CONTROLUL CALITĂŢII BETOANELOR

Transcription

1 CONTROLUL CALITĂŢII BETOANELOR Octavian George Ilinoiu Prima Ediţie -Bucureşti 2004-

2 PREFAŢĂ PREFAŢĂ Calitatea materialelor de construcţii şi a construcţiilor, se asigură şi se controlează prin aplicarea unui Sistem al Calităţii instituţionalizat, care funcţionează la nivelul întregii ţări. Sistemul calităţii existent în construcţii determină, prin pârghiile de care dispune, toţi factorii implicaţi în activitatea din acest domeniu (cercetarea, proiectarea, producătorii de materiale de construcţii, executanţii construcţiilor, instituţiile de inspecţie şi control, laboratoarele de specialitate etc.), să aplice prevederile legale (Legile, Standardele, Normativele, Regulamentele, Instrucţiunile, Manualele de Calitate ale firmei etc.), pentru ca produsul finit construcţia- să îndeplinească integral cerinţele de calitate precizate în proiect, reglementările tehnice specifice fiecărei lucrări şi cele ale beneficiarului. În acest context, cartea Controlul Calităţii Betoanelor, autor şef lucr. univ.dr.ing. Octavian G. Ilinoiu vine să completeze şi să actualizeze informaţiile referitoare la metodele şi procedeele de control al calităţii, cu precădere cele din domeniul betonului şi a materialelor componente ale acestuia. Dezvoltarea aspectelor de calitate dominante din sfera betonului şi componenţilor săi este motivată de: - utilizarea betonului şi betonului armat, cu o foarte mare pondere, în executarea structurilor de rezistenţă a construcţiilor; - dependenţa rezistenţei, stabilităţii şi durabilităţii construcţiei de calitatea structurii, respectiv betonului; - multitudinea factorilor de influenţă asupra calităţii betonului determinată de varietatea şi de variabilitatea caracteristicilor componenţilor; - influenţa factorilor tehnologici şi a condiţiilor de mediu asupra calităţii betonului. În abordarea aspectelor de calitate, autorul a luat în considerare, printre altele, motivaţiile de mai sus ce presupun şi evidenţierea unor aspecte de fond, inclusiv teoretice, care influenţează major proprietăţile tehnice ale materialelor de construcţii analizate. Ca urmare, în cazul primelor capitole ale lucrării sunt prezentate materialele componente cu principalele lor proprietăţi şi influenţe asupra betonului proaspăt şi întărit, precum şi consecinţele negative folosirii de materiale neconforme calitativ. În acest sens menţionăm: aspectele de durabilitate tratate în capitolul 1; caracteristicile de compoziţie ale betoanelor, caracteristicile şi proprietăţile cimenturilor, agregatelor şi aditivilor (cap. 2); principalele proprietăţi ale betoanelor proaspete şi întărite, determinările şi încercările ce se efectuează asupra betoanelor (cap. 3); prepararea betoanelor şi factorii care influenţează calitatea amestecului (cap. 4). Capitolul 5 conţine consideraţiile generale asupra calităţii lucrărilor de construcţii, cu referire la necesitatea asigurării controlului asupra calităţii, efectele unei calităţi deficitare de realizare a unei construcţii şi organizarea generală a controlului calităţii. O parte însemnată şi extinsă a lucrării este reprezentată de cap. 6 Controlul nedistructiv a calităţii lucrărilor de construcţii. Capitolul prezintă atât metodele, să le spunem II

3 PREFAŢĂ tradiţionale, bine cunoscute şi aplicate la noi, cât şi pe cele moderne cunoscute, dar aplicate la noi într-o măsură mai mică datorită, mai ales, dificultăţilor financiare în procurarea aparaturii necesare. Prezenta lucrare este elaborată pe baza unui vast şi valoros material bibliografic autohton şi străin, ceea ce a permis actualizarea aspectelor legate de calitatea materialelor şi ilustrarea exemplelor cu o parte de grafică, tabele, fotografii, scheme nouă. Titlurile lucrărilor, studiate de autor, reprezintă şi o sursă de informare în vederea aprofundării subiectului de către specialiştii care lucrează atât în proiectare, cât şi în execuţie în domeniul construcţiilor, precum şi studenţii facultăţilor de construcţii. Importanţa şi bogăţia de informaţii în domeniul abordat, nivelul ştiinţific ridicat şi calitatea de ansamblu elevată a acestei lucrări o face interesantă şi atrăgătoare atât pentru cei care doresc să se informeze şi să cunoască mai adânc problemele de bază ale betoanelor, cât şi determinarea diferenţelor caracteristicilor şi performanţele tehnice ale acestora, cât şi altor materiale. Prof. univ.dr.ing. Radu Popa Bucureşti, 2004 III

4 MULŢUMIRI MULŢUMIRI Mulţumesc, în mod deosebit pentru sprijinul acordat şi îndrumările pe care mi le-a dat, pentru ideile, sugestiile, recomandările şi aprecierile pe care le-a făcut pe parcursul pregătirii acestei lucrări domnului prof. univ. dr. ing. Radu Popa. De asemenea, autorul mulţumeşte pentru asistenţa şi sprijinul acordat, în documentare prezentei cărţi, următoarelor organizaţii, instituţii, asociaţii profesionale, comerciale şi producătorilor care au permis accesul la informaţii şi fotografii, precum şi pentru permisiunea reproducerii a anumitor fragment de text, figuri şi tabele, din materialele lor: Asociaţia de Standardinzare din Romania - ASRO, Romania American Concrete Institute - ACI, SUA American Society of Civil Engineers - ASCE, SUA American Society for Nondestructive Testing - ASNT, SUA American Society for Testing and Materials - ASTM, SUA American Association of State Highway Transportation Officials AASHTO, SUA APA. The Engineering Wood Association SUA ATEX C. V. B. A., Belgia Bell Engineering Group, Anglia BHS Sonthofen, Germania Boral Materials Technology, SUA Building Science Insight - BSI, Canada Canadian Building Digest - CBD, Canada Civil Engineering Corps Washington CECW, SUA Cement and Concrete Association Australia Center for Advanced Cement - Based Materials. Northwestern University, Illinois, SUA Center for Innovative Grouting Materials and Technology - CIGMAT, SUA Controls Ltd., Italia DET NORSKE VERITAS, Suedia Elba Werk, Germania Elcometer Instruments Ltd., Anglia Heidelberg Cement AG, Germania James Instruments Inc., SUA Humboldt Co., SUA INCERC, România IPCT, România Institute for Research in Construction - IRC, Canada International Council for Building Research and Documentation - CIB, Canada IV

5 MULŢUMIRI International Union of Testing and Research Laboratories for Materials and Structures RILEM International Committee on Asian Concrete Model Code National Research Council - NRCC, Canada National Institute of Standards and Technology - NIST, SUA Officine Riunite Udine SpA ORU, Italia PERI, Germania Proqec, Elveţia Romtech, România SC SOMACO SA, România SBH Tiefbautechnik, Germania The American Society for Nondestructive Testing, SUA Thwaites Ltd., Anglia Tremix, Suedia MACON SA, România MAN Nutzfahrzeuge Aktieengesellschaft, Germania Morgan Manufacturing Co., SUA US Army Corps of Engineers. Directorate of Military Programs, Engineering Division, SUA Winget, Anglia Indicaţii asupra surselor bibliografice şi asupra autorilor menţionaţi pot fi regăsite la fiecare sfârşit de capitol, precum şi în bibliografia generală la sfârşitul cărţii. V

6 CUPRINS CUPRINS PREFAŢĂ...II MULŢUMIRI... IV CUPRINS... VI LISTĂ DE FIGURI... IX LISTĂ DE TABELE...XII CAPITOLUL 1. DURABILITATEA BETONULUI Consideraţii generale Tipuri principale de degradări prin coroziune ale elementelor din beton şi beton armat Coroziunea oţelului Coroziunea betonului Bibliografie la Capitolul CAPITOLUL 2. CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR Consideraţii generale Cimentul Caracteristici structurale şi de compoziţie ale cimentului Portland Structura clincherului Compoziţia mineralogică Hidratarea cimentului Tipuri de ciment Caracteristicile şi proprietăţile cimentului Portland Agregate Proprietăţile şi caracteristicile agregatului Condiţii de calitate ale agregatelor Apa de amestecare Adaosuri şi aditivi Bibliografie la Capitolul CAPITOLUL 3. PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR Principalele proprietăţi ale betonului în stare proaspătă Densitatea betonului Consistenţa şi lucrabilitatea Volumul de aer oclus Tendinţa de separare a apei de amestecare Tendinţa de segregare Principalele proprietăţi ale betonului în stare întărită Densitatea Compactitatea Permeabilitatea şi porozitatea Permeabilitatea betonului la apă Fenomenul producerii porilor Calculul porozităţii betonului Calculul distribuţiei porilor Concluzii Gelivitatea Determinarea rezistenţei la îngheţ-dezgheţ Fenomenul deteriorării betonului în urma ciclurilor de îngheţdezgheţ Rezistenţele mecanice ale betonului Rezistenţa la compresiune Rezistenţa la întindere Factori de care depinde rezistenţa la întindere VI

7 CUPRINS Rezistenţa la forfecare (forţe tăietoare) Rezistenţa la şoc Rezistenţa la uzură Factori generali care influenţează rezistenţa betonului Conductivitatea termică Deformaţia betonului Contracţia la uscare şi umflarea la reumezire Dilatarea termică Bibliografie la Capitolul CAPITOLUL 4. AMESTECAREA COMPONENŢILOR BETONULUI Consideraţii generale Metode de determinare a omogenităţii betonului Evaluarea omogenităţii prin aprecierea unor proprietăţi ale betonului în stare întărită, precum rezistenţa la compresiune Metode de malaxare Malaxoare cu amestecare prin cădere liberă (gravitaţionale) Malaxoare cu amestecare forţată Capacitatea malaxoarelor Durata de amestecare a betonului Productivitatea malaxoarelor Caracteristicile malaxoarelor Concluzii Bibliografie la Capitolul CAPITOLUL 5. ASIGURAREA CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Consideraţii generale Definirea calităţii produsului în standardele internaţionale Efectele unei calităţi deficitare de realizare a unei construcţii Organizarea generală a controlului de calitate Bibliografie la Capitolul CAPITOLUL 6. CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Consideraţii generale Clasificarea încercărilor pentru controlul nedistructiv al calităţii betonului Metode acustice Metoda de vibraţii proprii Metoda prin şoc Metode elastice cu impuls ultrasonic Metoda carotajului sonic Metoda undelor de suprafaţă Metoda emisiei acustice Metode mecanice sau de duritate superficiale Metoda de recul Metoda de amprentă Metoda prin penetrare Metoda prin smulgere şi dezlipire Extragere de carote Metoda ruperii Metode atomice Metoda radiografică folosind raze gama - gamagrafiere Metoda radiometrică cu radiaţii gama sau beta Metoda cu neutroni rapizi Metoda rezonanţei magnetice nucleare Metode electrice şi magnetice Metoda rezistivă (a conductivităţii) Metoda capacitivă Metoda absorbţiei microundelor (metoda neutronilor) Metoda inducţiei magnetice Metoda curenţilor turbionari Metode termice Metoda termografică/ radioscopică în infraroşu (termoviziunii) Metoda radiografică cu radiaţii infraroşii Metoda substanţelor penetrante Descrierea metodei Materiale folosite Procedura de control Exemple de determinări nedistructive folosind substanţe penetrante Metoda maturizării betonului Metode de determinare a nivelului de întărire al betonului Efectul vârstei betonului asupra creşterii rezistenţei Metoda evaluării gradului de maturizare al betonului Modele de calcul care stau la baza determinării gradului de maturizare al betonului folosite pe plan mondial VII

8 CUPRINS 6.9. Metode optice Metoda undelor radio Metode combinate Metoda viteză de propagare - indice de recul Metoda viteză de propagareatenuarea ultrasunetelor Metoda viteză de propagareatenuare a radiaţiilor gama Metoda viteză de propagareamprentă Metoda viteză de propagare- forţă de smulgere Metoda viteză de propagareradiometrică (radiografică) Microscopie electronică Bibliografie la Capitolul INDEX DE AUTOR BIBLIOGRAFIE GENERALĂ Articole Comunicări Ştiinţifice Cărţi Fişe tehnice Legi Acte Normative şi Reglementări Tehnice TABELE DE CONVERSIE PREFIXE - SUBMULTIPLII ŞI MULTIPLII ALE S.I. DE UNITĂŢI DE MĂSURĂ LITERE GRECEŞTI UTILIZATE INDEX ALFABETIC VIII

9 LISTĂ DE FIGURI LISTĂ DE FIGURI Figura 1-1. Degradarea stratului de acoperire cu beton a armăturilor de oţel prin coroziunea armăturii (fisurare, exfoliere şi expulzare) (a,b,c,d,e,f)...14 Figura 1-2. Detalii beton degradat în urma ciclurilor de îngheţ-dezgheţ (a, b, c, d).15 Figura 1-3. Detalii beton cu aer antrenat (a şi b)...15 Figura 1-4. Detalii beton degradat în urma reacţiilor alcalii agregate (a şi b)...16 Figura 1-5. Detalii beton degradat în urma coroziunii sulfatice (a şi b)...16 Figura 1-6. Detaliu beton degradat în urma atacului apei uşoare (agregate descoperite în urma spălării cimentului)...16 Figura 1-7. Detaliu beton degradat în urma coroziunii prin levigare...17 Figura 1-8. Detalii elemente de beton degradat în urma coroziunii clorhidrice rezultată din contactul cu apa de mare şi eroziunii valurilor...17 Figura 1-9. Detalii elemente de beton degradat în urma punerii în lucrare a betonului necorespunzătoare segregarea betonului...17 Figura Oxidare la temperaturi înalte...20 Figura Coroziune electrochimică...20 Figura Coroziune electrolitică...21 Figura Coroziune sub tensiune...22 Figura Coroziune în puncte...22 Figura Coroziune de contact - continuă...22 Figura Coroziune neuniformă...22 Figura Coroziune în puncte...22 Figura Coroziune intercristalină...22 Figura Coroziune transcristalină...22 Figura Coroziune selectivă...22 Figura Fisurare urmată de exfolierea a betonului din stratul de acoperire al armăturii...23 Figura a,b, c - Stadii de fisurare a betonului din stratul de acoperire datorată măririi de volum a armăturii corodate.. 23 Figura Creşterea grosimii stratului de coroziune funcţie de timp Figura 2-1. Imagine structură beton Figura 2-2. Granulă de clincher Figura 2-3. Imagini particule de ciment; a. secţiune 320 μm (x 350); b. 10 μm Figura 2-4. Variaţia temperaturii în procesul de obţinere a clincherului Figura 2-5. Imagini microscopice ale clincherului şi cimentului Figura 2-6. Viteza de degajare a căldurii componenţilor mineralogici ai cimentului Figura 2-8. Creşterea rezistenţei la compresiune a componenţilor mineralogici Figura 2-9. Evoluţia hidratării în timp a granulelor de ciment. Microscopie electronică: a. 5μm (după 2 zile), b. 10 μm (după 7 zile) Figura Amplificare progresivă a imaginilor electronomicroscopice ale detaliilor structurale a evoluţiei în timp a microstructurii cimentului Figura Viteza de dezvoltate a căldurii de hidratare Figura a. Mecanismul prizei cimentului b. Schema formării structurii cimentului Figura Creşterea rezistenţei la compresiune a componenţilor mineralogici ai cimentului Figura Agregate monogranulare şi bigranulare Figura Curbe de granulozitate A. Granulozitate continuă, B şi C. Granulozitate discontinuă IX

10 LISTĂ DE FIGURI Figura Variaţia granulozităţii agregatelor în raport cu dozajul de ciment şi cantitatea de nisip...46 Figura Agregate angulare şi rotunjite..46 Figura Microscopie electronică (45μm, x 1760). Detaliu interfaţă pastă ciment nisip Figura Umiditatea agregatului...47 Figura Principalele tipuri de umidităţi în agregat...47 Figura Imagine microscopică, comparaţie dimensiune granulă ciment şi particulă puzzolană naturală...49 Figura Adaoşi minerali: de la stânga la dreapta cenuşă volantă uscată (centralele termoelectrice), zgura granulată de furnal înalt, silice ultrafină, cenuşă, metacaolin, bentonită fin măcinată...49 Figura 3-1. Imagine beton alunecând pe jgheab...52 Figura 3-2 Măsurarea consistenţei betonului folosind metoda tasării...53 Figura 3-3. Exemplificarea tendinţei de separare a apei din beton...54 Figura 3-4. Detalii de betoane permeabile...56 Figura 3-5. Microscopie optică. Detalii pori şi fisuri...58 Figura 3-6. Schema formări în betonul întărit a porilor de gel, sferici şi capilar...59 Figura 3-7. Influenţa raportului A/C asupra distribuţiei porilor...59 Figura 3-8. Curbe de distribuţie a porozităţii în pasta de ciment (CP), mortar (M) şi beton (B)...60 Figura 3-9. a. Detaliu al structurii pastei de ciment poroase; b. Model matematic al traseului porilor...61 Figura Curba diferenţială de distribuţie a porozităţii în pasta de ciment...61 Figura Element de beton degradat în urma ciclurilor de îngheţ-dezgheţ...62 Figura Schemă teoretică pentru calculul capilarităţii în tuburi subţiri cu secţiune constantă...64 Figura Influenţa A/C asupra rezistenţei la îngheţ a betonului păstrat în apă 28 de zile...65 Figura Influenţa A/C asupra rezistenţei la îngheţ a betonului...66 Figura Schema încercării la compresiune a epruvetelor cubice...67 Figura Schema încercării la compresiune a fragmentelor de prismă...67 Figura Creşterea rezistenţei la compresiune a betonului funcţie de dozajul de ciment Figura Diagramă efort (σ)-deformaţie (ε) la compresiune monoaxială Figura Presă hidraulică de încercare a epruvetelor betonului la întindere axială Figura Presă de încercare a epruvetelor betonului la întindere din încovoiere Figura Schema încercării la întindere prin încovoiere a epruvetelor prismatice Figura Schema încercării la despicare a epruvetelor cubice, cilindrice şi prismatice Figura Schema încercării la întindere prin despicare a epruvetelor cilindrice. 71 Figura Aparat sistem Bohme pentru determinarea rezistenţei la uzură a betonului Figura Principalele tipuri de dilatări şi contracţii ale betonului Figura 4-1. Malaxor cu ax orizontal. Schemă flux amestecare componenţi Figura 4-2. Malaxoare cu amestecare prin cădere liberă (gravitaţionale) Figura 4-3. Schemă generală malaxor gravitaţional; nebasculant, basculant, reversibil Figura 4-4. Malaxor nebasculant Figura 4-5. Faze principale de lucru malaxor basculant Figura 4-6 Malaxoare cu amestecare forţată în echicurent Figura 4-7. Malaxoare cu amestecare forţată în contracurent Figura 4-8. Diagramă timp de amestecare Figura 5-1. Spirala creşterii calităţii Figura 5-2. Reprezentarea unui proces Figura 5-3. Criterii ISO 9000 pentru selecţia şi utilizarea unui model a calităţii Figura 6-1. Schemă principiu aparat pentru determinarea frecvenţei de rezonanţă. 103 Figura 6-2. Schemă principiu aparat piezoelectric Figura 6-3. Schemă principiu SASW Figura 6-4. Curbele de transformare indice de recul N rezistenţă la compresiune Rc Figura 6-6. Fazele principale de funcţionare a aparatului Figura 6-5. Schema aparatului pentru determinarea rezistentei betonului prin metoda reculului X

11 LISTĂ DE FIGURI Figura 6-7. Schema aparatului pentru determinarea rezistenţei betonului prin metoda amprentei Figura 6-8. Curbele de transformare diametru amprentă φ(mm) rezistenţă la compresiune Rc (MPa) Figura 6-9. Imagine aparatul Windsor Figura Aparatura de încercare semidistructivă prin smulgere Figura Exemple de procedee de smulgere prin extracţie a pieselor metalice post-înglobate în beton Figura Dispozitive pentru extras carote Figura a. Modulele probelor ataşate de cofraj; b. Probele BOSS după decofrare Figura Spectrul radiaţiilor electromagnetice Figura Schemă de funcţionare a aparaturii folosite la gamagrafiere Figura Gamagrafia unui stâlp din beton armat şi reconstituirea sa tridimensională: a. Imagine generală a zonei gamagrafiate; b. Detaliu mărit Figura Gamagrafia ciocurilor unor bare de armătură Figura Gamagrafia unei grinzi din beton armat, fisurate în dreptul reazemului..116 Figura Gamagrafia unei stâlp din beton armat care prezentă zone de segregare116 Figura Încercarea radiometrică a betonului Figura Defectoscopia magnetică Figura Schema de funcţionare a Pachometrului Figura Schema funcţionării aparaturii defectoscopice cu curenţi turbionari: a., b. şi c Câmpul magnetic omogen din interiorul unei bobine cilindrice străbătute de curent şi câmpul de dipol din interiorul acesteia Figura Metoda radioscopică Figura Efectul discontinuităţii fluxului termic în materialul supus controlului 121 Figura Detaliu element de beton armat vizualizat în plaja de culori IR Figura a. Schemă metoda radiografică b. Exemple de imagini radiografice Figura Aplicarea developantului pulbere uscată, prin pulverizare Figura Aplicarea developantului: a. pe bază de solvent, prin pulverizare, b. solubil în apă, prin imersie Figura Echipamente şi instrumente folosite pentru examinarea vizuală a defectelor Figura Epruvetă cilindrică de beton tratată cu fenolftaleină pentru determinarea adâncimii de carbonatare Figura Determinarea nivelului Cl - sau OH - pentru aflarea zonei de corodare a armăturii Figura Curba conţinutul de clor folosită pentru determinarea coeficientului de difuzie D Figura Determinarea existenţei reacţiilor alcali-agregate Figura Determinarea existenţei reacţiilor alcali-agregate Figura Epruvetă cilindrică de beton indicând degradarea avansată prin reacţia alcali-agregate Figura Termometru cu infraroşu Figura Variaţia temperaturii betonului Figura Microscopia unei armături corodate înglobată în beton Figura Aceeaşi imagine ca în fig. 6-39, vizualizată cu lumină emergentă (transmisă) Figura Detaliu mărit al zonei încercuite din fig şi Figura Aceeaşi detaliu fig , supus la lumină albastră reflectată şi observat cu filtru galben Figura Detaliu zonă dreptunghiulară din fig şi Figura Aceeaşi detaliu fig Figura Aceeaşi detaliu fig şi 6-43 supusă substanţelor fluorescent penetrante XI

12 LISTĂ DE TABELE LISTĂ DE TABELE Tabel 1-1. Clasificarea mediilor în funcţie de clasa lor de agresivitate, conform GP şi STAS Tabel 1-2. Clase de agresivitate a mediilor cu factori agresivi în stare gazoasă, conform GP Tabel 1-3. Încadrarea gazelor în grupe, conform GP Tabel 1-4. Clase de agresivitate a mediilor cu factori agresivi în stare solidă în interiorul clădirilor, conform GP Tabel 1-5. Clase de agresivitate a mediilor cu factori agresivi în stare solidă în exteriorul clădirilor (în aer liber), conform GP Tabel 1-6. Caracterizarea generală a mediilor solide cu agresivitate mare, conform GP Tabel 1-7. Clase de expunere a construcţiilor în condiţiile de mediu, conform NE Tabel 1-8. Regimuri de expunere ale construcţiilor situate în zona litoralului, conform NE Tabel 1-9. Criterii pentru aprecierea gradelor de agresivitate ale apelor naturale (cu excepţia apei din Marea Neagră), conform NE Tabel Criterii pentru aprecierea gradelor de agresivitate zona Marea Neagră, conform NE Tabel Clasele de expunere la acţiunea mediului înconjurător, conform NE Tabel Agresivităţii chimice...28 Tabel 2-1. Compoziţia mineralogică a clincherului de ciment Portland...34 Tabel 2-2. Căldura de hidratare a componenţilor mineralogici ai cimentului Tabel 2-3. Principalele tipuri de ciment...39 Tabel 2-4. Dezvoltarea în timp a căldurii de hidratare Tabel 2-5. Cerinţele fizice ale cimenturilor uzuale Tabel 3-1 Metode folosite pentru determinarea consistenţei betonului Tabel 3-2. Consistenţa betonului funcţie de tasare Tabel 3-3. Gradul de impermeabilitate al betonului Tabel 3-4. Cerinţe minime de asigurare a durabilităţii pentru beton în funcţie de clasele de expunere Tabel 3-5. Clasificarea porilor funcţie de mărimea lor Tabel 3-6. Gradul de gelivitate al betonului. 63 Tabel 3-7. Clase de betoane (N/mm 2 ; MPa) 68 Tabel 3-8. Rezistenţa betonului funcţie de vârstă Tabel 3-9. Factori care influenţează rezistenţa betonului Tabel 4-1. Grad de omogenitate, raportat la abatere şi rezistenţă medie, conform C Tabel 4-2. Grad de omogenitate, raportat la abatere şi rezistenţă medie, conform NE Tabel 4-3. Grad de omogenitate, raportat la abatere şi rezistenţă medie, conform NE Tabel 6-1. Clasificarea a reglementărilor internaţionale privitoare la metode nedistructive de încercare a betonului.. 98 Tabel 6-2. Clasificare a metodelor nedistructive de încercare a betonului funcţie de obiectul de studiat Tabel 6-3. Metode de control nedistructiv. Clasificare XII

13 DURABILITATEA BETONULUI CAPITOLUL 1. DURABILITATEA BETONULUI 1.1. CONSIDERAŢII GENERALE Cunoaşterea cauzelor şi factorilor de degradarea a betonului şi betonului armat prezintă o importanţă deosebită, având la bază noţiunea de durabilitate. Aceasta implică, pe lângă realizarea iniţială a unor caracteristici (reglementate tehnic) pentru diferite componente sau elementele de construcţie, şi menţinerea lor nealterată în timp (sau înscrierea în toleranţe admise). Durabilitatea betonului poate fi definit ca fiind capacitatea acestuia de a-şi păstra proprietăţile fizico-chimice şi mecanice în timp, la acţiunea distructivă şi agresivă a mediului exterior, care provoacă degradări şi uneori distrugeri ale elementelor de construcţii. (Teoreanu I., Moldovan V., Nicolescu L., 1982) Principalii factori de care depinde durabilitatea unei construcţii sunt: calitatea materialelor utilizate, calitatea executării lucrărilor, întreţinerea construcţiilor şi acţiunile fizico chimico - mecanice care solicită construcţia TIPURI PRINCIPALE DE DEGRADĂRI PRIN COROZIUNE ALE ELEMENTELOR DIN BETON ŞI BETON ARMAT Cauzele principale care influenţează negativ durabilitatea betonului, sunt: coroziunea armăturilor (fig. 1-1), coroziunea chimică a betonului (coroziunea sulfatică, coroziunea acidă, coroziunea/ acţiunea de levigare), gelivitatea (fig. 1-2), permeabilitatea (fig. 1-3), reacţia agregatelor cu cimentul (fig. 1-4), abraziunea, carbonatarea, eforturile interne, solicitările exterioare, cristalizarea sărurilor şi umezirea alternantă. Principalele cauze externe şi interne care conduc la deteriorarea elementelor de beton se pot grupa astfel: cauze externe: - fizice (temperaturi extreme, umeziri alternante, acţiuni electrolitice etc.); - chimice (acţiuni ale lichidelor sau gazelor nocive - acizi, săruri şi levigări etc.); - mecanice (solicitări exterioare, abraziuni, curgeri lente etc.); - tehnologice (preparare, punere în lucrare, tratare ulterioară defectoasă etc.). cauze interne: reacţii alcalii-agregat, variaţii de volum, expansiuni ale unor componenţi interni, permeabilităţi etc. 13

14 DURABILITATEA BETONULUI a b c d e f Figura 1-1. Degradarea stratului de acoperire cu beton a armăturilor de oţel prin coroziunea armăturii (fisurare, exfoliere şi expulzare) (a,b,c,d,e,f) 14

15 DURABILITATEA BETONULUI a b c d Figura 1-2. Detalii beton degradat în urma ciclurilor de îngheţ-dezgheţ (a, b, c, d) a Figura 1-3. Detalii beton cu aer antrenat (a şi b) b 15

16 DURABILITATEA BETONULUI a b Figura 1-4. Detalii beton degradat în urma reacţiilor alcalii agregate (a şi b) a Figura 1-5. Detalii beton degradat în urma coroziunii sulfatice (a şi b) b Figura 1-6. Detaliu beton degradat în urma atacului apei uşoare (agregate descoperite în urma spălării cimentului) 16

17 DURABILITATEA BETONULUI Figura 1-7. Detaliu beton degradat în urma coroziunii prin levigare Figura 1-8. Detalii elemente de beton degradat în urma coroziunii clorhidrice rezultată din contactul cu apa de mare şi eroziunii valurilor Figura 1-9. Detalii elemente de beton degradat în urma punerii în lucrare a betonului necorespunzătoare segregarea betonului COROZIUNEA OŢELULUI Coroziunea oţelului reprezintă un caz de alterare a proprietăţilor fizico chimico - mecanice ale acestora, datorită unor agenţii chimici care acţionează în prezenţa umidităţii şi / sau factorii care favorizează degradarea în ansamblu, precum şi de caracteristicile metalului. Agenţii şi factorii care favorizează coroziunea oţelului nu sunt întotdeauna aceiaşi, iar viteza de degradare a acestora este, de regulă, diferită. Factori principali agresivi se regăsesc în stare: (Dalban C., Chesaru E., Dima S., Serbescu C., 1997; GP ) gazoasă (gaze de diferite feluri, ceaţă provenită din condensul aburilor ce apar în urma variaţiei umidităţii sau datorită caracteristicilor de exploatare a instalaţiilor); 17

18 DURABILITATEA BETONULUI lichidă (ape pluviale, soluţii acide sau alcaline, soluţii de săruri, lichide organice, soluţii tehnologice etc.); solidă (săruri, cenuşi zburătoare, praf, pământ etc.) Cauzele principale care conduc la degradarea armăturilor de oţel sunt: natura şi concentraţia agenţilor corozivi, ph-ul şi aciditatea totală, temperatură, gradul de umiditate şi presiunea mediului, însorirea directă, şocurile de presiune şi temperatura, factorii biologici, micşorarea sau stagnarea agentului agresiv, gradul de aerare, natura, forma geometrică şi natura suprafeţei armăturii, valoarea tensiunii electromotare a pilei formate, timpul etc. Tabel 1-1. Clasificarea mediilor în funcţie de clasa lor de agresivitate, conform GP şi STAS Mediu de expunere Clasa de agresivitate 1m - neagresive 2 m slab agresive Mediu agresiv atmosferic 3 m cu agresivitate medie 4 m- cu agresivitate puternică Tabel 1-2. Clase de agresivitate a mediilor cu factori agresivi în stare gazoasă, conform GP Clasa de Umiditatea Temperatura Caracteristica gazelor agresivitate relativă a aerului U r (%) mediului ( o C) 1 m max. 50 neagresive agresive din grupa A 2 m > m > max. 50 max. 50 neagresive agresive din grupa A agresive din grupa B agresive din grupa A agresive din grupa B agresive din grupa C 4 m > 75 max. 50 agresive din grupa B agresive din grupa C OBSERVAŢII: 1. Dacă temperatura mediului este de o C şi umiditatea relativă a aerului mai mare de 75%, clasa de agresivitate rezultă din tabelul Dacă temperatura mediului este de o C şi umiditatea relativă a aerului mai mare de 75%, clasa de agresivitate rezultă din tabelul 1-1, la aprecierea proiectantului, poate fi sporită cu o unitate. 3. În cazul în care concentraţiile de gaze sunt mai mari decât la gazele din grupa C şi umiditatea relativă a aerului este mai mică decât 60%, mediile respective se consideră în clasa 4 m. 4. În cazul în care gazele sunt în grupa C şi umiditatea relativă a aerului este mai mare de 75%, în cazurile în care după aplicarea corecţiilor precizate la obs. 1. şi 2 rezultă o clasă de agresivitate mai mare de 4 m, precum şi în cazurile în care concentraţiile de gaze sunt mai mari decât la gazele din grupa C şi umiditatea relativă a aerului mai mare de 60%, mediile respective se consideră cazuri speciale şi se analizează fiecare în parte de către o persoană sau instituţie abilitată. 4. În cazul prezenţei mai multor gaze agresive din grupe diferite, clasa de agresivitate se stabileşte pentru gazul cel mai agresiv. Tabel 1-3. Încadrarea gazelor în grupe, conform GP Grupa gazelor Denumirea factorului Formula chimică Concentraţia în mg/m 3 agresiv în stare gazoasă Grupa A Dioxid de sulf Hidrogen sulfurat Acid fluorhidric Acid clorhidric Clor gazos Amoniac Oxizi de azot SO 2 H 2 S HF HCL CL 2 NH 3 NO, NO 2 < 0,10 < 0,01 < 0,01 < 0,015 < 0,03 < 0,50 < 0,05

