UNIVERSITATEA „POLITEHNICA „ DIN TIMIŞOARA

PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator:

Student:

-2003-

Proiect de diplomă

Tema proiectului de diplomă

CAP.1. Influenţa concentraţiei de aditiv plastifiant şi fluidifiant asupra proprietăţilor în stare proaspătă şi întărită ale unor reţete de beton de clasa C 35/45.

CAP.2. Proiectarea unui flux tehnologic pentru obţinerea cimentului portland

CAP.3. Proiectarea unui cuptor rotativ de ciment cu precalcinator cu capacitate de 3000 t/zi clincher

2

Proiect de diplomă

CAPITOLUL 1

INFLUENŢA CONCENTRAŢIEI DE ADITIV PLASTIFIANT ŞI FLUIDIFIANT ASUPRA PROPRIETĂŢILOR ÎN STARE

PROASPĂTĂ ŞI ÎNTĂRITĂ ALE UNOR REŢETE DE BETON DE CLASA C 35/45

3

Proiect de diplomă

1.1. DEFINIŢII. CLASIFICAREA BETOANELOR

Betonul este un conglomerat artificial obţinut prin întărirea unui amestec de liant, agregat şi apă.

Betoanele au fost cunoscute încă din antichitate. Gradul de utilizare a acestora a fost şi este condiţionat de dezvoltarea tehnologiei de fabricare a lianţilor. Descoperirea cimentului portland a determinat o dezvoltare rapidă a tehnologiei betonului precum şi lărgirea ariei de utilizare a acestuia. Apariţia betonului armat a determinat în măsură şi mai mare generalizarea utilizării practice a betonului.

În general o piesă de beton trebuie să fie durabilă, adică:- să aibă rezistenţe mecanice corespunzătoare solicitărilor la care ea va fi supusă;- să fie stabilă în timp, fără a suferi modificări sau degradări sub acţiunea factorilor fizico-chimici cu care va veni în contact.

Prin lărgirea considerabilă a ariei de utilizare a betoanelor, exploatate în condiţii extrem de diferite, a apărut necesitatea asigurării rezistenţei acestora la o multitudine de factori şi odată cu acestea, diversificarea tipurilor de betoane.

Gama foarte largă de betoane utilizate astăzi în practică a necesitat clasificarea acestora.

Pentru o clasificare judicioasă a betoanelor trebuie să se ţină seamă de factorii sau factorul, care prin natura sa determină în cea mai mare măsură comportarea betonului în anumite condiţii sau la anumite tipuri de solicitări mecanice sau chimice.

Principalele criterii după care se face clasificarea betoanelor sunt următoarele:- Materialele componente- Proprietăţile betonului- Modul de prelucrare- Domeniul de utilizare

a) Clasificarea după materialele componente:În acest caz, clasificarea se face ţinând cont de: natura liantului, mărimea

agregatului, natura agregatului şi armare. Deci:După natura liantului, betoanele se clasifică în aceleaşi categorii ca şi lianţii din care sunt preparate. Această clasificare este importantă pentru stabilirea domeniului de utilizare a betoanelor După mărimea agregatelor, betoanele pot fi:- ciclopiene, dacă agregatele întrebuinţate sunt mai mari de 70mm;- obişnuite, dimensiunile între 70-15mm;- fine, dimensiunile maxime 10mm;După natura agregatelor se deosebesc betoane cu piatră spartă, betoane cu zgură expandată, cu steril, etc.;După armare se delimitează două categorii de betoane:- betoane simple, care nu conţin nici un fel de armături;- betoane armate care, la rândul lor, pot fi betoane cu armătură rigidă sau elastică. O categorie intermediară o formează betoanele cu armături de siguranţă, a căror armătură nu se ia în considerare la calcule.

b) Clasificarea după proprietăţi:În acest caz se iau în considerare atât proprietăţile betoanelor în stare

4

Proiect de diplomă

proaspătă cât şi după întărire. Astfel:După consistenţă se disting betoane:- vârtoase;- plastice;- fluide;După greutatea specifică aparentă, se disting următoarele categorii de betoane:- foarte grele, cu greutatea specifică peste 2500 kg/m3,- grele, cu greutatea specifică între 2201-2500 kg/m3,- mijlocii, cu greutatea specifică între 1701-2200 kg/m3,- uşoare, cu greutatea specifică între 1001-1700 kg/m3,- foarte uşoare, cu greutatea specifică sub 1000 kg/m3;O serie de proprietăţi ale betonului sunt susceptibile de clasificare după mărci.

Prin marcă se înţelege, de obicei, valoarea minimă pentru o anumite proprietate, determinată în condiţii experimentale bine stabilite. Marca se notează cu o literă caracteristică proprietăţii pe care o reprezintă, urmată de un număr indicând valoarea minimă respectivă. Cea mai importantă marcă este cea la compresiune şi în cazul betoanelor se notează cu litera C.

Ea reprezintă valoarea din scara de mărci standardizate imediat inferioară rezistenţei la compresiune a betonului, determinată pe cuburi cu latura de 15cm după 28 zile de întărire mixtă. Scara standardizată la noi în ţară este următoarea: C 5/4; C10/8; C15/12; C20/16; C25/12; C30/25; C37/30; C45/35; C50/40; C55/45; C60/50; C70/60; C80/70; C85/70.Rezistenţa la întindere din încovoiere este caracterizată prin valoarea rezistenţei de rupere, determinată pe prisme de 10X10X55cm după 28 zile de întărire după regim mixt.Marca de impermeabilitate, notată cu litera P, se caracterizează prin presiunea de pătrundere a apei la care trebuie să reziste epruvetele de beton în condiţii de încercare standardizate. Marca de gelivitate, se notează cu litera G, care se caracterizează prin numărul de cicluri de îngheţ-dezgheţ la care trebuie să reziste epruvetele. În funcţie de rezistenţa la medii agresive se deosebesc:- betoane rezistente la acţiunea temperaturii înalte;- betoane rezistente la acţiuni chimice (sulfaţi, antiacide, etc.)După structură avem:- betoane compacte (obişnuite);- betoane cu aer oclus (închis);- betoane cavernoase;- betoane microporoase şi celulare.

c) Clasificarea după modul de prelucrareDupă modul de prelucrare se pot clasifica după următoarele criterii:

După modul de preparare pot fi:- betoane preparate obişnuit (manual, betoniere);- betoane activate, prelucrate prin prepararea separată a cimentului sau prin prepararea componenţilor la colergang;După modul de compactare pot fi:- betoane turnate;

5

Proiect de diplomă

- betoane bătute cu maiul;- betoane vibrate, vacuumate, centrifugate şi presate;După modul de tratare termică pot fi:- betoane aburite;- betoane autoclavizate.

d) Clasificarea după domeniul de utilizareÎn acest caz avem:

- beton obişnuit (pentru construcţii, beton armat, poduri, etc.);- beton hidrotermic (baraje);- beton pentru construcţii impermeabile şi canalizare;- beton pentru zidăria clădirilor;- beton termoizolant (foarte uşor, celular);- beton pentru pardoseli;- beton pentru construcţii speciale (antiacid, rezistent la foc).

1.2. AGREGATE

1.2.1. Definiţie. Clasificare

Agregatele se definesc, în general, ca material care, în mod practic, sunt inerte în raport cu sistemul liant, provin din roci naturale sau materiale artificiale şi care – în anumite condiţii compoziţionale, de granulozitate şi dozaj – se folosesc la prepararea betoanelor, mortarelor sau a maselor speciale. În cazul unor mase speciale, cum sunt masele refractare cu lianţi fosfatici, agregatul poate juca, în acelaşi timp şi rolul de constituent solid al sistemului liant.

După granulozitate agregatele se împart în : nisip 0...7 mm, pietriş mic 7...16 mm, pietriş mijlociu 16...30 mm, pietriş mare 30...70 mm şi bolovani peste 70mm. Agregatele se pot folosi nesortate sau sortate în sorturi granulare. Un sort granular cuprinde două sau mai multe sorturi elementare, prin sort elementar înţelegându-se fracţiunea cuprinsă între două site sau ciururi consecutive. Agregatul alcătuit din unul sau mai multe sorturi granulare în proporţii stabilite pentru a fi folosit la prepararea maselor, mortarelor sau betoanelor, se numeşte agregat total. Agregatul total poate fi cu granulaţie continuă sau discontinuă.

După densitate, agregatele pot fi grele (compacte) sau uşoare. Aceste două categorii de agregate, ca urmare a caracteristicilor şi utilizării lor deosebite se vor trata separat; o atenţie particulară se va acorda agregatelor folosite în betoane cu destinaţie specială, care datorită acestui fapt trebuie să răspundă unor cerinţe stricte, dictate tocmai de destinaţia betoanelor.

Agregatele naturale grele sunt definite prin greutate volumică a granulelor componente mai mare de 18000 N/m3

şi greutate volumică în vrac în stare afânată şide umiditate naturală, mai mare de 12000 N/m3.

Agregatele naturale grele pentru betoane şi mortare obişnuite pot proveni prin sfărâmarea naturală sau artificială a rocilor; după provenienţă ele se clasifică conform tabelului 1.

Pentru prepararea betoanelor şi mortarelor obişnuite pot fi folosite şi agregate obişnuite artificiale, cum ar fi , de pildă, spărturile de cărămizi de construcţii, ţigle,

6

Proiect de diplomă

coame, olane şi alte produse ceramice neglazurate. În acest caz, greutatea volumică în vrac, minimă admisă, este de 7000N/m3.

TABELUL: 1.2.1.

Provenienţa Mod de obţinere Denumire convenţională

De carierăÎn stare naturală

Nisip de carierăPietriş de carierăBalast(amestec de nisip şi pietriş)Bolovani

Prin concasareNisip de concasarePiatră spartăPiatră sparte mare

De râu şi de prundişuri

În stare naturalăNisip de râu sau de prundPietriş de râu sau de prundBalast de râu sau prundBolovani

Prin concasare Nisip de concasarePiatră spartă

De lacuri, de mare şi de dune

În stare naturalăNisip de lacuriNisip de mare Nisip de dune

1.2.2. Condiţii de puritate. stabilitatea chimică a agregatelor în raport cu cimentul

Pentru a putea fi folosite în mortare şi betoane, agregatele trebuie să răspundă unor condiţii de puritate. Sunt interzise resturile animale sau vegetale, păcura, uleiurile. Acoperirile aderente care ar putea izola agregatul de piatră de ciment. Sunt admise în proporţii limitate substanţele humice, cărbunii, mica, pirita, substanţele levigabile, sulfaţii şi sulfurile.

Argila este foarte dăunătoare când înconjură sub formă de peliculă granulele de agregat; ea împiedică astfel adeziunea liant-agregat. De asemenea, nu sunt admise bucăţi de argilă mai mari de 0,5 cm3. Prezenţa argilei într-o proporţie mai mare determină o sensibilitate a mortarelor sau betoanelor la îngheţ-dezgheţ, o încetinire a uscării lor etc.

Determinarea argilei se face, de obicei, prin spălare cu apă; pierderea de greutate provocată de spălare, raportată la agregatul iniţial, poartă de parte levigabilă. Prin această metodă se îndepărtează însă, odată cu argila, şi substanţele solubile, precum şi o parte din nisipul fin sau din celelalte impurităţi. O metodă mai exactă se bazează pa sedimentarea suspensiei din partea levigabilă; timpul de sedimentare este corespunzător celui necesar ca particulele mai mari de 5μm să străbată un volum de 100 cm3 dintr-un cilindru gradat de 1 l. Nici această metodă nu este riguroasă; odată cu argila, în substanţele rămase în suspensie se include o parte din sărurile solubilizate.

Substanţele humice au un caracter acid; ele influenţează negativ rezistenţa mortarelor şi betoanelor atât pentru că formează pelicule izolatoare în jurul granulelor de agregat, cât şi pentru că reacţionează cu cimentul. Conţinutul în substanţe humice

7

Proiect de diplomă

se apreciază doar calitativ, după culoarea unei soluţii de hidroxid de sodiu 3%, cu care se tratează agregatul.

Resturile de cărbuni existente în agregate conduc la apariţia unor degradări în mortare şi betoane, în special când cărbunii sunt tineri şi conţin sulf. Prin oxidarea sulfului la sulfaţi, precum şi datorită proceselor evolutive ale cărbunilor în contact cu aerul, se pot produce tensiuni interne, infoliere şi chiar pulverizări. Conţinutul în cărbune se determină relativ simplu, introducând o cantitate de agregat într-o soluţie saturată de clorură de zinc sau de clorură de calciu, care au greutate specifică mai mare decât cărbunele şi mai mică decât nisipul.

Mica împiedică buna compactitate a mortarului şi betonului creează suprafeţe de minimă coeziune. Determinarea conţinutului de mică se face prin folosirea unui curent ascendent de apă care barbotează, într-un balon Wűrtz, o suspensie de agregat; viteza curentului de apă se reglează astfel încât să nu antreneze decât mica; lamelele de mică sunt reţinute pe o sită montată pe tubul de evacuare a apei.

Sărurile solubile pot de eflorescenţe sau deteriorări ale mortarului sau betonului . Ele se determină filtrând suspensia de agregat macerată 2...4 ore pe baia de apă. Filtratul conţine evident sărurile solubile care le-a conţinut agregatul.

Pirita produce defecte de estetică.În general, pentru impurităţile considerate sunt stabilite limite admisibile

prezentate în tabelul 2Agregatele folosite în betoane şi mortare obişnuite sunt definite – aşa cum s-a

mai arătat – ca materialele inerte în raport cu sistemul ciment-apă. Cu toate acestea, în timp îndelungat, mai ales fracţiunea fină, caracterizată printr-o suprafaţă specifică mare, reacţionează superficial cu produşii de hidratre-hidroliză ai cimentului; reacţii chimice lente au loc şi la suprafaţa agregatului grosier. Interacţiunile de acest gen, care conduc la formarea unor hidrocompuşi rezistenţi, pot avea drept efect o adeziune crescută agregat-piatră de ciment şi o creştere a rezistenţelor mecanice ale mortarului sau betonului. În condiţiile unei viteze mici de interacţiune agregat-produşi de hidratare ai cimentului nu se vorbi de agregate reactive.

TABELUL 1.2.2. Limitele

8

Proiect de diplomă

Denumirea Impurităţii

maxime admisibile pentru agregate cu dmax

≤7 mm >7 mm

Observaţii

Corpuri străine:- resturi animale sau vegetale (bucăţi de lemn,frunze);- păcură, uleiuri.

Nu se Nu se admit admit

-

Pelicule de argilă sau alt material aderent la agregate, care ar putea să le izoleze de liant.

Nu se Nu se admit admit

-

Mică, % 1 - Se admite un conţinut de max. 3% în cazul agregatelor utilizate în betoanele hidrotehnice, pentru zone care nu sunt supuse la îngheţ-dezgheţ.

Cărbune, % 0,5 - -Humus ( culoarea soluţiei De hidroxid de sodiu)

Galbenă - Se admite şi o coloraţie mai închisă în condiţii speciale.

Argila în bucăţi :- mai mare sau egale cu 0,5 cm3 ;- mai mici de 0,5 cm3, %

Nu se Nu seadmit admit 1 -

Se admite un conţinut de 1,5% în cazul agregatelor utilizate în betoane pentru construcţii hidrotehnice în zonele care sunt supuse la îngheţ-dezgheţ.

Părţi levigabile, % ( limitelenu se referă la nisipul rezultatdin concasarea rocilor calcaroase ).

3 1

În cazul agregatelor utilizate în betoane hidrotehnice în zonele supuse la îngheţ-dezgheţ se admite un conţinut max. de 2% pentru nisip şi de 0,5 pentru pietriş.

Sulfaţi sau sulfuri :- granule mai mari de 0,5 cm3 - granule mai mari de 0,5 cm3 (exprimat în SO3 ), petru media determinărilor , %

Nu se Nu se admit admit

1 -

Reparaţia acestor impurităţi trebuie să fie uniformă.

La nici una din determinări nu trebuie să se depăşească 1,5% SO3.

Săruri solubile, % 1,2 - Se determină numai la cerere, cu caracter informativ.

Agregate reactive sunt acelea care conţin minerale cu caracter acid şi care, în prezenţa alcaliilor din ciment, trecute în soluţie la amestecarea cu apa, interacţionează chimic şi conduc la distrugerea mortarului sau betonului. Astfel de minerale sunt

9

Proiect de diplomă

opalul, calcedonia, tridimitul, cristobalitul, riolitul, andezitul etc.; reactivitatea agregatului de acest tip – determină prin măsurarea umflării epruvetelor din mortar de ciment, care conţine peste 1% oxizi alcalini, păstrate în mediul umed . Pentru a evita distrugerea betoanelor, agregatele folosite trebuie în mod necesar să nu conţină minerale cu reactivitate alcalină peste o anumită limită critică. Această limită critică este 3-5 % pentru opal, iar pentru minerale mai puţin active, de regulă, până la 10-20 % şi chiar mai mult. În cazul materialelor foarte reactive, umflarea maximă prezintă tendinţa de creştere cu creşterea dimensiunilor granulelor agregatului; în cazul materialelor mai puţin active se observă un fenomen contrar.

1.2.3. Proprietăţile fizice ale agregatelor

Rezistenţa mecanică a agregatelor trebuie să fie suficient de mare pentru ca să asigure marca betonului. Dacă agregatul provine din concasarea unei roci, rezistenţa la compresiune determinată pe cuburi sau cilindri din roca respectivă, în stare umedă, trebuie să fie de min. 1,5 ori marca betonului.

În cazul agregatului grele neconcasate, rezistenţa mecanică este apreciată prin rezistenţa la strivire. O cantitate de material granular cu diametrul mai mare de 40 mm se usucă şi se cântăreşte (G1), apoi se introduce într-o piuliţă de oţel şi se supune comprimării sub o forţă normalizată; se cerne materialul prin ciurul de 10 mm şi se cântăreşte (G2). Determinarea se face şi cu agregatul în stare saturată în apă. Rezistenţa la strivire se determină din relaţia :

Rc=

Valoarea minimă pentru Rc se fixează prin norme ( standarde ) funcţie de marca betonului.

Dintre proprietăţile termice ale agregatelor grele folosite în betoane şi mortare obişnuite, conductivitatea termică şi căldura specifică au valori care oscilează în limite relativ strânse; ca urmare, ele nu joacă, în acest caz, un rol deosebit. Dilatarea termică în schimb are valori foarte diferite, astfel încât diferenţele care se stabilesc între dilatarea termică a agregatelor şi cea a pietrei de ciment pot fi la rândul lor diferite. Există discordanţe în ceea ce priveşte influenţa acestei diferenţe de dilatare termică asupra stabilităţii betonului.

Pentru nisipuri variaţia volumului lor în vrac în funcţie de conţinutul în umiditate are o mare importanţă. Acest fenomen poartă numele de înfoiere. Înfoierea este nesemnificativă în cazul pietrişului.

Conţinutul de apă, corespunzător minimului de greutate volumică, este cu atât mai mare cu cât nisipul este mai bogat în părţi fine. Existenţa minimului se explică prin aceea că, iniţial, granulele de nisip uscat, care se reazâmă una pe alta, se vor îndepărta ca urmare a formării unor pelicule de apă puternic aderente la suprafaţa lor; existenţa acestor pelicule va împiedica tasarea nisipului. Ulterior, odată cu creşterea umidităţii, întrucât adeziunea straturilor de apă va scădea ( fiind prea îndepărtate de suprafaţa granulelor), apa va acţiona ca lubrifiant, permiţând granulelor să alunece între ele, stratul de nisip compactizându-se. Determinarea înfoierii nisipului prezintă atât importanţă tehnică cât şi economică. Neluarea sa în consideraţie la alcătuirea mortarelor sau betoanelor conduce la realizarea unor dozaje mai grase, ceea ce are

10

Proiect de diplomă

drept consecinţă contracţii la uscare mai mari (inconvenient tehnic) şi o risipă de liant (inconvenient economic).

Agregatele trebuie să asigure o bună comportare la gelivitate a betoanelor. Supuse la o încercare directă de îngheţ - dezgheţ (15 cicluri) sau încercate cu soluţie de sulfat de sodiu (15 cicluri de tratare cu soluţie şi uscare în etuvă), trebuie să prezinte un rest pe ciur de cel puţin 90% din masa iniţială a granulelor. Nu există o evidentă corelaţie între durabilitatea betonului, capacitatea de sorbţie a apei respectiv porozitatea aparentă a agregatelor. Cu toate acestea în mod obişnuit, pentru betoanele simple, porozitatea aparentă (pentru agregatele cu diametru mai mare de 7 mm) se limitează la cel mult 10%, pentru betoane de permeabilitate scăzută ea fiind admisă până la maximum 3%.

De esenţială importanţă pentru proprietăţile betonului sunt caracteristicile de formă, de suprafaţă şi de granulozitate.

Forma granulelor modifică fracţia de goluri (ε) şi suprafaţa specifică a agregatului (σ) şi, prin acestea, influenţează compactitatea şi lucrabilitatea betonului. Mărimile σ şi є cresc în cazul unor granule aşchioase alungite, de formă neregulată, în comparaţie cu agregatul constituit din granule de formă regulată. În aceste condiţii, lucrabilitatea betonului este înrăutăţită, compactitatea sa este mai mică, betonul capătă o structură stratificată din cauza tendinţei granulelor aşchioase de a se aşeza, la compactizare, perpendicular pe direcţia de îndesare.

