Betoane usoare

Betoanele usoare prezinta unele caracteristici tehnice care le fac deosebit de apreciate: densitate aparenta redusa (r_a < 2000 kg/m³), capacitate de izolare termica ridicata si rezistenta la foc sporita, in comparatie cu betoanele grele. Aceste caracteristici conduc la elemente de beton (simplu, armat sau precomprimat) cu greutate proprie redusa, bune termoizolatoare, usor de prefabricat.

În ansamblul unei constructii, betoanele usoare se utilizeaza pentru realizarea structurii de rezistenta putand avea in acelasi timp si rol de izolare termica sau numai pentru izolare termica.

Clasificarea betoanelor usoare si principalele lor caracteristici sunt date in tabelul V-15.

Dupa modul de realizare, betoanele usoare se impart in urmatoarele categorii:

betoane usoare compacte;

betoane macroporoase (semicompacte);

betoane celulare;

betoane cu agregate vegetale.

Tabelul V-15. Clasificarea betoanelor usoare

este valoarea luata in calcul la proiectare, iar reprezinta conductivitatea termica in stare uscata.

1. Betoane usoare compacte

Betoanele usoare compacte se executa cu agregate minerale usoare naturale sau artificiale, golurile dintre granule fiind complet umplute cu mortar. Greutatea redusa a acestor betoane se datoreste exclusiv porozitatii agregatelor, care in general creste odata cu cresterea dimensiunilor acestora.

Deoarece aceste betoane pot fi utilizate si ca elemente portante pentru peretii cladirilor, cat si ca elemente armate se mai numesc si betoane usoare de rezistenta sau de structura.

Pentru stabilirea corecta a compozitiei unui beton usor de rezistenta se recomanda:

folosirea unui agregat usor cu o curba de granulozitate buna, deci cu un volum de goluri intergranular cat mai mic;

deoarece nisipul fin rezultat din concasarea rocilor poroase nu mai este un material poros (ducand si la obtinerea unor betoane cu lucrabilitate redusa), in multe cazuri este necesara folosirea unui adaos de nisip de rau, in limitele strict necesare;

folosirea unui ciment de marca superioara si in dozaj corespunzator, in functie de natura agregatului si marca betonului;

utilizarea unei cantitati corepunzatoare de apa de amestecare, de asemenea in functie de natura si umiditatea agregatului (fiind poros, absorbtia de apa este mai mare), precum si in functie de dozajul de ciment.

Betoanele cu agregate usoare au in general o lucrabilitate mai redusa si o tendinta de segregare mai mare decat cele obisnuite, cu agregate grele. Datorita densitatii aparente mai mici a granulelor cu dimensiuni mari, acestea prezinta tendinta ca la zguduituri sau trepidatii sa se ridice la suprafata. Aceasta deficienta poate fi inlaturata printr-o stabilire corecta a compozitiei, masuri pentru evitarea in timpul transportului a socurilor, trepidatiilor si distantelor mari. Folosind un adaos hidrofobizant se evita segregarea in timpul vibrarii si se reduce totodata absorbtia de apa a agregatelor usoare.

Compactarea acestor betoane se poate realiza prin vibrare sau vibropresare.

Caracteristicile tehnice ale betoanelor usoare compacte sunt variate, in functie de natura si cantitatea materialelor componente.

Rezistenta la compresiune a acestor betoane, cuprinsa in limite largi in functie de destinatie, depinde in mare masura de natura agregatelor si de dozajul in ciment, care la randul sau depinde mult de caracterul suprafetei granulelor agregatului. Pentru o anumita clasa de beton, agregatele cu suprafete rugoase si pori deschisi necesita un consum mai mare de ciment, deoarece o insemnata cantitate de pasta de liant patrunde in aceste deschideri de suprafata, contribuind mai putin la cresterea rezistentei betonului. Din aceasta cauza, betonul cu agregate usoare necesita in comparatie cu betonul obisnuit de aceeasi rezistenta, un consum de ciment in medie cu 20-30% mai mare.

Ruperea betonului cu agregate usoare se face de cele mai multe ori prin agregat, deoarece rezistenta matricei (considerata mortarul fin din beton) depaseste pe cea a agregatului.

Modulul de elasticitate al betoanelor usoare compacte are valori mult mai mici, de 1/3 pana la 2/3 din cel al betoanelor grele de clasa echivalenta.