19 DURABILITATEA BETONULUI Grupa B Grupa C Dioxid de sulf Hidrogen sulfurat Acid fluorhidric Acid clorhidric Clor gazos Amoniac Oxizi de azot Dioxid de sulf Hidrogen sulfurat Acid fluorhidric Acid clorhidric Clor gazos Amoniac SO 2 H 2 S HF HCL CL 2 NH 3 NO, NO 2 SO 2 H 2 S HF HCL CL 2 NH 3 0,10 5 0,01 0,5 0,01 0,3 0,015 0,5 0,03 0,5 0,50 5,00 0,05 1,5 5,1 20,0 0, ,31 2 0,51 5 0,51 2 5,1 30 1,51 10 Oxizi de azot NO, NO 2 OBSERVAŢIE: Determinarea concentraţiei se realizează pentru: dioxid de sulf STAS , hidrogen sulfurat STAS , acid clorhidric STAS , clor gazos STAS , amoniac STAS , oxizi de azot STAS şi acid fluorhidric, conform reglementărilor tehnice specifice. Tabel 1-4. Clase de agresivitate a mediilor cu factori agresivi în stare solidă în interiorul clădirilor, conform GP Clase de agresivitate a mediului Umiditatea relativă a aerului U r Caracteristica solidului (%) 1 m slab solubil uşor solubil puţin higroscopic 2 m > slab solubil uşor solubil puţin higroscopic uşor solubil higroscopic 3 m > 75 slab solubil puţin higroscopic m > uşor solubil puţin higroscopic uşor solubil higroscopic Tabel 1-5. Clase de agresivitate a mediilor cu factori agresivi în stare solidă în exteriorul clădirilor (în aer liber), conform GP Clase de agresivitate a mediului Umiditatea relativă a aerului U r Caracteristica solidului (%) 1 m 60 slab solubil 2 m slab solubil uşor solubil puţin higroscopic 3 m > slab solubil uşor solubil puţin higroscopic uşor solubil higroscopic 4 m > uşor solubil higroscopic uşor solubil higroscopic Tabel 1-6. Caracterizarea generală a mediilor solide cu agresivitate mare, conform GP Denumirea factorului agresiv în stare solidă Caracteristica solidului Praf de siliciu Carbonat de calciu Carbonat de bariu Carbonat de plumb Slab solubil Oxid de fier Oxid de aluminiu Hidroxid de aluminiu Clorură de sodiu * Clorură de potasiu * Uşor solubil puţin higroscopic Clorură de amoniu * Sulfat de sodiu * 19

20 DURABILITATEA BETONULUI Sulfat de potasiu * Sulfat de amoniu * Sulfat de calciu Azotat de potasiu * Azotat de bariu Azotat de plumb Azotat de magneziu Carbonat de sodiu Hidroxid de calciu Hidroxid de magneziu Hidroxid de bariu Fluorură de calciu Clorură de calciu Fluorură de magneziu * Fluorură de aluminiu * Fluorură de zinc * Fluorură de fier * Sulfat de magneziu * Sulfat de mangan Sulfat de zinc Sulfat de fier Azotat de amoniu * Fosfaţi primari Fosfat secundar de sodiu Hidroxid de sodiu Hidroxid de potasiu OBSERVAŢIE: * solidele sunt puternic agresive Uşor solubil higroscopic Fenomenul de coroziune a armăturilor din oţel prezintă o complexitate foarte mare, el desfăşurându-se pe mai multe planuri: (PC-1/1990; Dalban C., Chesaru E., Dima S., Serbescu C., 1997; Ilinoiu G., 2000; Teodorescu M., Ilinoiu G, 2000) coroziunea chimică metalele sunt produse artificiale nenaturale, instabil din punct de vedere chimic, având tendinţa să reacţioneze cu oxigenul, apa şi alte substanţe prezente în mediul înconjurător. Odată aceste reacţii terminate, el se întoarce în stadiul natural, mult mai stabil din punct de vedere chimic, acela de minereu. Coroziunea chimică a oţelului se finalizează prin formarea oxidului în contact cu oxigenul sau a rugini (oxidul hidros) în contact cu apa. Flux termic Soluţie electrolitică Fe 2+ OH - Metal Fier Cupru electroni Figura Oxidare la temperaturi înalte Figura Coroziune electrochimică 20

21 DURABILITATEA BETONULUI Din fericire, conversia acestor metale este oprită tocmai de începuturile stadiilor proceselor care tind să-l readucă la starea naturală. Paradoxal, reacţia iniţială a metalului cu mediul înconjurător produce în cele mai multe cazuri o peliculă foarte subţire protectoare de produşi de coroziune. Această peliculă atâta timp cât nu este compromisă, protejează suprafaţa metalului contra acţiunii mediului agresiv şi dă posibilitatea miezului metalului să rămână perfect stabil. Coroziunea rezultă tocmai din penetrarea acestei pelicule protectoare. Temperaturile înalte accelerează reacţiile chimice de coroziune (acest tip de coroziune sau, altfel spus, oxidarea dusă la extrem, reprezintă chiar fenomenul arderii metalului), peliculele naturale ne mai putând să se opună procesului de coroziune în această situaţie (fig. 1-10). coroziunea electrochimică (galvanică) metalele în contact cu soluţii de electroliţi au tendinţa de a trimite ioni în soluţie, această tendinţă este direct proporţională cu tensiunea de dizolvare şi invers proporţională cu potenţialul de electrod al metalului expus acţiunii mediului agresiv (fig. 1-11). Catod Fe 2 + Aer Figura Coroziune electrolitică H 2 O OH - Electroni Fe(OH) 2 Anod Fe 2+ Rugină O 2 H 2 O Fe 2+ Rugina Catod Anod Armatura Beton Procesul de coroziune electrochimică implică în afară de prezenţa metalului şi a mediului agresiv (soluţia de electrolit) şi existenţa unui anod, a unui catod şi a unui conductor metalic prin care să se poate deplasa electronii deveniţi liberi prin trecerea ionilor din metal în soluţia de electrolit (fig ). Eterogenităţile suprafeţei metalului dau naştere la diferenţe locale de potenţial care în prezenţa mediului agresiv (soluţia de electrolit) creează microelemente (pile electrice), aceste microelemete galvanice dizolvă parţial metalul în soluţie, localizând distrugerea pe anumite porţiuni ale suprafeţei metalice (porţiuni anodice), în timp ce restul suprafeţei lucrează catodic, rămânând neatacată (fig. 1-11). (Brousseau R., 1992) Ecuaţiile acestor reacţii chimice, sunt următoarele: La anod: Fe = Fe e [1.1] La catod: O H 2 O + 4e = 4OH - [1.2] Un caz aparte îl constituie curenţii de dispersie (curenţii vagabonzi) care pot atinge uneori intensităţi foarte mari (sute de amperi) şi care provoacă în armături fenomene de electroliză care conduc la apariţia unor produşi de coroziune, având un volum dublu faţă de volumul metalului din care provin (şi care pot crea eforturi în beton de până la 30 N/mm 2 ). coroziunea specială precum coroziunea şi fisurarea erozivă, coroziunea sub tensiune (dacă armătura este supusă unor solicitări mecanice, pelicula protectoare se poate degrada prin rupere şi permite, prin fisuri apărute, ca mediul agresiv să o corodeze - (fig. 1-13) etc. coroziunea biologică (biocoroziune, biochimic) mecanismele acestui tip de coroziune depind de natura agenţilor ce o determină (bacterii, muşchi, ciuperci, alge, 21

22 DURABILITATEA BETONULUI etc.) respectiv prin substanţele secretate de acestea, fie prin transformările ce le produc unor substanţe din mediu înconjurător. Procesele care apar şi influenţează acest fenomen de coroziune, sunt: ionizarea (prezentă numai în mediul umed), depolarizarea (asigură continuitatea fenomenului de coroziune), reacţiile chimice (dependent de agenţii agresivi şi de oxigen), produşii rezultaţi în urma reacţiilor fizico-chimice (care pot limita, opri sau favoriza fenomenul de coroziune). În funcţie de tipul şi locul alterării produse, coroziunile se pot clasifica în: Fisură în pelicula protectoare Figura Coroziune sub tensiune - coroziune fisurată (sub presiune, fisurare corozivă), formare de fisuri, urmată de acţiunea distructivă a mediului prin generare de tensiuni interne. Stare de tensiune Fier Produs de coroziune Figura Coroziune în puncte - coroziune locală (în puncte, cratere, pitting), specifică atacului corosiv localizat al ionilor de clor asupra oţelului înglobat în beton, având ca efect reducerea locală a secţiunii de oţel, mergând până la penetrarea întregii secţiuni şi ruperea armăturii (fig. 1-14, 1-15); - coroziune de contact formarea de elemente locale (produşi de coroziune); - coroziune intercristalină atacarea structurii cristaline la interfaţa dintre microcristale (fig. 1-18); Figura Coroziune de contact - continuă Figura Coroziune neuniformă Figura Coroziune în puncte Figura Coroziune intercristalină Figura Coroziune transcristalină Figura Coroziune selectivă 22

23 DURABILITATEA BETONULUI - coroziune transcristalină apariţia unor microfisuri datorate tensiunii dezvoltate în structura oţelului (fig. 1-19); - coroziune selectivă atacarea preferenţială a unor microcristale (fig. 1-20) - coroziune generală - specifică atacului corosiv al ionilor de clor în concentraţii ridicate asupra întregii suprafeţe a oţelului, având ca efect reducerea generală a secţiunii de oţel, mergând până la dizolvarea completă a oţelului pe anumite zone. Etapele principale ale desfăşurării procesului de coroziune sunt (PC-1/1990): iniţierea coroziunii perioadă în care agenţii agresivi pătrund până la suprafaţa armăturii, prin stratul de acoperire cu beton şi iniţiază coroziunea oţelului; propagarea coroziunii perioada în care coroziunea se desfăşoară cu o anumită viteză, conducând la formarea produşilor de coroziune ai oţelului (rugina), cu volum mai mare în comparaţie cu cel al oţelului şi, în final, la fisurarea, desprinderea şi expulzarea betonului de acoperire. De menţionat este faptul că procesul de coroziune a oţelului este însoţit, în general, de o mărire a volumului acestuia (volumul oxidului, provenit din coroziune este de cca. 8 ori mai mare decât cel al metalului din care a provine), fapt care conduce la exercitarea unor presiuni asupra betonului adiacent armăturii şi respectiv la apariţia unor eforturi de întindere în masa acestuia. Atunci când acestea depăşesc valoarea rezistenţei la întindere a betonului, se declanşează procesele de fisurare a betonului din stratul de acoperire, fenomen care favorizează accelerarea procesului de coroziune. În cele mai multe din cazuri, stratul de acoperire cu beton poate fi îndepărtat, armătura ajungând să fie lipsită de protecţie (fig şi fig. 1-22). Figura Fisurare urmată de exfolierea a betonului din stratul de acoperire al armăturii Sursă:. Litvan G. G Figura a,b, c - Stadii de fisurare a betonului din stratul de acoperire datorată măririi de volum a armăturii corodate Sursă:. Litvan G. G Viteza de dezvoltare a fenomenelor de coroziune asupra metalului, este influenţată de natura metalului, acţiunea agentului coroziv, natura şi proprietăţile peliculei de produse de 23

24 DURABILITATEA BETONULUI reacţie, natura şi proprietăţile peliculei de protecţie etc. Acest strat care se formează este compus din oxizi şi carbonaţi bazici. Dacă acesta este poros sau dacă agentul coroziv poate difuza prin el (fig curba A), coroziunea se continuă în timp, creşterea grosimii stratului de produse de coroziune putând fi estimată idealizat, ca fiind liniară funcţie de timp. Când stratul de produse de reacţie este compact şi agentul coroziv nu poate difuza prin el, la atingerea unei anumite valori coroziunea se opreşte (ex. aluminiul, plumbul) (fig curba B). Grosimea stratului corodat Figura Creşterea grosimii stratului de coroziune funcţie de timp. A B Sursă: Qian, S.Y 0 to Durata de acţiune Pentru oţel, coroziunea poate continua şi în straturi compacte şi groase. În acest caz pelicula de produse de reacţie nu aderă la metal, ci se desprinde pe măsură ce se formează şi cade. Această desprindere se poate produce din următoarele cauze: - volumul oxidului format este mai mare decât volumul metalului de origine şi această creştere de volum, provocată prin oxidare poate produce eforturi interioare care depăşesc adeziunea dintre stratul de coroziune şi metal. Aceste eforturi sunt cu atât mai mari, cu cât raportul dintre volumul oxidului şi volumul metalului din care provine oxidul este mai ridicat; - stratul de oxid format are alt coeficient de dilatare termică decât cel al metalului de bază şi când temperatura mediului înconjurător variază, iau naştere eforturi interioare datorită dilatărilor neegale COROZIUNEA BETONULUI Coroziunea betonului reprezintă un caz de alterare a proprietăţilor fizico chimico - mecanice ale acestora, datorită unor agenţii chimici (din mediul înconjurător sau dizolvaţi în apele sau soluţiile care ajung în contact cu elementele de construcţii) şi / sau factorii care favorizează degradarea pietrei de ciment şi a betonului în ansamblu. Studiul durabilităţii betonului implică o analiză a conglomeratului, dar şi a componenţilor săi, separat, luându-se în considerare: (NE ) cauzele externe, din mediul înconjurător (de ex.: coroziunea datorată carbonatării 1, a atacului clorurilor de altă origine decât cea marină, a atacului clorurilor din apa de mare, a mediului chimic agresiv, precum şi a fenomenului de îngheţ-dezgheţ etc.); cauzele interne, din interiorul masei betonului (de ex.: reacţia alcalii-agregat). 1 mecanismul coroziunii carbonice conduce la concluzia că, datorită reacţiei unor constituenţi ai pietrei de ciment din beton, în primul rând Ca(OH) 2 şi transformarea acestuia în carbonat de calciu (CaCO 3 ), având ca rezultat reducerea valorii ph-ului în beton, începând de la suprafaţa elementelor, depasivând stratul de acoperire al armăturilor şi favorizând procesul de coroziune al acestora în anumite condiţii. (NE ) 24

25 DURABILITATEA BETONULUI Coroziunea betonului la acţiuni chimice agresive, depinde de mai mulţi factori, grupaţi în trei categorii: (Teoreanu I., Moldovan V., Nicolescu L., 1982; Ionescu I., 1997) factori fizici: temperatura (influenţează mecanismele de întărire), contracţii (influenţează fenomenele de microfisurare), variaţii de temperatură ale mediului agresiv, mişcarea mediului agresiv, solubilizarea produselor de hidratare ale cimentului; factori chimici: apar multiple reacţii chimice nocive, între produşii de hidratare ai cimentului şi elementele agenţilor agresivi, deosebite prin rezultatul produşilor de interacţiune; factori biochimici: mecanismele coroziunii biochimice depind de natura agenţilor ce o determină (bacterii, muşchi, ciuperci, alge etc.) respectiv prin substanţele secretate de acestea, fie prin transformările ce le produc unor substanţe din mediu înconjurător. Evoluţia betonului şi conservarea durabilităţii, depind de evoluţiile separate ale mediului cât şi a materialului (a componenţilor betonului, a compoziţiei chimice şi mineralogice) şi de influenţarea lor reciprocă în acest proces. Clasele de expunere şi condiţiile de mediu, la care elementele de construcţii pot fi expuse sunt prezentate în tabelele 1-7, 1-8, 1-9, 1-10 şi 1-11, în concordanţă cu NE , NE şi SR EN 206-1/2002. Tabel 1-7. Clase de expunere a construcţiilor în condiţiile de mediu, conform NE Clasa de expunere Exemple de construcţii MEDIU USCAT a Moderat Construcţii sau elemente de construcţii situate in spatii închise, ferite de acţiunea directă a intemperiilor sau umidităţi, cu excepţia unor scurte perioade in timpul execuţiei, respectiv construcţii cu închideri perimetrale şi încălzite iarna (ex: feţele spre interior ale elementelor structurale din clădirile civile, inclusiv cele din grupurile sanitare şi bucătăriile apartamentelor de locuit şi din halele industriale închise, cu umidităţi interioare 75%). 2 MEDIU UMED b Sever a Moderat b Sever 3 MEDIU UMED CU ÎNGHEŢ SI AGENŢI DE DEZGHEŢARE Construcţii şi elemente de construcţii expuse permanent la temperaturi mai mari de 30 C (încăperi cu utilaje sau aparatura care degaja căldură, hale cu procese calde etc.). Construcţii sau elemente de construcţii expuse la îngheţ in stare nesaturată sau expuse umidităţii respectiv: construcţii neîncălzite în perioada de iarna, cu sau fără închideri perimetrale (ex: depozite acoperite), elemente de construcţii in contact permanent cu apa (ex: fundaţii sub nivelul apelor freatice fără agresivitate sulfatică), elemente de construcţii situate in zonele de variaţie a nivelului apelor, dar fără posibilitate de îngheţ (ex: fundaţii radiere, pereţi de contur etc.) fără condiţii de impermeabilitate pentru beton. Construcţii sau elemente de construcţii expuse la îngheţ in stare saturata cu apa (ex.: cheiuri, estacade, canale deschise, diguri, stâlpi pentru estacade, scări exterioare, platforme). Construcţii sau elemente de construcţii expuse la condens sau alternanta frecventa de umiditate si uscăciune generata de procese tehnologice (ex.: hale in care umiditatea depăşeşte 90% sau se produc frecvent degajări de abur). Construcţii supuse presiunii a ei pe una din fete. Construcţii sau elemente de construcţii interioare sau exterioare expuse la îngheţ - dezgheţ si acţiunea sării pentru dezgheţ. 25

26 DURABILITATEA BETONULUI 4 MEDIU MARIN 5 MEDIU CHIMIC a agresivitatea apei de mare b agresivitate atmosferica inclusiv cu posibilitate de îngheţdezgheţ a b normal moderat 1 sever 2 moderat I sever 2 Betonul aflat permanent sub apa marii. Betonul de deasupra zonei de variaţie a nivelului apei de mare (pe o înălţime a elementului de cca. 2 m, respectiv intre cotele de la nivelul marii. Betonul din zona variaţiei nivelului apei de mare considerata ca fiind de cca 3 m deasupra nivelului marii. Construcţii expuse indirect agresivităţii marine. Construcţii expuse îngheţ -dezgheţului fără posibilitate de stropire. Construcţii închise care nu se încălzesc pe timp de iarnă Construcţii situate la nivelul marii expuse direct intemperiilor si salinităţii prin stropire, si alternanţă frecventă a umidităţii, si uscăciunii, precum si posibilităţii de îngheţ in stare saturata. Condens puternic generat de procesul tehnologic. Mediu chimic cu agresivitate foarte slaba (FS). Mediu chimic cu agresivitate slaba (S). c Mediu chimic cu agresivitate intensa (1). AGRESIV d Mediu chimic cu agresivitate foarte intensa (FI). Observaţie: Clasele de expunere 5 (a,b,c,d) se pot întâlni in practica singure sau în combinaţie cu celelalte clase de expunere. Tabel 1-8. Regimuri de expunere ale construcţiilor situate în zona litoralului, conform NE Nr. Crt. Clasă expunere Regim de expunere conf. tabel 1-7 N - normal M - moderat S - sever a mediu marin Agresivitatea apei de mare 4 b mediu marin Agresivitatea atmosferică Beton aflat permanent sub apa mării. Elementele interioare din construcţiile închise şi încălzite pe timp de iarnă, neexpuse la intemperii cu excepţia unor perioade scurte in timpul execuţiei. Elementele care nu sunt supuse unor variaţii sensibile de umiditate, in cursul exploatări. Betonul de deasupra zonei de variaţie a nivelului apei de mare (pe o înălţime a elementului de cca. 2 m respectiv la cotele m de la nivelul mării). Construcţii expuse indirect agresivităţii maritime (deschise). Condiţii expunere îngheţ -dezgheţ fără posibilităţi de stropire. Construcţii închise care nu se încălzesc pe timp de iarnă. Betonul din zona variaţiei nivelului apei de mare, considerată de cca. 3 m deasupra nivelului mării. Construcţii situate la nivelul mării expuse direct intemperiilor şi salinităţii prin stropire şi alternantă frecventă a umidităţii şi uscăciunii precum şi posibilităţii de îngheţ in stare saturată. Observaţie: Părţile construcţiilor din beton din zone în care au loc infiltraţii ale apei de mare, sunt solicitate ca şi betonul de sub apă. În cazul elementelor având părţi expuse concomitent în două sau trei regiuni arătate în tabel, la proiectare se va considera întregul element expus în condiţiile cele mai severe. Tabel 1-9. Criterii pentru aprecierea gradelor de agresivitate ale apelor naturale (cu excepţia apei din Marea Neagră), conform NE Nr. crt. Natura agresivităţii f. slabă slabă intensă f. intensă 1. General acidă, ph - 6,5-5,6 5,5-4,5 < 4,5 2. Carbonică (CO, liber) în mg/dm 3 pentru duritate temporară in o G de: > 60 2, > 90 6, > 150 > 15 < Săruri de amoniu (NH 4 + ) mg/dm >

27 DURABILITATEA BETONULUI Nr. crt. Natura agresivităţii f. slabă slabă intensă f. intensă 4. Magneziana (Mg 2+ ) în mg/dm > Sulfatică (SO 2-4 ) în mg/dm > Dezalcalinizare (HC0-3 ) în mg/dm 3 duritate. ( o G) - < 12 (< 7) Oxizi alcalini (OH - ) în g/dm 3-17, Conţinut total de săruri în g/dm ,1-50 > 50 OBSERVAŢIE: * Pentru stabilirea tipului si dozajului de ciment pentru agresivitatea sulfatică foarte intensă se diferenţiază trei cazuri funcţie de conţinutul de (SO 2-4 ) mg/dm 3 astfel: foarte intensa 1 ( ); foarte intensa 2 ( ) şi foarte intensa 3 (> 5000). Tabel Criterii pentru aprecierea gradelor de agresivitate zona Marea Neagră, conform NE Zona de salinitate Nr. crt Clasa de expunere conf. tabel 3.6 Regim de expunere Tip beton Sulina + Sf. Gheorghe Sf. Gheorghe + Cap Midia Cap Midia Vama Veche l. 2. 4a mediu Agresivitatea apei de mare 4b mediu Agresivitatea atmosferica OBSERVAŢII: N - S S M simplu - S S armat - S I S - S I N M simplu - S S armat - S I S - S I N normal; M - moderat; S sever; I - agresivitate intensa; S - agresivitate slaba. Tabel Clasele de expunere la acţiunea mediului înconjurător, conform NE Denumirea clasei Precizări privind mediul înconjurător Exemple pentru alegerea clasei de expunere NICI UN RISC DE COROZIUNE Betoane simple fără piese metalice înglobate. Expunere fără îngheţ-dezgheţ, abraziune, atac Ex.: betonul la interiorul clădirilor în care umiditatea aerului este foarte redusă. X 0 chimic. Mediu (foarte) uscat pentru beton armat sau cu piese metalice înglobate. COROZIUNEA DATORATĂ CARBONATĂRII Mediu uscat, sau umed în permanenţă XC 1 XC 2 XC 3 XC 4 Mediu umed, foarte rar uscat Mediu cu umiditate moderată Mediu cu alternanţă a umidităţii şi uscării Ex.: betonul la interiorul clădirilor în care procentul de umiditate al aerului este foarte redus beton imersat permanent în apă. Ex.: suprafeţe de beton aflate în apă pe termen lung un număr mare de fundaţii. Ex.: betonul la interiorul clădirilor în care procentul de umiditate al aerului este mediu sau ridicat beton exterior ferit de ploi. Ex.: suprafeţe de beton expuse contactului cu apă, care însă nu sunt incluse în XC 2 Notă: Prin condiţiile de umiditate înţelegem, pe cele la care este expus betonul din stratul de acoperire a armăturilor şi pieselor metalice înglobate şi în numeroase cazuri această umiditate poate să fie considerată că reflectă umiditatea mediului ambiant. În situaţia în care există o barieră între beton şi mediul înconjurător acesta este considerat protejat împotriva umidităţii. 27

28 DURABILITATEA BETONULUI COROZIUNEA DATORATĂ CLORURILOR DE ALTĂ ORIGINE DECÂT CELE DIN APĂ SAU ATMOSFERA MARINĂ În cazul în care betonul armat sau betonul ce conţine piese metalice înglobate, este expus contactului cu apa ce conţine cloruri, inclusiv săruri pentru dezgheţ, având o altă origine decât cea marină, clasele de expunere sunt grupate după cum urmează Mediu cu umiditate moderată Ex.: suprafeţele de beton expuse clorurilor XD 1 transportate prin circulaţia aerului. Mediu umed, rareori uscat Ex.: piscinele beton expus apelor industriale XD 2 XD 3 Mediu cu alternanţa umidităţii şi a uscării 28 ce conţin cloruri Ex.: elemente de poduri, udate şi stropite cu ape ce conţin cloruri: şosele, dalajele parcurilor de staţionare a vehiculelor. COROZIUNEA DATORATĂ CLORURILOR PREZENTE ÎN APA DE MARE În situaţiile în care betonul armat sau betonul ce conţine piese metalice înglobate, este expus în exploatare acţiunii clorurilor prezente în apa de mare, sau acţiunii aerului ce vehiculează săruri marine, clasele de expunere sunt. Expunere la aerul ce vehiculează săruri marine, Ex.: structuri pe litoral sau proximitatea XS 1 însă nu este în contact direct cu apa de mare litoralului XS 2 Imersare în permanenţă în apa de mare Ex.: elemente ale structurilor marine Zone de marnaj, zone supuse proiectării (izbirii) Ex.: elemente ale structurilor marine XS 3 valurilor, sau udării (stropirii) ATACUL FENOMENULUI DE ÎNGHEŢ-DEZGHEŢ În condiţiile în care betonul este supus unui atac semnificativ datorat ciclurilor de îngheţ-dezgheţ în stare umedă, diferitele clase de expunere sunt: XF 1 XF 2 XF 3 XF 4 Saturare moderată cu apă fără agenţi pentru dezgheţ Saturare moderată cu apă cu agenţi pentru dezgheţare Saturare (forte) cu apă fără agenţi de dezgheţ Saturare (forte) cu apă conţinând agenţi de dezgheţ sau apă de mare Ex.: suprafeţe verticale de beton supuse ploii şi îngheţului Ex.: suprafeţe verticale ale lucrărilor din beton, la lucrări rutiere expuse îngheţului şi aerului ce vehiculează agenţi pentru dezgheţ Ex.: suprafeţele orizontale de beton expuse la ploaie şi îngheţ Ex.: drumuri şi tabliere de poduri expuse agenţilor pentru dezgheţ suprafeţe verticale de beton expuse direct acţiunilor agenţilor de dezgheţ şi îngheţului zone de structuri marine supuse acţiunii valurilor şi expuse la îngheţ AGRESIVITATE CHIMICĂ Agresivitatea chimică asupra betonului se produce în soluri, apele de suprafaţă, apele subterane, cum se indică în tabelul 1-6, iar clasele de expunere sunt prezentate în continuare. Clasificarea apelor de mare este dependentă de localizarea geografică şi clasificările trebuie validate la locul unde betonul se aplică. Studii pentru determinarea agresivităţii chimice sunt necesare în situaţiile următoare: Agresivitatea nu se încadrează în limitele din tabelul Agentul poluant conţine alte substanţe chimice agresive. Soluri şi ape poluate chimic. Existenţa unei viteze mari de scurgere a apelor ce conţin substanţe chimice din tabelul XA 1 XA 2 XA 3 Mediu înconjurător cu agresivitate chimică slabă, conf. Tabel 1-12 Mediu înconjurător cu agresivitate chimică moderată, conf. Tabel 1-12 Mediu înconjurător cu agresivitate chimică intensă, conf. Tabel 1-12 Tabel Agresivităţii chimice Caracteristica chimică XA 1 XA 2 XA 3 Ape de suprafaţă şi subterane SO 2-4 în mg/l > > ph 6,5 5,5 <5,5 4,5 <4,5 4,0 CO 2 agresiv în mg/l > >100, până la saturare

29 DURABILITATEA BETONULUI NH 4+ în mg/l >30 60 > Mg 2+ în mg/l > >3000, până la saturare Sol SO 2-4 în mg/l > > Aciditate mg/kg >200 Nu este întâlnită în practică Moskvin V. M. (1952) a stabilit următoarele mecanisme ale coroziunii betonului: coroziune de tipul I 2, datorată dizolvării unor produşi de hidratare a cimentului. Compuşii rezultaţi sunt levigaţi cu uşurinţă. Prezenţa unor săruri care nu reacţionează direct cu componenţii betonului, schimbă concentraţia ionicã a soluţiei, accelerând coroziunea; coroziune de tip II, se datorează reacţiilor chimice dintre componenţi ai mediului agresiv şi ai cimentului. Produşii rezultaţi pot fi solubili şi levigaţi sau nesolubili şi precipitaţi în mase gelice. De obicei acest tip de coroziune apare în prezenţa apelor carbonice a diverselor soluţii acide; coroziune de tip III, se datorează reacţiilor chimice dintre constituenţi ai mediului agresiv şi piatra de ciment. În urma reacţiilor chimice, se formează produşi cu proprietatea de mărire importantă a volumului, ceea ce duce la apariţia unor tensiuni în masa betonului, distrugându-l. Dintre factorii care determină asemenea fenomene, se pot aminti apele sulfatice, gaze conţinând SO 2 sau H 2 S etc. Conform PC-1/1990 coroziunea betonului se pot clasifica în: coroziune alcalină, produsă de soluţiile cu caracter alcalin (hidroxizi de sodiu şi potasiu), prin reacţia de schimb de ioni şi prin cristalizarea carbonaţilor cu mărire de volum, având ca efect final distrugerea pietrei de ciment; coroziune acidă, produsă de gazele, vaporii şi soluţiile cu caracter acid (clor, acid clorhidric, acid hipocloros, acid cloros, acid cloric, acid percloric etc.), constând în interacţiunea chimică dintre constituenţii mediului agresiv şi cei ai pietrei de ciment, rezultatul final fiind dezalcalinizarea (până la dezagregare) şi distrugerea liantului (a pietrei de ciment). Acţiunea corozivă a acizilor are loc în medii cu ph < 6,5. Acizii se găsesc în general în ape (naturale, reziduale, industriale). Dintre cei mai des întâlniţi se pot aminti: clorhidric, sulfuric, sulfuros, azotic, fluorhidric, acetic, lactic, formic, humic, produşi din fermentaţii etc. Pericolul apare atunci când masa de beton are în volumul său o suficientă reţea de microfisuri, care va permite infiltrarea acestor acizi până la armătură. Corodarea armăturii va conduce şi la dislocări în straturile de acoperire cu beton. coroziune prin cristalizare, produsă de soluţiile concentrate de cloruri, în urma pătrunderii acestora în beton prin fenomene de ascensiune capilară sau permeabilitate, 2 coroziunea prin levigare (Tip I) este cauzată de apele lipsite de duritate, apele cu dioxid de carbon, soluţiile de săruri de amoniu (fără sulfat de amoniu), de soluţiile de acizi organici care dau săruri solubile de calciu (ex: apa industrială dedurizată recirculată, apa rezultată din topirea zăpezilor, apa de ploaie, apa din râuri şi lacuri). Apele uşoare (fără duritate) dizolvă şi spală la început hidroxidul de calciu şi apoi hidrosilicaţii şi hidroaluminaţii de calciu. (Ionescu I, Ispas T., 1997, p. 568) 29

