Etape principale in tehnologia betonului

Etape principale in tehnologia betonului

Pentru realizarea de betoane de calitate este obligatorie respectarea conditiilor de calitate fata de materialele componente si a principiilor specifice fiecarei etape tehnologice.

Etapele principale obligatorii in tehnologia betonului sunt:

Stabilirea compozitiei

Se realizeaza pe baza normelor in vigoare si cuprinde doua componente obligatorii: calculul si verificarea de laborator. Dupa parcurgerea acestor etape se alege compozitia optima dupa criteriul: proprietati ale betonului proaspat si intarit care sa asigure cerintele impuse prin proiect si prin conditii tehnologice de realizare a lucrarii cu consum minim de ciment.

Pentru ca betonul sa corespunda conditiilor impuse de natura si conditiile de exploatare ale constructiei, proiectarea compozitiei lui incepe cu un studiu preliminar care sa precizeze natura si valoarea solicitarilor mecanice, prezenta apei, a inghet-dezghetului, a actiunilor chimice agresive, precum si conditiile concrete de realizare a lui - modul de turnare, compactare, conditiile de intarire.

Pe baza acestui studiu, a dimensiunilor elementelor de beton si a modului de armare, se va stabili: tipul si marca cimentului, dozajul minim de ciment, gradul de impermeabilitate, lucrabilitatea, felul si dimensiunea maxima a agregatelor, conditiile de intarire.

Normativele in vigoare, elaborate pe baza cunoasterii aprofundate a influentei componentilor asupra proprietatilor betonului, a unei experiente indelungate privind tehnologia lui, precizeaza modul in care se stabileste compozitia betonului, pe baza principiului compactitatii maxime, astfel incat el sa corespunda conditiilor de calitate impuse.

Clasa betonului si clasa de rezistenta a cimentului fiind stabilite, raportul apa/ciment se poate determina pe baza relatiei Bolomey-Skramtaev (5.3).

Normativul precizeaza valorile maxime admise pentru raportul apa/ciment in functie de clasa betonului si clasa de rezistenta a cimentului si gradul de impermeabilitate.

Cantitatea de apa, A' (l/m³) se alege in functie de lucrabilitatea necesara, marca betonului, tipul si dimensiunea maxima a agregatelor.

Dozajul in ciment C' (kg/m³) se evalueaza cu relatia:

(5.7)

Cantitatea de agregat in stare uscata, A'_g se evalueaza astfel:

(5.8)

in care:

r_ag - densitatea agregatelor in kg/m³, in normativ indicandu-se valorile orientative in functie de natura rocii din care provin;

r_c - densitatea cimentului, evaluata la 3,00 kg/dm³;

P - volumul de aer oclus, care pentru betoane obisnuite se apreciaza la 2%, respectiv 20 dm³/m³; in cazul utilizarii aditivilor antrenori de aer trebuie determinat.

Se calculeaza densitatea aparenta a betonului proaspat:

(5.9)

Pentru agregate se stabileste zona de granulozitate in functie de lucrabilitatea betonului si dozajul in ciment (normativul prevede limitele zonelor de granulozitate).

Se prepara un amestec informativ de beton, in care se introduce apa de amestecare treptat, pana la obtinerea lucrabilitatii dorite, determinandu-se astfel cantitatea de apa necesara. Se determina densitatea aparenta reala a betonului si pe baza acestor date se recalculeaza dozajul in ciment si cantitatea de agregate.

Definitivarea compozitiei betonului se face pe baza de incercari preliminare, verificandu-se rezistentele mecanice la 7 si 28 de zile atat pentru compozitia rezultata cat si pentru alte doua compozitii ale caror dozaje in ciment variaza cu     7%, dar minim 20 kg/m³, fara a cobori sub dozajul minim admis.

Se adopta compozitia preliminara cu dozaj minim de ciment cu care se realizeaza rezistentele mecanice minime indicate de normativ pentru clasa respectiva de beton.

La definitivarea compozitiei betonului pentru statia de betoane trebuie corectata cantitatea de apa de amestecare, in functie de umiditatea agregatelor.

Prepararea betonului

Se face in betoniere prin cadere libera sau in malaxoare cu amestec fortat. Amestecarea componentilor trebuie sa asigure realizarea unei bune omogenitati a betonului si dispersarea cimentului, favorizand hidratarea.

Durata de amestecare depinde de compozitia si lucrabilitatea betonului, temperatura mediului, capacitatea si tipul utilajului de amestecare.