Deformatiile elastice sunt de aproximativ de 2 ori mai mari decat ale betoanelor grele obisnuite, de aceeasi clasa. Datorita acestor caracteristici betoanele usoare compacte sunt indicate pentru executarea constructiilor in zone seismice.

Conductivitatea termica a betoanelor usoare compacte depinde de densitatea aparenta, tipul agregatului si structura sa, umiditatea relativa.

La o porozitate identica, conductivitatea termica creste odata cu marimea porilor, deoarece se favorizeaza transmiterea caldurii prin convectie in pori. La cresterea umiditatii are loc intotdeauna si cresterea conductivitatii termice.

Betoanele usoare compacte se utilizeaza pentru executarea de blocuri si panouri mari pentru pereti, placi si fasii pentru plansee si acoperisuri, placi termoizolante, constructii agrozootehnice, elemente de rezistenta din beton armat si beton precomprimat, etc.

Desi agregatele usoare artificiale utilizate la prepararea acestor betoane sunt mai scumpe decat agregatele grele, totusi betoanele usoare de rezistenta sunt eficiente deoarece micsorarea greutatii proprii a constructiei poate duce la reducerea sectiunii fundatiilor, a elementelor portante si la micsorarea coeficientului de armare.

2. Betoane macroporoase

Betoanele macroporoase se obtin prin alegerea unei granulozitati speciale a agregatelor, care pot fi grele compacte sau usoare poroase. Partea fina din agregate se elimina partial sau total, iar cantitatea de ciment si apa se dozeaza astfel incat fiecare granula sa fie invelita cu o pelicula fina si uniforma de pasta de ciment, sudand granulele doar in punctele de contact, fara a umple golurile dintre ele (fig. V.29).

Figura V.29. Tipuri de betoane macroporoase: cu agregate compacte (a) si poroase (b)

a b

În aceste betoane, volumul porilor poate sa ajunga pana la 35% din volumul aparent al betonului, iar in functie de aceasta rezistenta la compresiune poate fi in limitele 1.5-10 N/mm².

Conductivitatea termica a betoanelor macroporoase este in general mai mare decat la betoanele usoare compacte de aceeasi densitate, datorita porilor de dimensiuni mai mari.

Betoanele macroporoase se caracterizeaza printr-o mare permeabilitate la apa (datorita porozitatii deschise) ceea ce impune, atunci cand se folosesc la confectionarea peretilor exteriori, aplicarea unor tencuieli ingrijite, care sa constituie un obstacol eficient contra infiltratiilor provenite din precipitatiile atmosferice.

Betoanele macroporoase cu agregate grele au difuzie capilara si capacitate de retinere a apei foarte mici, de aceea, atunci cand un astfel de perete separa incaperi calde si umede de spatii reci, este necesar sa fie prevazute bariere de vapori eficiente pentru evitarea condensului.

Domeniile de folosire a betoanelor macroporoase se stabilesc in concordanta cu caracteristicile lor, fiind in general utilizate la: blocuri mici si mari de zidarie, sape termoizolante, structuri termoizolante la panouri mari, placi termoizolante, straturi de umplutura si de egalizare, drenaje.

3. Betoane celulare

Betoanele celulare sunt materiale cu o structura alveolara, care contin circa 50% (in volum) pori inchisi de forma sferica, cu diametrul sub 1 mm, uniform distribuiti in masa betonului.

Aceste betoane se realizeaza utilizand ca agregat un material silicios fin macinat (nisip silicios de rau, cenusa de termocentrala, tras, diatomit), iar ca liant cimentul portland cu sau fara adaosuri, varul sau un amestec al lor si apa.

Dupa modul de realizare a structurii poroase, betoanele celulare pot fi:

gazbetoane (GB25, GB35, GB50) la care structura poroasa se obtine prin provocarea unei reactii chimice, urmata de o degajare de gaze in amestecul proaspat. Ca generator de gaze, se utilizeaza curent aluminiu (se pot utiliza si Zn, Mg, etc) care in stare de pulbere reactioneaza cu componentii bazici din liant - Ca(OH)₂ cu formare de hidrogen care induce porozitatea betonului:

2Al + 3Ca(OH)₂ + 6H₂O 3CaO_˙Al₂O_{3 ˙}6H₂O + 3H₂ (5.12)

spumobetoane, obtinute prin amestecarea pastei de materii prime cu o spuma preparata separat cu ajutorul unui sapun industrial. Spuma trebuie sa fie stabila, cu pori si sa nu influenteze negativ procesul de priza si intarire al liantului.