Aprecierea formei granulei se face prin determinarea raporturilor b/a şi c/a, în care a este lungimea, b- lăţimea şi c – grosimea granulelor. Forma granulelor este considerată bună când b/a ≥ 0,66 şi c/a ≥ 0,33 şi se consideră când b/a ≥ 0,40 şi c/a ≥ 0,25.

Forma granulei poate fi apreciată mai corect prin determinarea coeficientului Cc; aceste este definit prin raportul dintre volumul granulelor şi suma volumelor sferelor circumscrise granulelor având diametrul maxim al fracţiunii elementare:

în care : V este volumul real al granulelor; dm – diametrul maxim al granulei, corespunzător unei fracţiuni elementare. Agregatul este indicat pentru betoane de bună calitate când Cv ≥ 0,2.

Natura suprafeţei agregatului influenţează în măsură importantă aderenţa la agregat a pietrei de ciment. Este evident că o suprafaţă rugoasă determină o aderenţă mai bună şi deci obţinerea unor rezultate de rezistenţă mai bune. Folosirea agregatului concasat în locul balastului de râu ar prezenta, din acest punct de vedere, un evident interes; simultan însă trebuie să se ia în consideraţie şi forma granulelor agregatului concasat, care este cu atât mai neregulată cu cât granulele sunt mai mici; de aceea se obţin rezultate bune dacă în balast, partea grosieră este înlocuită cu pietriş obţinut prin concasare.

Granulozitatea agregatului se află în raport de directă influenţare a compactităţii betonului, cu toate consecinţele pe care acest fapt le are asupra proprietăţilor betonului întărit.

Granulozitatea sau compoziţia granulometrică este repartiţia procentuală a diferitelor sorturi elementare.

11

Proiect de diplomă

Pentru mortare ca şi pentru betoane compacte, proporţia sorturilor granulare trebuie să asigure un volum minim de goluri între granule de agregat astfel încât, în condiţii de compactare date, cu un consum minim de ciment să se obţină o compactitate cât mai ridicată a betoanelor.

Repartiţia procentuală a diferitelor sorturi elementare se exprimă sub forma curbelor de granulozitate. Aprecierea granulozităţii agregatului se face prin comparaţie cu curbe standard.

Pentru nisip există trei curbe de granulozitate A, B şi C între care sunt cuprinse domeniile de agregat bun utilizabil.

Dimensiunea maximă a agregatului este limitată de cea mai mică dimensiune a piesei din beton simplu şi de cea mai mică distanţă dintre armături în cazul betonului armat. Se stabilesc din acest punct de vedere următoarele reguli:- pentru betonul simplu, cea mai mare granulă de agregat trebuie să fie mai mică decât ¼ din cea mai mică dimensiune a piesei de beton;- pentru betonul armat, cea mai mare granulă de agregat se impune să fie cu 5 mm mai mică decât cea mai mică distanţă dintre armături; dacă betonul armat este supus la coroziune, cea mai mare dimensiune de agregat se limitează la maximum ½ di grosimea stratului de beton care acoperă armătura către exterior.

La confecţionarea betoanelor, în afara agregatelor de granulozitate continuă, se folosesc şi agregate cu granulozitate discontinuă. În acest ultim caz, lipsesc una sau mai multe sorturi elementare. Alcătuirea agregatelor cu granulozitate discontinuă se realizează astfel încât un sort elementar inferior să ocupe golurile sortului elementar imediat superior; ca urmare dimensiunea maximă a granulelor din sortul imediat superior. Granulozităţile discontinui necesită o sortare mai riguroasă şi dau betoane mai puţin lucrabile, de aceea ele se folosesc mai rar; ele prezintă, de exemplu, avantaje atunci când se folosesc în betoane pentru lucrări masive: dau rezistenţe mecanice mai mari cu un consum redus de ciment, contracţie mică la uscare şi căldură de hidratare mai redusă.

1.3.CIMENT

1.3.1. Tipuri de ciment. Clase şi cerinţe

Cimenturile vor satisface cerinţele din standardele naţionale de produs sau din standardele profesionale.

Cimenturile uzuale se clasifică după cum urmează:- ciment Portland ( tip I )- ciment Portland compozit ( tip II )- ciment de furnal ( tip III )- ciment puzzolanic ( tip IV ) - ciment compozit ( tip V )

Denumirea cimentului este dată de nucleul acestuia. Nucleul cimentului este denumirea dată amestecului de clincher Portland cu alte

componente principale în proporţie de 95 - 100% şi cu componente minore în proporţie de 0 - 5%, exclusiv sulfatul de calciu şi aditivii.

12

Proiect de diplomă

Componentele principale care intră în compoziţia nucleului de ciment sunt clincherul Portland, zgura granulată de furnal, puzzolane naturale şi industriale, cenuşă de termocentrală, şisturi calcinate, calcare, praf de silice, filere.

Fiecare tip de ciment cu adaosuri se produce în mai multe variante de compoziţie, care se diferenţiază prin procentele de clincher şi celelalte componente principale. Aceste procente, de regulă, pot fi:80 – 94% clincher şi 6 -20% alte componente principale;65 – 79% clincher şi 21 – 35% alte componente principale.

Funcţie de rezistenţa standard, se pot defini trei clase de rezistenţă pentru cimenturi: 32,5; 42,5 şi 52,5. Funcţia de rezistenţa iniţială pentru fiecare clasă cu rezistenţă standard sunt definite: o clasă cu rezistenţa iniţială normală şi o clasă cu rezistenţa iniţială mare ( simbolizată R ).

Clasa de rezistenţă este definită prin rezistenţa standard la 28 de zile.Cerinţele pentru clasa de rezistenţă sunt prezentate în:

TABELUL 1.3.1.

CLASA Rezistenţa la copresiune N/mm2

Rezistenţa iniţială Rezistenţa standard la 28 zile 2 zile 7 zile

32,5 - ≥ 16 ≥ 32,5 ≤ 52,5 32,5R ≥ 10 - 42,5 ≥ 10 - ≥ 42,5 ≤ 62,5 42,5R ≥ 20 - 52,5 ≥ 20 - ≥ 52,5 52,5R ≥ 30 -

Cerinţele fizice ale cimenturilor uzuale sunt prezentate în:

TABELUL 1.3.2. CLASA DE REZISTENŢĂ

TIMPUL INIŢIALDE PRIZĂ (min)

STABILITATE (mm)

32,5 32,5R 42,5 42,5R

≥ 60

≤ 10

52,5 52,5R

≥ 45 ≤ 10

13

Proiect de diplomă

Cerinţele chimice pentru cimenturile uzuale sunt prezentate în:

TABELUL 1.3.3.CARACTERISTICĂ TIP

CIMENT CLASA DE REZISTENŢĂ

CONDIŢII ( % )

Pierderi la calcinare I III / A

toate clasele

≤ 5,0

Rezidul insolubil I III / A

toate clasele

Conţinut în Sulfaţi ( SO3 )

I II IV / A

32,5 32,5R 42,5

≤ 3,5

V / A toate clasele III / A toate clasele

≤ 4,0 toate tipurile

42,5R 52,5 52,5R

Conţinut în cloruri toate tipurile

toate clasele ≤ 0,1

Puzzolanicitate IV / A toate clasele să satisfacă încercarea de puzzolanicitate

1.4. APA UTILILIZATĂ LA PREPARAREA BETOANELOR

1.4.1. Consideraţii de bază şi clasificări

Apa este corpul cel mai răspândit în natură, însă rareori se găseşte în stare pură. Apa conţine în mod curent ioni în soluţie şi diverse particule în suspensie; de aceea pentru utilizarea în diferite scopuri este purificată prin decantare, filtrare, oxidare, iradiere cu radiaţii ultraviolete, tratare chimică, etc., în vederea eliminării sau reducerii la limitele admisibile a materialelor organice, sărurilor minerale, substanţelor toxice, etc., ce conţine.

Apa este unul dintre constituenţii importanţi ai betonului, aşa cum sunt cimentul şi agregatele, intervenind prin proprietăţile sale fizico-chimice în toate etapele vieţii betonului şi influenţând sensibil proprietăţile acestuia în stare proaspătă şi întărită.

Apa conferă betonului plasticitatea şi lucrabilitatea necesară punerii în operă, asigură hidratarea cimentului şi participă la coeziunea materialului întărit.

În amestecul de beton proaspăt, apa se găseşte în una din următoarele forme: - liberă, adsorbită la suprafaţa constituenţilor solizi;- combinată în procesele de hidratare a cimentului, absorbită de granulele agregatului cu porozitate deschisă.

Apa liberă asigură mobilitatea amestecului de beton în timpul punerii în operă,

14

Proiect de diplomă

Însă este prima care migrează prin separare la compactare, prin evaporare, etc., lăsând în urma sa o structură poroasă. Acesta deoarece cantitatea de apă necesară asigurării lucrabilităţii betonului este mult mai comparativ cu apa necesară asigurării hidratării cimentului care reprezintă circa 25% din masa acestuia sau circa 75-100 l/m3 beton proaspăt cu 300-400 kg ciment.

Cantitatea de apă utilizată la prepararea betonului este uneori de 2-3 ori mai mare decât apa necesară hidratării cimentului din beton.

Apa utilizată în exces la prepararea betonului influenţează negativ omogenitatea acestuia în timpul transportului şi compactării, favorizând segregarea cu toate consecinţele ce decurg din aceasta.

După punerea în operă a betonului, apa în exces se evaporă în timp, lăsând în locul său pori şi goluri şi influenţând direct rezistenţele mecanice, contracţiile, permeabilitatea, rezistenţa la îngheţ-dezgheţ repetat şi rezistenţa la acţiuni chimic-agresive a betonului întărit.

Cantitatea de apă de preparare exercită de asemenea o influenţă importantă asupra consumului de ciment şi energie înglobată necesară la prepararea betonului, în sensul că energia înglobată şi consumul de ciment cresc cu mărirea cantităţii de apă de preparare, pentru obţinerea rezistenţelor mecanice necesare unei anumite clase de beton.

1.4.2. Provenienţă; proprietăţi şi condiţii de calitate pentru apa utilizată la prepararea betoanelor

1.4.2.1.Provenienţa apeiÎn diferite norme, ca şi în STAS 790-84 se indică ca având în vedere

posibilităţile tehnico-economice privind alegerea sursei de apă de preparare a betoanelor, să se folosească sursele de apă în următoarele condiţii:- apa potabilă provenită din reţele publice de alimentare cu apă, din puţuri sau izvoare;- apa nepotabilă provenită din râuri, lacuri, puţuri, izvoare, etc.; - apa de mare, apa minerală, cu precizarea că apa de mare şi apa minerală nu se va folosi la lucrări de beton precomprimat, finisaje, stropirea directă a betonului, sau la prepararea betoanelor cu ciment aluminos; de asemenea, trebuie avut în vedere faptul că apa de mare sporeşte riscul corodării armăturilor.

1.4.2.2. Condiţii de calitatePentru apele nepotabile STAS 790-84 prevede că acestea trebuie să

îndeplinească condiţiile din tabelul următor:

15

Proiect de diplomă

TABELUL 1.4.2.

CARACTERISTICA UM Condiţii de admisibilitate

Concentraţia ionilor de hidrogen

[pH] 5-10

Conţinutul total maxim de săruri

(reziduu uscat la 1055oC)

[mg/dm3] 2000

Sulfaţi (SO42-), maximum [mg/dm3] 2000

Carbonaţi (Cl-), maximum [mg/dm3] 500Carbonaţi (CO3

2-) şi bicarbonaţi (CO3H-), maximum

[mg/dm3] 1000

Magneziu (Mg2+), maximum [mg/dm3] 500Alcalii exprimate sub forma

Na2O, maximum[mg/dm3] 600

Substanţe organice, maximum [mgKMnO4/dm3]

500

Pierderea maximă la calcinare (PC) a substanţelor insolubile

[mg/dm3] 800

În condiţii în care alegerea unei surse de apă nepotabilă se impune, orice specialist în beton trebuie să aibă în vederea următoarelor criterii calitatea pentru alegerea sursei de apă nepotabilă necesară preparării betonului:- turbiditatea apei să nu depăşească limitele din tabelul de mai sus;- evitarea pe cât posibilă a apelor sălcii care conţin cloruri şi sulfaţi şi a apelor de culoare închisă şi cu miros urât;- evitarea apelor bazice sau acide- evitarea apelor din surse de suprafaţă ce primesc în apropiere deşeuri sau scurgeri care provin de la fabrici de hârtie şi celuloză, detergenţi, zahăr, glucoză, combinate chimice ce pot deversa substanţe toxice ca fenol, acid sulfuric, cianură, mercur, scurgeri ale apelor menajere sau de la crescătoriile de animale, etc.

Înainte de folosirea la prepararea betoanelor, apele nepotabile trebuie trimisepentru analize şi aviz la un laborator de specialitate.

În toate cazurile este indicat să fie efectuate şi următoarele teste simple direct pe şantier: - determinarea comparativă a timpului de priză pa paste de ciment şi a rezistenţei cimentului pe mortar standard, preparate cu apă potabilă şi apa nepotabilă din sursa ce se intenţionează a se utiliza.

Rezultatele acestor teste fiind considerate favorabile pentru utilizarea apei nepotabile, în cazul când se înregistrează diferenţe sub ¼ oră la timp de început şi sfârşit de priză al cimentului, iar rezistenţele mortarelor standard preparate cu apă nepotabilă variază în limite de 10%.

În ceea ce priveşte protecţia betonului după turnare, în general se admite că apa ce este corespunzătoare preparării betonului este adecvată şi pentru protejarea acestuia prin stropire după turnare. La această prevedere generală trebuie precizat că apa pentru protecţia betonului prin stropire nu trebuie să conţină săruri ce alterează aspectul suprafeţelor de beton sau care prezintă agresivitate chimică pentru betonul întărit.

16

Proiect de diplomă

1.5. ADITIVI PENTRU BETOANE

1.5.1. Consideraţii generale

Prin aditivi pentru betoane înţelegem de regulă acele produse în beton în dozaj inferior sau egal cu 5% din masa cimentului, permit obţinerea modificărilor dorite în proprietăţile betonului proaspăt sau întărit.

Fiecare aditiv pentru beton este definit de regulă printr-o funcţie principală caracterizată prin influenţa majoră pe care aditivul o exercită asupra proprietăţilor mortarelor şi betoanelor în stare proaspătă sau întărită.

Fiecare aditiv poate de asemenea să prezinte una sau mai multe funcţii secundare, cu efecte asupra proprietăţilor betoanelor şi mortarelor. Funcţia secundară poate de asemenea să fie caracterizată printr-o eficienţă, cel mai adesea independentă de funcţia principală a aditivului.

Eficienţa funcţiei principale a fiecărui aditiv poate să fie favorizată (accentuată) sau diminuată în raport de dozajul de aditiv, compoziţia chimico-mineralogică a cimentului utilizat, condiţiile tehnologice de preparare, punere în operă, etc.

În general, clasificarea aditivilor utilizaţi este bazată în practică pe funcţia principală a aditivilor. Astfel:- aditivi plastifianţi;- aditivi superplastifianţi;- aditivi fluidifianţi;- aditivi reducători de apă;- aditivi antrenori de aer;- aditivi hidrofugi în masa betonului;- aditivi acceleratori de priză;- aditivi acceleratori de întărire;- aditivi acceleratori de priză şi întărire;- aditivi întârzietori de priză;- aditivi de rigidizare a betoanelor şi mortarelor puse în operă prin torcretare.

1.5.2. Aditivi plastifianţi

Aditivii plastifianţi sunt substanţe tensioactive, care introduşi în beton sau în mortar îmbunătăţesc lucrabilitatea şi permit o reducere a raportului A/C. În clasificarea propusă de RILEM, aceşti aditivi se numesc „reducători de apă”. Funcţia principală a acestor aditivi este reducerea cantităţii de apă de preparare cu minim 5-8% la lucrabilitate egală a mortarelor sau betoanelor.

Aditivii plastifianţi reducători de apă au şi următoarele funcţii secundare:- întârzierea prizei şi întărirea pastelor, mortarelor şi betoanelor în principal în cazul utilizării unor dozaje ridicate;- un uşor efect de antrenor de aer, etc.

În general, substanţele tensioactive care sunt utilizate ca aditivi reducători de apă sunt clasificate după caracterul electrolitic. Astfel:

1) Substanţe tensioactive anionice: lignosulfatul de calciu, de sodiu sau de amoniu; unele săpunuri alcaline; alkylarilsulfonatul de sodiu; unele săruri de hidrocarburi sulfonate, etc.

17

Proiect de diplomă

2) Substanţe tensioactive neionice: esterul de poliglicol.3) Alte produse: sărurile acizilor hidrocarboxilici ( produse organice ce conţin

grupe hidroxil OH şi carboxil COOH în formulă ); numeroşi acizi ( citric, gluconic, salicilic, malic ), etc.

Influenţa aditivilor plastifianţi reducători de apă asupraproprietăţilor pastelor de ciment, mortarelor şi betoanelor depinde de un număr important de factori:- compoziţia aditivului folosit şi dozajul acestuia;- compoziţia chimico-mineralogică a cimentului sau la prepararea betonului ( zgură, cenuşă, silice ultrafină, etc.);- tehnologia de preparare şi lucrabilitatea betonului martor, etc.- compoziţia mortarului sau betonului preparat (inclusiv compoziţiagranulometrică a agregatelor folosite, dozajul de ciment, cantitatea de apă de preparare, etc.);.

Cu privire la modul de acţiune a lignosulfonaţilor şi a altor aditivi tensioactivi în amestecul ciment-apă-substanţe tensioactive, se menţionează următoarele:- în lipsa aditivilor tensioactivi, granulele fine de ciment se aglomerează la suprafaţa granulelor mari, sau se aglomerează între ele; prin forţele libere ale electrovalenţelor sau covalenţelor rezultate în procesul de măcinare. La amestecarea cu apă, prin hidratare se formează structuri de coagulare afânate în care este reţinută o cantitate relativ importantă de apă interstiţială, a cărei evaporare creează porii capilari;- în prezenţa substanţelor tensioactive acestea se adsorb cu unele grupări polare pe granulele de ciment şi cu alte grupări polare spre apă;- prin adsorbţia substanţelor tensioactive la suprafaţa de separare, tensiunea superficială a soluţiei scade, ceea ce face posibilă şi antrenarea unei anumite cantităţi de aer în beton;- prin adsorbţia substanţelor tensioactive la suprafaţa granulelor de ciment creşte hidrofilia acestora, iar hidratarea nu este stânjenită;- granulele de ciment încărcate electric se resping şi se produce o dispersare a cimentului.

În general, cu privire la influenţa aditivilor plastifianţi asupra proprietăţilor mortarelor şi betoanelor în stare proaspătă şi întărită, se menţionează:- necesarul de apă de preparare pentru o anumită lucrabilitate abetonului este redus cu 5-15% în funcţie de compoziţia betonului, compoziţia cimentului, tipul şi dozajul de aditiv utilizat;- separarea apei din paste , mortare şi betoane este mai redusă încazul utilizării aditivilor plastifianţi în compoziţia acestora;- contracţia de hidratare a cimentului este micşorată, în principalîn funcţie de cantitatea de apă de preparare redusă;- densitatea aparentă a betoanelor cu lucrabilitate egală şi raportA/C redus creşte uşor, iar omogenitatea este ameliorată;- rezistenţele mecanice ale mortarelor şi betoanelor cu lucrabilitate egală , cu acelaşi dozaj de ciment la 28 zile de la preparare, prezintă un spor de aproximativ 1% pentru fiecare procent din apa de preparare redusă.

Printre efectele mai importante care se obţin prin utilizarea acestor aditivi, menţionăm:- ameliorarea lucrabilităţii betonului pentru acelaşi conţinut de apă, aspect deosebit de important la betonarea elementelor de construcţii de dimensiuni reduse, sau puternic armate, la punerea în operă a betonului prin pompare, sau la utilizarea agregatelor de concasaj;

18

Proiect de diplomă

- prin reducerea cantităţii de apă de preparare la aceeaşi lucrabilitate se poate conta în prima aproximaţie pe o creştere a rezistenţelor betonului de 1% la reducerea unui procent de 1% din apa de amestec şi în paralel cu aceasta creşterea aderenţei pastei de ciment la agregate, creşterea gradului de impermeabilitate şi a durabilităţii betonului, etc.

1.5.3. Aditivi antrenori de aer

Aditivii antrenori de aer sunt produse pe bază de lignosulfat de calciu sau amoniu, alkylarilsulfonat de sodiu, stearat de sodiu, sulfonaţi de alcooli graşi şi au în general proprietăţi de aditivi micşti, reducători de apă şi antrenori de aer, cum este produsul DISAN fabricat în România.

Aditivii antrenori de aer sunt substanţe tensioactive a căror moleculă este formată dintr-un lanţ hidrocarbonat nepolar şi o grupare polară hidrofilă.