În cazul santierelor cu consum mare de betoane se recomanda prepararea betonului in centrale de beton, care prezinta urmatoarele avantaje: posibilitatea de mecanizare completa a lucrarilor din depozitele de materiale, transportul si dozarea acestora, imbunatatirea omogenitatii, un control mai bun asupra calitatii betonului.

Transportul betonului

Transportul betonului de la statia de preparare la locul turnarii se face cu mijloace adecvate, pe distante cat mai scurte, astfel incat sa nu se produca segregari sau pierderi de lapte de ciment.

Mijloacele de transport trebuie sa fie etanse, iar pe timp de arsita sau ploaie, suprafata libera a betonului trebuie sa fie protejata, astfel incat sa se evite modificarea caracteristicilor betonului.

Turnarea betonului

Calitatea betoanelor depinde, in mare masura, de modul cum a fost efectuata turnarea, de aceea ea trebuie facuta cu respectarea anumitor recomandari, dintre care cele mai importante sunt:

turnarea si compactarea betonului trebuie sa se efectueze inainte de inceperea prizei cimentului;

inaltimea de cadere libera a betonului nu trebuie sa fie mai mare de 1,5 m, pentru a se evita segregarea;

turnarea unui element trebuie sa se faca continuu, evitand rosturile de lucru, deoarece betonul proaspat nu adera bine la cel intarit, rezultand zone de slaba rezistenta. Cand rosturile de lucru nu pot fi evitate, se vor executa in zonele in care solicitarile sunt minime. Suprafata betonului turnat anterior si intarit, care va veni in contact cu betonul proaspat, va fi curatata cu deosebita grija de pojghita superficiala de ciment si de betonul slab compactat, spaland apoi cu jet de apa sau aer comprimat. La intreruperea betonarilor se recomanda utilizarea aditivilor intarzietori de priza si intarire;

in timpul turnarii betonului se vor lua masuri pentru a se evita deformarea sau deplasarea armaturilor si cofrajelor;

betonarea elementelor masive de beton se va face in straturi de 20-50 cm grosime, astfel incat suprapunerea sa se faca inainte de inceperea prizei cimentului din stratul inferior; in cazurile necesare se vor folosi aditivi intarzietori de priza.

Compactarea betonului

Modul de punere in lucrare a betonului si mai ales gradul si regimul de compactare au o mare influenta asupra structurii sale. Prin compactare se urmareste eliminarea aerului din beton sau de la periferia cofrajului, realizarea unui element cu o compactitate cat mai mare, cu o forma cat mai corecta si cu suprafete inchise.

Procedeul de compactare se alege in functie de compozitia si lucrabilitatea betonului, forma si dimensiunile elementelor.

Energia consumata la compactare se apreciaza in functie de fortele de coeziune si de frecarea interna ce trebuiesc depasite pentru obtinerea unei compactitati cat mai mari a betonului.

Compactarea manuala se foloseste numai in cazul obligativitatii turnarii unor betoane fluide, efectuandu-se prin intepare cu vergele metalice, sipci de lemn si prin ciocanire usoara a cofrajelor.

Mecanic, compactarea betonului se poate face prin vibrare, centrifugare, presare, vacumare, torcretare, injectare sau procedee combinate ca: vibropresare, vibrovacumare, vibrolaminare etc.

Vibrarea betonului, fiind un procedeu simplu si eficient, este cel mai folosit mijloc de compactare a betonului, atat pe santiere, cat si in fabrici de prefabricate.

Vibrarea consta in aplicarea unor socuri succesive de o anumita frecventa care trebuie sa invinga fortele de coeziune si frecare interna din betonul proaspat. Astfel, sub efectul vibrarii, componentii betonului trec intr-o stare de continua miscare oscilatorie, coeziunea si frecarea intre particule se micsoreaza, iar betonul vartos sau vartos-plastic, capata aspectul unui fluid vascos, mobil, care curge lent si poate lua forma cofrajelor. În acelasi timp, aerul inglobat in beton, in timpul amestecarii si turnarii este expulzat datorita presiunii interne produsa in urma socurilor repetate. Datorita maririi fluiditatii, granulele se deplaseaza unele fata de celelalte, tinzand sa ocupe pozitia limita de echilibru cea mai favorabila, care corespunde unei compactitati maxime. Cand actiunea vibrarii inceteaza, betonul isi recapata rigiditatea initiala.

Proprietatile betonului vibrat depind de regimul de vibrare, care se stabileste experimental in functie de lucrabilitatea betonului, dozajul de ciment, granulozitatea si dimensiunea maxima a agregatelor.

Un regim de vibrare neadecvat compozitiei betonului poate provoca in locul compactarii segregarea sau afanarea structurii betonului.