Amestecurile pentru betoane celulare turnate in tipare, se intaresc prin autoclavizare, in prezenta vaporilor de apa la o presiune a acestora de 10-14 atmosfere, la temperatura medie de 180°C timp de 10-12 ore. În aceste conditii materialul silicios fin macinat devine activ si reactioneaza cu hidroxidul de calciu utilizat ca liant sau rezultat prin hidroliza cimentului, formandu-se hidrosilicatii de calciu:

SiO₂ + xCa(OH)₂ + (n-x)H₂O xCaO × SiO₂ × nH₂O; x < 2.

Produsele din beton celular autoclavizat (BCA) se caracterizeaza printr-o densitate aparenta redusa (400-900 kg/m³).

Rezistenta la compresiune a betonului celular autoclavizat variaza in functie de mai multi factori: densitatea aparenta, continutul de umiditate, directia de solicitare fata de directia de expandare la fabricare, etc. Ea are valori in limitele 1,8-10 N/mm², in functie de tipul si clasa de beton celular. BCA se caracterizeaza prin deformatii mari sub sarcina de durata.

Principala caracteristica a betoanelor celulare este capacitatea lor de termoizolare, coeficientul de conductivitate termica avand valori intre 0,10-0,30 W/m×K. Ea este puternic influentata de umiditate, astfel ca in cazul unei umiditati de 20% (in greutate), coeficientul de conductivitate termica este de circa 2 ori mai mare decat in stare uscata (tabelul V-16).

Tabelul V-16. Tipuri de gaz-betoane si caracteristicile lor

GBN - gaz beton cu nisip

GBC - gaz beton cu cenusa.

Betoanele celulare au o rezistenta satisfacatoare la gelivitate si la foc si o absorbtie de apa ridicata. Între absorbtia de apa si porozitate nu exista o corespondenta directa, deoarece o parte din pori sunt necomunicanti.

Produsele din beton celular autoclavizat prezinta avantajul de a fi prelucrate cu usurinta (taiere, cioplire, gaurire), ceea ce permite adoptarea unor procese simple de alcatuire a elementelor de constructii (ancorare, imbinare, etansare, montare a tamplariei, a instalatiilor electrice).

Produsele au anumite calitati (dimensiuni precise, fete plane si paralele, culoare deschisa) care au permis adoptarea unor solutii de finisaje cu pelicule subtiri, din materiale avand ca liant sau adaos polimeri sintetici, care pe langa satisfacerea aspectului estetic, asigura si o protectie a betonului celular contra umiditatii, a intemperiilor si a actiunilor distructive a agentilor agresivi.

Betonul celular autoclavizat se utilizeaza pe scara larga, la elemente de constructii simple sau armate, neportante sau portante, cum ar fi: pereti exteriori autoportanti si neportanti, pereti portanti, pereti despartitori, pereti din panouri mari preasamblate, pereti din blocuri mici la cladiri civile si industriale, plansee pentru cladiri civile, acoperisuri de hale industriale, izolarea termica a contructiilor.

Armarea elementelor din beton celular autoclavizat se executa cu carcase de otel sudate, acoperite cu 1-2 straturi compacte pe baza de ciment, bitum, materiale din polimeri, pentru a le proteja impotriva coroziunii care este favorizata de porozitatea mare a betonului celular si de pH-ul redus.

Utilizarea la cladiri unde in conditii de exploatare exista o umiditate permanenta mai mare de 60% (spalatorii, bai publice, bucatariile restaurantelor si cantinelor) necesita masuri deosebite de protectie contra permeabilitatii vaporilor de apa prin prevederea de bariere de vapori.

La punerea in lucrare se vor lua masuri de protectie fata de praful degajat in operatiile de prelucrare pe santier si de prevenire a incendiilor, deoarece adezivii utilizati la lucrarile de imbinare si finisaj, pot contine si produsi inflamabili.

4. Betoane cu agregate vegetale

Betoanele cu agregate vegetale (r_a = 500-1000 kg/m³) se obtin dintr-un amestec de ciment, apa si agregate vegetale ca: talas, rumegus, coji de orez, puzderie de in si canepa, mineralizate in prealabil.