30 DURABILITATEA BETONULUI constă în cristalizarea sărurilor în porii betonului, cu mărire de volum, având ca rezultat distrugerea betonului în profunzime BIBLIOGRAFIE LA CAPITOLUL 1 1. Avram C., Făcăoaru I., Filimon I., Mîrşu O, Tertea I., Rezistenţele şi deformaţiile betonului. Editura Tehnică, Brousseau R., Cathodic Protection for Steel Reinforcement. Construction Canada, Sept.- Oct Budan C., Contribuţii în managementul şi ingineria proceselor de construcţii pentru realizarea lucrărilor de reparaţii şi consolidări a elementelor din beton, beton armat şi beton precomprimat. UTCB, Teză de doctorat. 4. Crăciunescu L., Popa E., Materiale de construcţie. Editura UTCB, Dalban C., Chesaru E., Dima S., Serbescu C., Construcţii cu structură metalică. Ed. Tehnică, Ilinoiu G., Contribuţii la implementarea unor tehnologii şi procedee tehnologie moderne pentru protecţia şi consolidare elementelor de construcţii. Teză de doctorat. UTCB, Ilinoiu G., Durabilitatea betoanelor. Construcţii Civile şi Industriale Anul III, Nr. 24, octombrie 2001, pag Ionescu I., Ispas T., Proprietăţile şi tehnologia betoanelor. Editura Tehnică, Litvan G.G., Performance of Materials in Use, Building Science Insight, 1984, Canada, Nedelcu N., Protecţiile anticorozive în construcţiile industriale şi civile. Bucureşti, Editura Tehnică Qian, S.Y., Options for inhibiting corrosion in concrete bridges. NRCC Construction Canada, v. 43, no. 3, May 2001, pp Popa R., Teodorescu M., Tehnologia lucrărilor de construcţii. Editura UTCB, Popescu P., Degradarea Construcţiilor. Editura Fundaţiei România de Mâine, Raharinaivo A., Grimaldi G., Forcasting the condition of a reinforced concrete structure under corrosion. IABSE San Francisco, August Simion Al., Materiale de construcţie. Vol. 1. Editura UTCB, Steopoe Al., Materiale de construcţie. Editura Tehnică, Teodorescu M., Ilinoiu G., Protecţia anticorozivă a armăturilor I Fenomenul de coroziune al armăturilor de oţel. Nr. 3, Antreprenorul (2000), pag Teoreanu I., Moldovan V., Nicolescu L., Durabilitatea Betonului. Editura Tehnică, Zamfirescu D., Postelnicu T., Durabilitatea betonului armat. Matrix Rom Bucureşti, GP Ghid de proiectare, execuţie şi exploatare (urmărire şi intervenţii) privind protecţia împotriva coroziunii a construcţiilor de oţel. 21. C Ghid pentru inspectarea şi diagnosticarea privind durabilitatea construcţiilor din beton armat şi beton precomprimat. 22. NE Cod de practică pentru executarea lucrărilor din beton, beton armat şi beton precomprimat, (Partea 1 Beton şi beton armat). 23. NE Cod de practică pentru execuţia elementelor prefabricate din beton, beton armat şi beton precomprimat. 24. PC-1/1990. Îndrumător pentru diagnosticarea stării de degradare şi metode de remediere şi protecţie anticorozivă a elementelor din beton armat degradate prin coroziune în medii agresive pe bază de clor. 30

31 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR CAPITOLUL 2. CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR 2.1. CONSIDERAŢII GENERALE Conform definiţiei date de Steopoe Al. (1964), betoanele sunt amestecuri bine omogenizat de liant, nisip, pietriş sau piatră spartă şi apă, care după întărire dau un material cu aspect de conglomerat. Dintre alte definiţii date betonului se pot reţine următoarele: Avram C. (1971), betonul este un material compozit obţinut din amestecuri artificiale, bine omogenizate, care după întărire are un aspect de conglomerat, cu rezistenţe mecanice şi fizico-chimice. Teoreanu I., Moldovan V., Nicolescu L. (1982), betonul este un conglomerat coerent alcătuit din piatră de ciment şi agregate. Popa R., Teodorescu M. (1984), betonul este un material compozit obţinut din amestecuri artificiale, bine omogenizate, care după întărire are un aspect de conglomerat cu rezistenţe mecanice şi fizico-chimice. DEX (1998), betonul este un amestec de pietriş, nisip, ciment şi apă, care se transformă prin uscare într-o masă foarte rezistentă şi se foloseşte în construcţii. NE , betonul este un material compozit obţinut prin omogenizarea amestecului de ciment, agregate şi apă format prin întărirea pastei de ciment (ciment şi apă). Pe lângă aceste componente de bază, betonul mai poate conţine adaosuri şi / sau aditivi. NE , betonul este un material compozit obţinut prin amestecul omogen al cimentului, nisipului, pietrişului şi apei, la care se adaugă în situaţiile motivate tehnic, aditivi şi / sau adaosuri minerale, ale căror proprietăţi se dezvoltă prin hidratarea şi întărirea cimentului. Multe din caracteristicile betonului, precum rezistenţa şi durabilitatea, depind de dezvoltarea în timp a legăturilor chimice şi fizice dintre particulele de ciment şi agregate. Astfel, în urma întăriri se formează matricea (piatră de ciment) care înglobează particule nehidratate de ciment, aer şi apă. Figura 2-1. Imagine structură beton Sursă: Stutzman P.,

32 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR Clasificarea betoanelor se poate realiza după mai multe criterii, dintre care se pot menţiona: după compoziţie (tipul liantului, agregatului, adaosului, aditivilor): - betoane cu lianţi minerali (ciment cu sau fără adaos); - betoane cu lianţi pe bază de zgură şi cenuşi active; - betoane cu lianţi organici (răşini sintetice); - betoane cu diferite tipuri de agregate naturale (balastieră, concasaj etc.); - betoane cu agregate uşoare (poroase, naturale sau artificiale etc.). după densitate aparentă: - beton uşor - beton având densitate aparentă în stare uscată (105 o C) de maximum 2000 kg/m 3 ; - beton cu densitate normală (semigreu şi greu) - beton având densitate aparentă în stare uscată (105 o C) de maximum 2500 kg/m 3 ; - beton foarte greu - beton având densitate aparentă în stare uscată (105 o C) mai mare de 2500 kg/m 3. după modul de punere în lucrare: - betoane cu punere în lucrare obişnuită; - betoane cu punere în lucrare prin pompare; - betoane cu punere în lucrare prin injectare; - betoane cu punere în lucrare prin torcretare; - betoane cu punere în lucrare turnare sub apă etc. după modul de compactare: - betoane compactate manual; - betoane compactate mecanic. după modul de întărire: - betoane cu întărire normală; - betoane cu întărire accelerată prin tratare termică. după modul de armare: betoane simple sau armate (cu armătură elastică, rigidă, dispersă); după capacitatea de izolaţie termică şi rezistenţă la mediile chimice agresive: - betoane de izolaţie cu λ 0,30 kcal/mh o C; Rc < 10 N/mm 2 ; - betoane de izolaţie rezistenţă λ 0,70 kcal/mh o C; Rc <15 45 N/mm 2 ; - betoane refractare rezistente la T = 1100 o C.1300 o C; - betoane foarte refractare rezistente T > 1300 o C; - betoane rezistente acţiunii chimic - agresive (mediu marin, rezistente la sulfaţi, antiacide etc.); după domeniile de utilizare: pentru construcţii civile, industriale, agricole, drumuri, construcţii hidrotehnice, împotriva radiaţiilor, decorative etc CIMENTUL CARACTERISTICI STRUCTURALE ŞI DE COMPOZIŢIE ALE CIMENTULUI PORTLAND Cimentul este un material pulverulent (având dimensiunile particulelor de 0,5 până la 50 μm), de natură bazică, hidrofil, instabil din punct de vedere chimic. Amestecat cu apa formează paste tixotrope 3, care fac priză şi se întăresc în timp, formând piatra de ciment. 3 transformarea reversibilă a unui gel în sol 32

33 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR Încă din antichitate o serie de lianţi naturali, destinaţi să lege într-un tot elementele aflate sub formă de particule sau bucăţi erau folosiţi în construcţii: gipsul de către egipteni şi argila, varul, calcarul şi tuful vulcanic de către romani şi greci. Produsul obţinut de către romani, din amestecuri de nisip, piatră spartă, tuf vulcanic şi apă a fost denumit caementum ciment sau mortarium mortar. În perioada Evului Mediu, datorită evenimentelor furtunoase care au însoţit prăbuşirea orânduiri sclavagiste, numeroase realizări ale moşteniri ştiinţifice a lumii antice au fost îngropate pentru multe secole, sub ruine. Ceea ce a rămas din această moştenire (păstrată întro mare măsură datorită Bizanţului şi apoi a arabilor) a fost adaptat nevoilor şi cerinţelor societăţii feudale medievale. Începând cu epoca Renaşterii (sec. XVI), oamenii de ştiinţă s-au educat şi instruit, studiind experienţa lumii antice care a avut o deosebită importanţă în dezvoltarea gândirii tehnice. De abia, începând cu secolul al XVIII lea, datorită revoluţiei industriale, a început dezvoltarea reală a preocupărilor legate de cercetarea şi aplicarea noilor descoperiri ale cimentului. Astfel, în anul 1824, Aspdin J., un zidar din Anglia, a obţinut patentul pentru cimentul Portland. Inventatorul a încălzit într-un cuptor un amestec de calcar şi argilă, şi a măcinat fin amestecul, realizând cimentul hidraulic: numit de către el - ciment Portland, deoarece se asemăna cu piatra de Portland - un calcar exploatat pe insula Portland aflată pe coasta Britanică. Datorită aceste invenţii, Aspdin J. a pus bazele progresului în domeniul tehnologiei cimentului şi al lucrărilor de construcţii din beton şi beton armat STRUCTURA CLINCHERULUI Cimentul Portland este un material mineral, fin măcinat, care după amestecarea cu apă face priză şi se întăreşte, prin reacţiile chimice ce au loc în procesul de fabricaţie, care după întărire îşi conservă rezistenţa şi stabilitatea şi sub apă. (NE ) Cimenturile Portland se obţin din măcinarea fină a clincherului Portland sau a clincherului Portland împreună un mic adaos de gips şi / sau alte substanţe pentru reglarea timpului de priză. (Opriş S., 1994) Figura 2-2. Granulă de clincher Sursă: Stutzman P., 1993 Figura 2-3. Imagini particule de ciment; a. secţiune 320 μm (x 350); b. 10 μm 33

34 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR Tabel 2-1. Compoziţia mineralogică a clincherului de ciment Portland Component mineralogic CaO 3 SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO SO 3 P 2 O 5 % ,5 Clincherul Portland este fabricat prin arderea în cuptoare speciale rotative, la temperaturi de o C, până la clincherizare 4 a unui amestec brut şi omogenizat, de obicei din calcar şi argilă (Opriş S., 1994). La aceste temperaturi, materialele componente suferă modificări fizico-chimice, datorate reacţiilor de formare a componenţilor mineralogici, aglomerându-se şi fuzionând în granule numite clincher care au dimensiunile cuprinse între 5 până la 25 mm (fig. 2-2 şi 2-3). Indiferent de materiile prime folosite şi de modul de preparare (pe cale umedă, semiumedă, semiuscată sau uscată), precum şi de caracteristicile instalaţiei de fabricare a clincherului, succesiunea principalelor faze şi procese fizico-chimice pe care le suferă amestecul de materii prime în procesul de obţinere a clincherului este acelaşi, respectiv: dozarea amestecului de materii prime în funcţie de capacităţile instalaţiei; uscarea (deshidratarea), preîncălzirea, decarbonatarea şi clincherizarea propriu-zisă; răcirea clincherului (cristalizarea amestecului mineral). La încălzirea progresivă, în funcţie de natura lor, materialele neorganice pot prezenta unul din următoarele fenomene: mărirea porozităţii din cauza evaporării apei de cristalizare; topirea parţială a materialului şi umplerea parţială a porilor este denumit clincherizare, (când porozitatea se consideră a fi mai mică de 8%). Dacă umplerea porilor este aproape completă, fenomenul se numeşte vitrificare (când porozitatea se consideră a fi mai mică de 2%); deformarea unor materiale sub propria greutate, la temperaturi ridicate, este denumit refractaritate (când temperatura depăşeşte 1600 o C). Q [ o C] KJ/Kgcl I II III IV Sursă: Opriş S., Figura 2-4. Variaţia temperaturii în procesul de obţinere a clincherului I. Faza de deshidratare; II. Faza de încălzire; III. Faza de decarbonatare; IV. Faza de clincherizare. Componenţii mineralogici ai clincherului, nu sunt combinaţii pure (datorită naturii mineralogice a materiilor prime, a modului de realizare a amestecării, a tratamentului termic şi a răcirii clincherului); ele conţin, în cantităţi mici, componenţi altor faze, precum faze cristaline mixte şi faze independente (substanţe chimice de însoţire a clincherului). 4 faza procesului tehnologic de producţie în care amestecul de materii prime este transformat prin prelucrări prin ardere într-un compus mineralogic, din constituenţi, care determină proprietăţile cimentului, este numită clincherizare (arderea clincherului). 34

35 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR a. structura clincherului (secţiune 100 µm): detaliere pe culori C 3 S (maro), C 2 S (albastru), C 4 AF (alb), C 3 A (gri). Sursă: Stutzman P, 2001 b. structura cimentului întărit, compuse din cristale de C 3 S rotunjite, C 2 S rugoase şi faza interstiţială C 4 AF respectiv C 3 A (secţiune 200 µm). Figura 2-5. Imagini microscopice ale clincherului şi cimentului. c. Principalii componenţi mineralogici ai cimentului Portland Sursă: NISTIR COMPOZIŢIA MINERALOGICĂ Cimenturile Portland reprezintă, în esenţă, un amestec de silicaţi şi aluminaţi de calciu (oxid de calciu CaO, dioxid de siliciu SiO 2, oxid de aluminiu Al 2 O 3 ) şi adaosuri (silicioase, aluminoase Al[OH] 3, feruginoase (Fe 2 O 3 )). Componenţi mineralogici ai cimentului Portland, sunt: silicatul tricalcic ( 3CaO SiO 2 ), notat simbolic C 3 S, denumit alit; silicatul bicalcic (2CaO SiO 2 ), notat simbolic C 2 S, denumit belit; aluminatul tricalcic (3CaO Al 2 O 3 ) notat simbolic C 3 A, denumit celit; aluminoferitul tetracalic (4CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 ), notat simbolic C 4 AF, denumit brownmillerit; oxidul de calciu (CaO); oxidul de magneziu (MgO); alţi compuşi, precum alcalinii de sodiu şi potasiu (Na 2 O 8CaO 3Al 2 O 3 şi K 2 O 23CaO 12HO 2 ), care apar în cazul folosirii unor materii prime cu conţinut peste limitele admise de sodiu şi potasiu; masa vitroasă (resturi de topitură necristalizată din cauza răcirii rapide). Aceşti compuşi se transformă prin reacţii de hidratare - hidroliză în silicat de calciu hidratat amorf şi hidroxid de calciu cristalin, care prezintă solubilitate mică în apă, diametre mici de particule (sub 1μm). Clasele standardizate de rezistenţă la compresiune ale cimenturilor Portland, determinate după timpul de întărire de 28 de zile, sunt 32,5; 42,5 şi 52,5 N/mm 2. 35

36 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR Căldură de hidratare J/g C 3 A C 3 S C 4 AF C 2 S zile Hidratarea cimentului este un proces exotermic, cu degajare de căldură. Cantitatea de căldură cea mai mare se eliberează prin hidratarea C 3 A şi a C 2 S, care hidratează lent. Căldura de hidratare a cimentului este aproximativ egală cu suma căldurilor de hidratare a componenţilor. Figura 2-6. Viteza de degajare a căldurii componenţilor mineralogici ai cimentului Sursă: Popa R., Teodorescu M., 1984; Opriş S., 1994.; Ionescu I., Ispas T., 1997; Neville A. M., Tabelul 2-2 şi figura 2-6 indică diferenţe foarte mari atât între cantitatea de căldură cât şi între viteza de degajare a acestuia de către componenţii cimentului. Prin ponderea diferită a componenţilor se pot obţine diverse tipuri de ciment, cu degajare mică de căldură, recomandate în structurilor masive etc.; sau cu degajare mare de căldură utilizate la turnarea betonului pe timp friguros ori tratate termic etc. Tabel 2-2. Căldura de hidratare a componenţilor mineralogici ai cimentului. Component mineralogic Căldura de hidratare (J/g) 3 zile 7 zile 28 zile 90 zile C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF Apă legată (%) C 3 A C 4 AF C 3 S Rezistenţa la compresiune MPa C 3 S C 4 AF C 2 S C 2 S C 3 A zile Figura 2-7. Viteza de hidratare a principalilor componenţi mineralogici ai cimentului portland zile Figura 2-8. Creşterea rezistenţei la compresiune a componenţilor mineralogici Sursă: Popa R., Teodorescu M., 1984; Opriş S., 1994.; Ionescu I., Ispas T., 1997; Neville A. M., 2003 Curbele din figura 2-7. indică o viteză diferită de hidratare a componenţilor cimentului, dar şi faptul că prezenţa unei umidităţi ridicate în amestec este necesară un timp cât mai îndelungat. Umiditatea trebuie să asigure întreţinerea proceselor de hidratare a componenţilor mineralogici, în scopul ameliorării continue a structurii betonului, ceea ce este în favoarea realizării proprietăţilor fizico chimice ale acestuia şi a durabilităţii sale. 36

37 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR În ceea ce priveşte variaţia rezistenţei la compresiune, figura 2-8. evidenţiază importanţa C 3 S în primele zile şi următoarele 4-5 săptămâni de la preparare şi a C 2 S după acest interval de timp HIDRATAREA CIMENTULUI Procesele fizico-chimice care au loc în sistemul ciment Portland apă, sunt deosebit de complexe, produşii de hidratare hidroliză formând, în timp, structura pietrei de ciment. Aceste procese determină, concomitent, modificări importante reologice ale pastei de ciment. Structura pietrei de ciment întărite se poate clasifica în trei faze principale: faza solidă, alcătuită din granule nehidratate şi produse de hidratare diferite (ca structură, compoziţie, formă şi dimensiuni) pentru acelaşi ciment, la diferite interval de întărire; faza lichidă, constituită din apă sau soluţii (cu compoziţie şi concentraţie diferită) sub formă absorbită sau liberă; faza gazoasă, constituită în porii de gel, capilari, sferici şi fisuri. Sub aspect reologic 5, după amestecarea cimentului cu apa, limita de curgere şi vâscozitatea plastică a pastei de ciment cresc continuu. În contact cu apa, silicaţii de calciu (C 2 S şi C 3 S) reacţionează cu moleculele de apă formând hidrosilicaţi de calciu (3CaO 2SiO 2 3H 2 O) şi hidroxid de calciu (Ca[OH] 2 ). Aceşti componenţi sunt cunoscuţi sub notaţia de C-S-H (C 3 S 2 H 3 ) şi CH, iar hidratarea lor este reprezentată de ecuaţiile chimice [1] şi [2]. 2C 3 S + 6H = C 3 S 2 H 3 + 3CH [2.1] 2C 2 S + 4H = C 3 S 2 H 3 + CH [2.2] Dacă se urmăreşte microscopic desfăşurarea procesului de hidratare a particulelor de ciment, se poate observa că, atunci când granulele de ciment intră în contact cu apă reacţionează întâi aluminatul tricalic (C 3 A), care se dizolvă şi se cristalizează în stare hidratată, formând etringit (3CaO Al 2 O 3 3CaSO 4 32H 2 O). În acelaşi timp, reacţionează şi silicatul tricalcic (C 3 S), care formează o peliculă în jurul granulelor de ciment. Se constată că, pelicula de geluri are o grosime de două ori mai mare decât particule de ciment din care provine. Astfel, s-a format un sistem de granule de ciment învelite în pelicule de geluri aflate într-o soluţie de aluminat tricalic (C 3 A). a b Figura 2-9. Evoluţia hidratării în timp a granulelor de ciment. Microscopie electronică: a. 5μm (după 2 zile), b. 10 μm (după 7 zile) 5 studiul curgerii lente şi a deformării în timp a corpurilor solide sub acţiunea forţelor exercitate asupra lor. 37

38 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR De menţionat este faptul că, hidratarea granulelor de ciment se realizează numai pe o adâncime de câţiva microni (aproximativ 15% din volumul său). Din acest motiv, proprietăţile cimentului întărit depind de volumul de geluri şi cristale care se formează în timpul proceselor de hidratare - hidroliză. Figura Amplificare progresivă a imaginilor electronomicroscopice ale detaliilor structurale a evoluţiei în timp a microstructurii cimentului Sursă: Stutzman P., 1993 după 1 zi după 7 zile după 28 zile a. imagine la microscop (250 X) după 1 zi după 7 zile după 28 zile b. imagine la microscop ( 500 X) după 1 zi după 7 zile după 28 zile c. imagine la microscop (1000 X) după 1 zi după 7 zile după 28 zile d. imagine la microscop (2000 X) 38

39 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR Tipuri principale TIPURI DE CIMENT Principalele criterii de clasificare ale cimenturilor sunt: după caracteristicile clincherului: cimenturi Portland normale, cimenturi Portland alitice şi cimenturi Portland belitice. după conţinutul şi natura adaosurilor: cimenturi fără adaos şi cimenturi cu adaos. după domeniile de utilizare: cimenturi pentru construcţii obişnuite, cimenturi pentru elemente prefabricate şi cimenturi pentru domenii cu condiţii specifice (de ex.: hidrotehnice, rezistente la agresivitatea sulfatică, construcţii rutiere, de sondă, cimenturi albe şi colorate, expansive pentru etanşări la lucrări speciale, rezistente la temperaturi ridicate). Conform NE , SR EN 196-2/1995 şi SR EN 197-1/2002, cimenturile Portland se clasifică în următoarele grupe, diferenţiate în funcţie de procentul de clincher şi adaosuri folosite în fabricaţie: ciment Portland (tip I), ciment Portland compozit (tip II), ciment de furnal (tip III), ciment puzzolanic (tip IV) şi ciment compozit (tip V). Tabel 2-3. Principalele tipuri de ciment Sursă: Teodorescu M., 2003; SR EN 196-2/1995 şi SR EN 197-1/2002 Compoziţie (procente de masă a ) Componente principale Notare tipuri de ciment uzuale Ciment CEM I Portland CEM Ciment II Portland cu zgură Ciment Portland cu silice ultrafină Ciment Portland cu puzzolană Clincher K Zgură de furnal S Silice ultrafină D Cenuşă zburătoare Puzzolană Naturală P Naturală calcinată Q Şist calcinat T Silicioasă V Calcică W Şist calcinat T Calcar L LL Componente auxiliare minore CEM I CEM II/A-S CEM II/B-S CEM II/A-D CEM II/A-P CEM II/B-P CEM II/A-Q CEM II/B-Q CEM II/A-V CEM II/B-V CEMII/A-W Ciment Portland cu cenuşă zburătoare CEMII/B-W Ciment Portland cu şist calcinat CEM II/A-T CEM II/B-T

40 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR Tipuri principale Notare tipuri de ciment uzuale Ciment Portland cu calcar Ciment Portland compozit Ciment de furnal Clincher K Zgură de furnal S Silice ultrafină D Compoziţie (procente de masă a ) Componente principale Cenuşă Şist calcinat zburătoare T Puzzolană Naturală P Naturală calcinată Q Silicioasă V Calcică W Şist calcinat T Calcar L LL Componente auxiliare minore CEM II/A-L CEM II/B-L CEMII/A-LL CEM II/B-LL CEM II/A-M CEM II/B-M CEM III/A CEM CEM III/B III CEM III/C CEM Ciment CEM IV/A IV puzzolanic CEM IV/B CEM Ciment CEM V/A V compozit CEM V/B a - Valorile din tabel se referă la suma componentelor principale şi auxiliare minore. b - Proporţia de silice ultrafină este limitată la 10 %. c - În cimenturile Portland compozite CEM II/A-M şi CEM II/B-M, în cimenturile puzzolanice CEM IV/A şi CEM IV/B şi în cimenturile compozite CEM V/A şi CEM V/B componentele principale altele decât clincherul trebuie să fie declarate în denumirea cimentului Observaţie: Simbolurile care definesc un anumit ciment sunt: I, II, III, IV şi V reprezintă tipul principal de ciment; 32,5; 42,5 şi 52,5 sunt clasele de rezistenţă standard la compresiune la 28 zile exprimate în MPa şi determinat în conformitate cu SR EN 196-1:1995; N şi R simboluri pentru rezistenţa la compresiune iniţială uzuală (N) şi pentru rezistenţă la compresiune iniţială mare (R), determinate în conformitate cu standardul SR EN 196-1:1995 fie la 2 zile, fie la 7 zile şi trebuind să cuprindă condiţiile din anexa CARACTERISTICILE ŞI PROPRIETĂŢILE CIMENTULUI PORTLAND Cimenturile folosite la prepararea betoanelor se caracterizează prin: densitate, fineţe de măcinare, stare de conservare, căldură de hidratare, timp de priză, rezistenţă mecanică, durabilitatea şi contracţia şi expansiunea. Astfel, dintre principalele proprietăţi ale cimentului se pot enumera: 1. Densitatea absolută a cimentului Portland variază între kg/m 3 în funcţie de compoziţia mineralogică a cimentului. 2. Fineţea de măcinare (SR 227/2-98; SR EN 196-6/94) influenţează viteza de hidratare a particulelor. Se exprimă cantitativ prin suprafaţa specifică, uzual cuprinsă între 3000 (cm 2 /g) - cimenturi obişnuite 5500 (cm 2 /g) - cimenturi cu întărire rapidă. 40

41 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR 3. Starea de conservare (SR EN 196-6/94), este determinată de hidrofilia granulelor de ciment şi umiditatea mediului care provoacă, prin păstrare, o hidratare prematură şi, în funcţie de evoluţia hidratării, alterarea cimentului. Starea de conservare se apreciază prin examinarea probelor de ciment, funcţie de gradul de alterare a acestora. După gradul de alterare se pot distinge, trei stadii: stadiul I de alterare care indică început de alterare - evidenţiat prin formarea de cocoloaşe (aglomerări) ale particulelor de ciment, care se sfărâmă uşor şi integral la strângerea lor între degete; stadiul II de alterare care indică alterare parţială evidenţiat prin formarea de cocoloaşe (bulgări), care sfărâmă parţial la strângerea lor între degete; stadiul III de alterare care indică alterare totală evidenţiat prin formare de piatră de ciment. 4. Căldura de hidratare (SR 227/5-96), este cea care se degajă în timpul reacţiilor chimice care au loc în pasta de ciment. Cantitatea de căldură este dependentă de componenţi mineralogic ai cimentului, respectiv de C 3 A şi C 3 S, care sunt puternic exotermi (aproximativ 500 j/g). Figura Viteza de dezvoltate a căldurii de hidratare Sursă: Popa R., Teodorescu M., 1984; Opriş S., 1994.; Ionescu I., Ispas T., 1997; Neville A. M., Căldură de hidratare J/g C 3 A C 3 S C 4 AF C 2 S zile Tabel 2-4. Dezvoltarea în timp a căldurii de hidratare Component Căldură de hidratare (J/g) mineralogic 3 zile 7 zile 28 zile 90 zile C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF Timpul de priză (SR EN 196/3-95) produşii de hidratare-hidroliză formează, în timp, structura pietrei de ciment prin modificări reologice ale pastei; care indică faptul că după amestecarea cimentului cu apa, limita de curgere şi vâscozitatea plastică a pastei de ciment cresc continuu. Datorită creşterii şi împâslirii cristalelor, precum şi a pierderii fazei lichide a gelurilor, pasta de ciment se rigidizează şi îşi reduce volumul la uscare, dar păstrează reţeaua celulară nemodificată, conducând spre o structură poroasă. În acest moment, al începerii prizei cimentului, parametrii reologici au salt brusc, indicând existenţa unui sistem structurat şi nu a unui fluid plastic. (fig. 2-12). Sub aspect termic, procesul de priză este însoţit de schimbări de temperatură în pasta de ciment; începutul prizei corespunde unei creşteri rapide a temperaturii, iar sfârşitul prizei unei temperaturi de vârf. Începutul şi sfârşitul prizei cimenturilor diferă după compoziţia mineralogică, fineţea de măcinare, conţinutul de adaos, raportul A/C, de aceea este necesar a se stabili aceste caracteristici generale pentru fiecare tip de ciment folosit. Spre deosebire de priza normală, priza falsă indică o rigidizare accentuată prematură, după câteva minute de la amestecarea cimentului cu apa. Priza falsă diferă de priza normală 41

42 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR prin faptul că nu este însoţită de o degajare importantă de căldură. Ea se poate datora unor condiţii neadecvate de fabricaţie sau de depozitare. Reamestecarea pastei de ciment, fără adăugare de apă, restabileşte consistenţa acestora; toate procesele fizico-chimice decurgând normal, nefiind afectate proprietăţile amestecului proaspăt sau întărit. Începutul prizei cimentului, reprezintă realizarea unui salt important ai parametrilor reologici, prin formarea unui sistem structurat (schelet rigid) şi nu a unui fluid plastic. Începutul şi sfârşitul prizei cimentului variază în funcţie de compoziţia mineralogică a fiecărui tip de ciment, fineţea de măcinare, conţinutul de adaos, raportul A/C etc. Timpul de priză (SR EN 196-3/97). Conform standardelor în vigoare, începutul prizei nu trebuie să se producă mai devreme de 45 min. şi mai târziu de 10 ore.. Hidratare anormală a C 3 A poate conduce la priză rapidă, priză falsă, pierdere de consistenţă şi incompatibilitate ciment-aditiv. Figura a. Mecanismul prizei cimentului. Sursă: NRC, b. Schema formării structurii cimentului Priza timpurie se poate clasifica în: priză falsă întărire prematură a cimentului, fără degajare puternică de căldură, plasticitatea (consistenţa) iniţială se poate redobândi prin reamestecare fără adăugare de apă şi priza rapidă pierderea plasticităţii imediat după prepare, însoţit de degajare puternică de căldură, plasticitatea iniţială nu se poate redobândi prin reamestecare. Figura 2-12 prezintă hidratarea-hidroliza cimentului, produşii rezultaţi din hidratare se formează în jurul granulelor de ciment, formând punţi, determinând rigidizarea acestuia. Formaţiunile C-S-H acoperă granulele, formând cu trecerea timpului cristale aciculare, scurte sau lungi, de etringit. Tabel 2-5. Cerinţele fizice ale cimenturilor uzuale Sursă: Buchman I., 2003 Clasa de rezistenţă 32,5 N 32,5 R 42,5 N 42,5 R 52,5 N 52,5 R Rezistenţă la iniţială 2 zile - 10,0 10,0 20,0 20,0 20,0 compresiune (N/mm 2 ) standard 28 zile 32,5 52,5 42,5 52,5 52,5 Începutul de priză (min.) Rezistenţa mecanică (SR EN 196/1-95). Clasele standardizate de rezistenţă la compresiune ale cimenturilor Portland, determinate după timpul de întărire de 28 de zile, sunt 32,5; 42,5 şi 52,5 N/mm 2. Funcţie de rezistenţa iniţială pentru fiecare clasă sunt definite, o clasă cu rezistenţă iniţială normală notată (N) şi o clasă cu rezistenţă iniţială mare notată (R ). 42

