Structura betonului intarit

Structura betonului intarit

Betonul intarit este un material compozit, cu o structura complexa, compusa din matrice si agregat.

Este un material poros si microfisurat cu o concentrare a defectelor structurale in zona de interfata matrice-agregat.

Datorita varietatii materialelor componente, proportiilor dintre ele, cat si tehnologiilor de punere in lucrare si tratare ulterioara, proprietatile betonului variaza in limite largi.

Matricea inveleste granulele de agregat si umple golurile scheletului format din acestea.

Adeziunea dintre partea lianta si agregatele mari variaza in functie de compozitia mineralogica a cimentului si agregatelor, de starea suprafetei granulelor de agregat, de proportia de apa, modul de punere in lucrare, conditiile de intarire, etc.

Caracteristicile zonei de contact dintre matrice si granulele de agregat reprezinta un factor hotarator al calitatii betonului.

O aderenta defectuoasa intre piatra de ciment si granulele de agregat afecteaza in mare masura atat rezistentele mecanice ale betonului cat si alte proprietati cum sunt: coeficientul de impermeabilitate, rezistenta la agresiuni fizice si chimice, etc.

În linii mari, adeziunea matricei la suprafata granulelor de agregat se poate realiza astfel:

adeziune mecanica, prin ancorarea in asperitatile suprafetei granulelor de agregat. Acesta este tipul de aderenta care se realizeaza in mod curent intre matrice si agregatele din beton si se manifesta mai accentuat la agregatele de concasare, datorita rugozitatii suprafetei si la agregatele usoare cu porozitate deschisa;

adeziunea prin epitaxie, o sudura directa a produsilor de hidratare ai cimentului pe suprafata granulelor de agregat si care apare atunci cand exista concordanta de structura intre acestia si orientare favorabila. Acest tip de aderenta se intalneste la betoanele cu anumite agregate calcaroase si se accentueaza odata cu trecerea timpului, datorita carbonatarii hidroxidului de calciu;

 adeziunea chimica se stabileste in urma unor interactiuni chimice care au loc intre produsii de hidratare-hidroliza ai cimentului si agregatele silicioase. Se manifesta curent la betoanele cu agregate cuartoase intarite prin autoclavizare. În acest caz, intre hidroxidul de calciu rezultat din hidroliza cimentului si bioxidul de siliciu activ din agregat, au loc reactii chimice cu formarea de hidrosilicati de calciu.

Cantitatea de apa utilizata la prepararea betonului are o mare influenta asupra structurii betonului intarit.

Din necesitatea asigurarii lucrabilitatii betonului, raportul apa-ciment are valori cuprinse in mod obisnuit intre 0,35 si 0,70, deci mult mai mari decat cel al pastelor de ciment de consistenta normala (0,23-0,29). De aceea, porozitatea matricei din beton este mai mare decat a pietrei obtinute prin intarirea unei paste de ciment si distributia dimensionala a porilor este diferita. (fig. V.4).

Figura V.4. Porozitatea

Porozitatea matricei este mai mare in apropierea granulelor de agregat, acestea fiind inconjurate de o "zona de tranzitie" a carei grosime creste cu cresterea proportiei de apa si scade in timp, in urma proceselor de hidratare-hidroliza.

Atat compozitia cat si structura matricei sunt mult influentate de agregatele cu dimensiunea sub 0,2 mm, acestea avand o mare activitate fizica (toate rocile utilizate ca agregate sunt alcatuite din minerale cu structura ionica sau cu legaturi covalente, polarizate).

În afara de porozitatea matricei, in beton exista si macropori, rezultati prin antrenarea aerului la amestecarea si punerea in lucrare a betonului.

Neomogenitatea structurii betonului se datoreste si alcatuirii lui din materiale cu densitati diferite si dimensiunilor variabile ale granulelor componentilor.

La betoanele plastice si mai ales la cele fluide, la punerea in lucrare se poate produce o segregare a componentilor. În urma procesului de intarire, in functie de cantitatea de apa in exces, sub agregatele mari se vor forma pori capilari sau goluri lenticulare de dimensiuni mai mari, care vor influenta mult compactitatea si aderenta si prin aceasta si celelalte caracteristici ale betonului intarit (fig. V.5).

Figura V.5. Reprezentare a porilor din beton   

În timpul intaririi betonului, datorita contractiei la uscare, in matrice apare un sistem de microfisuri care se amplifica in timp sub actiunea factorilor exteriori.

Existenta micro si macroporilor, capilarelor, cavernelor, micro si macrofisurilor, reprezinta defecte de structura care reduc calitatea betonului. Proprietatile betonului sunt influentate esential de valoarea porozitatii totale, precum si de natura, marimea si distributia porilor.

Porozitatea betonului este formata din:

pori de gel - cu dimensiunea de regula sub 100 Å, greu permeabili pentru apa lichida;

pori capilari - cu dimensiuni mai mari de 100 Å, cu proprietati hotaratoare asupra tuturor caracteristicilor betonului; ei nu sunt uniform raspanditi in matrice, iar pe parcursul intaririi se umplu partial cu noile produse de hidratare;

pori sferici - rezultati la amestecarea betonului (aer oclus), fie la folosirea aditivilor antrenori de aer (aer antrenat), cu dimensiuni intre 50 - 100 mm;

pori cu dimensiuni mai mari de 200 mm, apartin defectelor de structura, iar volumul lor trebuie sa fie limitat in betonul bine alcatuit si compactat.

Prin folosirea aditivilor antrenori de aer se poate dirija, in mod corespunzator, volumul, dimensiunea si distributia aerului antrenat, cu consecinte favorabile asupra gradului de impermeabilitate si a rezistentei la inghet-dezghet repetat.

Toate incercarile de a stabili relatii de dependenta a rezistentei mecanice de factori de compozitie si structura ajung, intr-o forma simplificata, la stabilirea unor relatii intre rezistenta si porozitate.

Pentru asigurarea unei compactitati maxime si a unei structuri cat mai omogene, conditii esentiale pentru betoane de rezistenta, compozitia betonului judicios stabilita, trebuie corelata cu mijloacele optime de compactare si cu masuri pentru asigurarea conditiilor favorabile de intarire.

Caracteristicile fizice, mecanice si chimice ale betonului intarit prezinta interes deosebit pentru calculul dimensional si pentru stabilirea domeniului de folosire. Dintre proprietatile fizico-mecanice si chimice, cele mai importante sunt preezentate in continuare.