În beton aceşti aditivi se orientează cu capătul polar spre granulele de ciment (care au caracter ionic) şi spre agregate (care au caracter hidrofil) şi cu gruparea nepolară spre în afară formând bule de aer stabile. Bulele de aer sunt repartizate uniform în masa betonului, unde joacă rolul unui fluid care înlocuieşte o parte din apa de amestec şi o parte din nisipul fin, asigurând astfel o reducere mai importantă a cantităţii de apă de preparare la lucrabilitate egală a betoanelor proaspete în comparaţie cu aditivii plastifianţi reducători de apă.

Aditivii antrenori de aer contribuie la reducerea segregării şi asigură ameliorarea aspectului betonului după decofrare.

Asupra betonului întărit, structura cu bule de aer fine datorită antrenorilor de aer, permite îmbunătăţirea sensibilă a rezistenţei la îngheţi-dezgheţi repetat, ameliorează gradul de impermeabilitate a betonului şi rezistenţa la acţiuni chimic-agresive, etc.

Este necesar ca volumul de aer antrenat în beton să fie controlat în permanenţă, deoarece pe de o parte procentul de aer necesar în beton scade cu creşterea dimensiunii agregatelor, iar la dozajele de ciment utilizate în mod curent, rezistenţele mecanice ale betonului scad cu creşterea procentului de aer antrenat.

De asemenea, trebuie avute în vedere următoarele:- procentul de aer antrenat în beton la dozaj de aditiv egal sereduce cu creşterea fineţii de măcinare a cimentului folosit la preparare; - adaosul de cenuşă la prepararea betoanelor comportă o sporire a procentului de aditiv antrenor de aer pentru a obţine acelaşi volum de aer antrenat în beton; - creşterea raportului A/C influenţează mărirea bulelor de aer antrenat din beton; - conţinutul de aer oclus în beton este influenţat de granulozitatea nisipului utilizat la preparare;- modul de transport şi punerea în operă prin vibrare a betonului exercită de asemenea o influenţă importantă asupra reducerii volumului de aer în beton la preparare.

1.5.4. Aditivi modificatori ai proceselor de priză şi întârire a cimentului şi betonului

19

Proiect de diplomă

Aditivii care modifică procesele de priză a betonului sunt de regulă substanţe chimice, solubile în apă, care modifică în principal solubilitatea, viteza de dizolvare şi de hidratare a diverşilor constituenţi ai lianţilor hidraulici.

Aceste substanţe chimice –aditivii- sunt denumite în mod uzual acceleratori şi întârzietori ai proceselor de priză şi întărire.

N.MIHAIL împarte substanţe chimice cu acţiunea de acceleratori şi întârzietori de priză în 4 categorii. Astfel:

Categoria a I-a cuprinde substanţe care reacţionează uşor cu Ca(OH)2, cu formarea unor săruri de calciu greu solubile (silicaţi şi aluminaţi solubili, săruri de fier, aluminiu, cupru ).

Categoria a II-a cuprinde substanţe care accelerează precipitarea Ca(OH)2 (ex. CaCl2

şi diverşi hidroxizi).Categoria a III-a cuprinde substanţe care au ca efect principal interacţiuni chimice cu

hidroaluminaţi de calciu, cu formarea unor compuşi relativ stabili, care cristalizează de obicei în cristale mari alungite (ex.CaSO4).

Categoria a IV-a cuprinde substanţe care reacţionează concomitent cu aceeaşi viteză, atât cu Ca(OH)2 pe care îl trec în carbonat de calciu, cât şi cu hidroaluminaţi de calciu cu formarea hidrocarbo-aluminaţilor de calciu (ex. Acidul carbonic, carbonaţii solubili, etc.).

1.5.4.1. Acceleratorii de priză

Prin terminologia de acceleratori de priză sunt definiţi aditivii a căror funcţie principală este de a reduce timpul de început şi de sfârşit de priză al pastelor de ciment, mortarelor şi betoanelor.

Ca efect secundar se înregistrează de regulă modificarea rezistenţelor iniţiale ale pastelor, mortarelor şi betoanelor la preparare cărora s-au utilizat aditivi acceleratori de priză. Eficienţa acceleratorilor de priză este influenţată de factorii menţionaţi anterior şi în special de temperatura materialelor utilizate şi a mediului de lucru, de tipul, dozajul aditivului utilizat, compoziţia cimentului, etc.

Rezistenţele finale (la 28-90 zile) ale pastelor de ciment, mortarelor şi betoanelor, în compoziţia cărora s-au utilizat acceleratori de priză, pot să fie mai reduse cu 10-30% în comparaţie cu rezistenţele pastelor, mortarelor şi betoanelor martor, în funcţie de tipul şi procentul de aditiv utilizat în compoziţie.

Aditivii acceleratori de priză se utilizează în general atunci când nu se dispune de cimenturi cu priză rapidă la prepararea pastelor, mortarelor şi betoanelor necesare opririi in filtraţiilor de apă, închiderea fisurilor, a diferitelor goluri, unele defecţiuni apărute în execuţia sau exploatarea unor construcţii.

Aceste grupe de aditivi trebuie să asigure în principal priza rapidă a pastelor, mortarelor sau betoanelor, fără obligaţia asigurării unei evoluţii favorabile a rezistenţelor mecanice în timp.

La noi în ţară se comercializează şi aditivi monocomponenţi care se grupează în ansamblu în două grupe mari:Aditivi acceleratori de priză ce conţin cloruri, în principal clorură de calciu.Aditivi acceleratori de priză ce conţin cloruri

1) Aditivii acceleratori de priză pe bază de clorură de calciu:Efecte principale de priză pe bază de clorură de calciu :

20

Proiect de diplomă

o uşoară reducere a punctului de îngheţ al apei de preparare a betoanelor, care este de exemplu de 1-1,50C pentru un adaos de 2% CaCl2 şi 2,5-30C pentru un adaos de 4% CaCl2.- aditivii pe bază de CaCl2 cresc uşor plasticitatea pastelor, mortarelor şi betoanelor de ciment la cantitatea de apă de preparare egală, iar la lucrabilitate egală permit reducerea cantităţii de apă de preparare cu 4-6;- contracţia pastelor, mortarelor şi betoanelor cu adaos de CaCl2 după priză creşte uşor cu procentul de aditiv;- aditivii de bază de CaCl2 accelerează degajarea căldurii de hidratare a cimentului în primele ore şi zile de la preparare şi creşte gradul de hidratare al acestora;- aditivii de bază accelerează priza cimentului;- aditivii pe bază de CaCl2 accelerează corodarea chimică a

armăturii din beton şi din acest motiv, utilizarea acestora la prepararea betoanelor simple şi armate este permisă în majoritatea ţărilor numai cu anumite restricţii;2) Aditivi acceleratori de priză pe bază de acid clorhidric şi clorurii de sodiu3) Adaosuri de ciment aluminos4) Aditivi de sodiu (Al2O3.2Na2O)5) Aditivi acceleratori de priză pe bază de sodiu şi potasiu6) Nitraţii şi nitriţii de calciu7) Formiatul de calciu Ca(HCOO)2

8) Trietanolamina TEA

1.5.4.2. Acceleratorii de priză şi întărire

Acceleratorii de priză şi întărire sunt definiţi ca fiind aditivi a căror funcţie principală este accelerarea creşterii rezistenţei iniţiale a pastelor, mortarelor şi betoanelor cu ciment portland, iar ca funcţie secundară reduc timpul de început şi sfârşit al prizei cimenturilor.

De regulă, un accelerator de priză şi întărire, este considerat convenabil pentru utilizarea în situaţiile în care rezistenţele iniţiale cresc cu cel puţin 15% în raport cu betonul martor, iar rezistenţele finale (la 28-90 zile) reprezintă cel puţin 90% din rezistenţa betonului martor.

Aditivii acceleratori de priză şi întărire sunt utilizaţi la:- execuţia unor lucrări pe timp friguros;- în industria prefabricatelor pentru reducerea sau eliminarea tratamentului termic;- la execuţia lucrărilor cu termen foarte scurt;- în lucrări executate prin procedee speciale.

Tehnologiile de punere în operă a betoanelor cu aditivi acceleratori de priză şi întărire sunt de regulă tehnologii rapide de execuţie.

În domeniul acceleratorilor de priză şi întărire se deosebesc aditivi ce au la bază cloruri şi fără cloruri pe bază de formiat de calciu (FC).

a) Lucrabilitatea betoanelor cu diferite cimenturi şi aditivi FC este îmbunătăţită diferenţiat în funcţie de tipul cimentului şi aditivului utilizat, astfel că, la lucrabilitate aproximativ constantă, cantitatea de apă de preparare a betoanelor cu aditivi FC se poate reduce prin comparaţie cu betonul martor;

b) Densitatea betoanelor proaspete cu aditivi FC este egală sau uşor superioară prin comparaţie cu betoanele martor;

21

Proiect de diplomă

c) Folosirea aditivilor FC la prepararea betoanelor au permis să se obţină o creştere de rezistenţă în raport cu betonul martor;

d) Cercetările efectuate arată că betoanele preparate cu aditivi pe bază de FC asigură o bună protecţie a armăturii în timp. Carbonatarea betoanelor cu aditivi FC prezintă viteză de penetrare ceva mai redusă în masa betonului, prin comparaţie cu betoanele martor, fapt ce se explică prin creşterea uşoară a impermeabilităţii betoanelor cu FC, datorită reducerii raportului A/C;

e) Betoanele cu aditivi FC au un grad de impermeabilitate ceva mai ridicat şi rezistenţa la cicluri de îngheţi-dezgheţ superioară betoanelor martor.

1.5.4.3. Aditivii întârzietori de priză

Aditivii întârzietori de priză sunt definiţi ca aditivi a căror funcţie principală este de-a prelungi timpul de început şi sfârşit de priză a cimenturilor, mortarelor şi betoanelor. Întârzietorii de priză antrenează de regulă şi o reducere a rezistenţelor iniţiale ale betonului, însă rezistenţele finale sunt egale sau superioare betonului martor.

Modul de acţiune al aditivilor întârzietori de priză este foarte complex şi depinde de numeroşi factori şi în principal de natura cimentului (mai ales de conţinutul C 3S şi C3A, de alcaliile şi gipsul din ciment), temperatura şi raportul A/C. Astfel:- în faza apoasă prin diminuarea solubilităţii şi vitezei de dizolvare a unor constituenţi anhidri ai cimentului;- prin precipitare şi formare împreună cu Ca(OH)2 în jurul granulelor de ciment a unui voal mai mult sau mai puţin continuu mai mult sau mai puţin impermeabil, de grosime variabilă. Efectul de întârzietor depinzând de numeroşi factori de compoziţie şi tehnologici.

Printre cele mai utilizate substanţe cu efect de întârzietor de priză sunt:- acizii şi sărurile acizilor hidrocarboxilici;- acidul oxalic sau gluconic;- gluconatul de sodiu sau de calciu;- hexametafosfatul de sodiu;- diverşi acizi (florhidric, fosforic, silicic, sulfitic, humic, boric, tetra-boric);- hidraţii de carbon cu formula general Cn (H2O)n a căror eficacitate variază în funcţie de natura zaharurilor ce conţin, etc.

Ca domenii de utilizare pentru aditivii întârzietori se indică în principal:- lucrările executate cu beton transportat la temperaturi ale mediului exterior ce depăşesc 22-250C, precum şi în situaţia în care timpul de transport este mare din diverse motive;- lucrările inginereşti ce comportă realizarea de blocuri masive, fundaţii, construcţii hidrotehnice, etc.;lucrări de piloţi şi pereţi mulaţi direct în sol prin diferite procedee;- mortare şi betoane livrate de fabricile de beton transportat, etc.

1.5.4.4. Aditivi pentru betonarea pe timp friguros

22

Proiect de diplomă

Priza şi întărirea betonului sunt mult întârziate sub +50C, iar reacţiile de hidratare sunt atât de lente sub +20C, încât practic se pot considera întrerupte. Sub -20C apa din beton începe să îngheţe.

Dacă îngheţul betonului intervine în perioada după începerea prizei cimentului şi când încă este saturat cu apă, legăturile cristaline sunt mai mult sau mai puţin distruse, iar după întărire, structura acestuia va fi poroasă şi cu un număr important de microfisuri şi fisuri, rezistenţele vor fi reduse şi durabilitatea compromisă.

Pentru ca betonul să reziste la îngheţ este necesar să atingă o rezistenţă la compresiune de minimum 50-100 daN/cm2, înainte ca temperatura să coboare la 00C.

Aditivii utilizaţi pentru betonarea pe timp friguros trebuie să satisfacă următoarele exigenţe:- să împiedice apa din beton să îngheţe, coborându-i punctul de congelare şi reducând viteza de răcire a acestei ape (antigel sau paragel);- să accelereze procesele de priză, hidratarea cimentului şi degajarea căldurii de hidratare (efect de accelerator pentru betonarea pe timp friguros);- să reducă conţinutul de apă de preparare la aceeaşi plasticitate a betonului, pentru a obţine accelerarea prizei şi a creşterii rezistenţelor mecanice (efect plastifiant, reducător de apă, având ca funcţie secundară un efect slab de antrenor de aer);- în cazul betonării pe suprafeţe libere, pentru evitarea evaporării rapide a apei din beton datorită aerului uscat şi vântului, sunt necesare măsuri de protecţie a suprafeţelor libere ale betonului, prin aplicarea de produse de protecţie a suprafeţelor sau a altor mijloace adecvate.

Substanţe ce pot fi utilizate ca aditivi antigel mono sau pluricomponenţi:- hidroxidul de sodiu NaOH sau potasiu KOH;- sulfatul de sodiu Na2SO4 sau potasiu K2SO4;- carbonatul de sodiu Na2CO3 sau potasiu K2CO3;- nitratul de calciu Ca(NO3)2;- nitritul de calciu Ca(NO2)2 sau de sodiu NaNO2;- ureea NH2CONH2.

Formulele şi dozajele de aditivi antigel variază în funcţie de temperatura şi procedeele de betonare utilizate, unele formule fiind recomandate a fi utilizate până la -250C, iar dozajele de aditiv variază între 2 şi 10% din masa cimentului, în funcţie de tipul cimentului şi temperatura previzibilă a mediului.

1.5.5. SUPERPLASTIFIANŢI

1.5.5.1. Consideraţii de bază şi clasificări

Apariţia superplastifianţilor este considerată de unii autori „o adevărată revoluţie în tehnologia actuală a betoanelor după apariţia precomprimării în anii 1930”.

După substanţele chimice din care sunt produşi, superplastifianţii utilizaţi actualmente în lume, pot fi încadraţi în 4 grupe mari. Astfel:- condensate pe bază de melamină-formaldehidă sulfonată (MFS) cu o masă moleculară de circa 30000. Aceşti superplastifianţi sunt livraţi în pulbere sau în soluţie clară cu o concentraţie de circa 20% substanţă activă, pH=7...9, nu conţin cloruri, nu modifică practic tensiunea superficială a apei şi nu introduc aer la prepararea betonului;- condensate pe bază de naftalină-formaldehidă sulfonată (NFS)

23

Proiect de diplomă

produse comerciale conţin 20-45% substanţă activă, au culoarea brună şi pH=8...9, introduc aer la prepararea betonului;- produse pe bază de lignosulfaţi de calciu modificaţi;- diferite alte produse, între care şi produsele pe bază de acizi carboxilici.

În general, utilizarea superplastifianţilor se face având în vedere următoarele efecte:- de puternici reducători de apă:- de plastifiant (fluidifiant).

CLASIFICAREA APROXIMATIVĂ A SUPERPLASTIFIANŢILOR DUPĂ EFECTELE OBŢINUTE LA UTILIZARE:

TABELUL 1.5.5.Nr. crt.

CLASIFICARE DIRECŢIILE DE FOLOSIRE PRACTICĂ

1. Reducători sau superreducători de apă şi fluidifianţi

a)Producţia betonului fluid la dozaje constante de apă şi ciment având rezistenţa cel puţin egală cu betonul martorb)Producţia betonului cu rezistenţă superioară la dozaje egale de ciment, lucrabilitate egală şi cantitatea de apă de preparare redusă cu 12-35%c)Producţia betonului cu lucrabilitate şi rezistenţă egală la dozaje de apă şi ciment reduse

2. Micşti, cu efect de reducători sau superreducători de apă şi efect de antrenori de aer moderaţi (2-4% în raport cu betonul martor)

Acelaşi domenii de utilizare ca la pct.1, cu excepţia betoanelor la care întărirea este accelerată prin tratament termic

3. Acceleratori de priză şi întărire fără cloruri

Producţia de elemente prefabricate tratament termic, sau elemente de construcţii monolitice cu decofrare rapidă, etc.

4. Impermeabilizatori în masă şi la suprafaţa betonului

Diferite utilizări la lucrări speciale de construcţii

5. Antrenori de aer Producţia de beton uşor sau foarte uşor6. Diferite tipuri de

produseUtilizări specifice

Cercetările efectuate până în prezent arată că moleculele de superplastifiant se fixează prin adsorbţie la suprafaţa granulelor de ciment şi parţial a produselor de hidratare şi în funcţie de tipul superplastifiantului, pot să acţioneze prin:- formarea unei pelicule lubrifiante la suprafaţa granulelor individuale de ciment şi parţial a produselor de hidratare, exercitând o acţiune de microlubrifiere ce împiedică aglomerarea acestora, asigurând o mobilitate maximă a pastelor de ciment, mortarelor şi betoanelor preparate cu superplastifiant de tipul MFS;

24

Proiect de diplomă

- crearea de forţe de respingere suficient de puternice pentru a împiedica contactul între granulele de ciment şi a asigura separarea granulelor aglomerate şi un uşor efect de antrenor de aer care favorizează efectul de lubrifiant, în cazul superplastifianţilor de tipul NFS;- reducerea tensiunii superficiale a apei de preparare în raport cu cimentul şi granulele foarte fine din agregate în cazul superplastifianţilor de tipul LSC modificaţi şi a unor produse pe bază de acizi carboxilici, etc.;

Superplastifianţii de tipul MFS şi NFS din grupele 1 şi 2 sunt aditivi care permit creşterea considerabilă a lucrabilităţii betonului la cantitatea de apă de preparare egală, fără o reducere a rezistenţei mecanice, fapt ce a permis creşterea volumului lucrărilor executate cu beton fluid, fără sporirea dozajului de ciment sau îmbunătăţirea lucrabilităţii în anumite limite în paralel cu creşterea rezistenţelor mecanice la dozaje de ciment egale prin reducerea limitată a raportului A/C şi în final reducerea sensibilă a cantităţii de apă de preparare la lucrabilitate egală, în paralel cu creşterea rezistenţelor mecanice ale betonului la dozaje de ciment egale şi reducerea tratamentului termic sau reducerea dozajelor de ciment la rezistenţe mecanice egale.

1.5.5.2. Influenţa superplastifianţilor asupra proprietăţilor pastelor de ciment şi betoanelor în stare proaspătă

Cercetările privind influenţa superplastifianţilor asupra proprietăţilor pastelor de ciment au evidenţiat în principal următoarele:- fluiditatea accentuată a cantităţii de apă de preparare a pastei de ciment de aceeaşi consistenţă cu creşterea procentului de substanţă activă din superplastifianţi în intervalul 0.2-0.8% pentru tipul MFS şi 0.2-1.2% pentru tipul NFS;- o reducere a vâscozităţii pastelor de ciment cu superplastifianţi MFS şi NFS în funcţie de raportul A/C şi procentul de substanţă activă din aditivul utilizat la prepararea pastei;- timpul de priză al pastelor de ciment cu aditivi MFS şi NFS trebuie analizat în legătură cu cantitatea de apă utilizată la prepararea pastelor respective, astfel;- în cazul pastelor fluide preparate cu superplastifianţi MFS şi NFS şi o cantitate egală de apă de preparare pentru pasta de consistenţă normală, ambii superplastifianţi prelungesc atât începutul, cât şi sfârşitul prizei, fenomenul fiind mult mai accentuat în cazul superplastifianţilor NFS;- în cazul pastelor de ciment cu superplastifianţi şi lucrabilitate egală cu lucrabilitatea pastelor martor, ambii superplastifianţi reduc atât începutul de priză, cât şi timpul de sfârşit de priză.- în condiţiile pastelor fluide cu MFS şi căldura de hidratare degajată de ciment scade uşor cu creşterea proporţiei de MFS pe baza datelor lui Ramachandran. În cazul betoanelor fluide, superplastifianţii de tipul MFS şi NFS se comportă ca întârzietor de priză cel puţin în prima parte a intervalului de la prepararea betonului iar efectul de accelerator de priză şi întărire în cazul pastelor de ciment şi al betoanelor cu lucrabilitate egală se datorează reducerii cantităţii de apă de preparare.

Influenţa superplastifianţilor pe bază de MFS şi NFS asupra proprietăţilor mortarelor şi betoanelor în stare proaspătă şi întărire, decurge din caracterul de reducători sau superreducători de apă şi fluidifianţi, pentru aditivii superplastifianţi din grupa 1-a şi din caracterul de aditivi micşti, pentru superplastifianţii din grupa a 2-a.