43 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR Obţinerea rezistenţelor mecanice se realizează în funcţie de participarea componenţilor mineralogici, ordinea descrescătoare fiind: C 3 S-C 2 S-C 3 A-C 4 AF. Rezistenţa la compresiune caracterizează calitativ cimentul, determinând clasa de rezistenţă la compresiune exprimată în N/mm 2. Rezistenţă la compresiune (MPa) Figura Creşterea rezistenţei la compresiune a componenţilor mineralogici ai cimentului Sursă: Popa R., Teodorescu M., 1984; Opriş S., 1994.; Ionescu I., Ispas T., zile 7. Contracţia şi expansiunea sunt fenomene ale inconstanţei de volum care apar la priza şi întărirea cimentului. Contracţia însoţită de microfisurare este o proprietate a cimentului, având loc datorită pierderii apei în exces, utilizată la obţinerea pastei de ciment, exces de apă care este determinat de existenţa unei fineţi mari de măcinare a cimentului, dar şi a compoziţiei mineralogice a cimentului. Expansiunea cimentului are loc datorită apariţiei hidroxizilor, în urma reacţiilor chimice de hidroliză, a prezenţei ghipsului (expansiune sulfatică) şi prezenţei unor impurităţi care determină la apariţia fenomenului de îngheţ-dezgheţ, presiuni ridicate de cristalizare. (Dobre R. C., 1998) 8. Durabilitatea este o noţiune extrem de complexă şi care poate fi definită sumar ca fiind capacitatea cimentului de a satisface exigenţele pentru care acesta a fost proiectat şi executat şi pus în lucrare, o perioadă cât mai îndelungată de timp sub acţiunea fizico chimico mecanice luate în considerare la proiectarea lui. Aceste acţiuni pot fi de tipul: solicitărilor mecanice, îngheţ-dezgheţ repetat, permeabilităţii etc AGREGATE Agregatele sunt materiale inerte, granulare care în amestec cu un liant, se folosesc la prepararea mortarelor şi betoanelor de ciment şi la alte lucrări de construcţii. Principalele criterii de clasificare ale agregatelor (STAS ; STAS ; STAS ; STAS ) sunt: 1. Domeniul de utilizare: refractare, acidorezistente, decorative etc. 2. Mărimea granulelor: a. provenit din sfărmarea naturală a rocilor: mărunt nisip (0 7 mm), mare pietriş (7 71 mm), piatră mare ( mm), balast (0 31 mm sau 0 71 mm); b. provenit prin sfărmarea artificială a rocilor: nisip de concasare (0 7 mm), piatră spartă (7 71 mm), mm). 3. Natura petrografică şi mineralogică (SR EN ): a. roci magmatice formate din rocă topită (magmă) pe, sau sub crusta terestră. Acestea din urmă se pot repartiza în două categorii: roci plutonice şi hipoabisale. Rocile plutonice sunt formate al adâncime, în mase mari şi se caracterizează prin 43 C 3 S C 4 AF C 2 S C 3 A

44 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR structura lor cristalină grosieră, ale căror cristale sunt vizibile clar cu ochiul libere. Rocile hipoabisale formează corpuri mai mici, la adâncime redusă, sub crusta terestră şi au o structură cristalină fină. Rocile vulcanice sau extrusive se formează din lave sau din elemente piroclastice la suprafaţa pământului şi au o structură foarte fină sau sticloasă. De ex. granit, slenit, diorit, gabrou, porfir, porfirit, diabaz, melafir, trahit, andezit, bazalt etc.; b. roci sedimentare formate la suprafaţa pământului prin acumularea sau precipitarea elementelor ce rezultă din alterarea şi eroziunea rocilor deja existente. Ele se pot forma, de asemenea, prin acumularea de resturi organice. Formaţiunile pot rămâne mobile sau sunt solidificate, fiind în general întrepătrunse. De ex. anhidrit, ipsos, calcar, cretă, dolomită, chert, gresie şistoasă, brecie, arcoză, grauwacke, calcit, cuarţit, şist argilos, siltstone, concreţionat etc.; c. roci metamorfice formate din roci preexistente sub acţiunea căldurii şi /sau presiunii din crusta terestră, responsabile de transformările mineralogice şi structurale. Structura rocilor metamorfice fiind de regulă anizotropă. De ex. amfibolit, gnais, corneană, cuarţit, ardezie cuarţoasă, granulit, marmură etc. 4. Forma granulelor: pietriş (cu forma rotunjită şi suprafaţa relativ netedă), piatră spartă şi nisip ( cu formă neregulată unghiulară şi suprafaţă aspră), naturale (formă sferică, ovoidală, plate, lamelare, aciculare) sau artificiale (formă cubică, paralelipipedice, alungită). 5. Densităţile (STAS ): densitatea reală (ρ), densitatea aparentă (ρ a ), densitate în grămadă / vrac (ρ g ). 6. Structură: compact sau poros. 7. Numărul fracţiunilor granulometrice: monogranular sau bigranular. 8. Provenienţă: din sfărmarea naturală a rocilor (nisip 0 7 mm, pietriş 7 71 mm, piatra mare mm, balast amestec natural de nisip şi pietriş 0 31 mm sau 0 71 mm) sau din sfărmarea artificială a rocilor - concasare (nisipul de concasare 0 7 mm, piatra spartă 7 71 mm, piatra spartă mare mm). 9. Granulozitate: granulozitate continuă sau granulozitate discontinuă. Figura Agregate monogranulare şi bigranulare PROPRIETĂŢILE ŞI CARACTERISTICILE AGREGATULUI Dintre principale proprietăţile ale agregatelor, se pot menţiona: rezistenţele mecanice, granulozitatea, aderenţa, forma şi textura suprafeţei, densitatea, segregarea, absorbţia de apă şi umiditatea suprafeţei etc. 44

45 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR 1. Rezistenţele mecanice (STAS ), precum: compresiune (sfărmare a pietrei în stare naturală, sau prin şoc mecanic în stare uscată), îngheţ-dezgheţ etc., influenţează proprietăţile betoanelor întărite. 2. Granulozitatea agregatului (STAS ). reprezintă repartiţia procentuală (în greutate) a diferitelor sorturi (elementare sau granulare) care alcătuiesc agregatul natural. Granulozitatea optimă a agregatului, este dată de gradul de compactitate a acestuia, astfel încât volumul de goluri dintre particule să fie cât mai mic. Aceasta este posibil prin amestecarea nisipului cu pietrişul, în cantităţi şi dimensiuni corespunzătoare. Figura Curbe de granulozitate A. Granulozitate continuă, B şi C. Granulozitate discontinuă Sursă: Ivanov I., Căpăţână Al., Granulozitatea dorită se poate obţine prin sortarea agregatelor prin ciuruire cu site de diferite ochiuri. Proporţia diferitelor granule (însumarea granulelor până la mărimea dată) sau curbele granulometrice care indică dacă distribuţia mărimii granulelor este optimă (Cărare T., 1986). Limitele de granulozitate pentru diferite clase de betoane sunt date de către normativul NE Curbele granulometrice reprezentă rezultatul analizei granulometrice a întregii cantităţi de agregat, raportată la două axe rectangulare de coordonate, având în abscisă mărimea ochiului sitei (sau a ciurului) (mm), iar în ordonată, cantitatea de material care trece prin sită (sau ciur), exprimată în procente din masa totală a agregatului uscat. Curba de granulozitate a unui material granular cu granulozitate continuă (fig. 2-15, curba A) diferă de cea a unui material cu granulozitate discontinuă (fig. 2-15, curba B şi C)., întrucât fracţiunile lipsă apar pe curbă sub forma unor drepte orizontale, curbele de granulozitate, se reprezintă, de obicei, pe grafice gata imprimate, având trasate, în funcţie de natura agregatelor, două sau trei curbe limită, care împart câmpul graficului în 3 sau 4 zone. Figura 2-15 şi 16 indică faptul că proporţiile dintre fracţiunile granulare se vor stabili după criteriul economic, astfel încât să se obţină un volum minim de goluri în beton, dar şi o arie totală a agregatului minimă. Dacă se tinde să se adopte o curbă de granulozitate cu un conţinut ridicat de parte fină, aria totală a agregatului va fi mare, necesitând consum ridicat de ciment şi de apă, cu consecinţe negative asupra calităţii şi a costului final. Dacă se tinde să se adopte o curbă de granulozitate cu un conţinut scăzut de parte fină, aspectul va deveni poros şi rugos, cu rezistenţe mecanice scăzute. 45

46 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR Figura Variaţia granulozităţii agregatelor în raport cu dozajul de ciment şi cantitatea de nisip 3. Aderenţa agregatului are o importanţă deosebită în realizarea conlucrării cu piatra de ciment. Conlucrarea realizându-se prin întrepătrunderea pastei în rugozităţile suprafeţei agregatului. De preferat, fiind folosirea de agregate rugoase, rezistente şi eterogene din punct de vedere mineralogic. 4. Forma granulelor şi textura suprafeţei. Clasificarea principalelor formelor ale particulelor de agregat: rotunjită, neregulată, solzoasă, angulară, alungită. Figura Agregate angulare şi rotunjite Astfel, granulele de formă rotunjită dau betoane uşor lucrabile, care au nevoie de mai puţină apă de amestecare şi sunt mai uşor de compactat; granulele alungite dau betoane având rezistenţe mai reduse cu 20 25% faţă de betoane realizate cu granule rotunjite deoarece nu pot fi bine compactate; granulele colţuroase, obţinute prin concasare dau betoane cu rezistenţe mai mari, dacă sunt bine compactate. Textura suprafeţei agregatului influenţează aderenţa liantului de agregat; agregatele care au o suprafaţă rugoasă asigură o mai bună aderenţă. Clasificarea principalelor texturi ale particulelor de agregat: sticloasă, netedă, granulară, rugoasă, cristalină şi cu structura în fagure. Figura Microscopie electronică (45μm, x 1760). Detaliu interfaţă pastă ciment nisip. 5. Densitatea (STAS ). Agregatele pot fi clasificate în funcţie de: Densitatea reală (ρ). Densitatea aparentă (ρa). Densitatea în grămadă / vrac (ρg) în stare afânată sau îndesată. Densitatea specifică = masa solidului păstrat în vid / masa unui volum egal de apă distilat lipsit de gaz sau masa volumului solid. Volumul total = volumul masei solide + volumul porilor. Volumul absolut = Numai volumul masei solide. 46

47 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR Principalele clasificări ale agregatelor după densitatea în vrac (grămadă / specifică) (Neville A. M., 2004) în stare afânată este: uşoare ρ ag < 2000 kg/m 3, normale ρ ag = 2000 kg/m kg/m 3 şi grele ρ ag = 3000 kg/m Segregarea este fenomenul de separare a granulelor după mărime, care conduce la neomogenitatea acestuia prin acumularea granulelor mari la baza grămezilor formate prin descărcarea autobasculantelor sau altor mijloace de transport. Umiditatea permite reducerea segregării, prin aderenţa granulelor fine la cele grosiere. (Lucaci Gh., 2000) 7. Absorbţia de apă şi umiditatea suprafeţei este o determinare importantă atunci când se proiectează în cadrul compoziţia betoanelor, cantitatea de apă de amestecare, deoarece structura internă ale particulelor este formată din material solid şi pori; pori care conţin o anumită cantitate apă, variabilă funcţie de capacitatea de absorbţie şi umiditatea lor. Pe parcursul preparării betoanelor, important este gradul de saturaţie al agregatului (absorbţia de apă) care se poate produce într-un interval de timp corespunzător duratei de prelucrare, preparare şi punere în lucrare a betonului. Pentru agregate uşoare, gradul de saturaţie poate varia între 5 10% din greutate, valoare de care se ţine seama la rectificarea cantităţii de apă şi de agregat, în timpul proiectării compoziţiei betoanelor. (Peştişanu C., 1995) Figura Umiditatea agregatului Figura Principalele tipuri de umidităţi în agregat Conţinutul de umiditate al agregatului: saturat în umiditate SU (pori deschişi umpluţi cu apă + apă liberă la suprafaţă), saturat şi cu suprafaţă uscată SSU (pori deschişi umpluţi cu apă şi suprafaţă uscată), uscat în aer UA (suprafaţă uscată cu o anumită cantitate de apă în pori) şi complet uscat CU (nu există apă pe suprafaţă sau în pori) (fig. 2-20) CONDIŢII DE CALITATE ALE AGREGATELOR Agregatele folosite în domeniul construcţiilor trebuie să îndeplinească următoarele condiţii principale de calitate: să fie curate (să nu conţină părţi fine nocive argilă, praf, substanţe organice sau materiale străine etc.); să fie sănătoase şi compacte, în nici un caz friabile 6 ; 6 materiale care se fărâmiţează, se sparg uşor. 47

48 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR să aibă structura cristalină şi nu amorfă, deoarece structurile amorfe în timp tind a se devitrifica, respectiv a trece din stare amorfă în cea cristalină, însemnând instabilitate în timp; să aibă formă regulată; să provină din roci dure şi rezistente la uzură, pentru a avea rezistenţe mecanice corespunzătoare, caracteristice care determină rezistenţa şi calitatea betonului; să fie înscrise în zone de granulozitate prescrisă APA DE AMESTECARE Apa de amestecare, ca factor de compoziţie exprimată cantitativ (în kg sau litri) sau sub forma raportului A/C este prin definiţie un fluidifiant al betonului, având următoarele roluri în amestec (Popa R., Teodorescu M., 1984): declanşează şi întreţine reacţiile de hidratare-hidroliză ale cimentului; umezeşte suprafeţele agregatului; realizează lucrabilitatea betonului. Apa utilizată la prepararea betonului, de preferat, va fi apă din reţeaua potabilă publică sau din altă sursă. Dacă se foloseşte apă din alte surse, aceasta va îndeplini, în totalitate, condiţiile tehnice de calitate prevăzute în STAS , respectiv: să fie limpede şi fără miros; să aibă reacţie neutră, slab acidă sau slab alcalină (pentru ph max. = 10; pentru ph min. = 4); să nu conţină deşeuri sau scurgeri provenite de la fabrici de celuloză, zahăr, glucoză, acid sulfuric, vopsele, cocserii, ateliere de galvanizare) ADAOSURI ŞI ADITIVI Adaosurile sunt materiale anorganice fine ce se pot adăuga în beton în cantitate de 5-35% substanţă uscată, faţă de masa cimentului, utilizat în vederea îmbunătăţirii anumitor caracteristici ale acestuia sau pentru a realiza proprietăţi speciale. Adaosurile pot îmbunătăţi, în special, următoarele caracteristici ale betonului: lucrabilitatea, gradul de impermeabilitate, rezistenţa la agenţi chimic agresivi etc. Clasificarea adaosurilor: 1. Inerte, înlocuitor parţial al părţii fine din agregat, caz în care se reduce cu cca. 10% cantitatea de nisip (0-3 mm) din agregate. Folosirea adaosului inert conduce la îmbunătăţirea lucrabilităţii şi compactităţii betonului; cel mai frecvent folosit fiind filerul de calcar. 2. Active (puzzolanice sau hidraulice), caz în care se contează pe proprietăţile hidraulice ale adaosului; principalele adaosuri din această categorie fiind: zgura granulată de furnal, cenuşa de termocentrală, praful de silice etc. Adaosurile vor îndeplini, în totalitate, reglementările tehnice specifice precum şi condiţiile tehnice de calitate prevăzute în NE Aditivi sunt produse chimice care introduse la prepararea betonului, în cantităţi mici 0,15 5% substanţă uscată faţă de masa cimentului, îmbunătăţesc sau modifică proprietăţile betonului în stare proaspătă sau întărită (lucrabilitatea, gradul de impermeabilitate, gelivitate şi rezistenţele mecanice). 48

49 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR Aditivii vor îndeplini, în totalitate, reglementările tehnice specifice precum şi condiţiile tehnice de calitate prevăzute în STAS şi STAS Figura Imagine microscopică, comparaţie dimensiune granulă ciment şi particulă puzzolană naturală Figura Adaoşi minerali: de la stânga la dreapta cenuşă volantă uscată (centralele termoelectrice), zgura granulată de furnal înalt, silice ultrafină, cenuşă, metacaolin, bentonită fin măcinată Sursă: Taylor P. C., 2001 Funcţie de efectul principal indus asupra betonului aditivii pot fi clasificaţi după cum urmează: reducători de apă, intens reducători de apă, plastifianţi, superplastifianţi, acceleratori de priză, întârzietori de priză, acceleratori de întărire, antrenori de aer, antigel, impermeabilizatori şi inhibatori de coroziune. Efectele principale şi secundare ale aditivilor curent utilizaţi, precum şi influenţa acestora asupra caracteristicilor betonului în stare proaspătă şi întărită, trebuie corelată cu datele din fişele tehnice ale fiecărui produs livrat de producător BIBLIOGRAFIE LA CAPITOLUL 2 1. Bentz D. P., Haecker C. J., Feng X. P. Stutzman P. E., Prediction of Cement Physical Properties by Virtual Testing. Process Technology of Cement Manufacturing. Fifth International VDZ Congress. Proceedings. Düsseldorf, Germany, September 23-27, 2002, pp , Bentz D. P., Snyder K. A., Stutzman P. E., Hydration of Portland Cement: The Effects of Curing Conditions. 10 th International Congress on the Chemistry of Cement Proceedings. Volume 2, June 1997, Sweden. 3. Budan C., Contribuţii în managementul şi ingineria proceselor de construcţii pentru realizarea lucrărilor de reparaţii şi consolidări a elementelor din beton, beton armat şi beton precomprimat. UTCB, Teză de doctorat. 4. Buchaman I., Bob C., Jebelean E., Badea C., Iureş L., Controlul calităţii lianţilor, mortarelor şi betoanelor. Editura Orizonturi Universitare, Timişoara, Burg R. G., Chemical admixtures for concrete. Structure, November 2001, pag Crăciunescu L., Popa E., Materiale de construcţie. Editura ICB, Crăciunescu L., Popa E., Materiale de construcţie. Editura UTCB, Ilinoiu G., Caracteristici structurale si de compozite ale cimentului Portland. Construcţii Civile şi Industriale Anul IV, Nr. 30, Mai 2002, pag Ilinoiu G., Construction Engineering. Editura ConsPress Bucureşti, Garboczi E. J., Bentz D. P., The effect of statistical fluctuation, finite size error, and digital resolution on the phase percolation and transport properties of the NIST cement hydration model. Cement and Concrete Research, Vol. 31, No. 10, , October Haecker C. J., Bentz D. P., Feng X. P., Stutzman P. E., Prediction of cement physical properties by virtual testing. Cement International, Vol. 1, No. 3, pp.,

50 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR 12. Kelly P. L., Glenn R. B., Michael L. B., Mauro J. S., Under the microscope. Civil Engineering, no. 71, June 2001, pag Lura P., Bentz D. P., Lange D. A., Kovler K, Bentur A., Breugel K. Measurement of Water Transport from Saturated Pumice Aggregates to Hardening Cement Paste. Advances in Cement and Concrete. Proceedings. Engineering Conferences International. Copper Mountain, CO, August 10-14, 2003, pp., Opriş S., Manualul Inginerului din Industria Cimentului. Editura Tehnică, Stutzman P., Contributions of NIST/NBS Researchers to the Crystallography of Construction Materials. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, Vol. 106, No. 6, , Nov-Dec., Muravin G.B., Shcherbakov E.N., Snezshitskiy Y.S., Choice of optimal concrete composition on the basis of acoustic emission data. Quality control of concrete structures. Proceeding of the Seconf International RILEM / CEB Symposium. Ghent. 1991, pp Neville A., M., Proprietăţile betonului. Editura Tehnică, Peştişanu C., Voiculescu M., Darie M., Vierescu R., Construcţii. Editura Didactică şi Pedagogică, Phan L.T., Carino N.J., Effects of Test Conditions and Mixture Proportions on Behavior of High- Strength Concrete Exposed to High Temperatures. ACI Materials Journal, 99-M8. pag Popa R., Teodorescu M. Tehnologia lucrărilor de construcţii. Editura ICB, Bucureşti, Popa R., Popa E., Tehnologia lucrărilor de construcţii. Prepararea betonului. Editura ICB, Simion Al., Materiale de construcţie. Vol. 1. Editura UTCB, Simon M., Snyder K., Fronsdorff G., Advances in Concrete Mixture Optimization. Concrete Durability and Repair Technology Conference, September 8-10, 1999, University of Dundee, Scotland UK. Proceedings. 24. Taylor P. C., Mineral admixtures for concrete. Structure, December January pag Teodorescu M., Budan C., Ilinoiu G., Proiectarea compoziţiei betoanelor cu densitate normală, Ed. ConsPress Bucureşti, Yvonne D., Mitchell s Materials Technology. Longman 1996, Anglia. 27. NISTIR The Virtual Cement and Concrete Testing Laboratory Consortium. Annual Report STAS Apă pentru betoane şi mortare. 29. STAS Agregate naturale grele pentru betoane şi mortare cu lianţi minerali. 30. STAS Agregate minerale uşoare. Condiţii tehnice generale de calitate. 31. STAS Agregate naturale grele pentru mortare şi betoane cu lianţi minerali. Metode de încercare. 32. SR Agregate naturale şi piatră prelucrată pentru lucrări de drumuri. Condiţii tehnice de calitate. 33. SR EN Încercări pentru determinarea caracteristicilor mecanice şi fizice ale agregatelor. Partea 1: Determinarea rezistenţei la uzură (micro-deval). 34. SR EN! Încercări pentru determinarea caracteristicilor mecanice şi fizice ale agregatelor. Partea 4: Determinarea porozităţii filerului uscat compactat. 35. SR EN Partea 5: Determinarea conţinutului de apă prin uscare în etuvă ventilată. 36. SR EN Partea 7: Determinarea masei volumice reale a filerului Metode cu picometru. 37. SR EN Încercări pentru determinarea caracteristicilor generale ale agregatelor. Partea 1: Metode de eşantionare. 38. SR EN C Încercări pentru determinarea caracteristicilor generale ale agregatelor. Partea 3: Procedură şi terminologice pentru descrierea petrografică simplificată. 39. SR EN Încercări pentru determinarea caracteristicilor generale ale agregatelor. Partea 6: Definirea repetabilităţii şi a reproductibilităţii. 40. SR EN Încercări pentru determinarea caracteristicilor geometrice ale agregatelor. Partea 2: Analiza granulometrică Site de control, dimensiuni nominale ale ochiurilor. 41. SR EN Încercări pentru determinarea caracteristicilor generale ale agregatelor. Partea 3: Procedură şi terminologice pentru descrierea petrografică simplificată. 50

51 CARACTERISTICI DE COMPOZIŢIE ALE BETOANELOR 42. SR EN Încercări pentru determinarea caracteristicilor geometrice ale agregatelor. Partea 5: Determinarea procentului de suprafeţe sparte în agregat. 43. SR EN Încercări pentru determinarea caracteristicilor geometrice ale agregatelor. Partea 7. Determinarea conţinutului de elemente cochiliere. Procent de cochilii în agregat. 44. SR EN Încercări pentru determinarea caracteristicilor geometrice ale agregatelor. Partea 8: Aprecierea fineţii Determinarea echivalentului de nisip. 45. SR EN Încercări pentru determinarea caracteristicilor geometrice ale agregatelor. Partea 9: Aprecierea fineţii Încercare cu albastru de metilen. 46. SR EN Încercări pentru determinarea caracteristicilor geometrice ale agregatelor. Partea 10: Aprecierea fineţii Determinarea granulaţiei filerului (cernere în curent de aer). 47. SR Cimenturi hidrotehnice şi cimenturi rezistente la sulfaţi. 51

52 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR CAPITOLUL 3. PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR Betonul, prin definiţie, este un material compozit, realizat prin amestecare şi omogenizare a liantului, agregatului şi apei, prezentând după întărire un aspect de conglomerat cu structură eterogenă, caracterizat prin rezistenţe fizico chimico mecanice specifice şi durabilitate. (Popa R., Teodorescu M., 1982) Pe parcursul maturizării betonului, structură internă suferă modificări chimice şi structurale, influenţate de o serie de factori precum condiţiile de mediu şi de expunere, precum şi de modul de întreţinere şi exploatare a construcţiei. (Cadar I., 1999) Betonul, poate fi definit şi în funcţie de proprietăţile lui; de obicei, este folositor a considera fiecare proprietate ca o continuitate a altora. Nici una dintre transformările care au loc, relativ repede, în beton nu încetează la sfârşitul perioadei de întărire. Unele, vor continua încet în timp, iar altele vor fi declanşate de către anumiţi factori de mediu şi de expunere. În ciuda acestor complicaţii, betonul a căror proprietăţi şi performanţe sunt proiectate, sunt produse şi folosite cu regularitate PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETONULUI ÎN STARE PROASPĂTĂ Figura 3-1. Imagine beton alunecând pe jgheab Sursă: Elba Werk, Betonul proaspăt reprezintă starea acestuia din momentul preparării până în momentul începerii prizei cimentului. În această perioadă are deformaţii plastice şi poate fi compactat prin diverse metode specifice. (NE ) Dintre principalele proprietăţi ale betoanelor în stare proaspăt, se pot menţiona: densitatea aparentă, consistenţa, lucrabilitate, volumul de aer oclus, separarea apei de amestec, temperatura etc DENSITATEA BETONULUI a. Densitatea betonului proaspăt (STAS ), reprezintă masa unităţii de volum al betonului în stare proaspătă (kg/m 3 ). 52

53 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR Densitatea aparentă reprezintă raportul dintre masa betonului proaspăt în stare compactată şi volumul său aparent (inclusiv volumul porilor şi al golurilor interioare). Densitatea aparentă a betonului întărit la 28 de zile (kg/m 3 ) se clasifică în următoarele clase: foarte grele ( 2500 kg/m 3 ); grele ( kg/m 3 ); semigrele ( kg/m 3 ); uşoare ( kg/m 3 ); foarte uşoare ( 1000 kg/m 3 ). Densitatea specifică reprezintă raportul dintre densitatea betonului şi a apei la temperatura de 40 o C. Densitatea absolută reprezintă raportul dintre masa volumului solid absolut (fără goluri şi pori), păstrat în vid şi masa unui volum egal de apă distilată lipsită de gaze, la aceeaşi temperatură CONSISTENŢA ŞI LUCRABILITATEA Lucrabilitatea betonului (STAS ) reprezintă un ansamblu de proprietăţi care permit păstrarea omogenităţii în timpul transportului, manipulării, compactării şi finisării betonului proaspăt, precum şi aptitudinea sa de a umple complet cofrajul şi de a îngloba armăturile, în urma operaţiilor de compactare, cu un consum minim de energie şi de forţă de muncă. Consistenţa reprezintă proprietatea betonului în stare proaspătă de a se opune deformaţiilor plastice şi vâscoase sub acţiunea propriei greutăţi sau sub acţiunea unei forţe exterioare. Metoda tasării constă în măsurarea tasării betonului proaspăt, sub greutatea proprie, folosind o formă tronconică în care se introduce betonul, conform STAS Pe forma tronconică de aşează o riglă şi se măsoară tasarea (h) în mm, valoarea funcţie de care se Figura 3-2 Măsurarea consistenţei betonului folosind încadrează consistenţa betonului. metoda tasării Tabel 3-1 Metode folosite pentru determinarea consistenţei betonului Tasarea conului STAS Metoda răspândiri ISO 9812 Gradului de compactare STAS Remodelare (Vebe) STAS Tabel 3-2. Consistenţa betonului funcţie de tasare Nr. crt. Tipul elementului Clasă de consistenţă Tasarea conului (mm) 1 Fundaţii din beton simplu sau slab armat, element masive T 2 sau T 3 30±10 /70±20 2 Fundaţii din beton armat, stâlpi, grinzi, pereţi structurali T 3 sau T 3 /T 4 70±20 /100±20 3 Idem, realizate cu beton pompat, recipienţi, monolitizări T 4 120±20 4 Elemente sau monolitizări cu armături dese sau dificultăţi de T 4 / T 5 150±30 compactare, elemente cu secţiuni reduse 5 Elemente, pentru a căror realizare, tehnologia de execuţie impune betoane foarte fluide * T 5 180±30 * este obligatorie utilizarea de aditivi superplastifianţi. Sursă: NE

54 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR VOLUMUL DE AER OCLUS Conţinutul de aer oclus poate fi determinat conform STAS folosind metoda gravimetrică sau metoda volumetrică cu presiune. În cazul betoanelor de ciment se urmăreşte ca volumul de aer oclus să fie cuprins între 1 4%, un conţinut mai mic neprotejând betonul la îngheţ-dezgheţ, iar un conţinut mai mare provocând scăderi importante ale rezistenţelor betonului. Volumul de aer inclus / oclus din beton scade o dată cu creşterea duratelor de amestecare, de transport şi de vibrare. (Lucaci Gh., 2000 ) TENDINŢA DE SEPARARE A APEI DE AMESTECARE Tendinţa de separarea apei de amestecare la suprafaţa elementelor din beton, fenomen cunoscut şi sub denumirea de mustire, reprezintă proprietatea betonului de a ceda o parte din excesul de apă la suprafaţa lui. Se poate afirma că, este o formă de segregare, în care o parte din apa de amestecare tinde să se ridice la suprafaţa elementelor din beton în timpul compactării, iar o alta, care se ridică rămâne la parte inferioară a particulelor mari de agregate sau a armăturii şi prin evaporare lasă în urma ei pori capilari care creează zone de slabă legătură.. Reducerea acesteia este influenţată favorabil de creşterea fineţii de măcinare a cimentului, creşterea conţinutului în fracţiuni fine şi foarte fine din beton, alegerea unei granulozităţi corecte pentru agregate, folosirea aditivilor şi a unei lucrabilităţi adecvate lucrării care se execută. Figura 3-3. Exemplificarea tendinţei de separare a apei din beton Cantitatea de apă separată, pe unitatea de suprafaţă (Ts), în cazul unei probe de beton proaspăt, este dată de relaţia: V 3 2 T = s s ( cm / cm ) S [3.1] 54

55 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR unde: Vs - volumul apei separate, extrasă la suprafaţa betonului, la anumite intervale de timp (cm 3 ); S - aria suprafeţei betonului proaspăt (cm 2 ) TENDINŢA DE SEGREGARE Tendinţa de segregare indică uşurinţa cu care betonul îşi pierde structura omogenă, prin separarea apei sau agregatelor. Betoanele pot avea o tendinţă accentuată de segregare datorită calităţii necorespunzătoare a materialelor componente, a diferenţelor de dimensiune ale particulelor şi diferenţele de greutate specifică ale constituenţilor amestecului. Corectarea acestei tendinţe se face pe bază de încercări în laborator, prin corectarea dozajului de ciment şi prin adaosuri de aditivi. Principalele tipuri de segregări ale betonului sunt: (Popa R., Teodorescu M., 1984) segregarea interioară - reprezintă ruperea coeziunii dintre granulele de agregat din amestec, datorită unor şocuri sau vibraţii, cu apariţia tendinţei de separare a acestora şi dirijare a lor în jos; segregarea exterioară apare în cazul căderii libere a betonului, de la înălţimi mai mari de 1,50 m sau a scurgerii acestuia pe jgheaburi prea lungi sau cu înclinaţii mai mari de 30 o, conducând la fenomenul desprinderii granulelor mari din masa betonului, care tind să rostogolească mai repede decât ceilalţi componenţi PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETONULUI ÎN STARE ÎNTĂRITĂ Betonul întărit reprezintă starea acestuia din momentul începerii prizei cimentului până în momentul maturizării totale, caracterizat prin rezistenţe mecanice evolutive. (NE ) Dintre principalele proprietăţi ale betonului în stare întărită, se pot menţiona: densitatea, compactitatea, permeabilitatea, gelivitatea, rezistenţele mecanice, conductivitatea termică, deformaţiile la uscare şi reumezire etc DENSITATEA Densitatea betonului este dată de greutatea unui metru cub de beton pus în lucrare, după întărire. Densitatea betonului variază funcţie de densitatea agregatelor, dozaj de ciment şi mărimea golurilor care depind de raportul A/C. (Cărare T., 1986) COMPACTITATEA Prin compactitatea betonului (STAS ) (c o ) se înţelege raportul între densitatea lui aparentă (ρ a ) şi densitatea specifică (ρ), sau între volumul fazei solide (V s ) şi volumul total aparent (V a ). ρ a Vs C o = = (%) [3.2] ρ V a 55