Folosirea eficienta a vibrarii cere utilizarea unei forte de vibrare in concordanta cu valorile coeficientilor reologici ai betonului, determinati in mare masura de proprietatile reologice ale matricei betonului.

Parametrii principali ai vibrarii sunt: frecventa, amplitudinea si durata de vibrare.

Frecventa de vibrare se defineste prin numarul de socuri transmise betonului in unitatea de timp (vibratii pe minut). Frecventa de vibrare se alege in functie de marimea granulelor de agregat. Granulele mai mici vibreaza la frecvente mai ridicate. Vibratoarele utilizate curent au frecventa de 3000-10.000 oscilatii pe minut.

Amplitudinea de vibrare se exprima in mm si se alege in functie de frecventa, de dimensiunile agregatelor si lucrabilitatea betonului. În general, amplitudinea variaza de la 0,06 la 0,6 mm.

Durata de vibrare, exprimata in minute, depinde de compozitia betonului, frecventa si amplitudinea de vibrare. O durata de vibrare prea mare poate avea drept efect segregarea betonului. Se considera durata de vibrare suficienta cand betonul nu se mai taseaza, inceteaza aparitia bulelor de aer la suprafata betonului care devine orizontala si usor lucioasa.

Vibrarea betonului se realizeaza cu ajutorul vibratoarelor care au un mod de actiune si constructie diferita in functie de conditiile de utilizare.

Vibrarea interna se realizeaza cu pervibratoare, care au o forma cilindrica si se introduc in masa betonului (fig. V.24,a). Lucrabilitatea betoanelor compactate prin vibrare interna se recomanda sa fie T₃ sau T₃/T₄.

Figura V.24. Diverse tipuri de vibratoare

a b c d

Vibrarea externa se executa cu vibratoare care transmit betonului vibratiile prin intermediul cofrajului (vibratoare de cofraj) (fig. V.24.b). Este recomandata pentru compactarea elementelor de grosimi mici, cu armaturi dese, care nu pot fi compactate prin vibrare interna.

Vibrarea de suprafata se executa cu vibratoare placa, transmitand vibratiile in mod direct suprafetei libere a piesei de beton (fig. V.24.c). Se utilizeaza la compactarea betoanelor monolite si prefabricate din elemente de constructie de suprafata mare si grosime 3 35 cm, lucrabilitatea recomandata fiind L₂.

În fabrici de prefabricate, laboratoare, se pot utiliza mese vibratoare pentru compactarea betonului turnat in tipare (fig. V.24.d).

Centrifugarea este un procedeu de compactare a betonului aplicat la elementele cu sectiune circulara cu goluri in interior (tuburi de canalizare, stalpi pentru sustinerea conductorilor eletrici). Forta centrifuga rezultata din rotirea tiparului, proiecteaza betonul pe peretii tiparului, iar surplusul de apa se separa in interiorul acestuia. Se realizeaza astfel un beton foarte compact insa cu o structura specifica deoarece agregatele mai mari sunt distribuite catre exterior iar cele mai mici catre interior (fig. V.25).

Figura V.25. Procedeul de compactare prin centrifugare

Centrifugarea reclama o grija deosebita la alcatuirea compozitiei betonului (raport apa/ciment moderat, cimenturi nu prea fin macinate, granula maxima a agregatului nu prea mare), precum si la stabilirea regimului de centrifugare (viteza si timpul de centrifugare).

Vacumarea betonului se utilizeaza pentru compactarea betoanelor plastice si fluide prin aplicarea pe suprafata lor a unor panouri de vacuum, care prin crearea unei subpresiuni la suprafata betonului permit extragerea surplusului de apa si a aerului oclus (fig. V.26).

Figura V.26. Compactarea betonului prin vacuumare

Datorita unei bune compactari si a accelerarii hidratarii cimentului, betonul vacumat prezinta rezistente mecanice initiale sporite (facand posibila decofrarea timpurie), rezistente finale mai mari, deformatii mai reduse, comportare mai buna la permeabilitate si inghet-dezghet repetat.

Vacumarea se aplica la prefabricate din beton care au suprafata mare si grosime redusa (placi, dale) si la imbracaminti rutiere.

Torcretarea consta in realizarea unui amestec uscat de ciment si agregate pana la 8 mm, care se introduc impreuna cu apa de amestecare intr-un injector de unde este proiectat sub presiune pe suprafata de torcretat. Betonul torcretat se aplica in straturi succesive, de circa 2 cm, pana la realizarea grosimii dorite.

Procedeul se aplica la confectionarea placilor prefabricate cu simpla si dubla curbura, tuburi de presiune, la acoperirea armaturilor pretensionate, la reparatii ale elementelor vechi din beton.