Variaţia lucrabilităţii betonului indică în principal următoarele:

25

Proiect de diplomă

- la cantitate egală de apă de preparare şi temperaturi ale betonului cu ciment portland obişnuit de 15-170C, prin adăugarea superplastifianţilor tasarea betonului creşte de la 6-8 cm la 22-25 cm, în funcţie de tipul superplastifiantului utilizat; după preparare, lucrabilitatea betonului scade în timp diferenţiat, în funcţie de tipul superplastifiantului utilizat;- în cazul betoanelor semivârtoase preparate cu ciment portland obişnuit la temperaturi ale mediului ambiant de 15-170C şi în cazul unei reduceri constante de 36 l/m3 a cantităţii de apă de preparare, lucrabilitatea betoanelor cu superplastifianţi variază sensibil pentru produse din aceeaşi grupă, fiind superioară lucrabilităţii betonului martor timp de90 minute pentru două produse pe bază de MFS şi NFS, şi inferioară lucrabilităţii betonului martor pentru alte două produse pe bază de MFS şi NFS, ceea ce indică o capacitate de reducere a apei de preparare care diferă pentru superplastifianţii din aceleaşi grupe de produse în funcţie de performanţele fiecărui produs;- scăderea lucrabilităţii betoanelor cu superplastifianţi, ca de astfel şi a betoanelor fără superplastifianţi, este accelerată de creşterea temperaturii betonului şi a mediului ambiant, fenomen explicabil dacă se are în vedere intensificarea reacţiilor de hidratare ale cimenturilor, cu creşterea temperaturii mediului ambiant;- dacă în cazul unui beton cu superplastifianţi care după un anumit interval de timp şi-a redus lucrabilitatea, se adaugă o nouă cantitate de superplastifiant, aceasta îşi recapătă practic lucrabilitatea iniţială;- pentru betoanele cu superplastifianţi şi lucrabilitate egală cu lucrabilitatea betonului martor, reducerea cantităţii de apă de preparare, în vederea obţinerii de rezistenţe superioare la acelaşi dozaj de ciment, sau în vederea reducerii dozajelor de ciment, a tratamentului termic, etc., creşte cu mărirea cantităţii de superplastifianţi din amestecul de beton, şi invers, la cantitatea de apă de preparare egală, lucrabilitatea betonului creşte cu procentul de substanţă activă din superplastifiant.

1.5.5.3. Influenţa superplastifianţilor asupra proprietăţilor betoanelor în stare întărită

Influenţa superplastifianţilor asupra proprietăţilor betoanelor întărite este prezentată în literatura de specialitate în principal sub formă de aspecte, pornind de la cantitatea de apă folosită la prepararea betonului. Astfel:

1) Betoane fluide, la cantitatea de apă de preparare şi dozaje de ciment egale cu betonul martor şi lucrabilitate mult îmbunătăţită prin utilizarea superplastifianţilor .

2) Betoane cu lucrabilitate egală la dozaje de ciment egale şi cantitatea de apă de preparare redusă, în vederea obţinerii de rezistenţe mecanice şi alte performanţe superioare pentru scurtarea timpului de decofrare, reducerea duratei tratamentului termic în unităţile de prefabricate, reducerea dozajului de ciment la rezistenţe mecanice egale.

În această variantă tehnologică utilizarea superplastifianţilor este considerată eficientă în situaţia în care sporul de rezistenţă iniţială (la 24 ore de la prepararea betonului) reprezintă cel puţin 2% pentru fiecare procent din apa de preparare redusă, iar sporul de rezistenţă finală (la 28-90 zile de la preparare) reprezintă circa 1% pentru fiecare procent din apa de preparare redusă. Se înţelege că în această variantă tehnologică rezistenţele mecanice cresc aproximativ liniar cu procentul de aditiv utilizat ca substanţă uscată. Astfel:

1) Betoane cu lucrabilitate egală, cu cantitatea de apă de preparare redusă cu 14-28%, au rezistenţe iniţiale superioare cu 30-150%, iar la 28-90 zile au rezistenţe mai mari cu

26

Bet

on m

arto

r

Bet

on m

arto

r

Bet

on c

u su

perp

last

ifia

nţi

Proiect de diplomă

15-40%, în comparaţie cu betonul martor, atât în condiţii de întărire la temperatură normală, cât şi în condiţii de accelerare a întăririi betonului cu tratament termic.

2) În funcţie de tipul cimentului utilizat la prepararea betonului cu lucrabilitate egală şi superplastifiant, creşterile de rezistenţă iniţială sunt mai reduse în cazul utilizării cimenturilor cu rezistenţă iniţială mare (I 32...I 52.5), fiind mai mari în cazul utilizării cimenturilor cu adaosuri la măcinare, de tipul II/A-S 32.5 sau II/B-S 32.5,precum şi în cazul utilizării de adaosuri de cenuşă direct la prepararea betonului, caz în care creşterile de rezistenţă iniţială reprezintă 50-130%.

3) Utilizarea superplastifianţilor în tehnologia betonului cu lucrabilitate egală asigură realizarea betoanelor de înaltă rezistenţă cu folosirea unor cimenturi produse curent la dozaje acceptabile.

4) Modulul de elasticitate al betoanelor cu lucrabilitate egală cu superplastifianţi este superior modulului de elasticitate al betoanelor martor şi corespunde noii clase de rezistenţă a betoanelor cu superplastifianţi.

5) Utilizarea superplastifianţilor din grupa MFS s-a dovedit avantajoasă şi în condiţiile execuţiei elementelor prefabricatelor din beton cu ciment rezistent la sulfaţi pe un şantier situat într-o zonă cu climă caldă, asigurând obţinerea de rezistenţe superioare celor cerute prin caietul de sarcini, reducerea tratamentului termic, etc.

6) Rezistenţele finale superioare ale betoanelor cu superplastifianţi, în comparaţie cu rezistenţele betoanelor martor, se menţin şi în timp până la 5-23 ani.

7) Betoanele cu superplastifianţi şi lucrabilitate egală, datorită reducerii cantităţii de apă de preparare cu 12-30%, au un grad de impermeabilitate superior betoanelor martor cu 2-8 at şi rezistenţă la cicluri de îngheţ –dezgheţ repetat mai mare de 1.4-2.3 ori comparativ cu betoanele martor, în funcţie şi de compoziţia betonului.

8) Utilizarea aditivilor superplastifianţilor din grupele MFS şi NFS la prepararea betoanelor moderne asigură o bună protecţie a armăturilor din elementele din beton armat şi precomprimat şi o uşoară creştere a aderenţei betonului la armături.

9) Contracţiile betoanelor cu superplastifianţi şi lucrabilitate egală sunt inferioare contracţiilor betoanelor martor, fenomen explicabil prin reducerea cantităţii de apă de preparare.

10) Eficienţa energetică la utilizare, exprimată ca raport între energia înglobată în fabricaţia superplastifianţilor şi energia înglobată în materialele energointensive, ce se economisesc prin utilizarea superplastifianţilor în tehnologia betoanelor moderne reprezintă 1/3-1/8, utilizarea superplastifianţilor fiind astfel foarte avantajoasă şi sub aspectul consumului de energie la prepararea betoanelor.

11) Unele avantaje tehnico-economice care se obţin prin utilizarea superplastifianţilor în tehnologia betoanelor moderne sunt prezentate schematic în figura 1.5.3.

230%

100% 110% 100%

Bet

on c

u su

perp

last

ifia

nţi

27

Proiect de diplomă

140% 98%

a) b)

Figura 1.5.3.Variaţia rezistenţelor betoanelor cu diferite cimenturi şi superplastifianţi la cicluri de îngheţ-dezgheţ, comparativ cu betonul martor

a – beton fluid (tasare martor 74-76 mm, tasare beton cu superplastifianţi 226-246)b – beton cu lucrabilitate aproximativ egală (tasare martor şi beton cu

superplastifianţi 45±15 mm).

1.5.5.4. Metode pentru controlul şi testarea aditivilor

Metodele pentru controlul şi testarea aditivilor diferă în funcţie de aditivul testat şi scopul urmărit, însă bună parte din aceste metode sunt comune cu cele utilizate în cadrul controlului calităţii şi proprietăţilor cimentului şi betoanelor.

a)Testul calitativ de fluiditate, în cazul utilizării superplastifianţilorSe colectează într-un vas de sticlă cu dop rodat din rezervor sau de la centrala de

beton, o probă de superplastifiant de circa 2 l, care se păstrează în laborator câteva ore pentru a ajunge la temperatura camerei de lucru.

Cu cimentul folosit se va confecţiona o pastă de ciment după metodologia prevăzută pentru pastele de ciment de consistenţă normală, pentru aprecierea fluidităţii pastei imediat după confecţionare şi la 15 in de la confecţionare.

Aparatura şi materialele necesare pentru verificarea fluidităţii pastei de ciment se compun din: aparatura indicată pentru confecţionarea pastei de ciment de consistenţă normală şi pentru determinarea prizei cimentului; cilindrul gradat de 250 ml; 4 pahare de sticlă, cu pereţi groşi, având diametrul de 5-8 cm şi înălţimea de 8-12 cm (raportul H/D=1.5); baghetă de sticlă; superplastifiantul utilizat colectat ca mai sus; ciment din producţia curentă, având la utilizare temperatura camerei de lucru.

Pentru aprecierea prin comparaţie a fluidifierii pastei de ciment se procedează în modul următor:- se confecţionează o pastă de ciment cu 30% apă după metodologia de la pasta de consistenţă normală. Pasta de ciment astfel confecţionată se introduce în 30-60” în paharul de sticlă, după care paharul se bate uşor de o masă de lemn, pentru aşezarea la fundul paharului şi formarea unei suprafeţe plane la faţa superioară a pastei din pahar. Imediat după aceasta, cu mâna stângă, se roteşte uşor paharul spre dreapta, din poziţia verticală la aproximativ 30-450 şi dacă este cazul la 900, şi se observă deformaţia sau curgerea pastei de ciment. După ce se readuce uşor paharul cu pastă, în poziţie verticală, se acoperă cu o placă de sticlă şi se lasă în repaus pe masa de lucru timp de 15 min; după 15 min se repetă operaţia şi se observă deformarea pastei;- se prepară după aceeaşi metodologie o a doua pastă de ciment cu 2-3% din superplastifiantul utilizat. Pentru aceasta, din apa pentru prima pastă de ciment stabilită anterior şi măsurată cu cilindrul gradat se scad 5-7 ml. Cu soluţia diluată de apă cu

28

Proiect de diplomă

superplastifiant se prepară pasta de ciment care se introduce în paharul de sticlă şi asupra căreia se fac observaţiile descrise mai sus. Pentru verificare se fac în total 4 paste: două paste fără superplastifiant şi două cu superplastifiant.

Rezultatul observaţiilor se consideră corespunzător în cazul când pastele cu superplastifianţi au la confecţionare şi după 14-45 min o fluiditate cu mult mai mare în comparaţie cu pastele fără superplastifianţi.

b) Teste de verificare ale caracteristicilor fizico-mecanice ale mortarelor standard cu superplastifianţi

Se confecţionează mortarul standard pentru verificarea rezistenţelor cimentului pe mortare plastice, se încearcă la termenul iniţial 2(7) şi 28 zile , care se consideră martor la verificarea superplastifiantului. La confecţionarea mortarelor standard se determină tasarea şi densitatea mortarului proaspăt.

Se confecţionează a doua serie de mortare standard, la prepararea cărora se introduce superplastifiantul utilizat în proporţie de 2-3%.

Mortarele standard fără superplastifianţi şi cu superplastifiant se încearcă conform metodologiei uzuale la termene de 2 (7) şi 28 zile, iar rezultatele se consideră corespunzătoare în cazul când:- densitatea mortarului plastic cu superplastifiant în stare proaspătă se înscrie în limitele de plus –minus 1-2% prin comparaţie cu densitatea mortarului martor ;- rezistenţa mortarului cu superplastifiant la termenul iniţial şi final de încercare reprezintă cel puţin 1.2, respectiv cel puţin 1.1 în comparaţie cu rezistenţa mortarului martor;

Pentru a putea fi comparate rezultatele trebuie ca mortarul martor fără superplastifiant şi cu superplastifiant să fie confecţionate, păstrate şi încercate în condiţii identice, în aceeaşi zi, în ordinea turnării.

c) Teste de verificare a caracteristicilor fizico-mecanice ale betoanelor cu superplastifianţi la lucrabilitate egală

Cimentul, agregatele, tiparele şi prelungitoarele trebuie păstrate înainte de folosire cel puţin 12 ore în camera de lucru, la temperatura de 20 ±30C.

Compoziţia betonului standard se va stabili luându-se în calcul:- densitatea betonului proaspăt 2400 kg/m3;- dozajul de ciment 350 kg/m3;- adaosul de superplastifiant 2-4% din cantitatea de ciment;- pentru betonul martor raportul A/C=0.54;- pentru betonul cu superplastifiant raportul A/C=0.38...0.49.

Volumul amestecului de beton se stabileşte în funcţie de numărul epruvetelor necesare pentru încercări şi va fi de minimum 30 l.

Prepararea, turnarea şi compactarea betonului proaspăt se face conform prevederilor STAS 1275. Se confecţionează epruvete 15x15x15 cm. Rezistenţa betonului cu superplastifiant trebuie să reprezintă la primul termen de încercare cel puţin 1.30 şi cel puţin 1.15 la 28 zile comparativ cu betonul fără superplastifiant.

1.6. DETERMINĂRI EXPERIMENTALE

1) Scopul lucrării

29

Proiect de diplomă

Partea experimentală urmăreşte influenţa unor adaosuri plastifiante şi fluidifiante comerciale: BETOPLAST şi FM 40 asupra unor proprietăţi ale unor betoane de marca C 35/45.

Proprietăţile în stare proaspătă urmărite au fost tasarea, răspândirea şi densitatea aparentă efectuate conform STAS 1759-88, iar la betonul în stare întărită s-a urmărit evoluţia rezistenţelor mecanice la compresiune pe cuburi de 150X150X150 mm conform STAS 1275-88, astfel încât să se asigure clasa betonului precum şi condiţiile de decofrare ale elementelor prefabricate cu deschidere mai mare de 6 m care trebuie să reprezinte 85% din rezistenţa betonului în conformitate cu clasa acesteia (NE 012-99).

Încercări pe betonul proaspăt Determinarea densităţii aparente

Principiul metodeiDeterminarea densităţii aparente constă în determinarea masei unei probe de beton

proaspăt şi raportarea acesteia la volumul probei respective în stare compactată.Mod de lucru

Se determină masa (m) recipientului. În cazul betoanelor cu agregate cu dimensiunea maximă de 16 şi 40 mm se procedează în felul următor:se umple recipientul metalic cu beton până la jumătatea înălţimiise vibrează circa 15 secunde, după care se continuă umplerea recipientului, după care se continuă vibrarea

Operaţia de compactare se consideră încheiată în momentul în care nu se mai constată eliminarea de bule de aer din beton.

Se înlătură cu ajutorul riglei metalice betonul în exces, având grijă ca să nu rămână goluri pe suprafaţa superioară a betonului. Se determină masa (m1), a recipientului umplut cu beton.

Exprimarea rezultatelorDensitatea aparentă a betonului (ρa) se calculează cu formula:

ρa= ( kg/m3 )

în care :m1 – masa recipientului umplut cu beton, în kilograme;m – masa recipientului gol, în kilograme;V – volumul interior al recipientului, [m3].

Rezultatul se consideră media aritmetică rotunjită la 10 kg/m3, a două determinări, care nu diferă între ele cu mai mult de 5%.

Determinarea lucrabilităţiiMetoda tasării

Principiul metodeiMetoda constă în măsurarea tasării betonului proaspăt, sub greutatea proprie.

Mod de lucruSe umezeşte interiorul trunchiului de con şi se aşează pe o suprafaţă

orizontală plană, rigidă, umezită şi neabsorbantă de 700X400 mm. Se umple trunchiul de con cu beton în trei straturi, fiecare corespunzând aproximativ unei treimi din înălţime.

În fiecare strat se dau câte 25 împunsături, sau cu ajutorul vergelei, repartizându-se uniform pe suprafaţa betonului. Pentru stratul inferior este necesar de a înclina vergeaua şi de a face aproximativ jumătate den împunsături de-a lungul perimetrului, apoi se continuă

30

Proiect de diplomă

cu împunsăturile verticale în spirală până în centru. Stratul inferior se împunge pe toată grosimea sa. Se repetă operaţia de îndesare în stratul al doilea şi în stratul superior, fiecare pe toată grosimea sa, astfel ca vergeaua să pătrundă uşor stratul situat dedesubt.

Pentru a umple şi a îndesa stratul superior, se montează prelungitorul şi se introduce beton în exces asigurându-se menţinerea acestui exces pe toată durata de îndesare.

După ce stratul superior a fost îndesat, se înlătură prelungitorul şi se nivelează suprafaţa betonului prin ferestruie cu ajutorul riglei metalice sau cu veregeaua metalică prin rulare. În timpul umplerii şi compactării betonului, trunchiul de con se menţine fix pe suprafaţa plană, cu ajutorul celor două plăcuţe.

Se curăţă betonul căzut în jurul trunchiului con. Se procedează la ridicarea trunchiului de con, operaţie care trebuie să se facă în 5...10 s printr-o mişcare verticală, constantă, evitându-se deplasările laterale sau răsucirile trunchiului de con. Intervalul de timp de la începerea umplerii trunchiului con şi până în momentul ridicării complete a acestuia nu trebuie să fie mai mare de 150 s.

Imediat după ridicarea trunchiului de con se măsoară tasarea. Dacă se produce o prăbuşire parţială sau o rupere a betonului pe o porţiune, nu se ia în considerare încercarea şi se repetă determinarea pe o nouă probă de beton.

După două încercări consecutive se produce o prăbuşire sau o rupere parţială a betonului din masa epruvetei sau tasarea este mai mică de 10 mm, lucrabilitatea betonului se apreciază după altă metodă.

Exprimarea rezultatelor Tasarea betonului (ht) se calculează cu formula :

h t=h c –h b

în care:hc – înălţimea trunchiului de con, în milimetri;hb – înălţimea punctului cel mai mare ridicat al betonului tasat, în milimetri;

Valoarea se rotunjeşte la 10 mm. Ca rezultat se consideră media aritmetică, rotunjită la 10 mm, a două determinări efectuate la un interval max. 10 min. şi care nu diferă între ele cu mai mult de :

10 mm, pentru tasare ≤ 40 mm;20 mm, pentru tasare = 50...90 mm;30 mm, pentru tasare ≥ 100 mm.

Încercări pe betonul întăritDeterminarea rezistenţei la compresiune

Principiul metodeiRezistenţa la compresiune se determină prin aplicarea unei forţe uniforme

crescătoare pe epruvete cubice, cilindrice sau, orientativ, pe fragmente de prismă rezultate de la încercarea la întindere prin încovoiere sau de la încercarea la încovoiere.

Mod de lucruÎncercarea pe epruvete cubice şi cilindriceSe supun la încercare epruvetele cu aceeaşi stare de umiditate pe care au avut-o în

mediul de păstrare, respectiv din locul de extracţie, verificate şi eventual şi eventual cu feţele rectificate.

31

Proiect de diplomă

Epruvetele curăţate cu peria de păr, se aşează între platanele presei, după ce acestea au fost curăţate în acelaşi mod, în aşa fel încât direcţia de încercare să fie perpendiculară pe direcţia de turnare.

Centrarea epruvetei pe platanul inferior al presei se face ţinând seama de liniile gravate pe acesta. Nu se admite introducerea nici unui material intermediar între feţele epruvetelor şi platanele presei şi nici ungerea acestora.

Forţa se aplică continuu şi uniform până la ruperea epruvetelor cu o creştere constantă de 0,6 ± 0,4 N/mm2 s, dar astfel încât încercarea să dureze 30 s.

Rezistenţa la compresiune, determinată pe epruvete cubice sau cilindrice se calculează cu formula:

Rc= ( N/mm2; MPa )

în care:P – forţa de rupere, citită pe cadranul presei, în newton;A – aria nominală sau reală, după caz, a secţiunii de referinţă, în

milimetri pătraţi.Rezultatul se rotunjeşte la 0,1N/mm2 . Rezistenţa la compresiune pentru o serie de

epruvete cubice se stabileşte ca medie aritmetică a rezultatelor obţinute. Dacă unul din rezultate se abate cu mai mult de 20% faţă de medie, acesta se elimină, recalculându-se media. Dacă două din rezultate se abat, în sens contrar, cu mai mult de 20% faţă de medie, determinarea nu se ia în considerare.

2) Modul de lucru 2.1. Caracteristicile reţetei pentru obţinerea betonului de clasă C35/45

TABELUL: 1.6.1.[kg/m3]uscat

APĂintrodusă cu agregatele

[kg/m3]beton

proaspătCIMENT 500 500

APĂ - -52,91 147,09AGREGATE 0-3 35% 580 28,98 608,98 3-7 20% 331 8,28 339,28 7-

1645% 745 15,65 760,65

Total agregat 1656 1709Greutate specifică 2156 2356

2.2. Determinarea proprietăţílor agregatelor s-a făcut după metoda STAS 4606-70. Determinarea conţinutului de humus

Mod de lucruSe introduce într-un cilindru gradat de 500 cm3 un volum de 200 cm3 agregate cu

Dmax≤ 7 şi se toarnă deasupra o soluţie de 3% hidroxid de sodiu (NaOH), în cantitate suficientă pentru ca volumul ocupat de soluţie şi agregat să fie de 300 cm3. Se închide cilindrul cu un dop şi se agită timp de 3 minute. Dacă se foloseşte un dop de sticlă acesta se va înfăşura în prealabil cu o fâşie de hârtie pentru a se evita lipirea lui de pereţii cilindrului. Se lasă apoi în repaus până a doua zi. După 24 ore se observă culoarea soluţiei de hidroxid de sodiu.