56 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR Compactitatea este o noţiune deosebit de importantă, deoarece ea influenţează permeabilitatea, rezistenţele mecanice, gelivitatea, rezistenţa la agresivitate chimică şi durabilitatea în general. Compactitatea este cu atât mai mare, cu cât volumul de goluri este mai mic. În mod convenţional, un beton se consideră compact când porozitatea sa este cuprinsă între 1 4%. Când porozitatea totală depăşeşte 4%, betonul este considerat poros. Volumul porilor în beton se determină conform STAS , prin diferite metode, precum: metoda gravimetrică (indirectă), care se aplică betoanelor preparate cu agregate de orice dimensiuni; metoda volumetrică cu presiune, care se aplică betoanelor preparate cu agregate cu dimensiunea maximă 40 mm; metoda volumetrică fără presiune, care se aplică betoanelor preparate cu agregate cu dimensiunea maximă 71 mm PERMEABILITATEA ŞI POROZITATEA Analizând multitudinea cauzelor care conduc la deteriorarea elementelor de beton, se remarcă faptul că majoritatea acestora evoluează în funcţie de o caracteristică foarte importantă a betonului întărit permeabilitatea (STAS ) (fig. 3-4). Figura 3-4. Detalii de betoane permeabile Sursă: NIST Permeabilitatea poate fi definită ca fiind proprietatea (unui material cu structură poroasă), care caracterizează cantitativ uşurinţa cu care un fluid sau vapor trece prin el, sub acţiunea unei diferenţe de presiune. 56

57 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR Pentru construcţiile din beton care sunt situate în medii de expunere şi exploatare nocive, obţinerea unor betoane cu grad scăzut de permeabilitate este esenţială. Deoarece prin efectul de: capilaritate (absorbţie) a lichidelor şi umidităţii care conţin săruri dizolvate (cloruri, sulfuri etc.) şi gazelor dizolvate (oxigen, dioxid de carbon, dioxid de sulf etc.); difuzie a aerului şi a vaporilor de apă. durabilitatea betonului scade prin degradarea structurii intime datorate fenomenelor de dizolvare, expansiune, fisurare sau exfoliere PERMEABILITATEA BETONULUI LA APĂ Permeabilitatea unui beton se apreciază după uşurinţa de pătrundere a apei în masa lui şi se exprimă prin gradul de impermeabilitate faţă de apă (P x n). Gradul de impermeabilitate (ISO 7031) se caracterizează prin presiunea maximă până la care epruvetele de beton încercate în condiţii standard, nu prezintă infiltraţii de apă pe faţa opusă aceleia în contact cu apa sub presiune, sau prin adâncimea până la care apa pătrunde în masa betonului supus încercării, la o presiune maximă dată. Tabel 3-3. Gradul de impermeabilitate al betonului Adâncimea limită de pătrundere a apei (mm) Presiunea apei (bari) Gradul de impermeabilitate (P x n) P 10 4 P P 10 8 P P P Tabel 3-4. Cerinţe minime de asigurare a durabilităţii pentru beton în funcţie de clasele de expunere Clasa de expunere Clasa beton min. Grad de impermeabilitate min. Grad de gelivitate min. 1. Mediu a. Moderat C 12/15 P uscat 4-0,65 b. Sever a. Moderat C 16/20 P 4-0,50 2. Mediu umed G100 b. Sever C 18/22,5 P 8 0,45 (150) 3. Mediu umed cu îngheţ şi agenţi de dezgheţare C 25/30 P 12 G150 0,40 a.1. Normal a. Agresivitatea apei moderat C 20/25 P de mare 8-0,45 a.2. Sever 4. Mediu marin b.1. Moderat 5. Mediu chimic agresiv b. Agresivitatea atmosferică inclusiv cu posibilitate de îngheţ-dezgheţ b.2. Sever a. Mediu chimic agresiv cu agresivitate foarte slabă b. Mediu chimic agresiv cu agresivitate slabă c. Mediu chimic agresiv cu agresivitate intensă d. Mediu chimic agresiv cu agresivitate foarte intensă Raport A/C max C 25/30 P 12 G100 0,40 C 18/22,5 P8-0,50 C 18/22,5 P 8-0,50 C 18/22,5 P 12-0,45 C 25/30 P 12-0,45 Conform STAS adâncimea limită de pătrundere a apei supuse unor regimuri de aplicare şi creştere a presiunii apei convenţional stabilite, este: 100 mm pentru betoanele recipientelor de lichide; 57

58 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR 100 mm pentru betoanele expuse la acţiunea agenţilor agresivi (naturali sau industriali), utilizate la construcţii industriale, social culturale, de locuinţe sau agrozootehnice; 200 mm pentru celelalte betoane. STAS stabileşte nivele de performanţă ale betoanelor în funcţie de gradul de impermeabilitate tabel 3-3. Reglementările tehnice în vigoare (NE ) recomandă ca stabilirea gradului de impermeabilitate necesar betonului să ţină seama de clasa de expunere a construcţiilor în condiţiile de mediu, conform tabelului FENOMENUL PRODUCERII PORILOR Pori, reprezintă orice spaţiu din structura betonului (sferic sau cilindric), care este umplut cu aer sau apă şi care pot avea un traseu sinuos prin secţiunea elementului de beton. Pentru a înţelege complexitatea mecanismului de formare a betonului cât mai compact, trebuie amintit faptul că fiecare component al său (liant şi agregat) are o permeabilitate proprie şi că produşii obţinuţi în urma reacţiilor dintre ei vor influenţa, într-o anumită măsură, permeabilitatea generală a masei. Deshidratarea gelurilor liantului întărit şi adeziunea lui slabă faţă de granulele agregatului face ca betonului să reprezinte totdeauna un sistem microporos şi microfisurat pori de gel. Astfel, se poate constata că permeabilitatea pastei de ciment variază în timp funcţie de desfăşurarea procesului de hidratare a cimentului. Gelurile sunt sisteme structurate în care mediul de dispersie este solid iar dispersoidul este lichid. Mediul de dispersie solid formează o reţea spaţială în ochiurile căreia se găseşte dispersată faza lichidă. Figura 3-5. Microscopie optică. Detalii pori şi fisuri Dacă se urmăreşte microscopic desfăşurarea procesului de hidratare a particulelor de ciment, se poate observa că, atunci când granulele de ciment intră în contact cu apă (fig. 3-5), reacţionează întâi aluminatul tricalic (C 3 A), care se dizolvă şi se cristalizează în stare hidratată, formând etringit. În acelaşi timp, reacţionează şi silicatul tricalcic (C 3 S), care formează o peliculă în jurul granulelor de ciment. Se constată că, pelicula de geluri are o grosime de două ori mai mare decât particule de ciment din care provine. Astfel, s-a format un sistem de granule de ciment învelite în pelicule de geluri, aflate într-o soluţie de aluminat tricalic (C 3 A). Pe măsură ce aceste geluri îşi pierd faza lichidă, ele îşi reduc volumul la uscare, dar păstrează reţeaua celulară nemodificată, conducând spre o structură poroasă (fig. 3-6). 58

59 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR Porii sferici apar datorită reaşezării granulelor de ciment, după greutatea lor, imediat după preparare, transport şi punerii în lucrare a betonului. Deasupra se adună excesul de apă, din care se separă în bule, aerul inclus la amestecare. Porii de sub agregate (sferici) sunt mai fini decât cei creaţi prin includerea aerului de amestecare şi nu sunt vizibili cu ochiul liber. Porii capilari în beton apar datorită pierderii prin evaporare a apei în exces. Cavernele apar datorită defectelor de punere în lucrare necorespunzătoare a betonului. Por sferici Pori de gel din piatra de ciment Piatra de ciment Nisip Figura 3-6. Schema formări în betonul întărit a porilor de gel, sferici şi capilar Porii rezultaţi se vor înscrie dimensional în anumite limite, respectiv între Å (1 Å= 1 x m) (Tabel 3-5). Nu toţi porii din beton sunt permeabili la apă. Moleculele de apă sunt adsorbite pe pereţii porilor şi fisurilor microcapilare, legătura fiind solidă pentru grosimi ale filmului de apă sub 150 Å. Numai la grosimi peste această valoare, apa devine liberă (fluidă). Astfel, vasele submicrocapilare, cu diametrul sub 0,1 μ (1μ= 1 x 10-6 m), sunt practic impermeabile. Tabel 3-5. Clasificarea porilor funcţie de mărimea lor Denumire pori Dimensiune Metodă de determinare Pori mari > 5 x 10 4 Å Microscopie optică Macropori > 500 Å Porozimetria cu mercur (pori sferici) Pori medii (pori capilari) Micropori (pori de gel) Å Porozimetria cu mercur; Metode bazate pe absorbţie şi condensare capilară < 26 Å Metode bazate pe absorbţie şi condensare capilară dv dlgr A/C = 0,7 A/C = 0.5 A/C = 0,6 A/C = 0,4 Figura 3-7. Influenţa raportului A/C asupra distribuţiei porilor Sursă: Teoreanu I., Moldovan V., Nicolescu L., lgr R[A] Influenţa porilor asupra proprietăţilor betonului depind de forma, dimensiunile, distribuţia, orientarea şi volumul lor. Se preferă porii foarte fini distribuiţi uniform în toată 59

60 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR masa betonului. Trebuie să se evite porii de dimensiuni mari sau porii dirijaţi şi comunicanţi care reduc permeabilitatea şi durabilitatea betonului. Excesul de apă din beton, necesar realizării lucrabilităţii, lasă în urma îndepărtării sale un volum mai mic sau mai mare de pori cu diametru mare, ce influenţează permeabilitatea (fig şi fig. 3-8). Dezvoltarea eforturilor iniţiale prin contracţie şi variaţii ale temperaturii creează microfisuri, care unesc porii şi măresc permeabilitatea betonului, iar prin îmbătrânire, impermeabilitatea betonului scade. Volumul porilor (mm) 100 CP 90 M 80 B Raza porilor r[a] Figura 3-8. Curbe de distribuţie a porozităţii în pasta de ciment (CP), mortar (M) şi beton (B) Sursă: Teoreanu I., Moldovan V., Nicolescu L., CALCULUL POROZITĂŢII BETONULUI Calculul porozităţii funcţie de compoziţia betonului, se realizează folosind relaţia [3.3]: Pb = PpV p + PA ( 1 V p ) [3.3] unde: P b - porozitatea betonului; P p - porozitate ciment întărit (în beton); V P - proporţie volumică pastă ciment; P a - porozitatea agregatelor. Calculul permeabilităţii funcţie de porozitate se poate realiza astfel: a). Folosind coeficientul Valeta al permeabilităţii. 2 d V K p = [3.4] 2ht unde: K p - coeficientul de permeabilitate (m/sec.); v - porozitate (%); h - înălţimea epruvetei (cm); d - adâncimea de infiltrare a apei (m); t - timp (sec.). b). Folosind relaţia Darcy. Qh K s = [3.5] SPt unde: Q - cantitatea de apă filtrată în beton (cm 3 ); h - înălţimea epruvetei (cm); t - timp (sec.); S - suprafaţa epruvetei în contact cu apa (cm 2 ); P - presiunea apei (cm H 2 O). 60

61 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR CALCULUL DISTRIBUŢIEI PORILOR Distribuţia porilor este fracţiunea de pori din volumul total V, care corespunde unei anumite dimensiuni a porilor, relaţia [3.6]. Pentru pori cilindrici: dv = 2nπrldr dv = D ( r)dr [3.6] unde: D v (r) - curba de distribuţie în volum a dimensiunilor porilor funcţie de rază. V Figura 3-9. a. Detaliu al structurii pastei de ciment poroase; b. Model matematic al traseului porilor a b Determinarea porozităţii structurii betonului se poate realiza folosind relaţia [3.7], care se bazează pe ecuaţia Washburn [3.8]. Δ Pr = 2γ cosθ [3.7] 2γ cosθ P = [3.8] r unde: P - presiune; r - raza capilarului (porilor); γ - tensiunea superficială a soluţiei apoase; θ - unghiul de umezire. Pdr + rdp = 0 r dr = dp P Relaţia [3.6] se poate scrie şi sub forma. r dv = DV () r dp [3.9] p Relaţia finală va fi: () P dv D V r = [3.10] r dp Figura Curba diferenţială de distribuţie a porozităţii în pasta de ciment 61

62 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR CONCLUZII Analizând aspectele prezentate grafic, putem sublinia câţiva factori care influenţează permeabilitatea betonului: fineţea de măcinare a cimenturilor (cu cât cimentul este mai fin, cu atât scade permeabilitatea); dozajul de ciment (creşterea dozajului de ciment reduce permeabilitatea); tipul de ciment (cimenturile cu adaosuri necesită o cantitate mai mare de apă, ce poate mări permeabilitatea); fineţea agregatului fin - nisip (creşterea fineţi nisipului măreşte permeabilitatea; se preferă agregate calcaroase); tratarea betonului după punerea în lucrare (păstrarea cât mai mult timp a betonului proaspăt în mediu umed, scade permeabilitatea); utilizarea aditivilor în compoziţiile betoanelor (utilizaţi corect, reduc considerabil permeabilitatea); existenţa unor solicitări de întindere şi a unor eforturi de compresiune peste limita de fisurare (cresc permeabilitatea) GELIVITATEA În timpul exploatării anumitor construcţii, pe perioadele de iarnă, betonul din aceste elemente de construcţii este supus, în general, la cicluri alternante de îngheţ-dezgheţ. Dacă masa de beton întărit expusă acestui fenomen se găseşte în stare umedă şi saturată cu apă, deteriorarea se va finaliza printr-o distrugere rapidă a betonului prin dezagregare (exfoliere şi dislocări) în straturi paralele (fig. 3-11). Acest fenomen apare datorită tensiunilor interne care iau naştere ca urmare a măririi volumului apei îngheţate (cu cca. 9 %) în pori şi fisuri, conducând la mărirea permeabilităţii la apă, micşorarea masei, a rezistenţelor mecanice şi modulului de elasticitate. Gradul de gelivitate (STAS ) se defineşte prin numărul de cicluri de îngheţdezgheţ succesive, pe care epruvetele de beton saturate cu apă (care au vârsta de cel puţin 28 de zile) le pot suporta, fără ca reducerea rezistenţei la compresiune să fie mai mare de 25% sau a modulului de elasticitate cu mai mult de 15% şi pierderea în greutate să scadă mai mult de 5%, faţă de pe epruvete martor care sunt identice din toate punctele de vedere, care însă nu se supun la gelivitate. În schimb, gelivitatea betonului exprimă aptitudinea sa de a rezista fără a suferii deteriorări la variaţiile climatice care se produc, în condiţiile de utilizare, corespunzătoare mediului. Figura Element de beton degradat în urma ciclurilor de îngheţ-dezgheţ 62

63 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR În timp ce gradul de gelivitate este dependent în exclusivitate de proprietăţile betonului el exprimă proprietatea betonului de a se degrada sau distruge sub acţiunea alternativă a îngheţului şi a dezgheţului noţiunea de rezistenţă la îngheţ-dezgheţ se referă atât la proprietăţile betonului cât şi caracteristicile mediului. (Teoreanu I., Moldovan V., Nicolescu L., 1982) DETERMINAREA REZISTENŢEI LA ÎNGHEŢ-DEZGHEŢ Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ a betonului se determină (conform STAS ), folosind: metoda distructivă, care urmăreşte variaţia rezistenţei la compresiune a epruvetelor de beton încercate la îngheţ-dezgheţ faţă de epruvetele martor (confecţionate în acelaşi timp, din acelaşi beton şi conservate până în momentul încercării în acelaşi condiţii cu epruvetele care se supun încercării); metoda nedistructivă, care urmăreşte variaţia modului de elasticitate dinamic relativ. STAS stabileşte nivele de performanţă ale betoanelor în funcţie de gradul de gelivitate, tabel 3-6. Tabel 3-6. Gradul de gelivitate al betonului Gradul de gelivitate Numărul de cicluri îngheţ-dezgheţ* G G G * îngheţ nocturn urmat de dezgheţ diurn (valoarea minimă aproximativă reprezentând 40 de cicluri /an, iar valoarea maximă de 200 cicluri /an) FENOMENUL DETERIORĂRII BETONULUI ÎN URMA CICLURILOR DE ÎNGHEŢ-DEZGHEŢ Rezistenţa la îngheţ - dezgheţ este o problemă actuală, datorită efectelor complexe induse de apariţia eforturilor interne de întindere (exercitate în urma îngheţării apei) şi de contracţie termică (exercitate în urma dezgheţării apei). Deteriorarea se produce în momentul în care eforturile interioare depăşesc rezistenţa la întindere a betonului şi se agravează până la distrugere, pe măsura amplificării şi generalizării în masa betonului a acestui proces. Factorii cei mai importanţi care contribuie la îmbunătăţirea comportării betonului la îngheţ-dezgheţ sunt: 1. Compactitatea betonului Este o caracteristică importantă a betoanelor întărite deoarece ea influenţează permeabilitatea, rezistenţa mecanică, rezistenţa la îngheţ-dezgheţ, rezistenţa la agresivitate chimică şi a durabilităţii în general. 2. Porozitatea betonului Din cauza absorbţiei interioare, care se produce în primele ore ale amestecării cimentului cu apa, în pasta de ciment iau naştere pori de aer închişi (pori sferici), de dimensiuni > 500 Å. Aceşti pori îmbunătăţesc comportarea betonului la îngheţ deoarece apa îngheaţă la temperaturi diferite în porii capilarelor de diametre diferite. 3. Condiţiile de mediu şi de expunere 63

64 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR Temperatura la care îngheaţă apa liberă din beton (pori) depinde de tipul şi mărimea porilor şi distribuţia acestora (Ilinoiu G., 2002) şi de durata expunerii la îngheţ. Capilaritatea 7 reprezintă fenomenul de mişcare a apei, prin pori şi fisuri cu dimensiuni sub 1 mm, datorită forţelor de atracţie moleculară dintre apă şi scheletul mineral al materialului. Figura Schemă teoretică pentru calculul capilarităţii în tuburi subţiri cu secţiune constantă Înălţimea de ridicare a apei (h) prin capilaritate depinde de raportul dintre tensiunile superficiale (T) ale apei şi scheletul mineral cu care apa vine în contact, precum şi de raza tubului capilar - mărimea porilor (d) sau deschiderea fisurilor din beton (fig. 3-12). Fie R raza meniscului sferic, iar r raza tubului capilar. Înălţimea la care se ridică lichidul în tubul capilar este dată de formula lui Jourin: 2σ 2σ cosθ h = = [3.11] ρgr ρgr unde: σ - coeficientul de tensiune superficială a lichidului; ρ - densitatea lichidului; g - acceleraţia gravitaţională; θ - unghiul de racord (când lichidul udă complet vasul θ este foarte mic şi cos θ 1). Apa din micropori şi pori capilari este supusă la presiuni importante, a căror valoare este cu atât mai mare, cu cât diametrul porilor este mai redus; în funcţie de aceste presiuni există diferite grade de temperatură la care îngheaţă apa din porii betonului (Fig. 2). În urma unor încercări experimentale de laborator s-a constatat că între 10 o C -40 o C, apare fenomenul îngheţării apei în pori capilari şi sferici, iar la -70 o C pentru porii de gel. Creşterea volumului apei la îngheţare apare datorită faptului că la scăderea temperaturii, din cauza diferenţei de entropie 8 a apei de gel şi a gheţi, apa de gel capătă o energie potenţială care îi permite deplasarea spre porii şi golurile care conţin gheaţă, contribuind la creşterea volumului de gheaţă din beton, deci la expansiunea acestuia. 4. Componenţii betonului Materialele componente ale betonului sunt: cimentul, agregatele, apa şi aditivii. Această informaţie este însă generală şi insuficientă pentru a proiecta un beton cu rezistenţă la îngheţ-dezgheţ repetat. Fiecare dintre aceste materialele au compoziţii chimice şi mineralogice, caracteristici fizico-mecanice variate. Alegerea lor pentru asigurarea uni durabilităţi optime a betonului, 7 proprietate pe care o au lichidele de a se ridica sau de a coborî, fără intervenţii din afară, în tuburi subţiri; ansamblu de fenomene care se produc (în tuburile capilare) la suprafaţa unui lichid. 8 mărime de stare termică a sistemelor fizice, care creşte în cursul unei transformări ireversibile a lor şi rămâne constantă în cursul unei transformări reversibile. 64

65 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR impune cunoaşterea proprietăţilor şi caracteristicilor lor tehnice, precum şi influenţa pe care ele o au supra proprietăţilor şi caracteristicilor betonului. Principalii factori care influenţează rezistenţa la îngheţ-dezgheţ a betonului, sunt: tipul de ciment; menţinerea raportului A/C în limitele minime admise pentru a menţine volumului de pori minim; existenţa în masa betonului a unui volum corespunzător de aer antrenat (folosirea aditivilor antrenori de aer), agregate negelive cu coeficient de dilatare termică redus, curate; fineţea de măcinare a cimenturilor (cu cât cimentul este mai fin, cu atât scade gelivitatea); dozajul de ciment (creşterea dozajului de ciment reduce gelivitatea); utilizarea adaosurilor active şi inerte introduse la măcinarea cimentului sau la prepararea betonului conduc la îmbunătăţire a lucrabilităţii şi compactităţii betonului; utilizarea aditivilor (antrenori de aer, reducători de apă, impermeabilizatori etc.) în compoziţiile betoanelor (utilizaţi corect, reduc considerabil gelivitatea). 5. Modul de preparare, punere în lucrare şi tratare al betonului corespunzătoare condiţiilor specifice de exploatare Prima condiţie este aceea de asigurare a calităţii amestecului proaspăt. Ea se realizează prin utilizarea materialelor de calitate corespunzătoare, dozarea corectă a acestora şi omogenizarea corespunzătoare a amestecului. Punerea în lucrare a betonului cuprinde ansamblul operaţiilor tehnologice care asigură realizarea diferitelor elemente de construcţii din beton în conformitate cu forma, dimensiunile şi condiţiile de calitate prevăzute în norme şi proiect, realizându-se respectând reglementările specifice în vigoare. Temperaturile scăzute determină o încetinire a reacţiilor de hidratare-hidroliză a cimentului. Această încetinire are consecinţe nefavorabile asupra vitezei de întărire a betonului reducând-o sensibil. Tratarea betonului după punerea în lucrare prin protejarea împotriva îngheţării a fazei lichide din beton, până când acesta a ajuns la gradul critic de maturizare şi/sau crearea unor condiţii de întărire care să aibă efecte cât mai favorabile asupra vitezei de întărire şi asupra proprietăţilor fizico- chimico- mecanice ale betonului întărit. Conform observaţiilor făcute în decursul timpului pe numeroase încercări de laborator, s-a constatat că betonul corect proiectat, preparat, pus în lucrare şi tratat corespunzător (7 28 zile după punerea în lucrare) rezistă întotdeauna un timp îndelungat la acţiunea îngheţ-dezgheţ repetat (fig. 3-13, şi 3-14) Număr de cicluri îngheţ-dezgheţ ce determină reducerera greutăţii cu 25% Figura Influenţa A/C asupra rezistenţei la îngheţ a betonului păstrat în apă 28 de zile a b ,45 0,55 0,65 0,75 0,85 Raport A/C a. beton cu aer antrenat; b. beton fără aer antrenat Sursă: Teoreanu I., Moldovan V., Nicolescu L.,

66 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR 8000 Număr de cicluri îngheţ-dezgheţ ce determină reducerea greutăţii cu 25% Figura Influenţa A/C asupra rezistenţei la îngheţ a betonului a. beton cu aer antrenat; b. beton fără aer antrenat b a ,45 0,55 0,65 0,75 0,85 Raport A/C REZISTENŢELE MECANICE ALE BETONULUI Încercările de rezistenţa pot fi folosite ca un criteriu rapid de evaluare a unor proprietăţi ale betonului, fiind folosit ca o măsură a calităţii acestuia. Diversele procedee de încercare sunt caracterizate prin: tipul de solicitare: întindere, compresiune, încovoiere, forfecare, torsiune; evoluţia în timp a solicitării: continuă, constantă, şoc, oscilantă. Valorile caracteristicilor de material se determină în laborator pe epruvete de dimensiuni standardizate (cubice cu latura de 150 mm, cilindrice de φ 150 x H 300 mm sau prismatice), în condiţii standardizate cu maşini de încercat specifice, prin unul din următoarele procedee: măsurarea forţei ce determină o anumită deformare sau rupere a probei, pentru a determina de exemplu: alungirea, rezistenţa de rupere la tracţiune; măsurarea deformării cauzate de o forţă definită pentru a determina de exemplu limita de deformare în timp, modului de elasticitate longitudinal şi transversal; măsurarea deformării maxim posibile, pentru a determina de exemplu alungirea la rupere, unghiul de încovoiere la "încercarea de pliere", coeficientul de flambaj; determinarea numărului maxim posibil de acţiuni ale forţei sau de deformări, pentru a determina de exemplu rezistenţa la oboseală, numărul de încovoieri de o parte şi de alta până la rupere; măsurarea lucrului mecanic ce determină o anumită deformare sau rupere, pentru a determina de exemplu rezilienţa, rezistenţa la încovoiere sau întindere prin şoc; Prin procedeele de încercare se imită condiţii tipice de solicitare, plecându-se de la condiţii reale. 66

67 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR REZISTENŢA LA COMPRESIUNE Rezistenţa la compresiune se determină pentru solicitări de compresiune monoaxială, biaxială şi triaxială, realizate pe epruvete cubice, cilindrice şi/sau prismatice, la diferite vârste (3, 7, 14 sau 28 de zile), în condiţii standard, turnate şi compactate în condiţii similare punerii în lucrare a betonului. Rezistenţa la compresiune a betonului se determină (conform STAS şi STAS ), folosind prese hidraulice. Astfel, ea se determină prin aplicarea unei forţe uniform crescătoare pe epruvete cubice (fig. 3-15), cilindrice sau pe fragmente de prismă (fig. 3-15) rezultate de la încercarea la întindere prin încovoiere sau de la încercarea de încovoiere. Rezistenţa la rupere f c (MPa), determinată pe astfel de epruvete este raportul dintre forţa axială de compresiune axială P (N), care provoacă ruperea şi aria suprafeţei epruvetei A (mm 2 ). P R c = (N/mm 2 ; MPa) [3.12] A unde: P - forţa de rupere, citită pe manometrul presei (N); A - aria secţiunii de referinţă a epruvetei (mm 2 ). Figura Schema încercării la compresiune a epruvetelor cubice 1. Platan superior al presei, 2. dispozitiv cu rotulă pentru transmitere uniformă şi centrică a forţei, 3. platan inferior al presei, 4. plăcuţe metalice intermediare. Sursă: STAS ; INCERC Încercarea la compresiune a epruvetelor cubice Mod corect de rupere a epruvetei Figura Schema încercării la compresiune a fragmentelor de prismă 1. Platan superior presă, 2. Plăci metalice, 3. Jumătăţi de prismă, 4. Platan inferior presă Sursă: STAS 227/6-86; Popa R., Teodorescu M., 1984; Opriş S., 1994.; Ionescu I, Ispas T., 1997; Neville A. M.,

68 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR Rc (MPa) σ (MPa) C (kg/m 3 ) Figura Creşterea rezistenţei la compresiune a betonului funcţie de dozajul de ciment ε (% o ) Figura Diagramă efort (σ)-deformaţie (ε) la compresiune monoaxială Clasa betonului este definită pe baza rezistenţei caracteristice f ck,28 la compresiune (N/mm 2 ; MPa) determinată pe epruvete cubice cu latura de 150 mm (sau cilindrice cu de 150/300 mm, păstrate în condiţii standard şi încercate la vârsta de 28 zile, în condiţii de laborator conform STAS (NE , NE ) Tabel 3-7. Clase de betoane (N/mm 2 ; MPa) Clasa de rezistenţă a betonului NE C* 2,8 / 3,5 C 4 / 5 C* 6 / 7,5 C 8 / 10 C 12 / 15 C 16 / 20 Rezistenţă caracteristică (clasa) betonului (MPa) f c,28 cilindru 2, f c,28 cub 3,5 5 7, , * clase de beton care nu se regăsesc în normele europene Mărimea rezistenţei caracteristice este definită probabilistic ca valoare sub care se pot situa cel mult 5% din rezultate. (Agent R., Dumitrescu D., Postelnicu T., 1992) Tabel 3-8. Rezistenţa betonului funcţie de vârstă Clasa Rezistenţa Rezistenţa cubică la diferite vârste (MPa) betonului betonului, f c (MPa) 7 zile 2 luni 3 luni 6 luni 1 an 20 20,0 13, ,0 16,5 27, , , ,5 47, , ,5 57,5 60 Marca betonului este rezistenţa minimă la compresiune (dan/cm 2 ) determinată la vârsta de 28 zile pe epruvete cu latura de 141 mm, în condiţii de laborator, corespunzătoare unui coeficient de variaţie c v = 15 % acceptat convenţional ca reprezentând o calitate medie a execuţie. C* 18 / 22,5 C 20 / 25 C 25 / 30 C* 28 / 35 C 30 / 37 C* 32 / 40 C 35 / 45 C 40 / 50 C 45 / 55 C 50 / 60 68

69 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR REZISTENŢA LA ÎNTINDERE Rezistenţa la întindere se determină prin două metode: metoda directă, pentru solicitări de întindere centrică (întindere axială) şi metoda indirectă, pentru întindere din încovoiere şi întindere din despicare. F F a. Întindere centrică Rezistenţa la întindere centrică (axială) a betonului se determină (conform STAS 1275/88) pe epruvete cilindrice, opturi (fig. 3-19) sau prismatice care au lipite la capete, cu un adeziv, două plăci metalice de formă specială care permit fixarea epruvetei în presa hidraulică. Forţele trebuie să acţioneze una în prelungirea celeilalte, perpendicular pe secţiune şi pe direcţia axei de simetrie. Figura Presă hidraulică de încercare a epruvetelor betonului la întindere axială b. Întindere prin încovoiere Rezistenţa la întindere din încovoiere a betonului se determină (conform STAS 1275/88), folosind epruvete prismatice de 100 x 100 x 550 mm sau 200 x 200 x 700 mm şi fragmente de prismă rezultate de la încercarea prismelor întregi, în mod crescător, a unei singure forţe în mijlocul distanţei dintre cele două reazăme semicirculare şi ţinându-se seama de comportarea elastică a zonei întinse până la rupere. Epruvetele se încearcă la încovoiere pe deschiderea de 300 mm, iar cele de 200 x 200 x 700 mm pe deschiderea de 600 mm, aplicându-se în ambele cazuri o forţă concentrată la mijlocul distanţei dintre reazeme. Reazemele epruvetei şi cuţitul prin care se transmite forţa concentrată trebuie să aibă o secţiune semicirculară cu diametrul egal cu mm. Încercarea se efectuează cu o presă hidraulică care permite aplicarea continuă şi uniformă a forţei până la rupere, cu o viteză constantă de creştere a eforturilor unitare din fibrele extreme de (0,5 ±0,2) dan/cm 2 s. Aplicarea forţei se face perpendicular pe direcţia de turnare a betonului. Rezistenţa la întindere prin încovoiere se calculează cu relaţia: Pl R t = (N/mm 2 ; MPa) - pentru betoane cu agregate grele [3.13] 3 a Pl R t = (N/mm 2 ; MPa) - pentru betoane cu agregate uşoare [3.14] 3 a unde: P - forţa de rupere citită pe manometru presei (N); l - distanţa dintre reazeme (mm); 2 a = bh - latura secţiunii transversale a epruvetei măsurată în imediata vecinătate a secţiunii de rupere (mm); b - lăţimea medie a secţiunii transversale (mm); h - înălţimea medie a secţiunii transversale (mm). 69

70 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR a B 300 b= 600 b= 550 C c c= 150 c= 100 B Figura Presă de încercare a epruvetelor betonului la întindere din încovoiere Sursă: Romtech 180 C Contactul reazemelor şi a cuţitului de transmitere cu betonul trebuie să se realizeze pe întreaga lăţime a epruvetei. Pe epruvetele prismatice de 100 x 100 x 550 mm se efectuează două încercări exemplificate în fig Sursă: STAS Figura Schema încercării la întindere prin încovoiere a epruvetelor prismatice c. Întindere din despicare Rezistenţa la întindere din despicare a betonului se determină (conform STAS ), folosind epruvete cubice, cilindrice sau fragmente de prismă şi aceleaşi prese hidraulice ca pentru încercările la compresiune. Transmiterea sarcinii asupra epruvetelor se face prin intermediul a două generatoare diametral opuse, două fâşii de carton sau două şipci de lemn având lăţimea s = (0, ,10)a, grosimea t = mm şi lungimea mai mare cu circa 40 mm decât dimensiunea a. Încărcarea se aplică perpendicular pe direcţia de turnare, asigurându-se o creştere continuă si uniformă a efortului unitar de (0,5±6,2) (N/mm 2 s). 2P Rezistenţa la întindere se obţine cu relaţia: R t = (N/mm 2 ; MPa) [3.15] π 2 a unde: P - forţa de rupere, citită pe manometrul presei (N); a - mărimea laturii cubului sau a secţiunii transversale a epruvetei (mm 2 ). Rezultatul determinării se rotunjeşte la 1 N/mm 2 şi reprezintă media aritmetică a valorilor obţinute la încercarea unei serii de epruvete. 70