Mineralizarea agregatelor vegetale creste calitatea acestora prin:

neutralizarea efectului coroziv asupra pietrei de ciment produs de unele substante continute de aceste agregate (tanini, acizi humici, hidrati de carbon etc);

impiedicarea degradarii in timp a partii lemnoase sub influenta microorganismelor si a umezelii;

imbunatatirea aderentei dintre piatra de ciment si agregate.

Ca mineralizant la noi in tara se utilizeaza pentru toate tipurile de agregate vegetale (cu exceptia cojilor de orez) o solutie compusa din sulfat feros (2%), silicat de sodiu (6%) si clorura de calciu (4%), procentul referindu-se la greutatea agregatului. Pentru cojile de orez, datorita compozitiei lor complexe si bogate in diverse tipuri de zaharuri, grasimi, este mai eficienta stabilizarea cu lapte de var.

Dintre caracteristicile principale ale betoanelor cu agregate vegetale se mentioneaza: capacitatea termoizolatoare si fonoabsorbanta, aderenta buna fata de mortare, contractie mare la uscare.

Betoanele cu agregate vegetale se utilizeaza pentru executarea de placi termoizolatoare pentru pereti si acoperisuri, placi pentru pereti interiori si exteriori la constructii provizorii, blocuri de zidarie, corpuri de umplutura.

Pentru realizarea de betoane usoare termoizolante se pot utiliza si alte materiale naturale locale sau deseuri industriale, dupa cercetari prealabile.

Betonul intarit in conditii diferite de cele normale - Subiectul 36

Influenta temperaturii mediului se manifesta asupra evolutiei proceselor fizico-chimice ce se produc in timpul prizei si intaririi betonului.

În tehnologia betonului se considera ca normale pentru intarirea lui, temperaturile in jur de + 20°C, iar perioadele de lucru cand temperatura scade sub + 5°C, se considera timp friguros.

Influenta temperaturilor scazute dar pozitive (0 - 5°C) asupra intaririi si rezistentelor betonului este diferita de cea a temperaturilor negative (sub 0°C).

Întarirea la temperaturi scazute, dar pozitive (0 - 5°C), se face lent, dar rezistentele finale ale betonului, intr-un timp indelungat pot avea valori ridicate, uneori mai mari decat betonul intarit tot timpul in conditii normale.

La betonarea pe timp friguros se recomanda urmatoarele masuri:

la stabilirea compozitiei betonului se va urmari adoptarea unei cantitati cat mai reduse de apa de amestecare;

se recomanda utilizarea aditivilor plastifianti, acceleratori de priza si intarire sau antigel, in functie de particularitatile lucrarii;

durata amestecarii betonului se va prelungi cu 50% fata de durata de amestecare in conditii normale;

 la transportul betonului se vor lua masuri pentru limitarea la minimum a pierderilor de caldura ale

este obligatorie compactarea betonului prin vibrare;

Influenta temperaturilor ridicate asupra proprietatilor betonului

Temperaturi ale mediului ambiant de peste + 35°C influenteaza negativ proprietatile betonului proaspat, datorita franarii proceselor de priza si intarire ca rezultat al evaporarii masive a apei de amestecare. Pentru a se evita acest lucru, dupa turnarea betonului se vor lua imediat masurile indicate de protejare a acestuia pentru ca temperatura sa se pastreze sub aceste limite.

Betonul intarit isi pastreaza proprietatile pana la temperaturi de circa + 150°C.

Pentru constructii speciale (agregate termice, cosuri de fum) exploatate in conditii termice in care betonul obisnuit are durabilitate scazuta, se utilizeaza betoane refractare, care isi pastreaza in anumite limite proprietatile fizico-mecanice sub actiunea prelungita a temperaturilor ridicate.

Accelerarea intaririi betoanelor la temperaturi de circa + 150°C.

Deoarece in conditii normale de intarire, betonul atinge rezistentele mecanice necesare decofrarii, transportului sau darii in exploatare, in timp destul de indelungat, ritmul rapid de executie atat pe santiere cat si in fabrici de prefabricate, necesita accelerarea intaririi betoanelor.

Procedeele de accelerare a intaririi betonului sunt variate, alegerea facandu-se in functie de conditiile concrete de executie si tehnologia adoptata:

Utilizarea cimenturilor cu intarire rapida, Utilizarea aditivilor acceleratori de intarire, tratamente higrotermice, tratamentele fara presiune