32

Proiect de diplomă

Operaţia se poate face şi într-o sticlă cu gât larg, marcată în prealabil la 200 şi 300 cm3.

Determinarea părţii levigabile Mod de lucru

Din proba de agregate cu Dmax ≤ 71mm, uscată până la masă constantă, se ia o cantitate de 500 g şi se introduce într-un vas de circa 3 dm3, de preferinţă smălţuit. Se toarnă apă potabilă până la o înălţime de 3 cm de la marginea superioară a vasului. Se agită uşor conţinutul cu vergeaua de metal. Se lasă în repaus timp de 15 secunde, după care se scurge apa fie prin sifonare fie prin înclinarea vasului în aşa fel încât să nu se antreneze şi particulele fine din agregate.

Se repetă spălarea cu apă curată, până ce aceasta rămâne limpede. Agregatele astfel spălate se usucă până la masă constantă.

În cazul agregatelor cu Dmax ≥ 71 mm, încercarea se efectuează cu o cantitate de minim 5 kg agregate.

Conţinutul de părţi levigabile se calculează cu formula:

Părţi levigabile = (%)

în care:m – masa materialului uscat înainte de spălare, în grame;m1 – masa materialului uscat după spălare, în grame;

Pentru o determinare sunt necesare trei verificări, iar rezultatul reprezintă media aritmetică a acestora.

Determinarea umidităţiiMod de lucru

Din proba de analiză se cântăreşte 1 kg agregata Dmax ≤ 71 mm sau minim 5 kg din agregate cu Dmax ≥ 71 mm.

Agregatele se usucă în etuvă la 105...110oC, până la masă constantă. Se vor lăsa agregatele să se răcească puţin şi apoi se vor cântării din nou. Umiditatea se calculează cu formula :

Umiditate = (%)

în care: m - masa agregatelor cu umiditate, în grame;m1 – masa agregatelor uscate, în grame;

Rezultatul este media aritmetică a trei determinări.În medie agregatele industriale utilizate în cele 3 sorturi (0-3; 3-7; 7-16) au

următoarele proprietăţi:

TABELUL: 1.6.2.Diam. ochiului

p.l.% w.% d. îndesat

0-3 2% 5% 12703-7 1% 2,5% 14757-16 1% 2,1% 1582

Curba granulometrică a agregatelor este în zona III de granulozitate. Conform NE 012-99 limitele zonelor de granulozitate pentru agregatele 0-16 mm este:

33

Proiect de diplomă

TABELUL: 1.6.3.Limita % treceri în masă prin sita sau ciurul

0,2 1 3 7 16max. 6 25 40 60 100min. 1 15 30 50 95

Curba granulometrică a agregatelor şi distribuţia pe sorturi este următoarea:

TABELUL: 1.6.4.0,2 1 3 7 15

0-3 3 58 90 100 1003-7 1 2 4 89 1007-16 0 0,2 0,6 2,6 100

Corectarea curbei granulometriceTABELUL: 1.6.5.

0,2 1 3 7 150-3 1,05 20,3 31,5 35 353-7 0,2 0,4 0,8 17,8 207-16 0 0,09 0,27 1,17 45

1,25 20,79 32,57 53,97 100

Figura 1.6.1.Curba granulometricăS-au realizat în laborator şarje de câte 70 kg de amestec folosindu-se pentru

amestecare o betonieră cu amestecare gravitaţională. Agregatele utilizate în laborator au fost uscate până la masă constantă.

34

Proiect de diplomă

S-au determinat proprietăţile în stare proaspătă: tasarea; răspândirea şi densitatea aparentă.

35

Proiect de diplomă

Modul de lucruSe respectă reţeta iniţială Se adaugă superfluidizant 0,2%; 0,4%; 0,6%; 1% faţă de cimentOrdinea de amestecare: - agregate mari mici

- cimentul- apa de adaos

Amestecare 3 minuteRepaus 5 minuteSe adaugă superplastifiantulSe amestecă 1 minut.

3) Influenţa plastifiantului BETOPLASTÎn tabelul 1.6.6. sunt prezentate influenţa variaţiei concentraţiei de plastifiant

betoplast asupra proprietăţii betonului pentru două reţete. O reţetă corespunde reţetei standard sau etalon utilizat de staţia de betoane a societăţii SIMBETON şi cea de-a doua reţetă a fost construită prin diminuarea consumului de ciment cu 23 kg/m3 (477 kg/m3 ) conform tabelului 1.6.7.

În figurile 1.6.2.; 1.6.3.; 1.6.4. sunt prezentate influenţele dozajului de plastifiant asupra proprietăţilor betonului cu 500 kg/m3 ciment, iar în figurile 1.6.5.; 1.6.6.; 1.6.7. cu 477 kg/m3 ciment.

Figura 1.6.2. Variaţia tasării betonului în funcţie de dozajul de superplastifiant, cu 500 kg/m3 ciment, cu superplastifiant betoplast, la temperatura de 18oC

36

Proiect de diplomă

Figura 1.6.3. Variaţia răspândirii betonului în funcţie de dozajul de superplastifiant, cu 500 kg/m3 ciment, cu superplastifiant betoplast, la temperatura de 18oC

Figura 1.6.4. Variaţia rezistenţelor betoanelor în funcţie de conţinutul de superplastifiant, cu 500 kg/m3 ciment, cu superplastifiant betoplast, la temperatura de 18oC

TABELUL: 1.6.7.[kg/m3] uscat

APĂintrodusă

cuagregatele

[kg/m3]beton

proaspăt

CIMENT 477 477APĂ 205 -53,488 151,512

AGREGATE 0-3 35% 586 29,3 615,3 3-7 20% 335 8,375 343,375 7-16 45% 753 15,813 768,813

Total agregat 1674 1727.49Greutate specifică 2151 2356

37

Proiect de diplomă

Figura 1.6.5. Variaţia tasării în funcţie de dozajul de superplastifiant, cu 477 kg/m3 ciment, cu superplastifiant betoplast, la temperatura de 20oC

Figura 1.6.6. Variaţia răspândirii în funcţie de dozajul de superplastifiant, cu 477 kg/m3

ciment, cu superplastifiant betoplast, la temperatura de 20oC

Figura 1.6.7. Variaţia rezistenţelor betoanelor în funcţie de dozajul de superplastifiant, cu 477 kg/m3 ciment, cu superplastifiant betoplast, la temperatura de 20oC

4) Influenţa plastifiantului FM 40

38

Proiect de diplomă

Fluidifiantul FM 40 produs de SIKA fost ADIMIMENT HEIDELBERGER este caracterizat prin faptul că printr-o variaţie a concentraţiei pe care un domeniu larg de la 0,2-2,6% din greutatea cimentului permite o reglare mai fină a proprietăţilor în stare proaspătă: tasarea şi răspândirea.

Cantitatea maximă utilizată din considerente economice a fost la 1%.S-au utilizat două reţete cu respectarea proprietăţilor granulometrice şi a curbei

granulometrice descrise la punctul .2.1. şi acelaşi raport A/C ca în reţetele din tabelul 1.6.1 şi 1.6.7.

S-a lucrat însă cu cantitatea de ciment modificate, reduse. În tabelul 1.6.7. şi 1.6.8. sunt prezentate compoziţiile iar în tabelul 1.6.9. sunt prezentate principalele caracteristici ale betoanelor astfel obţinute

TABELUL:1.6.8.[kg/m3] uscat

APĂintrodusă

cuagregatele

[kg/m3]beton

proaspăt

CIMENT 420 420APĂ 180,6 -56,08 124,5

AGREGATE 0-3 35% 614,4 30,72 645,12 3-7 20% 351,08 8,775 359,775 7-16 45% 790 16,59 806,6

Total agregat 1755,4 1811,5Greutate specifică 2175,4 2356

În figurile 1.6.8. şi 1.6.9.sunt redate influenţa dozajului de plastifiant asupra tasării şi respectiv răspândirii amestecului de beton din reţetele mai sus menţionate cu 477 kg/m3 ciment, iar în figura 1.6.10. evoluţia rezistenţelor mecanice la compresiune în funcţie de dozajul de plastifiant.

Figura 1.6.8. Variaţia tasării în funcţie de dozajul de superplastifiant, cu 477 kg/m3 ciment, cu superplastifiant FM 40, la temperatura de 20oC

39

Proiect de diplomă

40

Proiect de diplomă

Figura 1.6.9. Variaţia răspândirii în funcţie de dozajul de superplastifiant, cu 477 kg/m3 ciment, cu superplastifiant FM 40, la temperatura de 20oC

Figura 1.6.10. Variaţia rezistenţelor mecanice în funcţie de dozajul de superplastifiant, cu 477 kg/m3 ciment, cu superplastifiant FM 40, la temperatura de 20oC

În reţetele care conţin cu 57 kg/m3 ciment mai puţin, influenţa concentraţiei de FM 40 asupra tasării, răspândirii şi respectiv evoluţiei rezistenţelor mecanice la compresiune sunt prezentate în figurile 1.6.11.; 1.6.12.; 1.6.13.

Figura 1.6.11. Variaţia tasării în funcţie de dozajul de superplastifiant, cu 420 kg/m3 ciment, cu superplastifiant FM 40, la temperatura de 20-25oC

41

Proiect de diplomă

Figura 1.6.12. Variaţia răspândirii în funcţie de dozajul de superplastifiant, cu 420 kg/m3

ciment, cu superplastifiant FM 40, la temperatura de 20-25oC

Figura 1.6.13. Variaţia rezistenţelor mecanice în funcţie de dozajul de superplastifiant, cu 420 kg/m3 ciment, cu superplastifiant FM 40, la temperatura de 20-25oC

CONCLUZIICondiţia de lucru determinată de forma şi dimensiunea produselor turnate cu betonul

din clasa C 35/45 impune o tasare de minim T4 (12020 mm).În cazul folosirii betoplastului reţeta cu 500 kg/m3ciment nu se îndeplineşte pentru

nici o concentraţie de plastifiant realizarea condiţiei de tasare T4 în plus datorită variaţiei de raport A/C evoluţia tasării cu concentraţia este foarte aleatoare între 35-40 mm.

Scăderea dozajului de ciment aşa cum ere de aşteptat nu a îmbunătăţit tasarea. În cursul efectuării experimentelor s-a observat că temperatura apei, a agregatelolor au un rol extrem de important asupra efectelor plastifiantului.

Din punct de vedere al rezistenţelor mecanice creşterea concentraţiei în betoplast influenţează în general pozitiv rezistenţa la compresiune. Cu toate că pentru asigurarea clasei Rcminim cub 28 zile fc preliminar = 56,5 N/mm2 se atinge pentru reţeta cu 500 kg/m3 ciment încă de la o concentraţie de 0,2% betoplast la scăderea cantităţii de ciment la 477 kg/m3 ciment condiţia minimă la 28 zile este atinsă abia pentru concentraţia de 0,6% betoplast. Aceasta arată rolul extrem de important al cantităţii de ciment utilizate.

42

Proiect de diplomă

În cazul utilizării fluidifiantului FM 40 se observă o variaţie foarte liniară şi controlată (figura III.8.) cu concentraţia de fluidifiant. La o concentraţie de 0,4% se atinge deja condiţia de tasare T4/T5 (15030 mm). În afara acestui fapt şi rezistenţele mecanice ating condiţiile cerute de standard pentru clasă compres la 28 zile =59,95 N/mm2, iar 85% din valoarea rezistenţelor minime la 28 zile, adică 56,5*0,85=48,025 N/mm2 se atinge la 7 zile. Această reţetă poate fi considerată optimală din punct de vedere al costurilor raportate la condiţiile impuse de clasa betonului. Scăderea cantităţii de ciment permite în cazul utilizării lui FM 40 atingerea condiţiilor de clasă a betonului de la o concentraţie de 0,2% FM 40, dar tasarea nu se încadrează decât pentru T2 (3010 mm).

Toate experimentele evidenţiază rolul foarte important al temperaturii de turnare.

1.7. FLUXUL TEHNOLOGIC PENTRU OBŢINEREA BETONULUI

1.7.1. Aspecte generale ale preparării betoanelor

Prin fabricarea betoanelor se înţelege succesiunea de operaţii tehnologice necesare pentru obţinerea unor compozite cu performanţe şi caracteristici tehnice bune stabilite, destinate executării unor lucrări de construcţii foarte variate, având aptitudinea de a fi manipulate, transportate şi puse în operă în condiţii climatice diferite şi care prin întărire preiau funcţiile prevăzute în proiecte.

Prepararea betoanelor este considerată un flux tehnologic continuu compus din următoarele operaţii principale:- aprovizionarea, depozitarea, analiza, manipularea şi transportul materialelor componente;- proiectarea compoziţiilor betoanelor în raport cu cerinţele fiecărei lucrări;- dozarea componentelor;- amestecarea componentelor;- transportul betonului de la centrala de betoane la locul de punere în operă;- punerea în operă, compactarea, finisarea şi protecţia betonului după turnare;- controlul calităţii betonului proaspăt şi întărit, rezultatul final depinzând de respectarea condiţiilor tehnice şi tehnologice pentru fiecare operaţie; este deci important ca în fiecare etapă să se urmărească obţinerea unor performanţe mărite.

1.7.2. Exigenţele preparării betoanelor

Performanţele şi caracteristicile tehnice ale betoanelor sunt nemijlocit legate de calitatea lucrărilor executate pe întregul lanţ tehnologic în care acestea sunt fabricate, transportate şi puse în operă, prepararea betoanelor fiind prima etapă a acestui lanţ.

Principalele activităţi care se desfăşoară în această etapă şi factorii de care trebuie să se ţine seama se tratează în continuare:Aprovizionarea staţiei de betoane cu materiale necesare cuprinde:

- asigurarea, transportul şi depozitarea agregatelor;- asigurarea, transportul şi depozitarea cimentului;- asigurarea apei de amestecare;- asigurarea şi depozitarea adaosurilor şi aditivilor, necesare preparării betoanelor.Dozarea componenţilor şi aditivilor utilizaţi la prepararea betoanelor:- dozarea cimentului;

43

Proiect de diplomă

- dozarea agregatelor;- dozarea apei de amestecare- dozarea adaosurilor şi aditivilor utilizaţi la prepararea betoanelor.Prepararea betoanelor cuprinde:

- amestecul materialelor componente cu tipuri curente de mijloace de malaxare, în staţii de beton;- staţii de beton;- tipul de amestecare prescris;- omogenitatea amestecului şi după caz, prepararea betoanelor în condiţii normale;- prepararea betonului în condiţii de climă caldă;- prepararea betonului pe timp friguros.

1.7.2.1. Apovizionarea staţiei de betoane cu materiale necesare

Aprovizionarea centralei de betoane cu materiale necesare reprezintă una din problemele de bază ale organizării activităţii de preparare a betoanelor.

a) Asigurarea, transportul şi depozitarea agregatelorAsigurarea cu agregate constituie una din activităţile mari consumatoare de mijloace

în procesul de fabricare a betoanelor.În ţara noastră agregatele sunt livrate din cariere sau balastiere în proporţie de peste

80% în vagoane de cale ferată. Livrarea cu mijloace auto este recomandată în cazul distanţelor mici faţă de sursă şi atunci când racordarea la reţeaua de cale ferată nu este posibilă.

Pentru funcţionarea corespunzătoare a unei centrale de betoane, depozitarea agregatelor se efectuează în două etape:În depozitul de alimentare directă al betonierelor dimensionat pentru asigurarea unei rezerve de 2-4 oreÎn depozitul de siguranţă calculat pentru asigurarea rezervei de materiale pentru funcţionarea continuă a staţiei de betoane

b) Asigurarea, transportul şi dozarea cimentuluiSpre deosebire de agregate, transportul, manipularea şi depozitarea cimentului se

efectuează în condiţii deosebite pentru păstrarea calităţii şi evitarea oricărui contact cu apa sau cu umiditatea.

Fabricile de ciment livrează cimentul fie în saci, fie în vrac.Livrarea în saci este simplă, nu necesită investiţii importante pentru depozitare şi este

recomandabilă pentru şantierele mici sau pentru unele sortimente speciale de ciment care se consumă în cantităţi reduse.

Livrarea în vrac este cea mai răspândită, fiind din punct de vedere al manipulării şi depozitării soluţia cea mai productivă.

Cimentul este expediat din fabricile producătoare în autovehicule sau în vagoane speciale şi este descărcat în silozuri cu ajutorul aerului comprimat în pat fluidizat, prin conducte.

Silozurile de ciment au capacităţi modulare de 25; 50; 80; 250 şi 500 t şi sunt dotate cu dispozitive şi instalaţii pentru legătura cu mijloacele de transport şi staţiile de betoane.

c) Asigurarea apei de preparare

44

Proiect de diplomă

Apa de preparare se asigură de regulă direct din reţeaua de apă potabilă sau industrială a localităţii sau zonei industriale, respectând parametrii de calitate prevăzuţi în norme sau prescripţii tehnice.

d) Asigurarea şi depozitarea materialelor utilizate ca adaosuri şi aditivi la prepararea betoanelor

Materialele utilizate ca adaosuri la prepararea betoanelor reprezintă în situaţii curente materiale pulverulente, cu frecvenţă mai mare cenuşa volantă, apoi silicea ultrafină şi în anumite cazuri zgura bazică granulată fin măcinată, nisipul cuarţos fin măcinat, calcar fin măcinat, coloranţi, etc.

Aditivii folosiţi la prepararea betoanelor reprezintă plastifianţi, antrenori de aer, superplastifianţi, întârzietori de priză, acceleratori de priză şi întărire care în funcţie de condiţiile de livrare, pot fi transportaţi după caz la centralele de beton, cu autocamioane, autocisterne, vagoane cisternă, etc.

Dep ozitarea aditivilor se face în spaţii uscate, în magazii închise, în ambalaje corespunzătoare, metalice sau din materiale plastice, etichetate vizibil.

1.7.2.2. Dozarea componenţilor betoanelor

Dozarea componenţilor betoanelor este una din operaţiile mai importante în tehnologia preparării betoanelor, constând în principal în reproducerea în condiţii industriale a proporţiilor cantitative determinate în laborator cu erori cât mai mici posibile, pentru a obţine calitatea de beton prevăzută în proiecte.

a) Dozarea cimentuluiDozarea cimentului trebuie să fie de o clasă de precizie ridicată. Prescripţiile tehnice

din ţara noastră prevăd pentru ciment o abatere la dozare de 2%; pentru a se obţine încadrarea în aceste limite în majoritatea cazurilor s-a adoptat prin cântărire, care se pretează la mecanizarea şi automatizare.

Precizia de cântărire depinde de modul de admisie a cimentului, din acest punct de vedere sistemul cu şnecuri este superior sistemului căderii prin gravitaţie a cimentului.

b) Dozarea agregatelorDin punct de vedere tehnic dozarea agregatelor este volumetrică fiind dificilă din

punct de vedere tehnic şi susceptibilă de mari erori, neputându-se realiza practic un volum de beton având o tasare şi un conţinut de apă constant sau posibil a fi uşor corectat.

Spre deosebire de agregatele naturale, agregatele artificiale şi în special cele uşoare au o absorbţie ridicată de apă, iar fenomenul de înfoiere este redus. În aceste condiţii, în cazul agregatelor uşoare artificiale se recomandă dozarea volumetrică care permite obţinerea unor rezultate mai precise.

Abaterea limită la dozarea agregatelor este 3%.c) Dozarea apei de preparare

Pentru apa necesară preparării betoanelor trebuie să se respecte condiţiile de calitate.Dozarea apei se face volumetric sau ponderal. Dozajul volumetric este utilizat în mod

practic în toate sistemele de alimentare cu apă, dispozitivul principal fiind contorul de apă, numărul de rotaţii fiind proporţionat cu cantitatea de apă debitată. De regulă, contoarele de apă au o precizie cuprinsă între 1 şi 3%. Dozajul ponderal se bazează pe utilizarea cântarelor similare celor de la dozarea celorlalţi componenţi.

45

Proiect de diplomă

Cantitatea de apă corespunzătoare unui amestec se corectează ţinând seama de umiditatea agregatelor, astfel încât să se respecte raportul A/C.

d) Dozarea materialelor utilizate ca adaosuri şi aditivi la prepararea betoanelor

Dozarea materialelor pulverulente utilizate ca adaosuri, cenuşa volantă, silicea ultrafină se face manual pentru lucrări de volum redus, cu dozatoare mecanice, electromecanice, similare celor folosite pentru dozarea cimentului.

Dozarea aditivilor la prepararea betoanelor se face de asemenea manual sau cu ajutorul dozatoarelor pentru aditivi, în funcţie de modul de livrare a aditivilor.