71 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR Rezistenţa la întindere prin despicare este, în general, cu 5 15% mai mare (funcţie de clasa betonului) decât rezistenţa la întindere axială. Figura Schema încercării la despicare a epruvetelor cubice, cilindrice şi prismatice Sursă: STAS Figura Schema încercării la întindere prin despicare a epruvetelor cilindrice FACTORI DE CARE DEPINDE REZISTENŢA LA ÎNTINDERE Rezistenţa la întindere depinde de aceiaşi factori ca şi rezistenţa la compresiune, determinându-se prin încercarea la întindere prin despicare sau prin încovoiere după metoda folosită, pe epruvete cubice, cilindrice, prismatice. Factorii de care depinde această rezistenţă sunt raportul A/C şi temperatura respectiv maturizarea betonului. Rezistenţa la întindere creşte până la aproximativ acelaşi dozaj de ciment ca şi rezistenţa la compresiune apoi scade deoarece dozajele ridicate necesită cantităţi de apă de amestecare mari. La întindere, prin evaporarea apei apar fisuri care la compresiune se închid, dar la întindere se deschid micşorând rezistenţa. 71

72 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR REZISTENŢA LA FORFECARE (FORŢE TĂIETOARE) Rezistenţa la forfecare nu reprezintă un factor critic privitor la proiectarea structurală deoarece betonului este mult mai slab la întindere chiar dacă el pare a fi supus la forţe tăietoare REZISTENŢA LA ŞOC Rezistenţa la şoc este o caracteristică a betonului pentru anumite lucrări şi se determină (conform STAS ), folosind ciocan Foppl având greutatea de 50 kg care este lăsat să cadă, de un anumit număr de ori, de la o înălţime din ce în ce mai mare, până când epruveta se rupe (nu mai produce reculul ciocanului). Încercarea reprezintă numai un criteriu de apreciere comparativă a comportării betonului la acţiunea încărcărilor care se aplică brusc asupra sa. Pentru repartizarea forţei de şoc pe toată suprafaţa epruvetei, se aşează deasupra ei o placă de oţel. Rezistenţa la şoc se stabileşte cu relaţia: Ph R s = (MPa; N/mm 2 ) [3.16] V unde: P - greutatea ciocanului; h - înălţimea maximă de cădere a ciocanului la care s-a produs sfărmarea epruvetei; V - volumul epruvetei încercate REZISTENŢA LA UZURĂ Rezistenţa la uzură este capacitatea suprafeţei betonului de a rezista frecării datorită materialelor de aceeaşi natură sau de natură diferită, eroziunii apelor ce transportă particule abrazive etc. Rezistenţa la uzură a betonului se determină (conform STAS ), folosind metoda prin şlefuire, în stare uscată, cu ajutorul abrazivilor. Epruvetele pe care se efectuează determinarea sunt cuburi cu latura de (70+0,7) mm sau (100+0,7) mm. Proba supusă încercării va fi constituită din 3 epruvete. Se pot efectua încercări de uzură şi pe epruvete fasonate din beton întărit. Încercarea se efectuează la vârsta de 28 zile în cazul betoanelor cu întărire normală, sau după obţinerea unei rezistenţe echivalente în cazul betoanelor cu întărire rapidă. Pentru efectuarea încercării se utilizează un aparat sistem Bohme (fig. 3-24). în timpul încercării epruveta este solicitată la un efort de apăsare de 6 N/mm 2. Ca material abraziv se utilizează nisipul silicios monogranular. Înainte de încercare, epruvetele se usucă la (105+5) C până la masă constantă şi apoi se răcesc la temperatura normală a încăperii. Se cântăresc epruvetele cu precizia de 0,1 g. Se împrăştie pe platforma de şlefuire 20 g abraziv în cazul epruvetelor cu latura de 70 mm, respectiv 40 g în cazul celor cu latura de 100 mm. Se introduce epruveta în dispozitivul de fixare şi se pune aparatul în mişcare. După fiecare 22 rotaţii aparatul se opreşte automat, se scoate epruveta şi se curăţă cu o perie de aspră, după care se curăţă platforma de şlefuire de abrazivul uzat. Se împrăştie o nouă cantitate de abraziv şi se introduce epruveta în aceeaşi poziţie, repetându-se operaţiile până la executarea unui număr de 5 x 22 = 110 rotaţii. Apoi se cântăreşte epruveta cu precizia de 0,1 g şi se introduce din nou în aparat într-o poziţie rotită cu 90 şi se repetă operaţiile de mai sus, 72

73 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR rotind epruveta de încă două ori cu 90. După efectuarea celor 4 x 110 = 440 rotaţii epruveta se cântăreşte iarăşi, cu aceeaşi precizie. Figura Aparat sistem Bohme pentru determinarea rezistenţei la uzură a betonului 1. Platforma de şlefuire; 2. Sistem de oprire automată; 3. Pârghie; 4. Dispozitiv reglabil de prindere a epruvetelor. Se măsoară grosimea epruvetei cu un comparator cu precizia de 0,01 mm, înainte şi după fiecare 110 rotaţii ale platformei de şlefuire măsurătoarea efectuându-se în nouă puncte dispuse ca în figura În funcţie de modul de exprimare (prin pierderea de masă, de grosime sau de volum) uzura betonului se stabileşte cu una din următoarele relaţii: mo m f U1 = [3.17] A U o = l o l 2 f [3.18] m o m f U 3 = [3.19] ρ unde: m o, m f - masa iniţială, respectiv finală a epruvetei (g); A o - aria epruvetei pe care se produce uzura (cm 2 ); l o, l f - grosimea medie iniţială, respectiv finală (mm); ρ ap - densitatea aparentă a epruvetei. Rezultatul determinării reprezintă media valorilor obţinute la încercarea celor 3 epruvete FACTORI GENERALI CARE INFLUENŢEAZĂ REZISTENŢA BETONULUI Rezistenţa betonului este influenţată de calitatea componenţilor săi, de proporţiile lor, de calitatea aderenţei dintre matrice şi agregat, de modul şi condiţiile de punere în lucrare şi întărire, de viteza de încercarea a epruvetelor etc. (tabel 3-9). ap Tabel 3-9. Factori care influenţează rezistenţa betonului Componenţii betonului Compoziţia betonului Factori de producţie şi transport Agregate Ciment Aditivi Clasa Timp Calitatea agregatelor Calitate ciment Tip aditiv betonului Raportul A/C malaxare Metodă malaxare Condiţii punere în lucrare şi întărire Tehnologia punerii în lucrare Procedeul de compactare Condiţii de mediu şi de expunere Fizici Climatici 73

74 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR Concentraţii ale substanţelor chimice Caracteristicile suprafeţei agregatului Compoziţia chimică a agregatului Granulozitatea şi mărimea agregatelor Modulul de elasticitate Umiditatea agregatului Porozitatea agregatului Tip ciment Dozaj de ciment Compoziţia mineralogică Fineţea de măcinare a cimentului Adaoşi Nivelul de hidratare Dozaj aditiv Dozaj ciment Cantitate de apă Grad de permeabilitate Grad de gelivitate Mijloc de transport Metode de protecţie după turnare Procedeul accelerării termice Chimici agresivi CONDUCTIVITATEA TERMICĂ Conductivitatea termică depinde de densitatea aparentă a betonului, natura agregatului, porozitatea betonului şi umiditatea betonului (λ=0,35 0,8 - beton uşor şi 1,0 3,5 - beton greu W / m o K). Qδ λ = (W / m S( o K) [3.20] T 1 T 2 )τ unde: Q - cantitatea de căldură transmisă de materialul de grosime δ cu diferenţa de temperatură între cele două feţe (T 1 T 2 ), în timpul τ. Conductivitatea termică caracterizează capacitatea betonului de a transmite prin masa sa un flux termic ca rezultat al unei diferenţe de temperatură existente între feţele materialului. (Simion Al, 1997) DEFORMAŢIA BETONULUI Deformaţia betonului reprezintă modificarea de volum a betonului la preparare, în timpul prizei şi întăririi, chiar şi după întărire datorită fenomenelor fizico-chimice, care acţionează asupra acestuia cu diferite intensităţi (umiditate, temperatură, presiune, acţiuni exterioare etc). (Ivanov I., Căpăţână Al., 1995) Principalele modificări de volum produse asupra betonului sunt: contracţia, umflarea, dilatarea, deformaţiile elastice, vâsco-plastice, elasto-vâsco plastice CONTRACŢIA LA USCARE ŞI UMFLAREA LA REUMEZIRE Contracţia la uscare şi umflarea la reumezire reprezintă fenomene datorate variaţiei de volum şi absenţei, respectiv prezenţei apei în amestec. Contracţia betonului (STAS ) reprezintă micşorarea volumului acestuia la întărire în aer, datorită pierderii prin evaporare apei liberă din porii capilari şi geluri şi a ruperii scheletului cristalin a pietrei de ciment (în fazele iniţiale ale întăririi). Datorită acestui 74

75 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR fenomen de deshidratare, gelurile se contractă, generând tensiuni interioare în masa betonului care conduc la formarea microfisurilor. Perioada critică în care apare fenomenul accentuat de contracţie este după câteva ore de la turnarea betonului, perioadă în care trebuie luate toate măsurile necesare pentru protecţia suprafeţei acestuia împotriva evaporării a apei din amestec. Acest fenomen accentuează contracţia la uscare, dând naştere unui sistem de defecte în structura betonului. Prin tratarea şi protecţia suprafeţelor betonului se controlează pierderile de umiditate din beton după ce a fost pus în lucrare, fără a modifica natura fazelor care se formează prin hidratare-hidroliză a cimentului. Conservarea umidităţii, pe o anumită perioadă de timp după turnare (durata de tratare), contribuie la micşorarea contracţiei betonului la uscare, creşterea rezistenţele mecanice, creşterea aderenţei betonului la armătură, micşorarea permeabilităţii. (Popa R., Teodorescu M., 1984) Prin conservarea unui grad ridicat de umiditate pe o anumit interval de timp, după turnare, producerea contracţiei betonului se întârzie şi se diminuează, dar nu se elimină. Contracţia betonului creşte logaritmic în timp, atingând pentru betoane obişnuite valori de 0,2 0,4 mm/m după un an de la preparare Un alt element important, de menţionat, este faptul că agregatele joacă un rol important în micşorarea contracţiilor la uscare deoarece formează un schelet rigid care împiedică micşorarea excesivă de volum. Contracţia betonului se determină prin măsurarea distanţelor între repere fixate pe epruvete prismatice, păstrate la temperatură şi umiditate constantă. Contracţia betonului la o vârstă oarecare t, se calculează cu relaţia: δ 0 δ t ε c = ( mm / m) [3.21] L0 unde: ε c - contracţia betonului; δo - distanţa între repere la 7 zile (mm); δt - distanţa pe microprocesor la timpul t (mm); L o - distanţa între reperele epruvetei (mm). Umflarea betonului reprezintă creşterea volumului acestuia în timpul prizei şi al întăririi betonului. Umezirea, pe un interval de timp lung sau imersarea permanentă în apă, determină mărirea umidităţii masei de beton şi implicit umflarea betonului. Fenomenul este invers contracţiei şi se explică prin faptul că gelurile, prin îmbătrânire, îşi modifică parţial structura, astfel încât la umflare nu mai poate pătrunde aceeaşi cantitate de apă pe care a pierdut-o la uscare (gelurile prin peliculele de apă îndepărtează microcristalele unele de altele). Valorile înregistrate ale umflării fiind cu mult mai mici decât cele ale contracţiei, nereprezentând un pericol al degradării structurii interne a betonului DILATAREA TERMICĂ Dilatarea termică (expansiunea termică diferenţiată) reprezintă variaţia dimensiunilor elementului de beton, rezultat al expansiunii termice diferenţiate a componenţilor datorită valorii diferite ale coeficienţilor de dilatare termică ale acestora (piatra de ciment, aer şi agregate din beton). Dilatarea termică al betonului obişnuit este de ordinul 10-5 o K -1 (iar pentru betonul cu agregate uşoare 0,8 x 10-5 o K -1 ), fiind de acelaşi ordin de mărime cu al oţelului moale, permiţând înglobarea oţelului în beton sub formă de armături. ε = α t Δ t [3.22] 75

76 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR unde: ε - deformaţia longitudinală; α t - coeficient de dilatare termică liniar; Δ t temperatura. a c b Figura Principalele tipuri de dilatări şi contracţii ale betonului a. Contracţie liberă, b. Expansiune în secţiune, c. Beton fisurat. Principalele cauze ale degradării fizice a structurii betonului sunt: dilatarea termică diferenţiată a componenţilor betonului, dilatarea termică diferenţiată a elementului în ansamblu şi pierderea apei din beton prin evaporare BIBLIOGRAFIE LA CAPITOLUL 3 1. Agent R., Dumitrescu D., Postelnicu T., Îndrumător pentru calculul şi alcătuirea elementelor structurale de beton armat. Editura Tehnică, Bentz D. P., Quenard D. A., Baroghel - Bouny V., Garboczi E. J., Jennings H. M., Modeling drying shrinkage of cement paste and mortar. Part 1. Structural models from nanometers to millimeters. Materials and Structures, 1995, 28, Budan C., Contribuţii în managementul şi ingineria proceselor de construcţii pentru realizarea lucrărilor de reparaţii şi consolidări a elementelor din beton, beton armat şi beton precomprimat. UTCB, Teză de doctorat. 4. Buchaman I., Bob C., Jebelean E., Badea C., Iureş L., Controlul calităţii lianţilor, mortarelor şi betoanelor. Editura Orizonturi Universitare, Timişoara, Cadar I., Tudor C., Tudor A., Beton armat. Editura Orizonturi Universitare, Timişoara, Carino N. J., Clifton J. R., Predicting of cracking in reinforced concrete structures. NISTIR Aprilie Building and Fire Research Laboratory National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD USA. 7. Cărare T., Cartea fierarului betonist. Editura Tehnică, Crăciunescu L., Popa E., Materiale de construcţie. Editura ICB, Crăciunescu L., Popa E., Materiale de construcţie. Editura UTCB, Dean Y., Mitchell s Building Series. Materials Technology. Pearson Ltd., Anglia Dobre R. C., Chimie şi materiale de construcţii pentru instalaţii. Editura Style, Ilinoiu G., Durabilitatea betoanelor. Construcţii Civile şi Industriale. Nr. 24 / X, Ilinoiu G., Calitatea betoanelor. Studiul asupra normativului NE Nr. 2, Buletin AICPS (2001), pag ; 14. Ilinoiu G., Permeabilitate betoanelor. Construcţii Civile şi Industriale. Nr. 26 / II, Ilinoiu G., Gelivitatea betonului. Construcţii Civile şi Industriale Anul IV, Nr. 33 August 2002, pag Ilinoiu G., Deteriorarea prin îngheţ-dezgheţ a betoanelor - Fenomene Specifice şi Principalii Factori care contribuie la îmbunătăţirea comportării pe timp friguros. Al XIV-lea Congres Naţional AICPS, 14 Mai 2004, Sala Palatului, Bucureşti, ISSN X. 76

77 PRINCIPALELE PROPRIETĂŢI ALE BETOANELOR 17. Ilinoiu G., Permeabilitatea betonului - Fenomene Specifice şi Optimizarea Proiectării Tehnologice a Compoziţiei Betonului. Al XV-lea Congres Naţional AICPS, 14 Mai 2004, Sala Palatului, Bucureşti, ISSN X. 18. Ionescu I, Ispas T., Proprietăţile şi tehnologia betoanelor. Editura tehnică Ivanov I., Căpăţână Al., Lexicon de materiale tehnologice pentru industrie şi construcţii. Editura Tehnică, Franco R. J., Concrete mix and member design considerations. To limit the effects of drying shrinkage. Structure. National Council of Structural Engineers Associations. pag Lucaci Gh., Costescu I., Belc Fl., Construcţia drumurilor. Editura Tehnică, Martys N., Ferraris C. F., Sorption of water in mortar and concrete. Materials for the New Millennium Conference. Proceedings of the 4 th Materials Engineering Conference, Washington DC. Nov , Phan L. T., Carino N. J., Mechanical properties of high-strength concrete at elevated temperatures. NISTIR March 2001, Building and Fire Research Laboratory National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD USA. 24. Popa R., Teodorescu M., Tehnologia lucrărilor de construcţii. UTCB, Simion Al., Materiale de construcţie. Vol. 1. Editura UTCB, Snyder K. A., Feng X., Keen B. D., Mason T. 0., Estimating the electrical conductivity of cement paste pore solutions from OR -, K + and Na + concentrations. Cement and Concrete Research, Vol.-33, No.6, , June Teodorescu M., Ilinoiu G., Verificări efectuate de către executant în cadrul controlului calităţii betoanelor. Nr. 7, Antreprenorul (2000). 28. Teoreanu I., Moldovan V., Nicolescu L., Durabilitatea betonului. Editura Tehnică NE Cod de practică peru executarea lucrărilor din beton, beton armat şi beton precomprimat. 30. STAS Încercări pe betoane. Încercări pe betonul întărit. Determinarea rezistenţelor mecanice; 31. STAS Încercări pe betoane. Determinarea rezistenţei la îngheţ-dezgheţ. 32. STAS Încercări pe betoane. Verificarea impermeabilităţii la apă. 33. STAS Betoane de ciment. Verificarea reacţiei alcalii agregat. 34. STAS Încercări pe betonului proaspăt. Determinarea conţinutului de aer oclus. 35. Specificaţii tehnice - Flexcrete, Anglia

78 AMESTECAREA COMPONENŢILOR BETONULUI CAPITOLUL 4. AMESTECAREA COMPONENŢILOR BETONULUI 4.1. CONSIDERAŢII GENERALE Prin procesul de amestecare a betonului trebuie să asigure dispersia uniformă a componenţilor în masa acestuia, deflocularea 9 şi umezirea cimentului, învelirea tuturor granulelor de agregat cu pastă de ciment, precum şi obţinerea unei lucrabilităţi constante prin antrenarea componenţilor betonului în ansamblu, cât şi unii faţă de alţii. Acest proces are ca scop final realizarea integrală a condiţiilor de calitate impuse amestecului proaspăt, iar prin acesta crearea condiţiilor optime pentru obţinerea proprietăţilor fizico chimico - mecanice impuse ale betonului întărit. (Popa R., Teodorescu M., 1984; Popa R., Popa E., 1986; Ionescu I., Ispas T., 1997; Neville A. M., 2003.) Amestecul este definit ca un sistem policomponent, omogen sau eterogen în orice raport al maselor componenţilor, în orice stare de agregare, în care fiecare component îşi păstrează proprietăţile caracteristice şi poate fi separat de ceilalţi prin metode fizice sau mecanice. Amestecul de beton (conform NE ) reprezintă cantitatea de beton proaspăt produsă într-un singur ciclu, de către un malaxor discontinuu, sau cantitatea de beton descărcat sub amestec continuu într-un minut. Amestecul de beton proiectat (conform NE ) reprezintă betonul pentru care beneficiarul specifică performanţele necesare, iar producătorul este responsabil să furnizeze un beton care asigură aceste performanţe şi eventuale caracteristici suplimentare. Amestecul de beton cu compoziţie prescrisă (conform NE ) reprezintă betonul pentru care beneficiarul specifică materialele componente şi compoziţie amestecului, producătorul fiind responsabil de furnizarea unui beton având compoziţia prescrisă, însă nerăspunzând de performanţele lui. Calitatea amestecului este apreciată după gradul (uniformitatea) dispersiei componenţilor în masa betonului, denumit gradul de omogenitate al betonului, acesta fiind influenţat de următorii factori: proprietăţile componenţilor betonului, corectitudinea dozării componenţilor (în limitele toleranţelor admise), tipul malaxorului, ordine introducerii materialelor în malaxor, timpul de amestecare, corectitudinea preparării tuturor şarjelor de aceiaşi clasă de rezistenţă, buna funcţionare a maşinilor de amestecat şi modul şi durata descărcării amestecului etc. 9 dispersarea complexă a particulelor de ciment în timpul înglobării şi amestecării betonului 78

79 AMESTECAREA COMPONENŢILOR BETONULUI 4.2. METODE DE DETERMINARE A OMOGENITĂŢII BETONULUI Modelarea statistică a proprietăţilor betonului este calea cea mai sigură de interpretare a rezultatelor încercărilor experimentale, pentru a se stabili criterii de calitate şi control a omogenităţii betonului. Între variaţiile rezultatelor determinărilor şi variabilitatea proprietăţilor betonului, respectiv a rezistenţelor existând concordanţă. Principalele metode de determinare a omogenităţii betonului sunt: a. aprecierea unor proprietăţi ale betonului în stare proaspătă (consistenţa, coeziunea, stabilitatea, segregarea, tendinţa de separare a apei etc.) sau în stare întărită (rezistenţa la compresiune, întindere, impermeabilitate, gelivitate, contracţie la uscare etc.); b. evaluarea dispersiei în amestec a componenţilor betonului (ciment, apă, agregat şi aer inclus) EVALUAREA OMOGENITĂŢII PRIN APRECIEREA UNOR PROPRIETĂŢI ALE BETONULUI ÎN STARE ÎNTĂRITĂ, PRECUM REZISTENŢA LA COMPRESIUNE Conform C , NE şi NE determinarea omogenităţii se realizează în funcţie de valorile exprimate în N/mm 2 ale abaterii standard (S) şi a rezistenţei medii la compresiune (x n ), conform tabel 4-1. Tabel 4-1. Grad de omogenitate, raportat la abatere şi rezistenţă medie, conform C S Grad de omogenitate R I < 0,670 II 0,670 0,975 III > 0,975 unde: S abaterea standard determinată pentru minimum 15 rezultate înregistrate, într-o perioadă de minimum 3 luni; R rezistenţa medie. Tabel 4-2. Grad de omogenitate, raportat la abatere şi rezistenţă medie, conform NE S Grad de omogenitate x n I < 0,670 II 0,670 0,975 III > 0,975 unde: S abaterea standard determinată pentru minimum 16 rezultate înregistrate, într-o perioadă de minimum 3 luni; x n rezistenţa medie. 79

80 AMESTECAREA COMPONENŢILOR BETONULUI Tabel 4-3. Grad de omogenitate, raportat la abatere şi rezistenţă medie, conform NE S Grad de omogenitate I < 0,670 II 0,670 0,975 III > 0,975 Valoarea medie a rezultatelor ( x) este dată de media aritmetică a rezultatelor n x1 + x2 + x xn individuale x i pentru n încercări: x = = (1/n) xi [4.1] n i= 1 sau, în cazul unei distribuţii a valorilor cu frecvenţe F 1, F 2, F 3 F n : n x = x F i [4.2] i= 1 sau, pentru o variabilă continuă: x = + x f(x) dx [4.3] Abaterea standard Sn corespunzătoare pentru x procese (S 2 pătratul abaterii standard dispersia) este exprimarea valorică a variabilităţii (dispersiei) în jurul mediei. 2 ( xi xn ) S = λ S n = λ [4.4] n 1 unde: x n - valoarea medie a rezistenţelor obţinute a n eşantioane; n - numărul total de probe; S - abaterea standard a unui eşantion; Sn - abaterea standard, se determină pentru un număr minim de 16 rezultate înregistrate într-o perioadă de maximum 3 luni; λ - coeficient funcţie de numărul de probe (rezultate) analizate. (Tabel 4-4) Tabel 4-4. Valorile λ funcţie de numărul de probe n, conform NE n λ 1,14 1,125 1,11 1,095 1,08 1,06 1,04 1,02 1,01 1,00 pentru valori corectate, în locul lui n sa ia n - 1 (corecţia Bessel) corecţie care se poate neglija pentru n > 30. Pentru uşurinţa calculului se foloseşte expresia: x1 + x x S = n x2 n [4.5] Coeficientul de variaţie c v reprezintă raportul dintre abaterea standard şi valoarea medie a variabilei cercetate experimental: c v = (S / x ) [4.6] Cu ajutorul coeficientului de variaţie se poate stabili care este valoarea minimă care poate apărea cu o anumită probabilitate pentru cantitatea de beton din care s-au luat probele; această valoare este corespunzătoare unei anumite probabilităţi. Se ia în considerare probabilitatea de 90%, ceea ce înseamnă că 90% din rezistenţele betonului examinat au o valoare mai mare sau egală cu rezistenţa caracteristică, iar în restul de 10%, denumit risc pot apărea rezistenţe mai mici decât rezistenţa caracteristică. Dar numai în situaţia în care aceste rezultate se află în afara intervalului de valori X ± 2 X (N/mm 2 ). N N x n 80

81 AMESTECAREA COMPONENŢILOR BETONULUI Pe plan mondial, se consideră valoarea coeficientului de variaţie ca fiind corespunzătoare dacă se încadrează între maximum 6% şi 8 %, funcţie de lucrabilitatea betonului şi tipul de malaxor folosit METODE DE MALAXARE Amestecarea mecanică a componenţilor betonului se realizează cu ajutorul unui organ (sistem) de malaxare care se roteşte în jurul unui ax vertical sau orizontal, fiind antrenat de către un motor independent electric sau pe bază de benzină. Aceste maşini destinate preparării amestecurilor se numesc malaxoare, fiind cunoscute şi sub denumirea de betoniere. Termenul de betonieră tinde a se folosi, mai ales, pentru maşini cu amestecare prin cădere liberă, iar pentru maşinile cu amestecare forţată, cel de malaxoare. Malaxoarele pot fi clasificate după trei criterii (Popa R., Popa E, 1986 ): continuitatea procesului de amestecare: malaxoare cu acţiune ciclică sau continuă; înclinarea axei cuvei: malaxoare cu ax vertical sau orizontal; metoda de amestecare: malaxoare cu amestecare prin cădere liberă (gravitaţionale), malaxoare cu amestecare forţată, malaxoare vibratoare, malaxoare cu amestecare combinată şi malaxoare turbulente. Alegerea metodei de malaxare a betonului (mortarului) depinde de condiţiile specifice precum: energia disponibilă, compoziţia betonului (dozaj de ciment, raport A/C, granulozitatea agregatelor, forma granulelor, textura suprafeţei, conţinut de parte fină, lucrabilitatea betonului etc.), performanţele cerute dar şi de volumul de material necesar raportat la unitatea de timp. Figura 4-1. Malaxor cu ax orizontal. Schemă flux amestecare componenţi Sursă: Elba - Werk, MALAXOARE CU AMESTECARE PRIN CĂDERE LIBERĂ (GRAVITAŢIONALE) Capacităţile uzuale ale malaxoarelor variază între 0,10 la 3 m 3, având productivitatea cuprinsă între 1,2 2,4 m 3 / h care însemnă aproximativ 12 şarje/oră. Un malaxor cu amestecare prin cădere liberă are ca organ de lucru toba cu palete care se roteşte în jurul unui ax antrenat de către un motor independent. Paletele tobei, care au o anumită înclinare faţă de ax, sunt ataşate de suprafaţa interioară a tobei, în scopul ridicării componenţilor în timpul rotirii, antrenându-i într-o mişcare de ridicare, alunecare şi cădere liberă. Repetarea acestor mişcări, precum şi frecarea dintre particule conduce la amestecarea componenţilor. Viteza optimă de amestecare a betonului se va stabili numai pe baza unor încercări preliminari, luând în considerare şi experienţa fiecărui producător pentru a se realiza calitatea impusă a betonului. 81

82 AMESTECAREA COMPONENŢILOR BETONULUI Figura 4-2. Malaxoare cu amestecare prin cădere liberă (gravitaţio nale) Sursă: Popa R., Teodorescu M., 1984; WINGET, Toba malaxorului, 2. Palete, 3. Role de antrenare şi susţinere a tobei, 4. Componenţii betonului, 5. Ridicarea componenţilor. După construcţia tobei şi modul de descărcare a betonului, malaxoarele cu amestecare prin cădere liberă se pot clasifica după cum urmează: malaxoare basculante, malaxoare nebasculante cilindrice, malaxoare nebasculante reversibile şi malaxoare dublu tronconice. Figura 4-3. Schemă generală malaxor gravitaţional; nebasculant, basculant, reversibil Sursă: Ferraris C.F., Figura 4-4. Malaxor nebasculant Sursă: Ferraris C F.,

83 AMESTECAREA COMPONENŢILOR BETONULUI Figura 4-5. Faze principale de lucru malaxor basculant Sursă: Ferraris C.F., Introducerea componenţilor se realizează pe la partea superioară, iar descărcarea, în funcţie de model, prin schimbarea sensului de rotaţie a tobei (malaxoare nebasculante reversibile), prin bascularea tobei (malaxoare basculante sub formă de pară) sau cu ajutorul unui jgheab (malaxoare nebasculante cilindrice şi reversibile). Dintre modelele menţionate, malaxoarele basculante sunt cele mai folosite deoarece realizează descărcarea mult mai repede, evitându-se segregarea betonul, precum şi datorită faptului că se întreţin mai uşor MALAXOARE CU AMESTECARE FORŢATĂ Capacitatea malaxoarelor variază între 0,20 la 3,0 m 3. Dar în cazul unor lucrări de anvergură se pot folosi şi malaxoare cu capacităţi cuprinse între 1,5 6 m 3. Amestecarea componenţilor betonului se realizează datorită mişcării relative dintre amestec şi palete. De regulă, toba este fixă în timp ce paletele sunt mobile (rotitoare), dar există şi modele cu tobă şi palete rotitoare sau cu stele de palete, care oferă avantajul unei durate totale de amestecare mult mai scurte (aproximativ 30 sec.). Figura 4-6 Malaxoare cu amestecare forţată în echicurent Sursă: Popa R., Teodorescu M., 1984; ; Ferraris C.F.., 2001; Ilinoiu G, Figura 4-7. Malaxoare cu amestecare forţată în contracurent Sursă: Popa R., Teodorescu M, 1984; Andres C. K., 2004; Ilinoiu G., 2004; Ferraris C. F.,

84 AMESTECAREA COMPONENŢILOR BETONULUI 4.6. CAPACITATEA MALAXOARELOR Capacitatea malaxorului este o caracteristică tehnică dată de fabricaţie, exprimată în funcţie de cantitatea de beton produsă în unitatea de timp. Capacitatea malaxorului variază în funcţie de: capacitatea volumetrică a malaxorului; înclinarea axei cuvei; volumul util maxim al componenţilor introduşi în tobă; tipul betonului preparat. Ţinând seama de aceşti factori, capacitatea utilă a unui malaxor variază între 0,3 0,8 din capacitatea cuvei DURATA DE AMESTECARE A BETONULUI Durata de amestecare a betonului este durata necesară pentru obţinerea unui amestec omogen de beton, ea fiind considerată ca începând din momentul introducerii ultimului component al betonului în toba malaxorului şi sfârşind odată cu începerea golirii cuvei. Procesul cuprinde ca durate intermediare: durata de încărcare a componenţilor în tobă; durata de amestecare a componenţilor; durata de descărcare a tobei malaxorului; durata de reglare a comenzilor şi a efectuării acţionărilor. Durata de amestecare a componenţilor va fi de cel puţin 45 sec., de la introducerea ultimului component, dar se va corecta după caz, în funcţie de: viteza de rotaţie a malaxorului; cantitatea de apă de amestecare; gradul de umplere a cuvei; utilizarea de aditivi sau adaosuri; utilizarea de agregate cu granule mai mari de 31 mm sau agregate concasate; prepararea de betoane cu lucrabilitate redusă; prepararea de betoane pe timp friguros. Figura 4-8. Diagramă timp de amestecare Durata de încărcare a componenţilor în tobă depinde de schema tehnologică de funcţionare, de gradul dotării tehnice şi de capacitatea malaxorului. Uzual, timpul necesar încărcării cuvei este cuprins între sec. variind in funcţie de tipul şi capacitatea malaxorului. 84

