor. Aparitia unor degradari structurale la scurt timp de
la punerea in serviciu a structurilor asociata cu costurile mari ce le genereaza refacerile/reparatiile
au catalizat aparitia, incepand cu anii `50, a unui nou domeniu de preocupari: durabilitatea
(betonului) si a unei noi discipine patologia betonului.
Durabilitatea unei structuri din beton nu poate fi disociata de notiunea de durata de
serviciu, aceasta reprezentand perioada de timp care incepe imediat dupa construire si in care
cerintele relevante sub aspectul durabilitatii nu depasesc anumite limite prestabilite in conditiile unei
intretineri curente si necostisitoare. In speta, durata de serviciu reprezinta o cuantificare in unitati de
timp a durabilitatii, ca si proprietate a betonului.
In tara noastra, un volum important din fondul construit inainte de anii `60 a implinit deja o
varsta semnificativa sub aspectul durabilitatii betonului, in cele mai multe situatii constructiile
prezentand o stare avansata de degradare1 afectate fiind in special de fenomene de inghet-dezghet
in stare saturata, de atacul ionilor de clor din diverse surse precum si de agresiuni chimice -
industriale sau naturale. Pe de alta parte trebuie mentionat si faptul ca sunt categorii de constructii -
de exemplu anumite constructii civile exploatate in mediu urban care se prezinta inca bine sub
aspectul durabilitatii, fiind in mod evident depasit