1.7.2.3.Prepararea betoanelor

Prepararea betoanelor constă în esenţă în amestecarea materialelor componente cu ajutorul unor instalaţii fixe sau mobile, pentru realizarea unui amestec omogen în toate punctele.

În realizarea proprietăţilor betonului proaspăt şi întărit, o contribuţie hotărâtoare are modul de amestecare al materialelor componente.

Mijloacele moderne de preparare a betoanelor sunt caracterizate prin poziţia şi modul de realizare a traiectoriilor componenţilor în timpul amestecării şi pot fi grupate în două grupe principale:

- betoniere cu amestecare prin cădere liberă- malaxoare cu amestecare forţată

Betoanele au capacităţi variabile de la 100 l până la 2000 l şi pot fi montate pe roţi pentru o deplasare uşoară sau pe şasiuri.

Ordinea în care se introduc materialele componente în betonieră este următoarea: apă, ciment, nisip, pietriş.

Golirea amestecului după malaxare se face prin bascularea cuvei în cazul în betonierelor înclinate sau prin schimbarea sensului de rotaţie în cazul celor orizontale

Malaxoarele pot fi cu ax vertical sau orizontal, cu cuvă fixă sau mobilă.Alimentarea betonierelor şi malaxoarelor este asigurată în majoritatea cazurilor cu

ajutorul cupelor basculante şi schipurilor sau prin racordarea individuală prin conducte a fiecărui component.

Capacitatea unei betoniere cu ax înclinat este de regulă cuprinsă între 0,5 şi 0,6% din capacitatea cuvei. Unele tipuri de malaxoare cu ax vertical au capacitate utilă de până la 0,85% din capacitatea cuvei.

Timpul de amestecare este durata necesară pentru realizarea unui amestec omogen care începe în momentul în care ansamblul componentelor inclusiv apa au fost introduşi în malaxor şi se termină odată cu începerea golirii cuvei malaxorului.

Timpul de amestecare condiţionează atât calitatea betonului, cât şi randamentul utilajului şi depinde de un număr mare de factori dintre care menţionăm:- natura şi dimensiunile agregatului;- cantitatea de apă de amestecare;- viteza de rotaţie a cuvelor şi a dispozitivelor de amestecare;- coeficientul de umplere a cuvei.

Durata de amestecare se stabileşte pe baza încercărilor şi a fiecărui producător, ţinând seama de utilaje şi materiale de care dispune.

46

Proiect de diplomă

Pentru betoanele cu tasare sub 3 cm timpul de amestecare după introducerea superplastifiantului este de minimum 90s în cazul malaxoarelor cu amestec forţat şi minimum 120s în betoniere cu amestec prin cădere liberă.

Pentru betoanele preparate cu agregate uşoare timpul de preparare după introducerea ultimului component în betonieră este de 3 minute.

Pentru betoanele cu adaosuri de răşini sintetice sau cu răşini sintetice fără lianţi minerali timpul de preparare în malaxoare cu amestec forţat este de 3-5 minute de la introducerea ultimului component în malaxor.

1.7.2.4. Omogenitatea betoanelor

Un beton este considerat omogen atunci când compoziţia lui este identică în toate punctele.

Omogenitatea betonului depinde de calitatea constantă a materialelor componente, de dozare şi prepararea corectă pentru toate şarjele ce trebuie realizate pentru aceeaşi clasă de beton, de calitatea utilajelor de malaxare şi de capacitatea lor de a asigura materialelor componente o bună amestecare.

1.7.3. Transportul betoanelor de la locul de preparare la locul de punere în operă

În funcţie de capacitatea staţiei de betoane şi a liniilor de fabricaţie, transportul betonului poate fi discontinuu sau continuu.

a) Transportul discontinuu se efectuează în reprize caracterizate printr-o anumită ritmicitate cu ajutorul unor utilaje acţionate mecanic sau electric de capacitate egală cu cantitatea de beton fabricată într-o şarjă sau într-un număr întreg de şarje ale betonierelor. Mijloacele utilizate pentru transportul discontinuu sunt: vagonetul, buncărul, autoîncărcătorul şi autobetoniera.

b) Transportul continuu se realizează în unele cazuri cu ajutorul benzilor transportoare şi al pompelor de beton.

1.7.4.Punerea în operă a betoanelor

Principalii factori care influenţează favorabil calitatea betonului realizat în unităţile de prefabricate sunt:

- distanţa de transport a betonului proaspăt mult mai redusă;- constanţa calităţii amestecurilor de beton;- tehnologia de vibrare;- calitatea tiparelor;- condiţiile relativ constante pentru întărirea betonului;- forţa de muncă cu pregătire corespunzătoare, etc.Turnarea betonului în tipare se efectuează cu:- cu buncăre cu deschidere manuală purtate de poduri sau grinzi rulante care

asigură descărcarea betonului - cu distribuitoare de beton autopropulsate care pot realiza descărcarea betonului în

tipar şi în unele cazuri repartizarea, nivelarea sau chiar compactarea betonului.Compactarea betonului se face în funcţie de caracteristicile betonului proaspăt,

47

Proiect de diplomă

ale tiparelor, de destinaţia produsului prin diferite procedee de compactare, cum sunt:- vibrarea ;- presarea şi vibropresarea;- vacuumarea şi vibrovacuumarea;- laminarea şi vibrolaminarea;- centrifugarea;- torcretareaCel mai răspândit procedeu de compactare este vibrarea care este cel mai

simplu şi la care se înregistrează şi un consum mai redus de energie. Vibrarea se poate realiza cu vibratoare de adâncime, mese vibrante, reazeme vibrante, vibratoare cu placă de vibrare, vibratoare exterioare montate pe tipare, etc.

1.7.6. Întărirea betoanelor

Întărirea betoanelor reprezintă una din fazele de mare importanţă în procesul de realizare a elementelor prefabricate şi monolitice din beton, beton armat sau beton precomprimat, şi condiţionează în bună măsură obţinerea rezistenţelor mecanice necesare în diferite etape, durata intervalului de timp necesar în acest scop, ca şi aspectul şi durabilitatea elementelor în exploatare, etc.

Elementele de construcţii pot fi decofrate atunci când betonul a atins o anumită rezistenţă. Trebuie avute în vedere condiţiile speciale ale decofrării elementelor din beton care au fost supuse îngheţului în faza întăririi.

Elementele pot fi decofrate în momentul în care betonul are o rezistenţă suficientă pentru a putea prelua integral sau parţial, după caz sarcinile pentru care au fost proiectate.

48

Proiect de diplomă

49

Proiect de diplomă

CAPITOLUL 2

PROIECTAREA UNUI FLUX TEHNOLOGIC PENTRU OBŢINEREA CIMENTULUI PORTLAND

50

Proiect de diplomă

2.1.GENERALITĂŢI DESPRE CIMENTULUI PORTLAND

Cimentul Portland este o pulbere fină obţinută prin măcinarea clincherului de ciment portland cu un adaos de 1-7% ghips pentru reglarea timpului de priză şi eventual cu alte adaosuri hidraulice sau inerte pentru a imprima acestuia proprietăţi speciale corespunzătoare destinaţiei.

Clincherul de ciment portland este produsul obţinut prin arderea amestecului de materii prime până la topire parţială. Amestecul de materii prime se introduce în cuptor fie sub formă de pastă fie sub formă de făină în raport cu produsul folosit. Operaţiile menţionate pot fi grupate în trei etape importante:- pregătirea amestecului brut- arderea - obţinerea cimentului

Compoziţia oxidică obişnuită a unui ciment portland variază în limitele următoare:TABELUL:2.1.

CaO 60 – 67% SiO2 19 – 24% Al2O3 4 – 7% Fe2O3 2 – 6% MgO 4 – 5% SO3 Max 3%

Pentru a obţine compoziţia arătată, materia primă trebuie să conţină în jur de 75 – 80% CaCO3 şi 25 – 30% SiO2, Al2O3, Fe2O3.

Omogenizarea amestecului brut va fi cu atât mai bună, cu cât fineţea de măcinare va fi mai mare. Astfel concasarea trebuie să asigure obţinerea unui material ale cărui dimensiuni trebuie să facă posibilă alimentarea morilor şi funcţionarea lor cu un consum cât mai mic de energie. Materialul trebuie să se introdusă în moară cât mai fin concasat, adică să nu depăşească 20-30 mm.

La obţinerea clincherului de ciment Portland cel mai important proces este clincherizarea. Acest proces presupune topirea parţială a amestecului, apariţia fazei lichide ajută la desăvârşirea reacţiilor de formare a constituenţilor clincherului.

Pentru clincherele de compoziţie obişnuită, temperatura maximă de clincherizare se obţine prin arderea combustibililor cu ajutorul unui arzător combinat pentru combustibil solid, gazos, lichid şi este de aproximativ 1450oC.

Cimentul ca produs finit se prezintă sub forma unor pulberi de culoare gri-verzui închis culoare care se datorează compuşilor ferici.

Dintre proprietăţile sale fizice şi mecanice mai importante sunt:1)Densitatea: este cuprinsă între 3 şi 3,2 g/cm3..Ease determină cu

metoda pitrometrului, folosind ca lichid de lucru eter de petrol.2)Timpul de priză: începutul de priză şi sfârşitul prizei sunt termeni care servesc la

deosebirea cimenturilor din punct de vedere al vitezei de întărire. La cimenturile normale începutul de priză are loc după cca. 3 ore, iar la cimenturile cu priză înceată înainte de 5-7 ore. Cimenturile la care începutul prizei are loc înainte de o oră sunt considerate ca

51

Proiect de diplomă

cimenturi cu priză rapidă. Sfârşitul prizei are loc după 7 ore, iar la cele cu priza înceată, după 10 ore.

3)Apa de consistenţă normală. Apa adăugată cimentului în vederea pregătirii mortarelor sau a betoanelor trebuie să confere amestecului fluiditatea necesară. Adăugarea unor substanţe fluidificatoare determină folosirea unei cantităţi mai mici de apă.

4)Variaţia de volum. Piatra de ciment în curs de întărire prezintă fenomene de contracţie - umflare. Contracţia cimentului se dovedeşte mică în cazul unui conţinut ridicat de 3CaO.SiO2 (C3S).

5)Rezistenţele mecanice. Rezistenţa la compresiune se determină standardizat pe un amestec de nisip poligranular şi ciment.

2.2.PROCEDEE PENTRU FABRICAREA CIMENTULUI PORTLAND

În industria cimentului există mai multe procedee de fabricaţie şi anume: procedeul uscat, procedeul umed, procedeul semiuscat şi procedeul semiumed.

PROCEDEUL USCATÎn cazul acestuia materiile prime înainte de a fi măcinate sunt uscate sau mau recent

dacă umiditatea nu depăşeşte 15% uscarea se efectuează concomitent cu măcinarea. În acest caz cuptorul cu care se clincherizează amestecul de materii prime se alimentează cu făină.

PROCEDEUL UMEDMateriile prime se macină umed obţinându-se amestecul brut sub forma unei paste cu

un conţinut de apă de 30-50%. Cuptorul cu care se face clincherizarea este alimentată cu pasta obţinută la măcinare.

PROCEDEUL SEMIUSCATMateriile prime se pregătesc după tehnologie analoagă procedeului uscat. Făina brută

se granulează cu 8-12% apă şi cuptorul se alimentează cu granulele formate.PROCEDEUL SEMIUMED

Materiile prime se macină în mod analog ca şi în cazul procedeului umed. Pasta obţinută se filtrează pentru eliminarea excesului de apă. Turtele obţinute conţinând 18-20% apă se granulează şi se introduc în cuptorul de clincherizare.

Până la apariţia cuptoarelor rotative clincherul se obţinea prin procedeul uscat sau semiuscat, iar arderea se făcea în cuptoare verticale. Odată cu apariţia cuptorului rotativ s-a putut introduce şi procedeul umed de fabricaţie. Aceste două procedee principale de fabricaţie a clincherului s-au dezvoltat şi perfecţionat continuu în decursul anilor. Dezvoltarea preferenţială a unuia din cele două procedee a fost influenţată o serie de factori şi anume:- proprietăţile fizice ale materiilor prime- consumul specific de materii prime - consumul specific de căldură - consumul specific de energie electrică - consumul de metal

Consumul specific de căldură ceea ce diferenţiază net procedeul umed de cel uscat este consumul de căldură, care este cu cca. 60% mai mare la procedeul umed la utilaje de capacităţi egale.

52

Proiect de diplomă

Proprietăţile fizice ale materiilor prime exercită o influenţă asupra alegerii procedeului de fabricaţie, în special prin valoarea umidităţii naturale a acestora peste 15% uscarea ridică probleme dificile şi în acest caz procedeul umed este cel mai indicat de folosit.

Consumul specific de energie electrică. Din datele literaturii de specialitate reiese că pentru obţinerea unei tone de clincher sunt necesari 35-45 KW la procedeul umed şi cu cca. 10-20% mai mult pentru procedeul uscat. Tendinţa generală este micşorarea acestor cifre la ambele procedee. În cazul procedeului uscat acest lucru s-a putut realiza datorită progreselor realizate la omogenizarea şi transportul făinii precum şi la îmbunătăţirea randamentului instalaţiilor de măcinare.

Consumul specific de metal. Echipamentul mecanic al unei fabrici de ciment face parte din grupa utilajelor grele, datorită condiţiilor specifice de lucru: volum mare al producţiei, solicitări mecanice mari şi variabile în timpul exploatării, uzură mare datorită frecării şi temperaturii ridicate în cazul cuptoarelor. Analizând greutăţile utilajelor tehnologia de aceeaşi capacitate care funcţionează după cele două procedee rezultă că pentru procedeul uscat apare o importantă economie de metal 15%.

Iniţial cimentul Portland s-a fabricat exclusiv după procedeul uscat. Odată cu introducerea cuptorului rotativ a apărut procedeul umed, care în scurt timp a căpătat o pondere predominată în producţia de ciment, datorită avantajului pe care îl avea în comparaţie cu procedeul uscat şi anume: realizarea amestecului brut, măcinarea şi omogenizarea se realizează în bune condiţii cu cheltuieli mult mai reduse decât în cazul procedeului uscat.

Creşterea masivă a producţiei de ciment a dus la mărirea continuă a dimensiunilor de gabarit în special a cuptoarelor rotative, ajungându-se la cuptoare cu w 7,62x232m şi capacitate de producţie de 3600 t/zi. Aceasta a determinat creşterea complexităţii utilajelor şi mai ales a dificultăţilor de exploatare.

Ca urmare tehnologia de ardere a evoluat spre sisteme care aveau în vedere scoaterea în afara cuptorului a anumitor faze ale procesului de ardere. Aceasta a dus la micşorarea dimensiunilor de gabarit ale cuptorului dar şi la Necesitatea renunţării la procedeul umed. Cel mai mare cuptor prezent în lume pentru acest procedeu a fost pus în funcţiune în anul 1972 în Japonia şi are o productivitate de 5100 t/zi clincher la dimensiuni ale cuptorului w 6,2x125 m. Toate aceste perfecţionări ale procesului tehnologic au produs mutaţii şi în ponderea proceselor de fabricaţie. Astfel că după perioada anilor 1955 ponderea pe plan mondial în producţia de ciment o deţinea procedeul umed, cca. 80% în perioada anilor 1965, procedeul uscat deţinea deja 10% din producţia mondială de ciment.

În concluzie procedeul uscat este cel mai indicat procedeu de obţinere a cimentului Portland.

53

Proiect de diplomă

A.FLUXUL TEHNOLOGIC PENTRU PROCEDEUL UMED

ARGILA

EXTRAGERE

CONCASARE

DELEIERE

CALCAR

EXTRAGERE

CONCASARE

RECONCASARE

CENUŞA DE PIRITA

DOZARE MATERII PRIME

MACINARE UMEDA

OMOGENIZARE-CORECŢIE

CLINCHERIZARE

RACIRE

CONCASARE

MACINARE FINA

DEPOZITARE

EXPEDIERE

GHIPS

54

Proiect de diplomă

B.FLUXUL TEHNOLOGIC PENTRU PROCEDEUL USCAT

ARGILA

EXTRAGERE

CONCASARE

USCARE

CALCAR

EXTRAGERE

CONCASARE

RECONCASARE

CENUSA DE PIRITA

USCARE

DOZARE MATERII PRIME

MACINARE

OMOGENIZARE - CORECTIE

CLINCHERIZARE

RACIRE

CONCASARE

MACINARE FINA

DEPOZITARE

EXPEDIERE

GHIPS

55

Proiect de diplomă

2.3. DESCRIEREA FLUXULUI TEHNOLOGIC

2.3.1. Extragerea materiilor prime

Zăcămintele de calcar sunt constituite în ansamblu din calcar gresoase, marne calcaroase, calcare cretoase, gresii calcaroase, etc. Zăcământul se prezintă sub formă de straturi sau pachete de straturi de calcar alternând într-o succesiune relativă cu straturi de argilă sau marnă. Din această cauză conţinutul în CaCO3 prezintă variaţii mari ceea ce constituie principala dificultate în exploatare fiind necesară uneori o exploatare preferenţială a zăcământului cu influenţe defavorabile asupra producţiei.

Înălţimea maximă a frontului nu depăşeşte 35m, astfel că exploatarea se realizează într-o singură treaptă. Vatra carierei este situată la cota +20m.Metoda de exploatare folosită cuprinde următoarele operaţii:- descopertarea zăcământului- derocarea primară executată cu explozivi prin găuri de sondă realizată cu ajutorul forezelor- derocarea secundară a blocurilor negabaritice - încărcarea materialului derocat în vagoane basculante pe cale ferată normală cu ajutorul excavatorului de lanţ .

2.3.2. Încărcarea şi transportul materialului derocat

Materialul derocat obţinut prin metodele descrise este încărcată în vagoane basculante cu ajutorul excavatorului cu lanţ. Transportul materialului se execută pe cale ferată normală cu ajutorul locomotivelor. Gradul de ocupare ale excavatoarelor este între 50-60% din timpul efectiv de lucru datorită următoarelor cauze:- carierele fabricii sunt dispersate şi variaţia chimică a calcarului diferă de la carieră la carieră şi chiar în cadrul aceleiaşi cariere aceasta conducând la amplasarea excavatoarelor în fiecare carieră, nefiind nevoie zilnic să se aducă material calcaros sau cretos din fiecare punct de lucru.

2.3.3. Pregătirea şi depozitarea materiilor prime

Calcarul adus din cariere este basculat în buncărele a 2 concasoare Wedag, este concasat şi apoi transportat fie la buncărele morilor de făină fie la hala de materii prime. Concasarea calcarelor compacte se realizează în două trepte şi anume:treapta I : concasor cu fălci treapta II: concasor Wedag

Tot aici se află şi staţia de descărcare a marnei şi a cenuşii de pirită. Transportul este asigurat de benzi transportoare de cauciuc. Desprăfuirea este asigurată de filtru cu saci.

2.3.4. Măcinarea şi omogenizarea materiilor prime

De la concasoare sau hală calcarul, cenuşa de pirită şi argila sunt introduse în buncărele a 2 mori de făină. Măcinarea în aceste mori cu bile se face combinat cu uscarea

56

Proiect de diplomă

materiilor prime folosind în acest scop gazele arse de la cuptor sau în cazul în care cuptorul staţionează, de la focare auxiliare de ardere cu păcură.

Făina măcinată, trece apoi printr-un separator static care reintroduce în circuit fracţiunea grosieră numită „griş”. Apoi făina trece printr-o baterie de cicloane de unde cade pe rigole pneumatice care o transportă la buncărele pompelor de făină „Fűller”. Pompele asigură în continuare transportul făinii în 3 silozuri de omogenizare. Omogenizarea făinii se face prin barbotare pneumatică aducând masa de făină brută în stare fluidizată cu ajutorul unui curent de gaz. Acest mod de omogenizare este substanţial mai eficace decât folosirea metodelor mecanice.

Din procesul de măcinare, amestecul brut nu iese omogen din punct de vedere chimic putând prezenta de asemenea unele abateri de la compoziţia calculată. Aceasta impune ca înainte de alimentarea cuptorului cu făină brută să se facă un control riguros al compoziţiei, urmat de corectarea acestuia în conformitate cu datele stabilite prin calcul pentru tipul de clincher care se fabrică.

Când s-a ajuns la compoziţia dorită făina este trecută în cele 3 silozuri de depozitare . De aici este extrasă, transportate cu rigole pneumatice şi elevatoare la buncherele pompelor ce vor transporta făina la cuptor. Dozarea cantităţii de făină ce va fi introdusă în cuptor este asigurată de benzi de cântărire automată. De la pompe făina intră în turnul de cicloane al cuptorului - schimbător de căldură Wedag, de unde se încălzeşte până la 700-800oC şi se decarbonatează parţial. Turnul de cicloane are 4 trepte, circulaţia materialelor făcându-se în echicurent cu gazele de ardere.

2.3.5. Arderea amestecului brut. Obţinerea clincherului

Procesul de ardere în cuptor comportă următoarele reacţii: decarbonatarea, combinarea CaO cu restul de oxizi (SiO2, Fe2O3, Al2O3) ce constituie clincherizarea. Răcirea clincherului obţinut se face cu răcitoare grătar. Clincherul răcit este preluat de transportoare cu racleţi şi benzi de cauciuc şi vărsat în hala de clincher. Desprăfuirea se realizează în proporţie de 90% în electrofiltre şi în cicloane.