85 AMESTECAREA COMPONENŢILOR BETONULUI Durata optimă de amestecare a betonului este timpul minim necesar realizării unei omogenităţi corespunzătoare calităţi impuse pentru betonul preparat. Durata de descărcare a betonului din toba malaxorului trebuie luată în considerare deoarece ea influenţează productivitatea, cât şi calitatea betoanelor preparate. Uzual timpul necesar golirii cuvei este cuprins între sec., variind în funcţie de: tipul şi capacitatea malaxorului, de lucrabilitatea betonului şi de conţinutul de părţi fine. În cazul malaxoarelor cu amestecare forţată, timpul de golire este foarte scurt deoarece golirea este accentuată de sistemul de palete care se rotesc, precum şi de numărul mai mare a trapelor de descărcare a cuvei. Durata de reglare a comenzilor şi a efectuării acţionărilor este timpul minim necesar operatorului pentru a declanşa operaţia respectivă şi a primi răspunsul din partea malaxorului, a instalaţilor şi a sistemelor de acţionare. De obicei, timpul necesar reglării comenzilor şi a efectuării acţionărilor, la un ciclu al malaxorului, este cuprins între sec., la un ciclu al malaxorului Durata totală de amestecare necesară efectuări unui ciclu complet pentru prepararea betonului este de aproximativ sec. Durata totală de amestecare trebuind eficientizată economic, ţinându-se cont de productivitate, consumul de energie şi de factorul de calitate. Ea se stabileşte numai pe baza unor încercări preliminari, luând în considerare şi experienţa fiecărui producător, precum şi utilajele şi materialele de care dispune acesta. Nerespectarea duratelor optime de amestecare poate conduce la obţinerea unui amestec neomogen, segregat şi neeconomic, datorită consumului suplimentar de energie a malaxorului. (Popa R., Popa E, 1986 ) 4.8. PRODUCTIVITATEA MALAXOARELOR Productivitate malaxoarelor variază în funcţie de următorii factori principali (Popa R., Popa E, 1986 ): capacitatea tobei malaxorului; aprovizionarea constantă cu materiale de bază; durata unui ciclu de amestecare a componenţilor; experienţa personalului; gradul de automatizare etc. Productivitatea orară se poate stabili folosind următoarea formulă: q 3 p = m o tonoko ( m / h) 1000 [4.7] unde: q m - reprezintă capacitatea malaxorului exprimată în litri; t o - reprezintă durata de funcţionare a malaxorului (1 m oră); n o - reprezintă numărul de cicluri pe oră a malaxorului; k o - reprezintă coeficientul de obţinere a betonului CARACTERISTICILE MALAXOARELOR Caracteristicile principale ale malaxoarelor trebuind să fie: fiabilitate mare, durabilitate, grad de precizie ridicat, uşor de întreţinut şi verificat. Principale verificări care se realizează asupra malaxoarelor sunt: capacitatea utilă, starea paletelor (stare tehnică, amplasare, abateri dimensional etc.) şi buna funcţionare a sistemelor de descărcare a betonului. 85

86 AMESTECAREA COMPONENŢILOR BETONULUI CONCLUZII Deşi metodele de amestecare mecanică asigură rezultate bune, nu trebuie neglijate dezavantajele care apar: posibilitatea depăşirii toleranţelor dozajelor admise ale componenţilor introduşi în tobă (±1% ciment, ±2% agregate şi ±1,5 % pentru apă); aglomerarea particulelor de ciment în timpul înglobării şi/sau nedispersarea completă la continuarea amestecării (denumit floculare); segregarea fazei dispersate, ca urmare a diferenţelor de densitate a componenţilor; antrenarea de aer în masa betonului. Amestecul neomogen este rezultatul strivirii componenţilor între corpul malaxorului şi capul organului de lucru şi se datorează următoarelor cauze: 1. aglomerarea componenţilor betonului între organele de amestecare şi pereţii laterali ai tobei malaxorului; 2. aglomerarea componenţilor betonului între capetele organelor de amestecare şi corpul malaxorului; 3. aglomerarea componenţilor betonului între capetele organelor de amestecare (pereţi laterali) şi corpul malaxorului BIBLIOGRAFIE LA CAPITOLUL 4 1. Andres C. K., Principles and practices of commercial construction. Pearson Prentice Hall, Ilinoiu G., Amestecarea mecanică a componenţilor betonului. Construcţii Civile şi Industriale Anul IV, Martie 2003, Nr. 39 pag Ilinoiu G., Aspecte Privind Amestecarea Mecanică a Componenţilor Betonului. Al XIV-lea Congres Naţional AICPS, 14 Mai 2004, Sala Palatului, Bucureşti. Nr. 4/2003 1/2004. pp ISSN X; 4. Ilinoiu G., Construction Engineering. Editura ConsPress Bucureşti, pag Ionescu I, Ispas T., Proprietăţile şi tehnologia betoanelor. Editura Tehnică 1997, pag Ferraris C. F., Concrete Mixing Methods and Concrete Mixers: State of the Art. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, Vol. 106, No. 2, , March-April Neville A., M., Proprietăţile betonului. Editura Tehnică, Popa R., Popa E., Tehnologia lucrărilor de construcţii. Prepararea betonului. Editura UTCB, 1986, pag Popa R., Teodorescu M., Tehnologia lucrărilor de construcţii, Editura ICB, Valeriu L., Analiza procesului de amestecare în malaxoare. Conferinţa Tehnico - Ştiinţifică Jubiliară. Tehnologii moderne în construcţii. Facultatea de Construcţii. Universitatea Tehnică a Moldovei, Chişinău, Mai 2000, pag WINGET, Fişe tehnice, Anglia, Elba-Werk, Fişe tehnice. Germania NE Cod de practică pentru executarea lucrărilor din beton, beton armat şi beton precomprimat, (Partea 1 Beton şi beton armat). 86

87 ASIGURAREA CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII CAPITOLUL 5. ASIGURAREA CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII 5.1. CONSIDERAŢII GENERALE Realizarea într-un interval de timp relativ mic a unui volum mare de construcţii cu complexitate tehnicã sporită, cu eficienţă economică maximă impune adoptarea de concepţii, metode de proiectare şi de executare moderne care implică necesitatea aplicării unui control eficient a calităţii lucrărilor care poate şi trebuie să cuprindă toate fazele şi aspectele activităţii de construcţii: cercetare proiectare - executare pe parcurs şi final, inclusiv în perioada de exploatare. În ramura construcţiilor drept principii şi norme de bază pot fi reţinute următoarele: îmbunătăţirea continuã a concepţiei de proiectare, a procedeelor de executare, a calităţii materialelor, introducerea de noi tehnici şi soluţii constructive, precum respectarea riguroasă a normelor de exploatare care constituie o obligaţie de bază pentru toţi cei care concură la realizarea şi exploatarea construcţiilor; caracteristicile tehnice de bază şi nivelul calitativ al construcţiilor se stabilesc în mod unitar prin standarde, norme tehnice, caiete de sarcini şi sunt obligatorii pentru toţi cei care participă la proiectarea, executarea şi exploatarea construcţiilor; construcţiile trebuie să creeze condiţii normale de muncă şi de viaţă pentru cei ce la folosesc, să răspundă pe deplin scopului pentru care au fost realizate. În prezent controlul calităţii face parte chiar din procesul de lucru, care permite asigurarea şi verificarea calităţii în timpul procesului de executare. Această nouă orientare tehnologică, denumită controlul calităţii, facilitează asigurarea calităţii de la început, eliminând refacerile de lucrări impuse de controlul de calitate. Calitatea, conform (SR EN ISO /1996; SR ISO 8402), reprezintă ansamblul de caracteristici şi proprietăţi ale unui obiect (entităţi), care îi conferă acestuia aptitudinea de a satisface necesităţile exprimate şi implicite. Condiţia de calitate este definită ca totalitatea condiţiilor individuale luate în considerare în cadrul proprietăţii unei entităţi într-o anumită etapă de concretizare (Hutte, 1995). Controlul calităţii constituie activităţile menite să definească şi să cuantifice conformitatea unui produs. În vederea prevenirii fenomenelor negative legate de deficienţele de calitate, în legislaţia statelor avansate au apărut măsuri concrete pentru instituirea sub diverse forme a unui control organizat al calităţii în domeniul construcţiilor (normative, reglementări, prescripţii tehnice, standarde, legi, decrete etc). 87

88 ASIGURAREA CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Asigurarea calităţii se defineşte (SR EN ISO /1996) ca fiind ansamblul activităţilor planificate şi sistematice implementate în cadrul sistemului calităţii pentru furnizarea încrederii corespunzătoare că un obiect (entitate) va satisface condiţiile referitoare la calitate. Asigurarea calităţii implică o permanentă evaluare a exigenţelor de performanţă şi factorilor care influenţează modificări ale nivelelor acestora în timpul exploatării, acţionând pentru eliminarea neconcordanţelor, începând cu depistarea cauzelor. (Popa I., 2002) Entitatea reprezintă un produs, o activitate, un proces, un serviciu, un program de prelucrare a datelor, un proiect etc., iar proprietatea se referă la totalitatea caracteristicilor şi a valorilor acestora atribuite unei entităţi. Evoluţia în timp a aspectelor legate de calitate a avut un caracter pronunţat crescător în ceea ce priveşte conceptul de definire a elementelor care contribuie la obţinerea unui sistem coerent de asigurare a calităţii, ceea ce a impus adoptarea unor terminologii adecvate, unui limbaj comun tuturor celor care sunt obligaţi prin lege să vegheze asupra calităţii. Calitatea intrãrilor în proces FACTORUL UMAN Exigentele controlului pe faze si controlul final Proiectarea procedeelor de realizare Cercetarea stiitificã Proiectarea obiectului Incercãrile de laborator Figura 5-1. Spirala creşterii calităţii Calitatea are un caracter dinamic, manifestându-se atât în sfera realizării obiectelor cât şi în sfera utilizării acestora. Se poate vorbi despre o calitate a producerii obiectelor, a proceselor de transformare şi o calitate a obiectelor realizate, a folosirii acestora în sfera consumului, între producere şi consum creându-se o strânsă interdependenţă; creşterea calităţii procedeelor creează premise pentru creşterea calităţii obiectelor realizate; ia naştere astfel un proces de reproducţie lărgită a calităţii. La creşterea calităţi obiectelor realizate concură toate sectoarele: cercetare, proiectare, procedee de realizare, control pe faze şi final, utilizarea, funcţionarea şi consumul, între acestea stabilindu-se nu un ciclu închis, ci o spirală a calităţii (fig. 5-1). Principalele componente ale spiralei creşterii calităţii sunt: cercetarea ştiinţifică, acestea constituind fiecare început de ciclu; proiectarea obiectului; încercările de laborator şi şantierele experimentale; proiectarea procedeelor de realizare, cu creşterea parametrilor mijloacelor de producţie; calitatea întrărilor în proces, respectiv calitatea materiilor şi materialelor; exigenţa controlului pe faze şi controlul final; factorul uman - nu în ultimă instanţă - ridicarea calificării şi a conştiinţei profesionale. 88

89 ASIGURAREA CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII 5.2. DEFINIREA CALITĂŢII PRODUSULUI ÎN STANDARDELE INTERNAŢIONALE Prin standardizarea se înţelege reglementarea unitară a producţiei şi a consumului, prin elaborarea şi introducerea în practică a standardelor, promovându-se raţionalizarea şi asigurarea calităţii. Datorită faptului că progresul tehnic poate avea şi efecte negative, standardele au devenit sursă de încredere pentru utilizarea tehnicii. Astfel, prescripţiile cuprinse în ele oferă o garanţie a evitării eventualelor consecinţe nocive ale tehnicii. De aceea ele au o importanţă deosebită pentru păstrarea datelor şi pentru protecţia consumatorilor, a muncii în scopul evitării accidentelor, a mediului înconjurător etc. Standardizarea se efectuează la nivel naţional, european şi internaţional. Organizaţia Internaţională pentru Standardizare ISO şi Comisia Internaţională de Electrotehnică CEI (International Electro Technical Commission) formează împreună sistemul internaţional de standardizare care cuprinde în prezent peste 86 de ţări membre printre care şi România. Comitetul European pentru Standardizare (CEN) şi Comitetul European pentru Standardizare în Electrotehnică (CENELEC) formează instituţia de standardizare europeană. Membrii ei sunt institute naţionale de standardizare ale ţărilor membre ale Comunităţii Europene şi ale zonei europene de comerţ liber. Spre deosebire de standardele internaţionale ISO/CEN care pot fi preluate nemodificate (notate la noi în ţară SR ISO sau SR CEI), modificate (notate SR- ) sau parţial modificate (notate SR-EN), standardele europene CEN/CENELEC trebuie preluate integral de către toate ţările membre. Standardele internaţionale ISO 9000 se bazează pe înţelegerea faptului că întreaga activitate este realizată printr-un proces. Fiecare proces are intrări şi ieşiri. Ieşirile reprezintă rezultatele procesului (care pot fi materiale sau nemateriale (fig. 5-2). Procesul fiind în esenţă o transformare care adaugă valoare, care implică persoane sau alte resurse. perturbaţii intrări PROCES ieşiri Figura 5-2. Reprezentarea unui proces Produsul la rândul lui reprezintă rezultatul dintre activităţi sau procese, putând fi material sau nematerial. Produsele (conform ISO 9000) se clasifică în produse hardware (componente, subansamble etc.), produse software (programe de calcul, proceduri, informaţii tec.), materiale procesate sau servicii (bănci, asigurări etc.) Cerinţele, reprezintă expresii ale nevoilor exprimate în termeni calitativi sau cantitativi, fiind de tipul: cerinţe ale utilizatorului; cerinţe ale societăţii (legi, reglementări, coduri, specificaţii etc.); cerinţe ale firmei (referitoare la managementul firmei). Cerinţele de asigurare a calităţii pot fi: fără clauze contractuale de asigurare a calităţii - dacă riscul noncalităţii este neglijabil sau dacă certificarea produsului în conformitate cu standardul recomandat conferă o încredere suficientă; 89

90 ASIGURAREA CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII cu clauze contractuale de asigurare a calităţii caracteristicile de performanţă ale produsului sunt exprimate prin specificaţii iar alegerea unui model standardizat pentru asigurarea calităţii se realizează în conformitate cu standardele ISO 9000, 9001, 9002, Asigurarea calităţii presupune activităţi de conducere, planificare, dirijare şi control a acestuia. Planificarea, mijloacele necesare cât şi modul de asigurare a calităţii formează sistemul de asigurare a calităţii. Evaluarea eficienţei sistemului de asigurare a calităţii sau a elementelor sale printr-o analiză sistematică şi independentă se numeşte auditul calităţii. Conform ISO 9004 Managementul calităţii şi elemente ale sistemului calităţii trebuie avut în vedere următoarele elemente pentru implementarea unui sistem de asigurare a calităţii: problemele de management, principiile sistemului asigurării calităţii, auditurile interne ale calităţii, consideraţii asupra economicităţii costurilor cât şi asupra elementelor asigurării calităţii (marketing, proiectare, aprovizionare, pregătirea fabricaţiei, producţie, dovada calităţii, verificare mijloace de măsurare, tratare neconformităţi, măsuri corective, tratare produse şi după vânzare service, înregistrări calitate, asigurare şi garantare produse, proceduri statistice etc.). Dacă un cumpărător doreşte să câştige încrederea în capacitatea de asigurare a calităţii a societăţii producătoare, el poate solicita un audit al calităţii care să demonstreze principalele elemente de asigurare a calităţii. În acest scop se folosesc standardele SR ISO 9001, 9002, 9003, fiecare dintre ele clarificând unele concepte şi probleme specifice, privind managementul, organizarea activităţii şi asigurarea calităţii în proiectare, producţie, service cât şi pentru inspecţii şi încercări finale. ISO 9001 prevede condiţiile referitoare la sistemul calităţii aplicabile atunci când trebuie demonstrată capacitatea unui furnizor de a proiecta şi de a livra produse conforme. Condiţiile specificate vizează obţinerea satisfacţiei clienţilor prin prevenirea neconformităţii în toate etapele, de la proiectare până la service. ISO 9002 prevede condiţiile referitoare la sistemul calităţii aplicabile atunci când trebuie demonstrată capabilitatea unui furnizor de a livra produse conforme cu un proiect stabilit. Condiţiile vizează obţinerea satisfacţiei clienţilor prin prevenirea neconformităţii în toate etapele, de la producţie până la service. Criterii ISO 9000 pentru selecţia şi utilizarea unui model de asigurare a calităţii Fără clauze contractuale de asigurare a calităţii Cu clauze contractuale de asigurare a calităţii ISO 9004 ISO 9001 ISO 9002 ISO 9003 Figura 5-3. Criterii ISO 9000 pentru selecţia şi utilizarea unui model a calităţii 90

91 ASIGURAREA CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII ISO 9003 prevede condiţiile referitoare la sistemul calităţii aplicabile atunci când trebuie demonstrată capabilitatea unui furnizor de a depista orice neconformitate ale produsului şi de a controla modul de tratare a acestora în timpul inspecţiilor şi încercărilor finale. Standardele ISO conţin recomandări privind asigurarea calităţii. Ele descriu elementele sistemului calităţii şi procedurile de implementare a lor pentru situaţii contractuale, pentru obţinerea unei aprobări sau a unei înregistrări, în scopul certificării sau înregistrării unei oferte. Procedura se defineşte ca fiind un mod specificat de efectuare a unei activităţi. Astfel, o procedură. Scrisă sau documentată conţine de regulă scopul şi domeniul de aplicare a unei activităţi. Este vorba în principiu de un ansamblu de reguli scrise, proprii unei activităţi (organizaţii), unui sector, unui atelier, unei operaţii de fabricaţie sau de inspecţie, unei acţiuni de asigurare a calităţii etc. Standardul ISO 8402/1995 privitor la Managementul calităţii şi asigurarea calităţii - Vocabular clasifică procedurile în: organizatorice - care reprezintă baza generală a sistemului calităţii (ISO 9001, 9002, 9003) şi operaţionale care se referă la activităţile tehnice (instrucţiuni de lucru, metode de control şi de eşantionare. Instrumentele şi tehnicile de bază folosite la îmbunătăţirea calităţii se pot clasifica după cum urmează: instrumente pentru date numerice - deciziile luate sunt bazate pe date numerice de tipul diferenţe, tendinţe şi modificări ale datelor numerice care se bazează pe interpretări statistice; instrumente pentru date care nu sunt exprimate numeric - datele înregistrate prin intermediul acestor instrumente sunt folositoare în domeniul cercetării, dezvoltării şi managementului. Funcţie de exprimarea datelor înregistrate există o gamă largă de instrumente şi tehnici precum: (SR ISO A1/1996) formulare de colectare a datelor, folosite la colectarea sistematică a datelor în scopul obţinerii unei imagini clare a faptelor; diagrame de afinitate, folosite în scopul organizării pe grupe a unui număr mare de idei, opinii sau considerente referitoare la un anumit subiect; benchmarking, utilizat pentru compararea unui proces sau mai multor procese similare în scopul identificării posibilităţilor de îmbunătăţire a calităţii; brainstorming, utilizat pentru identificarea soluţiilor posibile ale problemelor şi a modalităţilor de îmbunătăţire a calităţii; diagrama cauză-efect, folosită pentru analizarea şi comunicarea relaţiilor din diagrama cauză-efect în scopul înlesnirii rezolvării problemelor; diagrama de flux, folosită pentru descrierea unui proces existent sau pentru proiectarea unui proces nou; diagrama arbore, utilizată pentru indicarea relaţiilor dintre subiect şi elementele sale componente; fişa de control, folosită pentru evaluarea stabilităţii procesului şi pentru determinarea momentului în care un proces necesită ajustări; histograma, folosită pentru reprezentarea grafică a configuraţiei de dispersie a datelor şi pentru comunicarea vizuală a informaţiilor referitoare la comportarea procesului; diagrama Pareto, folosită pentru reprezentarea grafică, în ordinea importanţei, a contribuţiei fiecărei entităţi la efectul total, în scopul clasificării posibilităţilor de îmbunătăţire; 91

92 ASIGURAREA CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII diagrama de dispersie, folosită pentru identificarea şi confirmarea relaţiilor dintre două ansambluri de date asociate, în scopul confirmării relaţiilor anticipate dintre acestea. Acţiunile corective (stabilite de ISO 9004) reprezintă soluţionarea problemelor legate de calitate şi luarea măsurilor necesare pentru a reduce la minimum posibilităţile de repetare. Aceste măsuri rezultă din audituri şi din raporturi de neconformitate care sunt analizate de conducerea societăţii sau reclamate de client. Aceste măsuri pot necesita măsuri de îmbunătăţire în ceea ce priveşte organizarea, procedurile, calificarea mijloacelor materiale şi umane etc. Acţiunile preventive reprezintă acţiuni întreprinse pentru eliminarea cauzelor unor neconformităţi a defectelor sau a altor situaţii nedorite, dar posibile, în scopul prevenirii apariţiei acestora (ISO 8402). Ele necesită aceleaşi tipuri de măsuri de îmbunătăţire a organizării ca şi acţiunile corective, dar necesită totodată şi o analiză a problemelor potenţiale în raport cu importanţa riscurilor implicate (satisfacerea climatului, fiabilitate, securitate etc.). Acţiunile corective şi preventive trebuie să fie întreprinse în stadiul tratării neconformităţii sau a nesatisfacerii unei cerinţe specificate. De asemenea, aceste acţiuni trebuie să fie urmărite de compartimentul de asigurare a calităţii prin intermediul unor documente corespunzătoare, astfel încât să se asigure implementarea efectivă a acestora EFECTELE UNEI CALITĂŢI DEFICITARE DE REALIZARE A UNEI CONSTRUCŢII Efectele negative provocate de calitatea deficitară de realizare a unei construcţii pot să conducă la fenomene nedorite, precum: punerea în funcţiune cu întârziere a unor obiective; compromiterea parţială sau integrală a construcţiei datorită unor deficienţe ascunse; îngreunarea executării proceselor următoare şi mărirea consumului de materiale; mărirea costului (cheltuieli suplimentare provocate de slaba calitate a materialelor şi a lucrărilor). Practica activităţii de construcţii arată că principalii factori care influenţează negativ calitatea, sunt (Dumitrescu G., 1996): calitatea necorespunzătoare în proiectare ce poate fi provocată de: date incomplete sau inexacte despre obiectul de realizat, ipoteze de calcul incorecte şi combinaţii de ipoteze insuficiente, utilizarea unor metode de calcul incorecte sau insuficiente şi utilizarea unor materiale noi insuficient studiate şi experimentate, etc.; calitatea necorespunzătoare a materialelor componente: folosirea unor materiale necorespunzătoare, nerespectarea condiţiilor tehnice, nerespectarea proiectului, folosirea unei forţe de muncă insuficient calificată şi nerespectarea succesiunii proceselor tehnologice, etc.; calitatea inferioară a executării, care poate fi provocată de: nerespectarea condiţiilor tehnice stabilite prin proiect şi prin caietul de sarcini şi nerespectarea succesiunii proceselor tehnologice etc.; calitatea necorespunzătoare a întreţinerii şi urmăririi în timp. Aceşti factori pot să intervină cu o pondere diferită în funcţie de tipul construcţiei şi de condiţiile specifice de realizare. 92

93 ASIGURAREA CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII 5.4. ORGANIZAREA GENERALĂ A CONTROLULUI DE CALITATE Pentru a putea exercita un control eficace trebuie să se elaboreze şi să se folosească sisteme de control capabile să informeze corect şi precis şi să determine corecţiile necesare în timp util. În ultima vreme s-au elaborat tehnologii moderne de executare a controlului care includ echipamente de control automat asigurând astfel calitatea cerută de proiect. Rolul fiecărui factor care participă la realizarea construcţiei: Beneficiarul - stabileşte un program prin care defineşte obiectivele calităţii şi cere organizarea controlului calităţii după anumite norme. Proiectantul - elaborează prescripţii pentru organizarea controlului calităţii specifice fiecărui caz în parte. Organele de studii şi cercetări contribuie la crearea condiţiilor pentru asigurarea calităţii conform specificaţiilor. Constructorii şi fabricanţii - organizează asigurarea calităţii conform specificaţiilor contractuale. Controlul exterior - este efectuat de o persoană desemnată de beneficiar (diriginte) care examinează şi avizează modul în care se efectuează controlul interior (efectuat de către proiectant şi executant). În prezent calitatea se asigură prin realizarea unui control sistematic în toate etapele de realizare a construcţiei. Asigurarea calităţii construcţiilor se poate obţine prin următoarele modalităţi de control: Controlul în timpul proiectării. Se referă la: - concepţia generală a structurii; - bazele de calcul; - concordanţele cu principalele cerinţe şi cu condiţiile de executare; - gradul de definire (măsura în care calculele acoperă complet necesităţile); - utilizarea metodelor de calcul relevante; - evitarea discrepanţelor între diferitele părţi ale calculului; - acţiunile luate în considerare; - factorii de siguranţă adoptaţi; - nivelul de siguranţă adoptat; - metodele de proiectare aplicate; - calitatea efectivă a calculelor. Controlul preventiv. Se referă la examineze din timp a documentaţiei de proiect pentru a sesizarea eventualelor deficienţe ale acestora: omisiuni, imprecizii, erori care ar putea preveni efectele negative. De asemenea, verificarea materiilor prime, semifabricatelor, fabricatelor, se efectuează conform prevederii documentelor acestora. Autocontrolul sau controlul executantului constă în extragerea unui eşantion din lot, verificarea caracteristicilor de calitate ale acestuia şi tragerea concluziilor pentru întreg lotul de produse. Reprezintă cea mai eficientă metodă de control, realizând conştientizarea muncitorilor asupra necesităţii realizării produselor de calitate. Funcţiile operaţionale în autocontrol sunt: controlul operaţiei anterioare, cu admiteri sau respingeri, remedierea defectului anterior, executarea operaţiei curente şi controlul cu decizia de admis retuş rebut. Controlul (tehnologic) operativ. Se efectuează direct la locul de lucru, efectuat de către şeful de echipă, maistru, şeful de şantier şi face parte din procesul de producţie. La 93

94 ASIGURAREA CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII realizarea acestui control se folosesc instrucţiuni tehnice şi caietul de sarcini, instrumente, aparate şi echipamente de măsură şi control. Se urmăresc următoarele aspecte: - calitatea materialelor, subansamblelor etc. - se apreciază prin examinarea respectării condiţiilor de fabricaţie prevăzute în standardele, normele şi specificaţiile prevăzute. Prin aceasta urmărindu-se încadrarea în câmpul valorilor admisibile. Depăşirea acestor valorilor limită conduce la respingerea calitativă a materialului sau produsului respectiv. - calitatea lucrărilor - se apreciază prin prelevări de probe sau încercări nedistructive asupra elementelor de construcţii. Controlul intermediar. Se efectuează pentru recepţia unor lucrări care pot sã rămână ascunse prin înglobare sau prin acoperire şi care pot periclita rezistenţa, stabilitatea, durabilitatea sau funcţionalitatea construcţiei sau/şi la terminarea unor faze de lucrări (terasamente, infrastructuri, suprastructuri, finisaje etc.), în cazul în care sunt implicate mai multe societăţi de construcţii. Controlul final. Se efectuează după terminarea construcţiei prin recepţia provizorie a lucrărilor şi apoi recepţia finală după circa un an. Se stabilesc defectele lucrărilor care se remediază pe cheltuiala constructorului. Controlul în timpul exploatării construcţiei. Urmărirea comportării construcţiei se face pe baza unui program stabilit de proiectant, care va trebui să cuprindă, în principal, următoarele: - documentaţia tehnică (cartea tehnică a construcţiei) care trebuie să conţină prevederi ale proiectantului privind programele de urmărire curentă şi specială dacă este cazul; elementele de construcţie care sunt supuse urmăririi şi în care se găsesc aparate de măsură şi control; fenomenele supuse urmăririi; modul de observare al fenomenelor; metodele de măsurare şi analiză; frecvenţa măsurătorilor; modul de înregistrare şi păstrare a datelor; modul de prelucrare şi transmitere a datelor; parametrii care se urmăresc, documentaţia de interpretare a urmăririi; lista prescripţiilor de bază); - aparatura şi echipamentele necesare. Printre alte tipuri de metode de control se pot menţiona (Iacobescu A., 2003): Control integral (denumit şi control bucată cu bucată sau regula celor 4N) constă în controlul caracteristicilor de calitate la fiecare produs în parte (aplicat la producţia de serie mică sau unicate). (Iacobescu A., 2003) Controlul integral prezintă o serie de neajunsuri, de aceea se mai denumeşte şi regula celor 4N. N1 neeconomic implică un număr mare de controlori de calitate şi de mijloace de măsurare, volumul de muncă şi timpul necesar acestei realizării acestui control este mare. N2 neaplicabil în cazurile controlului distructiv. N3 nefiabil, datorită monotoniei operaţiei de control (puterea de percepere a operatorului este diminuată de oboseală, de rutină şi chiar de plictiseală), conducând în final la acceptarea unor piese neconforme sau respingerea unora corespunzătoare calitativ. N4 neantrenant pentru executant. Controlul prin sondaj empiric constă în extragerea unui eşantion din lot, verificarea caracteristicilor de calitate ale acestuia şi tragerea concluziilor pentru întregul lot de produse (aplicat la producţia de serie sau de masă, unde controlul integral ar fi prea costisitor şi greu de realizat). 94

95 ASIGURAREA CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Metoda nefiind o metodă ştiinţifică bazată pe calcule statistico matematice şi neavând la bază o analiză aprofundată, are următoarele dezavantaje: nu oferă suficiente informaţii asupra calităţii elementelor studiate în baza cărora să se poată elimina eventualele deficienţe, nu se poate aprecia riscul la care este supus atât producătorul, cât şi beneficiarul şi nu permite luarea deciziilor privind reglajul parametrilor procesului de fabricaţie. Controlul statistic al calităţii (control de conformitate sau control de acceptabilitate) este un control prin sondaj, dar implică efectuarea unei analize statistico matematice, având la bază o analiză aprofundată, asupra stabilităţii procesului de fabricaţie. Se aplică la recepţia loturilor de produse finite sau pe fluxul de fabricaţie. Pe baza studiului statistic realizat, precum şi în funcţie de nivelul înţelegerii dintre furnizor şi beneficiar, se stabileşte un plan de control. În funcţie de mărimea lotului şi de nivelul de calitate stabilit se prelevă, din lotul finit sau direct din fluxul tehnologic, un eşantion care se controlează şi la care se calculează media valorilor măsurate (care oferă informaţii asupra stabilităţii procesului ca precizie). Rezultatele obţinute în urma acestui tip de control se trec în fişa de control BIBLIOGRAFIE LA CAPITOLUL 5 1. Axinia P., Avram C., Epure L. M., Râmniceanu V., Analize de calitate şi performanţă. Bucureşti, Dumitrescu G., Asigurarea calităţii în construcţii. Editura UTCB, Iacobescu A., Tehnologia Materialelor. Editura Academiei Forţelor Terestre Ilinoiu G., Aplicarea conceptului de calitate la realizarea lucrărilor de zidărie, beton şi beton armat. Referat de doctorat, UTCB, Iunie Ilinoiu G., Contribuţii la implementarea unor tehnologii şi procedee tehnologie moderne pentru protecţia şi consolidare elementelor de construcţii. Teză de doctorat. UTCB, Ilinoiu G. Asigurarea şi controlul calităţii lucrărilor de construcţii. Construcţii Civile şi Industriale, Decembrie pag Ilinoiu G., Voiculescu D., Asigurarea Calităţii. Tehnică şi Tehnologie. 5-6, pag Hutte. Manualul Inginerului: Fundamente. Editura Tehnică, Bucureşti, Juran J. M., Gryna F., Quality planning and analysis. Editura McGraw-Hill Inc., New York 1993, pag Perigord M., Etapele Calităţi: Demersuri şi Instrumente. Editura Tehnică, Bucureşti, Popescu V., Pătărniche N., Chesaru E., Calitatea şi siguranţa construcţiilor. Editura Tehnică, Proceedings of Second International RILEM / CEB Symposium. Ghent June 12-14, Quality control of concrete structures. Editura E&FN SPON. Cambridge, Great Britain. pag ; Teodorescu M., Budan C-tin., Tehnologia lucrărilor de întreţinere, reparaţii şi consolidări. Editura UTCB, Teodorescu M., Budan C-tin., Tehnologia lucrărilor de întreţinere, reparaţii şi consolidări. Fişe tehnologice. Editura UTCB, Tertea I., Oneţ T., Verificarea calităţii construcţiilor de beton armat şi beton precomprimat. Editura Dacia, Cluj, Veitas R., Structural Inspections. A time for challenge. Structure, april pag C Bul. constr. nr. 1-2 / Normativ pentru verificarea calităţii şi recepţia lucrărilor de construcţii şi instalaţii. 18. C Norme privind cuprinsul şi modul de întocmire, completare şi păstrare a cărţii tehnice a construcţiilor. 19. SR ISO A1/1996. Managementul calităţii şi elemente ale sistemului calităţii. Partea 4. Ghid pentru îmbunătăţirea calităţii. 20. ISO GUIDE 34/ Quality System Guidelines for the Production of Reference Materials; 95