Betonul torcretat este foarte compact si deosebit de impermeabil, cu rezistente mari si deformatii reduse si asigura o buna aderenta la armaturi si betoane vechi.

Injectarea betonului se executa in doua etape succesive. În prima etapa se realizeaza un schelet de granule prin introducerea agregatului mare, fara nisip, in cofraje si compactarea lui. În faza urmatoare se injecteaza in golurile scheletului de granule, de jos in sus sau lateral, un mortar format din ciment, nisip, apa si aditivii necesari maririi lucrabilitatii si evitarii segregarii.

Procedeul de injectare asigura obtinerea unui beton cu rezistente mecanice mari, contractii reduse si o impermeabilitate ridicata, fiind folosit la turnari speciale, cum sunt cele de betoane foarte grele.

Presarea realizeaza compactarea betonului printr-un efort de compresiune de 50-150 daN/cm², exercitat de prese hidraulice. Procedeul se utilizeaza la executia prefabricatelor de dimensiuni reduse (placi de fatada, dale, tuburi de canalizare) ce trebuie sa aiba o compactitate ridicata care sa asigure proprietati fizico-mecanice superioare.

Vibropresarea betonului este cel mai eficient mijloc de compactare. Vibrarea determina o deformatie de curgere a sistemului care poate fi compactat intr-o stare avansata prin aplicarea unor forte suplimentare de compresiune.

Laminarea este un procedeu de compactare prin presare cu ajutorul valturilor a prefabricatelor din beton profilate.

Prezentarea sumara a principiilor tehnologice de punere in lucrare a betonului subliniaza ca pentru folosirea eficienta a materialelor (ciment, agregate, aditivi) este necesara utilizarea unei compozitii judicioase, iar procedeele tehnologice trebuie utilizate in stransa concordanta cu procesele fizico-chimice, care determina transformarile si calitatile atat de variate ale betoanelor intarite.

Tratarea betoanelor dupa turnare

Dupa turnarea si compactarea betonului este necesara protejarea lui impotriva pierderii apei prin evaporare, pentru a se asigura astfel conditii favorabile de intarire si a se reduce formatiile din contractie la uscare. Pentru a se asigura mentinerea umiditatii betonului minim 7 zile pentru betoane cu cimenturi unitare si minim 14 zile pentru betoane cu cimenturi cu adaosuri, se vor proteja suprafetele libere prin acoperirea cu materiale de protectie (prelate, rogojini, strat de nisip, care vor fi mentinute permanent umede sau cu folii de polietilena).

La lucrarile cu suprafata mare, ce sunt expuse liber radiatiilor solare, curentilor de aer, asa cum sunt betoanele rutiere, piste de aerodrom, betoanele de protectie a taluzelor de canal, se recomanda aplicarea de pelicule de protectie, aderente pe suprafata betonului proaspat, impermeabile minimum 3 saptamani. Se utilizeaza in acest scop emulsii de polimeri, bitum, parafina.

Stropirea directa cu apa este mai putin indicata deoarece umezirea si uscarea intermitenta determina umflari si contractii alternative, urmate de fisurarea stratului superficial. Cand se utilizeaza aceasta metoda ea se va realiza sub forma unei pulverizari continue si va incepe dupa ce betonul este suficient de intarit, pentru ca prin aceasta operatie sa nu fie antrenata pasta de ciment.

Pe timp ploios, suprafetele de beton proaspat vor fi acoperite cu prelate sau folii de polietilena, atat timp cat prin caderea precipitatiilor exista pericolul antrenarii pastei de ciment.

 Decofrarea betonului

Se poate executa numai dupa ce betonul a atins valori ale rezistentelor mecanice care sa permita suportarea greutatii proprii si a incarcarilor ce apar in timpul executiei lucrarilor.

Stabilirea rezistentei la care a ajuns betonul se va face prin incercarea epruvetelor de control confectionate in acest scop si pastrate in conditii similare elementelor in cauza, sau prin incercari nedistructive. În lipsa incercarilor, pentru cazurile curente se vor respecta termenele minime indicate in normative, tinand seama de temperatura medie din perioada de intarire a betonului.

Dupa decofrare se va verifica aspectul elementelor, iar daca se semnaleaza zone cu beton necorespunzator, beton necompactat, segregat, goluri, rosturi de betonare, se vor lua masurile de remediere necesare.

Fazele de executie a lucrarilor de beton si beton armat constituie in majoritate lucrari ascunse, astfel incat controlul calitatii trebuie efectuat si consemnat permanent.