Arderea în cuptoare pentru realizarea unei temperaturi în zona de clincherizare de cca. 1500oC se face cu păcură injectată la o presiune de 20-30 atm. Datorită vâscozităţii ridicate la temperatură normală păcura trebuie preîncălzită la peste 100oC.

Răcirea clincherului se face în răcitoare grătar, iar transportul în hala de clincher sau bunchere se face cu transportoare cu racleţi şi benzi de cauciuc.

2.3.6. Depozitarea şi măcinarea clincherului

Clincherul din hală este preluat de podurile rulante prevăzute cu graifer şi introdus în buncherele morilor de ciment. Ca adaos la măcinare se introduce ghips ca moderator de priză. Se poate introduce pentru ciment cu zgură, zgură granulată de furnal în proporţie de 15,20,30%. Amestecul este preluat de elevatoare şi transportat la rigolele pneumatice care-l colectează de la toate morile şi-l transportă la buncherele pompelor pneumatice. Pompele pneumatice asigură în continuare transportul cimentului la silozurile de depozitare. Fiecare moară este dotată pentru desprăfuire cu filtre cu saci. Cimentul colectat de filtre este reintrodus în circuit. Cimentul e depozitat pe sortimente în silozuri. Cimentul staţionează în acestea cât este necesar pentru efectuarea analizelor fizico-chimice şi apoi este transportat la staţia de livrare.

57

Proiect de diplomă

2.3.7. Ambalarea şi livrarea cimentului

Livrarea se face la 3 rampe astfel :la rampa 1 –numai în saci. Sacii de ciment sunt preluaţi de benzi transportoare şi apoi de către transportori pe cărucioare şi introduşi în vagoane.la rampa 2 există posibilitatea de încărcare în saci, utilizând maşina de însăcuit. La această rampă livrarea se face şi în vrac. Tot de aici prin instalaţii speciale se livrează ciment cu mijloace proprii ale beneficiarilor.la rampa 3 are posibilitatea de livrare a cimentului atât în saci cât şi în vrac, iar încărcarea în vagoane se face cu benzi autoîncărcătoare tip Mőllers. Atât maşinile de însăcuit cât şi mijloacele de transport şi silozurile are asigurată desprăfuirea cu filtre cu saci, funcţionând în acelaşi regim cu cele de la mori ciment.

2.4. ÎNCADRAREA FLUXULUI TEHNOLOGIC CU UTILAJE

2.4.1. Excavator cu lanţ

Se foloseşte un excavator cu mai multe cupe. Operaţiile de săpare şi umplerea cupelor, transportul la locul de descărcare şi revenirea cupelor în poziţia iniţială se execută simultan. Elementele constructive ale unui excavator:- braţ articulat- cupă - sistem de deplasare

Capacitatea cupei este de 4 m3, numărul cupelor 21buc, viteza de deplasare a excavatorului 0,05 m/s, productivitatea 50-60 m3/h.

Cantitatea de calcar necesară din carieră este de 50 t/zi, iar de marnă de 40 t/h. Densitatea acestor materiale fiind cca. 2,60 t/m3.

2.4.2. Concasorul conic

Concasare primară a calcarului se face cu concasoare cu fălci sau concasoare conice. Se poate utiliza concasorul conic cu următoarele caracteristici tehnice:- puterea : 65 kW- greutatea :30 t- Dmax iniţial: 350x600 mm- dmax final: 80 mm- diametrul gurii de alimentare: 900mm- producţia: 60 t/h.

2.4.3. Ciururi oscilante

Calcarul din concasoarele giratorii ajunge pe ciururi vibratoare cu dimensiunea ochiurilor 25x25 mm. Fiecare concasor este prevăzut cu un ciur cu următoarele caracteristici:- productivitatea: 100 t/h

58

Proiect de diplomă

- lungime: 3,8 m- lăţimea: 2 m- puterea instalată: 25 kW- amplitudinea oscilaţiilor: 1,5-2,5 mm.

2.4.4. Concasoare cu ciocane

Sunt utilaje folosite în fabrică pentru sfărâmarea rocilor de duritate medie. Aceste concasoare se folosesc la concasarea secundară a calcarului şi a marnei. Sfărâmarea materialului în aceste concasoare are loc prin:- lovire cu ciocane direct în bucăţile de material- lovire între ciocane şi placa excavatoare - lovire între ciocane şi grătare.

Constructiv se deosebesc : concasoare cu un singur arbore şi concasoare cu doi arbori orizontali.

Caracteristicile tehnici:- productivitatea : 80 t/h- număr ciocane : 54 bucăţi- motor acţionare : 510 CP

- greutate ciocane : 126 kg.

2.4.5. Uscătoare cu tambur rotativ

Întrucât zgura necesară pentru ciment soseşte în fabrică umed este necesară uscarea ei. Aceasta este asigurată de uscătoare rotative cu capacitate de 2-15 t/h. Desprăfuirea acestora e asigurată de cicloane.

Caracteristicile tehnice ale uscătoarelor cu tambur rotativ este:- diametrul exterior: 3,4 m - lungimea : 20 m- puterea motorului : 45 kW

2.4.6. Poduri rulante cu graifăr

Sunt maşinile de transport discontinuu cel mai des folosite în halele de materiale în industria silicaţilor. Se caracterizează prin aceea că exercită 3 mişcări perpendiculare între ele:- mişcarea de ridicare a sarcinii- mişcarea de translaţie a căruciorului pe pod rulant- mişcarea podului rulant de-a lungul halei .

Se folosesc poduri rulante cu caracteristicile :- capacitatea de ridicare : 20 t/ciclu- greutatea podului : 44 t- viteza de translaţie : 70 m/minut- puterea motorului : 32 Kw

59

Proiect de diplomă

2.4.7. Mori cu bile

Mărunţirea materialului în morile cu bile se realizează prin efectul combinat de lovire şi frecare a unor corpuri de măcinare libere. Aceste mori se compun dintr-un tambur cilindric care se roteşte în jurul axului său orizontal. Tamburul este din tole de oţel şi este închis la ambele capete cu fundul in oţel turnat. Materialul este introdus la un capăt al morii prin fusul tubular şi evacuat prin fusul tubular din capătul opus. Tamburul e căptuşit în interior cu plăci de blindaj.- diametrul : 3,6 m- lungimea : 7,5 m- puterea instalată : 1220 kW

2.4.8. Silozuri de omogenizare

În orice fabrici moderne de ciment care funcţionează după procedeul uscat, omogenizarea se impune din ce în ce mai mult. Metoda de omogenizare folosită este metoda sferturilor. Această metodă presupune construirea unor compartimente de omogenizare deasupra silozurilor de depozitare a făinii brute:- diametrul util : 11 m- înălţimea : 7 m- gradul de omogenizare : ± 0,2%- consumul specific de energie electrică : 0,2-0,4 kWh/t

La fiecare siloz sunt câte 2 bunchere de omogenizare. Silozurile de omogenizare se construiesc din tablă de oţel pentru capacităţi mici, sau din beton armat. La toate tipurile de silozuri de omogenizare pneumatică, fundul este prevăzut cu plăci de fluidizare, realizate dintr-un material ceramic sau metal sinterizat prin care este insuflat aer cu debit care să producă fluidizarea parţială a făinii.

Procedeul Fũller (al sferturilor) se caracterizează prin aceea că fundul silozului este împărţit în 4 sectoare egale. După umplerea silozului se insuflă aer cu presiune. Făina brută capătă o mişcare de rotaţie atât pe verticală, cât şi pe orizontală, realizându-se astfel omogenizarea ei. Sectoarele active se schimbă pe rând după un anumit timp (10-15 minute). La sfârşitul acestui ciclu făina este omogenizată.

2.4.9. Schimbător de căldură Wedag

Schimbătoarele de căldură Wedag cu care sunt echipate cuptoarele sunt în 4 trepte tip Wedag. Scopul acestora este de-a preîncălzii făina până la temperatura de decarbonatare. Făina este dozată şi apoi introdusă în camera de amestec a treptei I-a. Aici făina întâlneşte un curent de gaze calde care antrenează făina în cicloanele treptei I-a transmiţându-i căldura până la egalizarea relativă a temperaturii celor două medii. În cicloanele din treapta I-a are loc recuperarea făinii din gaze, acestea fiind aspirate de către instalaţia de exhaustoare de la baza cicloanelor în conductele de gaze dintre treapta III şi II de unde este antrenată în ciclonul treptei a II-a unde are loc o nouă separare după ce în prealabil s-a produs schimbul de căldură. Procesul se continuă similar în treapta III şi IV după care făina preîncălzită la cca. 800o şi parţial decarbonatată intră în cuptorul rotativ prin camera de legătură.

60

Proiect de diplomă

2.4.10. Cuptorul rotativ

Cuptorul cu tambur rotativ cu funcţionare continuă este format dintr-un tub cilindric din tablă de oţel care se roteşte încet în jurul axei sale şi este uşor înclinat faţă de planul orizontal. Caracteristicile tehnice ale cuptorului:- producţia zilnică: 3000 t/zi - turaţia: 1-1,5 rotaţii/minut- lungimea cuptorului: 73 m- diametrul: 4m- înclinare:3o.

2.4.11. Răcitor grătar

Clincherul iese din cuptor la temperatura de aproximativ 1350oC. Din această cauză se impune folosirea răcitorului grătar care reduce temperatura clincherului până la aproximativ 200oC. Răcirea clincherului se realizează în etape cu ajutorul mai multor curenţi de aer produşi de un ventilator. Răcitorul grătar format din plăci perforate din oţel refractar are un rând de plăci fixe, urmat de un rând de plăci legate de o bară metalică acţionată de un mecanism bielă-manivelă cu 4-18 rotaţii/minut.- suprafaţa utilă totală : 52 m - lăţimea : 3 m- lungimea : 20 m.

2.4.12. Mori de ciment

Măcinarea clincherului şi a ghipsului, pentru obţinerea cimentului, se realizează în mori tubulare cu bile. Această moară este prevăzută cu 3 camere. Peretele dintre camerele I-II este dublu, în camera I segmenţii sunt perforaţi, camera II care sunt prinşi de un disc de oţel pe care sunt sudate palete de preluare a cimentului. Peretele dintre camerele II-III este format din segmenţi perforaţi. Secţia de măcinare ciment este compusă din 7 mori, cu productivitate de cca. 15 t/h.- lungime: 13 m- diametru: 2,5 m - turaţia: 19,5 rotaţii/minut- puterea de acţionare a motorului: 950 kW

2.4.13. Silozuri de ciment

După măcinare cimentul se transportă pentru depozitare în silozuri. Aici are loc păstrarea acestuia până la momentul livrării, sau până la transportul la maşini de însăcuit. În timpul însilozării cimentul se răceşte şi are loc stingerea calcei libere care mai există necombinată. Pentru a evita hidratarea cimentului silozurile trebuie să fie ermetic închise şi bine izolate. Pentru a împiedica aglomerarea şi pentru o evacuare normală este necesară să

61

Proiect de diplomă

se efectueze o afânare în partea inferioare a silozurile ceea ce se realizează prin insuflare de aer prin plăcile poroase de la bază. Cimentul este depozitat în silozuri pe sortimente.

2.4.14. Maşini de însăcuit

Livrarea se face fie în vrac fie ambalat în saci. Ambalarea se face cu maşini compuse din:- transportoare de ciment către maşina de însăcuit - maşina de însăcuit

În principiu instalaţia funcţionează astfel: cimentul este adus pe cale pneumatică în siloz, de unde trece în maşina de însăcuit.

2.4.15. Pompa Fűller

Înaintarea materialului din camera de amestec se face printr-un şnec sub impulsul presiunii de aer ce rezultă prin duzele din camera de amestec . Transmisia e asigurată de un motor electric de 75 kW. Fiecare siloz e prevăzut cu o pompă Fűller cu capacitate de 100 t/h.

2.1.5. BILANŢ DE MATERIALE

1.Prin ambalare se consideră o pierdere de 0,01%

kg/kg clincher

2.Prin depozitare se consideră o pierdere de 0,01%

kg/kg clincher

3.La măcinarea clincherului în moara cu bile se pierde 0,2%

kg/kg clincher

4.La măcinare se adaugă 3% ghips pentru corectarea prizei

kg/kg clincher

5.La calcinare avem pierderi de 37%

kg/kg clincher

6.La arderea materialului în cuptor se pierde 0,03%

kg/kg clincher

7.Pentru că la măcinarea amestecului de materii prime în morile cu bile se pierde 0,2%

62

Proiect de diplomă

kg/kg clincher

calcar - 1,5464*78,167% =1,208 kg/kg clincherargilă - 1,5464*21,145% =0,326 kg/kg clincherpirită - 1,5464*0,688% =0,011 kg/kg clincher

8.La pregătirea calcarului avem 0,03% pierderi

kg/kg clincher

9.La pregătirea argilei avem pierderi de 0,02%

kg/kg clincher

10.La pregătirea cenuşii de pirită avem pierderi de 0,01%

kg/kg clincher

Pentru obţinerea a 1 kg de clincher se introduc :1,2084 kg calcar0,3260 kg argilă0,0110 kg cenuşă de pirită

63

Proiect de diplomă

CAPITOLUL 3

PROIECTAREA UNUI CUPTOR ROTATIV DE CIMENT CU PRECALCINATOR.

CAPACITATE DE 3000t/zi clincherCOMBUSTIBIL:PĂCURĂ

3.1. DATE INIŢIALE

64

Proiect de diplomă

a).Cuptor rotativ cu precalcinatorb).Productivitatea cuptorului: 3000 t/24hc).Temperatura aerului secundar preîncălzit: 800 Cd).Temperatura de ardere: 1410 Ce).Combustibil folosit : păcurăf).Compoziţia chimică a materiilor prime este dată in tabelul de mai jos :

Tabelul nr:3.1.Componentul Calcar % Argila % Pirita % SiO2 8.70 33.01 11 Al2O3 2.35 7.31 1.5 Fe2O3 1.35 4.83 84.2 CaO 47.80 30.22 0.76 MgO 1.50 0.66 0.55

SO3 0.30 0.20 1.25 PC% 37.96 23.77 0.67 sdif. 0.07 - 0.07

Gradul de saturaţie după Kunl, Ks=0,96Modulul de silice, Ms=2.3

Modulul de alumină, MAl=1.29

65

Proiect de diplomă

3.2. DESCRIEREA CUPTORULUI ROTATIV

Cuptoarele rotative sunt caracterizate prin faptul că pot produce în acest moment până la 8000t/zi clincher portland. Producţia obţinută în cuptoarele rotative este omogenă şi de o calitate foarte bună.

Corpul cuptorului este construit din virole metalice, îmbinate prin sudură sau nituire. Corpul cuptorului este aşezat sub un unghi de înclinare faţă de orizontală. Nu există o regulă generală de determinare pentru înclinarea corectă a cuptoarelor rotative, ea fiind cuprinsă între 2-6%.O înclinare mai mică a cuptorului cere o turaţie mai mare şi acesta are avantajul că materialul este bine amestecat şi expus la un schimb de căldură mai intens. De asemenea înclinarea mai mică permite şi realizarea unor grade de umplere mai mari ale cuptorului.

Antrenarea cuptorului se face cu un motor electric prin intermediului unui reducător şi coroană dinţată. Coroana dinţată este fixată de corpul cuptorului aproximativ la jumătatea distanţei dintre capătul cald şi respectiv capătul rece al cuptorului.

Puterea necesară pentru acţionarea motorului se poate calcula repartându-se la volumul cuptorului. La cuptoarele lungi pentru procedeul uscat, acest raport este cuprins între 6-7,5 m3/kwh.

În funcţie de lungimea cuptorului, acesta se sprijină pe mai multe reazeme de role de rulare instalate pe fundaţii de beton armat. În locul respectiv corpul cuptorului este prevăzut cu bandaje din oţel. Lăţimea şi grosimea bandajelor se alege în funcţie de diametrul cuptorului. Lăţimea bandajelor este cu 40-80mm mai mică decât lăţimea rolelor de rulare.

La cele două capete cuptorului este prevăzut cu dispozitive de etanşare pentru evitarea pătrunderii aerului fals în cuptor.

Cuptorul rotativ lung pentru procedeul uscat este prevăzut cu lanţuri interioare, care sunt fixate de mantaua cuptorului şi care atârnă fiind expuse în curentul de gaze fie sub forma unor “cortine de lanţuri” atunci când sunt fixate la un capăt, sau sub forma de “ghirlande” când sunt fixate la ambele capete. Lanţurile extrag căldura din gazele de ardere şi o transferă prin conducţie amestecului brut din cuptor şi astfel temperatura gazelor evacuate din cuptor scade la 150-180 C ceea ce este foarte important deoarece în procedeul umed o scădere a temperaturii cu 50 C la evacuarea gazelor, înseamnă o economie de aproximativ 60 kcal/kg clincher.

Materia primă se introduce la capătul rece şi circulă spre capătul cald al cuptorului. Curentul de gaze calde circulă în sens invers materialului.

Viteza curentului de gaze de-a lungul cuptorului nu este uniformă. Materia primă pulverulentă ca urmare a rotaţiei cuptorului şi a frecării

acesteia de pereţi cuptorului, se ridică până la un punct care cu orizontala formează un unghi apropiat de unghiul de taluz natural. Ajunsă în acest punct particula de material se desprinde de peretele cuptorului sub acţiunea forţei gravitaţionale şi cade în partea inferioară a secţiunii cuptorului iar ciclul acestei mişcări se repetă.

66

Proiect de diplomă

În decursul unui singur ciclu fiecare particulă de material se găseşte un singurmoment în contact direct cu gazele de ardere şi pentru o perioadă de timp foarte scurtă. Restul timpului particula se găseşte înglobată în stratul de material.

Perioada fiecărui ciclu de mişcare a unei particule şi perioada de contact a acesteia cu gazele calde depinde de gradul de umplere a cuptorului cu material, numărul de rotaţii a cuptorului în unitate de timp, diametrul cuptorului şi însăşi de dimensiunile particulei.

3.3. CALCULE PRELIMINARE

3.3.1. Calculul compoziţiei amestecului brut

Notând cu x şi y cantitatea de argilă şi pirită ce se introduce la un kg calcar, valorile acestora rezultă din rezolvarea unui sistem: a1x+b1y=d1

a2x+b2y=d2

a3x+b3y=d3

în care : a1=Sk*(2,8S2+1,1A2+0,7F2)-C2

b1=Sk*(2,8S3+1,1A3+0.7F3)-C3

a2=MSi(A2+F2)-S2

b2=MSi(A3+F3)-S3

a3=F2MAl-A2

b3=F3MAl-A3

d1=C1-Sk(2,8S1+1,1A1+0,7F1) d2=S1-Msi(A1+F1) d3=A1-F1MAl

în care:

C1,S1,A1,F1 – reprezintă conţinutul procentual în care CaO, SiO2, Al2O3 şi Fe2O3 pentru calcar C2,S2,A2,F2 - reprezintă conţinutul procentual în care CaO, Al2O3, SiO2 şi Fe2O3 pentru argilă C3,S3,A3,F3 – reprezintă conţinutul procentual în care CaO, Al2O3, SiO2 şi Fe2O3 pentru pirită a1=0,96(2,8*33,01+1,1*7,31+0,7*4,83)-30,22 a1=69,48 b1=0,96(2,8*11+1,1*1,5+0,7*84,2)-0,76 b1=86,97 a2=2,3(7,31+4,83)-33,01 a2=-5,088 b2=2,3(1,5+84,2)-11

67

Proiect de diplomă

b2=186,11 a3=4,83*1,29-7,31 a3=-1,08 b3=84,2*1,29-1,5 b3=107,12 d1=47,80-0,96(2,8*8,70+1,1*2,35+0,7*1,32) d1=21,05 d2=8,7-2,3(2,35+1,32) d2=0,259 d3=2,35-1,32*1,29 d3=0,647 69,48x+ 86,97y=21,04 -5,088x+186,11y=0,259 -1,08x+107,12y=0,647 - pentru 1 kg calcar se adaugă 0,291 kg argilă şi 0,0094 kg pirită

3.3.2. Compoziţia oxidică a amestecului brut

Compoziţia oxidică a amestecului brut se calculează înlocuind x şi y în relaţiile aditive: Co,So,Ao,Fo – conţinutul procentual în CaO, SiO2, Al2O3 şi Fe2O3 pentru amestecul brut

C0= =

Co=43,52 % CaO

S0= =

So=14,16 % SiO2

A0= =

Ao=3,45 % Al2O3

F0= =

Fo=2,7 % SiO2

MgO=

MgO=1,305 % MgO

SO3=

SO3=0,28%SO3

PC=

PC=34,51 % PC

dif=

dif=0,054

68

Proiect de diplomă

Se face verificarea modulelor:

Ks=

Ks=0,96

Msi=

Msi=2,302

MAl=

MAl=1,287

3.3.3. Compoziţia oxidică a clincherului de ciment

65.49..14.16SiO2..3.45Al2O3..2.7Fe2O3..43,52CaO..1.305MgO..0.28SO3..0.054dif100..........x...............y...............z................u................t..................v.................w x=21.62 % SiO2

y=5.27 % Al2O3

z=4.12 % Fe2O3

u=69.45 % Cao t=1.99 % MgO

v=0.43 % SO3

w=0.08 % dif.

3.3.4. Compoziţia mineralogică a clincherului

MAl= 1,287 deci mai mare de 0,64 şi vom avea compoziţia

mineralogică a clincherului Compoziţia mineralogică a clincherului se calculează cu relaţiile lui Bogue: %C4AF=3,04%Fe2O3=3,04*4,12=12,52 %C4AF = 12,52 %C3A=2,65%Al2O3-1,69%Fe2O3=2,65*5,27-1,69*4,12=7,00 %C3A =7,00 %C3S=4,08%CaO-7,6%SiO2-6,72%Al2O3-1,42%Fe2O3=4,08*66,45-7,6*21,62-6,72*5,27-1,42*4,12=65,54 %C3S = 65,54 %C2S=8,6%SiO2+5,06%Al2O3+1,07%Fe2O3-3,05%CaO= =8,6*21,62+5,06*5,27+1,07*4,12-3,05*66,45=14,33 %C2S = 14,33

3.3.5. Consumul specific teoretic al amestecului brut

Gam= = =1,527

69

Proiect de diplomă

Gam=1,545 kg/kg clincherSe presupune că tot Al2O3 se găseşte legat sub formă de caolinit şi că

pierderile la calcinare sunt formate de apa legată în caolinit şi de bioxid de carbon legat în carbonaţii de calciu şi de magneziu:

Gcaolinit= * =0,133

Gcaolinit=0,133 kg/kg clincher

GH2O din caolinit=0,133* =0,0186

GH2O din caolinit=0,0186 kg/kg clincher GCO2=1,527-1-0,0186=0,5084 GCO2=0,5084 kg/kg clincher

GCaCO3=0,5084* =1,155

GCaCO3=1,155 kg/kg clincher

GCaO legat în CaCO3=1,155* =0,647

GCaO legat în CaCO3=0,647kg/kg clincher Gpirită=Gam-Gcaolinit-GCaO3=1,527-0,133-1,155=0,239 Gpirită=0,239 kg/kg clincher Rezultă că nu trebuie considerată şi prezenţa MgCO3

3.4. PREDIMENSIONAREA CUPTORULUI

Pentru a putea calcula volumul util al cuptorului rotativ se adoptă un indice intensiv Pv=3.6 t/m3*24h

Volumul util al cuptorului este:

VC= =833,33 m3

VC=833,33 m3

PC=productivitatea cuptorului (t/zi) PV=indice intensiv (t/m3/zi)

Se adoptă raportul L/D=19Ţinând cont de forma cilindrică a cuptorului, diametrul util se calculează

cu relaţia:

D= = =3,82m

D=3,82m

Lungimea cuptorului va fi: LC=19*D=19*3,82=72,64m LC=72,64m

Admitem că grosimea căptuşelii refractare a cuptorului este 0,2m, se deduce că diametrul nominal este : Dn=3,82+2*0,2=4,22 m

70

Proiect de diplomă

Dn=4,22 m

3.5. CALCULUL COMBUSTIEI

Combustibilul folosit este păcură cu următoarea compoziţie chimică elementară :

84,32 % C11,26 % H 1,79 % O 0,43 % N 2,13 % S 0,07 % Cenuşă

Puterea calorifică inferioară :

Hi=33200*c+120138(h- 4)+9300s-2500w kJ/kg

Hi=33200*0,84+120138(0,1104)+9300*0,0213-2500*0=41451 Hi=41451 kJ/kg

Cantitate de aer necesar pentru arderea stoechiometric a 1 kg păcură se calculează astfel:

Ţinând seama de factorul excesului de aer =1,15 se calculează cantitatea teoretică de aer uscat: Vat=8,924*c+26,58*h+3,34(s-o)= =8,924*0,8432+26,58*0,1126+3,34*(0,0213-0,0179)=10,529

Cantitatea de aer folosită: Va=Vat*=10,529*1,15=12,1

3.5.1. Calculul cantităţii şi compoziţiei gazelor de ardere

VCO2=1,865*c=1,865*0,8432=1,5725 m3N/kg VH2O=11,11*h+1,243*w=11,11*0,1126=1,2509 m3N/kg VSO2=0,7*s=0,7*0,0213=0,0149 m3N/kg VN2=0,791*Va+0,8*n=0,791*12,1+0,8*0,043=9,5745 m3N/kg VO2=0,209(Va-Vat)=0,209*(12,1-10,529)=0,3283 m3N/kg Vg=VCO2+VH2O+VSO2+VN2+VO2=1,5725+1,2509+0,0149+9,5745+0,3283 Vg=12,74m3N/kg

VCO2= *100=12,34 %

VH2O= *100=9,82 %

Vat=10,529m3N/kg

Va=12,1 m3N aer /kg păcură

71

Proiect de diplomă

VSO2= 100=0,12 %

VN2 = *100=75,15 %

VO2 = *100=2,57 %

3.5.2.Calculul de verificare a temperaturii calorimetrice şi reale obţinut în condiţiile de ardere stabile şi comparaţia cu temperatura

reală necesară procesului în cuptor

Avem: 0,66% aer secundar 0,34% aer primar

Temperatura aerului secundar: 800CTemperatura combustibilului: 100C

cal=

=

=

θcal=

Căldura de preîncălzire a păcurii: Csp=1,88 kJ/kg Căldura specifică a aerului primar:

Csp aer p=1,29775 kJ/kg grad la 25C Căldura specifică a aerului secundar:

Csp aer s=1,384 kJ/kg grad la 8000CCsp=Cpi*Xi

Csp(1800C)=2,392*0,1231+1,921*0,0982+1,469*0,7515+ 1,554*0,02573 = 1,6277 kJ/kg grad Csp(2000C)=2,422*0,1234+1,963*0,0982+1,482*0,7515+ 1,482*0,02573 = 1,6435 kJ/kg grad

Csp(1900C)= kJ/kg grad

Csp(2200C)=2,448*0,1234+2*0,0982+1,495*0,7515+ 1,583*0,02573=1,6627 kJ/kg grad Csp(2400C)=2,471*0,1234+2,036*0,0982+1,506*0,7515+ 1,596*0,02573=1,6771 kJ/kg grad

Csp(2300C)= kJ/kg grad

cal 1900C= =2422C

cal 2300C= =2372C

72

Proiect de diplomă

cal 2400C= =2362C

θcal2350oC= =2320oC

θcal2340oC= =2330oC

real=cal*pir

ηpir – randamentul pirometric ηpir pentru cuptorul rotativ este 0.75-0.85 θreal=2330*0.75 θreal=1775oC θcal=2330o

3.6.BILANŢ TERMIC3.6.1.Activul bilanţului termic

CĂLDURI INTRATE

- Căldura chimică a combustibilului: Q1=X*41451 kJ/kg clincher

- Căldura fizică a combustibilului: Q2=X*1,88*100=X*188 kJ/kg clincher - Căldura fizică a materialului:

Q3=1,527*0,93*25=35,5 kJ/kg clincher - Căldura fizică a aerului:

Q4=Vaer* Cpaer*θaer

Q4pt aer primar=0,34*1,29*25*12,1=132,68 kJ/kg Q4pt aer secundar=0,66*1,384*800*12,1=8842,1 kJ/kg

Q4=8842,1+132,68=8975,78*X kJ/kg clincher - Căldura adusă de umiditatea amestecului brut:

Q5=0,12 * 25 * 4,19=12,57 kJ/kg clincher - Căldura adusă de reacţiile exoterme:

Q6=0,477%CaO-21,42%SiO2-1,197% Al2O3-2,466%Fe2O3

Q6=447,87 kJ/kg clincher Qactiv=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6

Qactiv=41451*X+188*X+35,5+8975,78X+12,57+447,87 Qactiv=50614X+495,9

3.6.2.Pasivul bilanţului termic

CĂLDURI IEŞITE - Căldura teoretică de formare a clincherului: Q1=22,19%Al2O3+32,01%CaO+27,13%MgO-21,4%SiO2-2,47%Fe2O3-83,72%SO3 Q1=22,19*5,27+32,01*66,45+27,13*1,99-21,4*21,6-2,47*4,12-83,72*0,43=1789,58 Q1=1789,58 kJ/kg clincher - Căldura clincherului evacuat:

Q2=1*1,07*1200=1284 kJ/kg clincher

73

Proiect de diplomă

- Căldura necesară pentru evaporarea umidităţii: Q3=0,12 * 2258=275,25 kJ/kg clincher- Căldura evacuată cu gazele de ardere:

Q4=12,74*1,7*330*X=6497,26*X kJ/kg clincher -CO2 din materiile prime:

Q5=0,2647*1,93*330=153,26 kJ/kg clincher - Căldura evacuată din material cu apa: VH2O=VH2O umid+VH2O caolinit=0,12+0,0186=0,1386 Q6=0,1386*1,54*330=64,03 kJ/kg clincher - Căldura evacuată cu praful: Praful se consideră 5% din masa uscată. mpraf =(5*1,508)/100=0,075 kg

Q7=0,075*1,1*330=24,89 kJ/kg clincher - Pierderile de căldură în mediu: Se consideră 10% din consumul de căldură pentru restul.

Q8=470*X kJ/kg clincher. Qpasiv=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8.

Qpasiv=1789,58X+1284+270,96+153,26+6497,4X+64,03+24,89+470X Qpasiv=3586,72+6967,4X Se egalează activul cu pasivul şi obţinem consumul specific de căldură pentru1 kg de clincher Qactiv=Qpasiv

50614X+495,94=3586,72X+6967,4X 43646,6X=3090,78 X=0,0708 kg combustibil / kg clincher

74

Proiect de diplomă

MărimeaModul de

calculValoarea %

MĂRIMEA CĂLDURI INTRATE1.Căldura chimică a combustibilului

Q1=41451*X 2934,73 71.94

2. Căldura fizică a combustibilului

Q2=188X 13,31 0.33

3.Căldura fizică a materialului Q3=35,5 35,5 0.874.Căldura fizică a aerului Q4=8975*X 635,43 15,585.Căldura adusă de umiditate Q5=12,57 12,57 0.316.Căldura adusă de reacţiile exoterme

Q6=447,87 447,87 10,97

TOTAL: 4079,41 100

b) MĂRIMEA CĂLDURI IEŞITE1.Căldura teoretică de formare a clincherului

Q1=1785,58 1785,58 43,77

2.Căldura clincherului evacuat Q2=1284 1284 31,4913.Căldura necesară pt. evaporarea umidităţii

Q3=270,96 270,96 6,64

4.Căldura evacuată cu gazele de ardere

Q4=6497,4*X 460,02 11,28

5.CO2 din materiile prime Q5=153,26 153,26 3,766.Căldura evacuată cu apa Q6=64,03 64,03 1,587.Căldura evacuată cu praful Q7=24,89 24,89 0,618.Pierderile de căldură în mediu Q8=470*X 33,28 0,82TOTAL: 4079,41 100

75

Proiect de diplomă

3.7. CĂPTUŞEALA PE ZONE PENTRU CUPTORUL ROTATIV Cuptorul rotativ poate fi împărţit în şase zone: zona de uscare, zona de preîncălzire, zona de decarbonatare, zona reacţiilor exoterme, zona de ardere şi zona de răcire. În zona de decarbonatare şi în zona de reacţii exoterme se folosesc cărămizi refractare superaluminoase. În zona de ardere se folosesc cărămizi magnezito-cromatice. În zona de răcire se folosesc cărămizi mulitico - corindonice. Izolaţia pentru toate zonele este din betoane dense. Produsele refractare silico-aluminoase, dense, mulitice, mulitico-corindonice, corindonice au următoarele proprietăţi: Al2O3 % minim 60 Fe2O3 % maxim1.8 MgO % maxim 0.9 - porozitatea aparentă: 60%, maxim - densitatea aparentă: 2.05 g/cm3, minim - rezistenţa la compresiune: 30 mm2, minim - temperatura de decofrare la compresiune de 0.2N/mm2 1460oC, minim Produsele din betoane dense au următoarele proprietăţi: - temperatura maximă de utilizare: 900-1200oC - densitatea aparentă: 1.8 g/cm3, minim - rezistenţa la compresiune la 3 zile după turnare: - după ardere: - la 900oC - 7 N/mm2

- la 1200oC - 14 N/mm2

76

Proiect de diplomă

BIBLIOGRAFIE

1. ION IONESCU – PROPRIETĂŢILE ŞI TEHNOLOGIA BETOANELOR, EDITURA TEHNICĂ BUCUREŢTI 1997;

2. ION TEOREANU – TEHNOLOGIA BETOANELOR ŞI AZBOCIMENTULUI, EDITURA DIDACTICĂ ŞI PEDAGOGICĂ, BUCUREŞTI 1997;

3. ION TEOREANU – TEHNOLOGIA LIANŢILOR ŞI BETOANELOR, EDITURA DIDACTICĂ ŞI PEDAGOGICĂ, BUCUREŞTI, 1967;

4. I. DRĂGOI – TEHNOLOGIA LIANŢILOR ŞI A BETOANELOR, VOL.1, INSTITUTUL „TRAIAN VUIA”, TIMIŞOARA, 1980;

5. I. DRĂGOI – TEHNOLOGIA LIANŢILOR ŞI BETOANELOR, VOL.2, INSTITUTUL „TRAIAN VUIA”, TIMIŞOARA, 1980;

6. * * * - NORMATIVUL E.N.012-99;

7. D.BECHERESCU, E. BEILICH – CUPTOARE ŞI UTILAJE ÎN INDUSTRIA SILICAŢILOR, VOL.2, EDITURA DIDACTICĂ ŞI PEDAGOGICĂ, BUCUREŞTI, 1973;

8. E. IVAN – OPERAŢII ŞI UTILAJE ÎN INDUSTRIA SILICAŢILOR,VOL.1-2, INSTITUTUL „TRAIAN VUIA”, TIMIŞOARA, 1980;

9. I.TEOREANU, H. REINER – CALCULE DE OPERAŢII, UTILAJE ŞI INSTALAŢII TERMOTEHNOLOGICE DIN INDUSTRIA SILICAŢILOR, EDITURA DIDACTICĂ ŞI PEDAGOGICĂ, BUCUREŞTI,1983;

10. I.TEOREANU, D. BECHERESCU – INSTALAŢII TERMOTEHNOLOGICE, EDITURA TEHNICĂ, BUCUREŞTI.1979;

11. D. BECHERESCU – CUPTOARE ŞI UTILAJE ÎN INDUSTRIA SILICAŢILOR, VOL.1, EDITURA DIDACTICĂ ŞI PEDAGOGICĂ, BUCUREŞTI, 1990;

12. * * * - ÎNDRUMĂTOR PENTRU PRODUSE REFRACTARE, 1990;

13. STAS 1759-88 - ÎNCERCĂRI PE BETONUL PROASPĂT;

14. STAS 4606-70 - AGREGATE NATURALE GRELE PENTRU MORTARE ŞI BETOANE;

15. STAS 1275-88 - ÎNCERCĂRI PE BETONUL ÎNTĂRIT;

FLUXUL TEHNOLOGIC PENTRU OBŢINEREA BETONULUI

77

Proiect de diplomă

CUPRINS

Tema proiectului de diplomă…………….………………………………………..2CAPITOLUL 1…….…………... ……………………………………...…3

CIMENT APA DE PREPARARE

PLASTIFIANTAGREGATE

DOZARE

AMESTECARE

TRANSPORTUL

COMPACTARE

ÎNTĂRIRE

DECOFRARE

DEPOZITARE

TURNARE

78

Proiect de diplomă

1.1. Definiţii. Clasificarea betoanelor…… ...……………………………………..41.2. Agregate……………………………… …………………………………...…6

1.2.1. Definiţii. Clasificare………… ……………………………………...61.2.2 Condiţii de puritate, stabilitatea chimică a agregatelor în raport cu

cimentul……………………… …………………………………….71.2.3. Proprietăţile fizice ale agregatelor………………………………….10

1.3. Ciment………………………………………………………………………..121.3.1. Tipuri de ciment. Clase şi cerinţe……….…………………………..12

1.4. Apa utilizată la prepararea betoanelor…………….………………………….141.4.1. Consideraţii de bază şi clasificări…………….....…………………..141.4.2 Provenienţă; proprietăţi şi condiţii de calitate pentru apa utilizată

la prepararea betoanelor……………………….…………………...151.4.2.1. Provenienţa apei……………………….…………………..151.4.2.2. Condiţii de calitate…………………….…………………..15

1.5.Aditivi pentru betoane………………………………………………………...171.5.1. Consideraţii generale………………………………………………..171.5.2. Aditivi plastifianţi………………………………………………......171.5.3. Aditivi antrenori de aer…………………………………………......191.5.4. Aditivi modificatori de priză şi întărire a cimentului şi betonului.....20

1.5.4.1. Acceleratorii de priză……………………………………...201.5.4.2. Acceleratorii de priză şi întărire…………………………...211.5.4.3. Aditivii întărzietori de priză……………………………….22

1.5.5. Superplastifianţi…………………………………………………….231.5.5.1. Consideraţii de bază şi clasificări………………………....231.5.5.2. Influenţa superplastifianţilor asupra propriatăţilor

pastelor de ciment şi betoanelor în stare proaspătă ………..251.5.5.3. Inflenţa superplastifianţilor asupra proprietăţilor

betoanelor în stare întărită………………………………….261.5.5.4. Metode pentru controlul şi testarea aditivilor…………….28

1.6. DETERMINĂRI EXPERIMENTALE……………………………………...301.7. Fluxul tehnologic pentru obţinerea betonului……………………………….43

1.7.1. Aspecte generale ale preparării betoanelor………………………...431.7.2. Exigenţele preparării betoanelor…………………………………...43

1.7.2.1. Aprovizionarea staţiei de betoane cu materiale necesare..441.7.2.2. Dozarea componenţilor betoanelor…………………….....451.7.2.3. Prepararea betoanelor……………………………………..461.7.2.4. Omogenitatea betoanelor………………………………...47

1.7.3. Transportul betoanelor de la locul de preparare la locul de punere în operă…………………………………………………...47

1.7.4. Punerea în operă a betoanelor…………………………………….471.7.5. Întărirea betoanelor……………………………………………….48CAPITOLUL 2 ………………………………………………………...50

2.1. Generalităţi despre cimentul portland……………………………………...512.2. Procedee pentru fabricarea cimentului portland…………………………...52

79

Proiect de diplomă

2.3. Descrierea fluxului tehnologic……………………………………………..562.3.1. Extragerera materiilor prime……………………………………...562.3.2. Încărcarea şi transportul materialului derocat…………………….562.3.3. Pregătirea şi depozitarea materiilor prime………………………..562.3.4. Măcinarea şi omogenizarea materiilor prime…………………….562.3.5. Arderea amestecului brut. Obţinerea clincherului……………......572.3.6. Depozitarea şi măcinarea clincherului…………………………....57

2.4. Încadrarea fluxului tehnologic cu utilaje…………………………………..582.4.1. Excavator cu lanţ………………………………………………....582.4.2. Concasorul conic………………………………………………....582.4.3. Ciururi oscilante………………………………………………….582.4.4. Concasare cu ciocane …………………………………………....592.4.5. Uscătoare cu tambur rotativ……………………………………...592.4.6. Poduri rulante cu graifăr ………………………………………...592.4.7. Mori cu bile ……………………………………………………..602.4.8. Silozuri de omogenizare ………………………………………...602.4.9. Schimbător de căldură Wedag…………………………………...602.4.10. Cuptor rotativ…………………………………………………...612.4.11. Răcitor grătar…………………………………………………...612.4.12. Mori de ciment………………………………………………….612.4.13. Silozuri de ciment……………………………………………....612.4.14. Maşini de însăcuit……………………………………………....622.4.15. Pompa Fuller…………………………………………………....62

2.5. Bilanţ de materiale ………………………………………………………..62CAPITOLUL 3………………………………………………………...64

3.1. Date iniţiale………………………………………………………………..653.2. Descrierea cuptorului rotativ…………………………………………...…663.3. Calcule preliminare………………………………………………………..67

3.3.1. Calculul compoziţiei amestecului brut ……………………….....673.3.2. Compoziţia oxidică a amestecului brut………………………….683.3.3. Compoziţia oxidică a clincherului de ciment……………………693.3.4. Compoziţia mineralogică a clincherului………………………...693.3.5. Consumul specific teoretic al amestecului brut ………………...70

3.4. Predimensionarea cuptorului……………………………………………...703.5. Calculul combustiei……………………………………………………….71

3.5.1. Calculul cantităţii şi compoziţiei gazelor de ardere……………..713.5.2. Calculul de verificare a temperaturii calorimetrice şi reale

obţinut în condiţii de ardere stabile şi comparaţia cu temperatura reală necesară procesului în cuptor………………………………72

3.6. Bilanţ termic ……………………………………………………………......733.6.1. Activul bilanţului termic…………………………………………..733.6.2. Pasivul bilanţului termic…………………………………………..74

3.7. Căptuşeala pe zone pentru cuptorul rotativ ………………………………...76BIBLIOGRAFIE…………………………………………………………77

80

Proiect de diplomă

CUPRINS ……………………………………………………………….78

81