96 ASIGURAREA CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII 21. ISO 8402/ Quality Management and Quality Assurance Vocabulary. 22. ISO / Quality Management and Quality Assurance Standards - PART 1: Guidelines for Selection and Use. 23. ISO / Quality Management and Quality Assurance Standards - PART 2: Generic Guidelines for the Application of ISO 9001, ISO 9002 And ISO ISO/ FDIS (Final Draft International Standard) Quality Management and Quality Assurance Standards - PART 2: Generic Guidelines for the Application of ISO 9001, ISO 9002 And ISO 9003 (REVISION OF ISO : 1993). 25. ISO / Quality Management and Quality Assurance Standards - PART 3: Guidelines for the Application of ISO 9001 To the Development, Supply and Maintenance of Software. 26. ISO / Quality Management and Quality Assurance Standards - PART 4: Guide to Dependability Program Management. 27. ISO 9001/ Quality Systems Model for Quality Assurance in Design, Development, Production, Installation and Servicing. 28. ISO 9002/ Quality Systems - Model for Quality Assurance in Production, Installation and Servicing. 29. ISO 9003/ Quality Systems - Model for Quality Assurance in Final Inspection and Test. 30. ISO / Quality Management and Quality System Elements - PART 1: Guidelines. 31. ISO / Quality Management and Quality System Elements - PART 2: Guidelines for Services. 32. ISO / Quality Management and Quality System Elements - PART 3: Guidelines for Processed Materials. 33. ISO / Quality Management and Quality System Elements - PART 4: Guidelines for Quality Improvement. 34. Legea nr. 10/ Privind calitatea în construcţii. M. Of. 12/ HG 261/ Regulament privind conducerea şi asigurarea calităţii în construcţii. 36. HG 766/ Regulament privind urmărirea comportării construcţiilor în exploatare, intervenţii în timp şi postutilizarea construcţiilor; 37. HG 272/ Regulament privind controlul de stat al calităţii în construcţii. M. Of. 193/ HG 273/ Regulament pentru recepţia lucrărilor de construcţii şi a instalaţiilor aferente. 39. HG 399/ Regulament privind elaborarea reglementărilor tehnice în construcţii pentru componentele sistemului calităţii. M. Of. 131/ HG 766/ Regulamente privind calitatea în construcţii. M. Of. 352/ COCC: Ghidul şi programul de calcul cadru al responsabilului cu urmărirea în exploatare a construcţiilor. Redactarea I.. Editura S.C. COCC S.A., Iunie pag. 7-17; 42. COCC: Ghid pentru programarea controlului calităţii executării lucrărilor pe şantier. Editura S.C. COCC S.A COCC: Metodologie pentru asigurarea cerinţelor de calitate ale construcţiilor pe durata derulării lucrărilor de construcţii. Editura S.C. COCC S.A

97 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII CAPITOLUL 6. CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII 6.1. CONSIDERAŢII GENERALE În situaţia în care cantităţi mari de beton sunt puse în lucrare, în timp relativ scurt trebuie avute în vedere responsabilităţile şi riscurile care converg din aceasta: responsabilitatea producătorului referitor la calitatea betonului (a produsului semifabricat) şi ceea a antreprenorului (constructorului) privitoare la calitatea execuţiei (a produsului finit). În afara responsabilităţilor celor doi factori menţionaţi mai sus, conceptul clasic de evaluare a calităţii betonului este bazat pe rezultatele metodelor de control distructive pe epruvete turnate, întărite şi încercate conform specificaţiilor standardizate. În trecut se accepta rezistenţa epruvetei ca rezistenţă a structurii. Ţinându-se cont de faptul că betonul este un material eterogen, calitatea sa depinde nu numai de constituenţii acestuia şi de omogenitatea lor, dar şi de alţi parametrii cum sunt turnarea, compactarea şi întărirea, care pot varia pe ansamblul unei structuri, ceea ce arată din nou diferenţa dintre structură şi epruvetele standardizate. Un aspect foarte important privitor la realizarea construcţiilor este conceptul de calitate. Astfel, conform acestui concept, calitatea betonul se determină prin încercări, după 28 de zile, pe epruvete standard, dar este în general recunoscut faptul că aceste epruvete nu oglindesc adevărata calitate a elementelor de construcţii. În prezent este recunoscut faptul că epruvetele cubice şi cilindrice standard nu reflectă în totalitate adevărata calitate a structurii, doar o calitate potenţială. Pentru determinarea calităţii reale fără a degrada o structură/element existent se folosesc metode nedistructive de determinare a calităţii. Studiile şi cercetările recente referitoare la metodele nedistructive pentru determinarea calităţii betonului în lume, arată noua tendinţă de dezvoltarea a acestora. În cele ce urmează s- a încercat să se treacă în revistă principalele tipuri de metode nedistructive de control al calităţii betonului care există în lume şi în România. Controlul calităţii lucrărilor de beton şi beton armat este necesar pentru respectarea şi aplicarea prevederilor din normele şi reglementările specifice, în limitele abaterilor admisibile, respectându-se mai multe etape şi anume: permanent pe parcursul executării pentru toate categoriile de lucrări (înainte ca ele se devină lucrări ascunse prin înglobare sau acoperire); la terminarea unei faze de lucru, la recepţia preliminară sau finală; în timpul exploatării. 97

98 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII 6.2. CLASIFICAREA ÎNCERCĂRILOR PENTRU CONTROLUL NEDISTRUCTIV AL CALITĂŢII BETONULUI Eficienţa controlului de calitate, în scopul evaluării corecte a caracteristicilor dorite, depinde în mare măsură de alegerea judicioasă a metodei de control. Aceste metode se se pot clasifica în: metode semidistructive sau metode parţial distructive, care cauzează mici degradări locale de suprafaţă, putându-se realiza cu mijloace mecanice, termice sau chimice; metode nedistructive care permite obţinerea de informaţii cifrice sau de altă natură asupra defectelor, anomaliilor, deformaţiilor geometrice sau a stărilor fizice ale obiectului de controlat (materiale componente, ansambluri etc.), prin mijloace care nu cauzează nici o degradare elementului studiat. Metoda de control adoptată se stabileşte funcţie de o serie de factori precum: specificul lucrării, volumul lucrărilor de control, accesibilitate, performanţele aparatului, precizia de examinare, caracteristicile materialului şi dimensiunile elementului examinat precum şi gradul de calificare a personalului. Metodele de control nedistructiv a calităţii permit obţinerea de informaţii cifrice sau de altă natură asupra defectelor, anomaliilor, deformaţiilor geometrice sau stărilor fizice ale elementului studiat prin mijloace care nu alterează aptitudinea de întrebuinţare a acestuia. Tabel 6-1. Clasificarea a reglementărilor internaţionale privitoare la metode nedistructive de încercare a betonului Sursă: Teodoru G. Y. M., 1991 Metoda Ţara de origine Cod Nr. Anul Duritate superficială Acustic prin şoc Austria Belgia Brazilia Bulgaria Canada China Danemarca Germania Marea Britanie Ungaria Internaţional Japonia Mexic Polonia RILEM ROMÂNIA Rusia Spania Suedia USA Venezuela Iugoslavia Belgia Brazilia Bulgaria Canada China Danemarca Marea Britanie Internaţional 98 ONORM NBN ABNT BDS CSA JGJ DS DIN BS MSZ ISO/DIS ISMS NOM PN NDT C GOST UNE SS ASTM COVENIN JUS NBN ABNT BDS CSA JGJ DS BS ISO/DIS B 3303 B : A C / Part T 8045 C B / C U. M B : A C Part

99 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Nedistructiv combinat Smulgere Rupere Penetrare Mexic Polonia RILEM ROMÂNIA Rusia Spania Suedia USA Venezuela Iugoslavia Suedia ROMÂNIA Canada Danemarca Marea Britanie Internaţional ROMÂNIA Rusia Suedia USA Marea Britanie Suedia Canada Marea Britanie Mexic SUA NOM PN NDT C GOST UNE SS ASTM COVENIN JUS SS C CSA DS BS ISO/DIS C GOST SS ASTM BS SS CSA BS NOM ASTM C B C U. M A C Part C Part A C 1881 Part 207 C C Principalele metode de control nedistructiv (STAS 6652/1-82) sunt: acustic, mecanic sau de duritate superficială, atomic / radiaţii penetrante (electromagnetice sau optice), electric sau electromagnetic, magnetic, termic, substanţe penetrante (lichide sau gaze), optic, unde radio şi metode combinate. Tabel 6-2. Clasificare a metodelor nedistructive de încercare a betonului funcţie de obiectul de studiat Metode nedistructive de testare a betonului funcţie de obiectul metodei Sursă: STAS Aprecierea Metode de Metoda Metoda Metoda Metoda cu rezistenţei precizie ridicată combinată combinată combinată impuls mecanice viteză de viteză de viteză de ultrasonic propagareindice propagare- propagare- de forţă de diametrul recul smulgere amprentei Aprecierea proprietăţilor elastodinamice Metode caracter informativ Metoda rezonanţă cu de Metodele de recul Metoda prin şoc Metoda undelor suprafaţă de Metoda ultrasonice cu impuls Metodele de amprentă Metoda undelor de suprafaţă Metoda penetrare de Metoda prin smulgere Metoda cu explozie locală Determinarea poziţiei, acoperirii şi diametrului armăturilor din beton Metoda radiometrică cu radiaţii gama sau beta Metoda radiografice cu radiaţii X sau gama Metoda pachometrului Determinarea umidităţii betonului proaspăt sau întărit Metoda absorbţiei microundelor Metoda capacitivă Metoda încetinirii neutronilor rapizi Metoda de rezonanţă magnetică Metode rezistive 99

100 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Determinarea densităţii aparente a betonului Determinarea grosimi straturilor de beton degradat sub acţiunea agenţilor fizici sau chimici Determinarea comportării betoanelor sau mortarelor la acţiuni chimic agresive Determinarea comportării la acţiuni fizicochimice Defectoscopia betonului Metoda radiometrică cu radiaţii gama sau beta bazate pe atenuarea sau retroîmprăştierea radiaţiilor gama sau beta Metoda ultrasonică cu impuls Metoda rezonanţă Metoda ultrasonică impuls de cu Metoda radiografică cu radiaţii gama sau beta Metoda radiografică cu radiaţii X sau gama Metoda prin şoc Metoda de rezonanţă Metoda radiografică cu radiaţii X sau gama Metoda radiometrică cu radiaţii gama sau beta Metoda ultrasonică cu impuls Metoda ultrasonică cu impuls Metoda radiografică bazată pe atenuarea radiaţiilor gama Metoda carotajului sonic Metoda radiometrică bazată pe reîmprăştierea radiaţiilor beta Metoda radioscopică Metoda holografică Metoda undelor de suprafaţă Tabel 6-3. Metode de control nedistructiv. Clasificare Metoda de control nedistructiv După caracterul După parametrul interacţiunii informaţional primar Tipul controlului fenomenului fizic sau (de exemplu: substanţei cu obiectul caracteristica de controlat măsurabilă) Câmpul magnetic coercitiv După procedeul de obţinere a informaţiei primare (metoda de evidenţiere a caracterisiticii) Cu pulberi magnetice Prin inducţie Magnetic Electric Cu curenţi turbionari Magnetică Magnetizaţiei Inducţiei remanente Permabilităţii magnetice Intensităţii câmpului magnetic Prin efect Barkhausen Cu traducto feromagnetic (ferosondă) Prin efect Hall Magnetografică Magnetomotoare Magnetorezistivă Electrică Potenţailului electric Cu pulberi electrostatice Triboelectrică Parametrilor electrici Cu scântei electice Termoelectrică Capacităţii electrice Radiaţiei derecombinare Emisiei exoelectrice Zgomotului Tensiunii de contact Prin transmisie Amplitudinii Cu transformator Prin reflexie Fazei Parametrică Frecvenţei 100

101 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Cu unde radio Termic Cu radiaţii penetrante Optic Acustic Cu substanţe penetrante Prin transmisie Prin reflexie Prin dispersie Rezonanţei Prin transmisie Prin refelexie Prin radiaţie proprie Prin transmisie Spectrului Frecvenţelor multiple Amplitudinii Fazei Frecvenţei Timpului de trecere Polarizării Geometrică Spectrului Termometrică Prin măsurarea căldurii Densităţii fluxului de energie Prin detecţie Bolometrică Cu termistoare Prin interferneţă Holografică Cu cristale lichide Cu hărtie termografică Cu straturi termoluminifere Cu elemente fotosensibile Calorimetrică Pirometrică Cu cristale lichide Cu materiale termocrome Cu hârtie termografică Cu straturi termoluminifere Parametrilor dependenţi de temperatură Interferometriei optice Calorimetrică Prin scintilaţie Prin împăştiere Prin ionizare Analiza prin activare Spectrului Prin emsie de electroni secundari Radiaţii caracteristice Radiografică Prin emsiei proprie Radioscopică Prin transmisie Amplitudinii Interferometrică Prin reflexie Prin dispersie fazei Nefelometrică Prin radiaţie proprie Holografic Timpului de trecere Refractmetrică Frecvenţei Cu radiaţie indusă Reflectometrică Polarizării Vizuală Geometrică Spectrului Prin transmisie Amplitudinii Piezoelectrică Prin reflexie fazei Electromagneticoacustică Rezonanţei Timpului de trecere Microfonciă Cu pulberi Impedanţei Oscilaţiilor libere Frecvenţei Spectrului Emisiei acustice Moleculare Cu lichide penetrante Prin strălucrire (acromatică) Cu gaze penetrante Prin cluoare (cromatică) Prin luminiscenţă Prin luminiscenţăşi prin culoare 101

102 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Cu particule filtrante Prin spectrometrei de masă Cu bule Manometrică Cu halogeni Cu gaze radioactive Catarometrică Chimică Prin deformaţii remenate Acustică Electrică Cu radiaţii infraroşii Vizuală 6.3. METODE ACUSTICE Examinarea cu ultrasunete se bazează pe analiza undelor elastice excitate apărute în elementul studiat şi pe monitorizarea fie a semnalului transmis (denumită tehnica prin transmisie) fie a semnalului reflectat sau de difracţie provenit de la orice suprafaţă sau discontinuitate (denumită tehnica cu impuls reflectat). (STAS 6652/1-82) Defectoscopia cu ultrasunete presupune utilizarea unor vibraţii mecanice cu frecvenţe superioare frecvenţei sunetelor, cuprinse între 20 KHz şi 20 MHz. O proprietate importantă a lor, utilizată în defectoscopie, este capacitatea de a fi reflectate puternic de suprafeţele de separare dintre două medii cu densităţii diferite. Pentru ca defectele să fie puse în evidenţă este necesar ca dimensiunea lor să fie mai mare decât lungimea de undă a ultrasunetelor folosite. Calitatea materialului se stabileşte folosind scări etalon, ce au indicate numărul maxim de defecte admisibile sau clase de calitate cu mărimi şi frecvenţe de defecte admisibile. Se pot distinge următoarele metode: metoda de vibraţii proprii (rezonanţă), metoda prin şoc, metode elastice cu impuls ultrasonic, metoda carotajului sonic, metoda undelor de suprafaţă şi metoda emisiei acustice METODA DE VIBRAŢII PROPRII Metoda nedistructivă de vibraţii proprii (denumită metoda de rezonanţă) se bazează pe măsurarea frecvenţei proprii de vibraţie a epruvetelor cu ajutorul fenomenului de rezonanţă şi apoi deducerea modulului de elasticitate dinamic E d. (STAS 6652/1-82; Bălan S, Arcan M., 1965; James Instruments). Metodele de rezonanţă cu măsurarea frecvenţei proprii se bazează pe punerea în vibrare a unei epruvete de formă prismatică şi pe identificarea frecvenţei proprii de vibrare, cu ajutorul fenomenului de rezonanţă, realizat prin variaţia frecvenţei excitaţiei exterioare până la coincidenţa cu frecvenţa proprie de oscilaţia a epruvetei. Principiul de funcţionare a aparatului constă în introducerea piesei de examinat întrun fascicul de ultrasunete produs de un vibrator piezoelectric sau magnetostrictiv; varierea frecvenţei acestora până când apare fenomenul de rezonanţa; notarea frecvenţei; varierea în continuare a frecvenţei până la următoarea rezonanţă. Cunoscând cele două frecvenţe succesive, rezultă lungimea parcursă. Dacă această lungime corespunde cu grosimea piesei înseamnă că nu există defecte pe direcţia în care s-au proiectat ultrasunetele. 102

103 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Figura 6-1. Schemă principiu aparat pentru determinarea frecvenţei de rezonanţă 1. Probă de beton, 2. excitator electromagnetic, 3. Receptor, 4. Monitor şi amplificator. Sursă: James Instruments, 2004 Tipurile principale de vibraţii sunt: longitudinale, de încovoiere şi de torsiune. Frecvenţa proprie de vibraţie a unui sistem mecanic depinde de proprietăţile sale elastice, inerţiale şi constructive. Relaţiile matematice ale acestor interdependenţe sunt: 1 E f l = [6.1] 2l ρ f i 2α EI = [6.2] π 2 l ρ A 2β GI p f t = [6.3] πl ρi m unde: f l frecvenţa proprie a vibraţiilor longitudinale; fi - frecvenţa proprie a vibraţiilor transversale; f t - frecvenţa proprie a vibraţiilor de torsiune; l - lungimea barei; A- suprafaţa secţiunii transversale a barei; I p momentul de inerţie al secţiunii transversale al barei; I m momentul de inerţie curent al barei; α - coeficient al condiţiilor de rezemare la încovoiere; β - coeficient al condiţiilor de rezemare la torsiune; E d modul de elasticitate dinamic; u deplasare axială; σ - efort axial; t timp; ε - deformaţie; c o viteza de undă; τ - timpul necesar undei să străbată lungimea barei. 103

104 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII ştiind că σ = Eε şi că ε = σ σ σ + dx A σa = A dx x x [6.4] 2 σ u A dx = ρadx 2 x t [6.5] u, rezultă următoarea relaţie: x u u c0 = 2 2 x t [6.6] E unde c 0 = ρ frecvenţa proprie a vibraţiilor longitudinale va fi: f 1 c 1 E = = 0 = l τ 2l 2 [6.7] l ρ în ipoteza în care l, ρ şi f sunt cunoscute, modulul de elasticitate E va fi: 4 2 E = 4l ρf [6.8] În cazul unei grinzi cu laturile a şi b, având masa M, relaţia (6.8) devine: 2 4lMf E = [6.9] ab METODA PRIN ŞOC Metoda prin şoc se bazează pe punerea în vibraţie a unei epruvete, a unui element sau a unei structuri cu ajutorul unui şoc de mică intensitate, şi pe măsurarea perioadei sau frecvenţei proprii de oscilaţie şi eventual a decrementului logaritmic de amortizare a oscilaţiilor epruvetei sau elementului, în vederea determinării calităţii betonului din element. (STAS 6652/1-82) Şocul poate fie exercitat longitudinal, transversal centric sau transversal excentric, obţinându-se frecvenţa proprie longitudinală de încovoiere sau de torsiune a epruvetei ori elementului, sau decrementului corespunzător METODE ELASTICE CU IMPULS ULTRASONIC Metode elastice cu impuls ultrasonic (Whithurst 1967) se bazează pe măsurarea tipului sau vitezei de propagare şi eventual a atenuării impulsurilor ultrasonice în beton (ASTM C 597; C ; STAS 6652/1-82). Undele transmise fiind afectate de discontinuităţile şi neomogenităţile materialului. Defectul fiind înregistrat printr-o anulare sau atenuare a energiei transmise. Metoda tipului sau vitezei de propagare constă în producerea unor impulsuri alcătuite din oscilaţii neamortizate de frecvenţă relativ joasă ( Hz), ce se aplică betonului cu ajutorul unui palpator emiţător simultan cu deschiderea bazei de timp şi al căror timp sau viteză de propagare prin beton este determinată cu ajutorul unui palpator - receptor care aplică semnalul recepţionat pentru încheierea bazei de timp. 104

105 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Viteza de propagare longitudinală (V l ) este: L V l = T (km/s) [6.10] V λ = l n [6.11] unde: L distanţa dintre emiţător şi receptor, în linie dreaptă (mm); T timpul de propagare al impulsurilor în beton (μs); λ - lungimea de undă a ultrasunetului folosit; n frecvenţa oscilaţiilor utilizate. Într-un mediu tridimensional, relaţia (6.10) devine: V i = E( 1 μ) ρ 1+ μ 1 2μ [6.12] ( )( ) E V s = [6.13] 2ρ + μ ( 1 ) unde: E modulul de elasticitate dinamic al materialului; ρ - densitatea materialului; μ - coeficient Poisson. G V t = [6.14] ρ unde: G modul de elasticitate la lunecare. Metoda atenuării impulsurilor ultrasonice. Se bazează fie pe ridicarea curbei de atenuare a unui impuls ultrasonic reflectat succesiv de feţele opuse ale epruvetei sau elementului de beton fie pe măsurarea amplitudinii semnalului recepţionat la primul său front de undă prin înregistrarea amplificării necesare pentru a aduce semnalul la o amplitudine standard. Figura 6-2. Schemă principiu aparat piezoelectric Sursă: James Instruments, METODA CAROTAJULUI SONIC Metoda carotajului sonic (STAS 6652/1-82) se bazează pe glisarea în lungul unor canale circulare umplute cu apă a unor palpatori ultrasonici, cu polarizare radială, rezistenţi la 105

106 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII imersie şipe măsurarea timpului de propagare şi eventual a amplitudinii semnalului ultrasonic, după propagarea sa prin beton, între emiţător şi receptor, în vederea determinării calităţii betonului METODA UNDELOR DE SUPRAFAŢĂ Metoda undelor de suprafaţă se bazează pe măsurarea vitezei de fază a undelor de încovoiere excitate în plăci la diverse frecvenţe, în vederea trasării curbei de dispersie corespunzătoare, curbă ce poate fi folosită ulterior la determinarea vitezei undelor de suprafaţă sau grosimii plăcii. Metoda analizei spectrale a undelor de suprafaţă (SASW Spectral Analysis of Surface Waves) (Heisey 1982 şi Nazarian 1983) este utilizată mai ales la suprafeţe cu o singură faţă vizibilă (pavaje, dale, drumuri etc.) fiind o variantă a metodei impact-ecou. Metoda a fost dezvoltată în scopul determinării proprietăţilor elementelor de construcţii realizate în straturi. Principiul de funcţionare constă în lovirea suprafeţei şi înregistrarea prin două receptoare, a vitezei undelor de suprafaţă şi a lungimii de undă. Viteze mari corespund unui modul de elasticitate mare, deci a unei calităţi superioare a materialului. Figura 6-3. Schemă principiu SASW 1. Analizor spectral, 2. Ciocan, 3. Receptor 1, 4. Receptor 2. Sursă: Carino, METODA EMISIEI ACUSTICE Metoda emisiei acustice se bazează pe măsurarea variaţiei numărului impulsurilor acustice emise de betonul unei epruvete, în unitatea de timp, la diferite trepte de solicitare, ca urmare a degradărilor structurale produse de eforturile din materiale. (STAS 6652/1-82) 6.4. METODE MECANICE SAU DE DURITATE SUPERFICIALE Metodele mecanice (denumite şi metode de duritate superficială) se bazează pe măsurarea proprietăţilor mecanice ale stratului de suprafaţă a betonului, respectiv a relaţiei existente între duritatea betonului şi rezistenţa sa la compresiune. (STAS 6652/1-82) Se pot distinge următoarele metode: metoda de recul, metoda de amprentă, metoda de penetrare, metodele de smulgere, metoda prin explozie locală şi metoda prin dezlipire 106

107 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII METODA DE RECUL Metoda de recul este o metodă nedistructivă, bazată pe principiul măsurării reculului, pe care o masă mobilă a aparatului îl suferă în urma impactului normal pe suprafaţa betonului. Aparatul înregistrează indicele de recul liniar sau unghiular (Sclerometru tip N, NR, L, LR, M - recul liniar şi P, PT - recul unghiular). Reculul este folosit ca un indicator al durităţii superficiale a betonului, fiind folosit pentru estimarea rezistenţei betonului. (STAS 6652/1-82) 62,5 Rc (MPa) Determinarea rezistenţei la compresiune se realizează după o curbă de transformare Rc - N (figura 6-4), care este trasată cu ajutorul relaţiei următoare: 30, Figura 6-4. Curbele de transformare indice de recul N rezistenţă la compresiune Rc 50 N ref b R c = an [6.15] unde: Rc- rezistenţa de referinţă a betonului la compresiune; N indice de recul; a, b constante funcţie de compoziţia betonului de referinţă utilizat la trasarea curbei polinomiale de transformare. Principiul de funcţionare a aparatului constă în acţionarea unui sistem de resorturi în momentul în care un ciocan loveşte, prin intermediul unei tije de percuţie, suprafaţa de beton a elementului de încercat. Figura 6-6. Fazele principale de funcţionare a aparatului Sursă: Teodorescu M., 1996; Tertea I, Oneţ T., James Instruments, Figura 6-5. Schema aparatului pentru determinarea rezistentei betonului prin metoda reculului 1. Element de beton, 2. Tijă de percuţie, 3. Tijă de glisare, 4. Carcasă, 5. Ciocan, 6. Resort de recul, 7. Resort de presiune, 8. Scală, 9. Tijă cu reper indicator. 107

108 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Metoda de duritate superficială se recomandă a fi aplicată numai în cazurile în care calitatea betonului de la suprafaţa elementelor de construcţie este asemănătoare cu cea a betonului din profunzime. Este o metodă orientativă, care nu se aplică la betoane cu maturitate mai mică de un an. Conform C , domeniul de aplicare al metodei îl constituie controlul pe faze a elementelor de beton, beton armat şi beton precomprimat (decofrare, transport şi manipulare) cu grosimi mici şi mijlocii, cu vârste sub 60 de zile. Această metodă nu se recomandă a fi aplicată când elementele de încercat se află în: construcţii amplasate în medii agresive la care atacul chimic se produce de la suprafaţă, construcţii sau elemente de construcţie avariate care prezintă defecte interne sau de suprafaţă, betoane cu dozaje de ciment sub 200 kg/m 3, elemente la care nu este asigurat accesul direct pe faţa de turnare şi la care nu există posibilitatea înlăturării unui strat de cel puţin 10 mm cu obţinerea unei suprafeţe fără rugozităţi pentru încercare METODA DE AMPRENTĂ Metoda de amprentă este o metodă de duritate superficială, bazată pe măsurarea exactă a dimensiunilor componentei obţinute, respectiv a urmei proporţiei din energia iniţială a elementului mobil (amprentei) pe care o bilă, proiectată cu o anumită forţă, este consumată de suprafaţa elementului de beton încercat în urma ciocnirii de acesta. Elementul mobil de impact se numeşte bilă; datorită acesteia metoda se mai numeşte şi metoda bilei. (STAS 6652/1-82) Energia de impact poate fi obţinută printr-o mişcare rectilinie sau circulară (pendulară) a bile, iar citirea amprentei se realizează cu ajutorul lupelor micrometrice ////////// 2 Rc (MPa) 55 Figura 6-8. Curbele de transformare diametru amprentă φ(mm) rezistenţă la compresiune Rc (MPa) 4 70 N Figura 6-7. Schema aparatului pentru determinarea rezistenţei betonului prin metoda amprentei 1. Carcasă, 2. Terminaţie, 3. Tijă de percuţie, 4. Ciocan, 5. Resort. Sursă: Teodorescu M., 1996; Bălan S., Arcan M., Determinarea rezistenţei la compresiune se realizează după o curbă de transformare Rc (MPa) - Φ (mm) (fig. 6-8), în care curba a fost trasată cu ajutorul relaţiei următoare: 4 d R c = C [6.16] D unde: Rc- rezistenţa betonului la compresiune (MPa); C constantă funcţie de rezultatul încercărilor pe cuburi de etalonare; d, D diametrul amprentei şi al bilei. 108

109 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII METODA PRIN PENETRARE Metoda rezistenţei la penetrare (denumită şi metoda Windsor), dezvoltată în SUA (1966) şi Anglia (Long şi Murray 1984) a adus un aport substanţial la testarea betonului în situ. Această metodă se bazează pe măsurarea adâncimii de penetrare, prin explozia încărcăturii unui cartuş standard, a unui cui de oţel, în suprafaţa de beton de încercat. Interpretarea rezultatelor încercării realizându-se prin corelarea adâncimii de penetrare cu rezistenţa la compresiune a betonului. (Feldmann 1977, Carino 1994) (STAS 6652/1-82) Încercările efectuate sunt influenţate de mărimea agregatelor care conduc la variaţii ale rezultatelor testării. Avantajul acestei metode este acela că suprafaţa elementului încercat nu trebuie să fie neapărat plană deoarece dimensiunea cuielor este redusă (diametru 6,5 mm şi lungime 8,0 cm) (fig. 6-9). Figura 6-9. Imagine aparatul Windsor Sursă: James Instruments, Metoda Hellenică constă în împuşcarea unor tije standard (l = 34 mm, t = 4 mm) în beton cu ajutorul unui dispozitiv special (Hilti DX 100L). Cuiele sunt trase afară după 10 min., iar forţa de smulgere este măsurată cu ajutorul unui manometru METODA PRIN SMULGERE ŞI DEZLIPIRE Metoda semidistructivă prin smulgere la suprafaţă (Skramtajev 1938) se bazează pe măsurarea forţei necesare pentru desprinderea unui disc metalic, lipit (cu răşină epoxidică) pe suprafaţa betonului, şi interpretarea rezultatelor în vederea determinării rezistenţei betonului. (STAS 6652/1-82) Sursă: James Instruments, IMEC, INCERC. Legendă: 1. Disc de smulgere, 2. Şurub dublu filetat de cuplaj, 3. Tijă de tracţiune, 4. Cameră de presiune, 5. Picioare de reazăm, 6. Manometru. Figura Aparatura de încercare semidistructivă prin smulgere 109

110 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Această metoda măsoară direct rezistenţa la întindere a betonului, bazându-se pe corelaţia dintre rezistenţa la întindere a betonului şi forţa de smulgere a discului metalic. În funcţie de suprafaţa discului se deduce rezistenţa la întindere directă (prin smulgere) a betonului şi indirect, cu ajutorul unor curbe, tabele sau relaţii de transformare, rezistenţa la compresiune. Modul de lucru constă în: lipirea discului (cu diametru de 50 sau 75 mm) cu răşină epoxidică, de suprafaţa elementului de beton care va fi încercat şi păstrarea 1-2 zile la temperatură de minimum + 15 o C pentru a realiza întărirea corespunzătoare a adezivului. poansonarea conturului discului la maximum 5 mm echidistanţă cu adâncimi de cca. 0,5 mm, pe suprafaţa de beton, cu ajutorul unui kerner ascuţit şi unirea tuturor acestor puncte astfel încât să rezulte un şanţ continuu (fără a se disloca agregate din beton). prinderea discului prin intermediul unei tije de tracţiune de aparatul extractor (presă) şi tragerea până la smulgere. Forţa de smulgere necesară extragerii piesei înglobate va fi înregistrată de manometrul presei. Alte abordări, ale aceleiaşi metode a fost dezvoltată în paralel în Danemarca (Kierkegsard-Hansen 1962), (Teleni 1970), SUA (Richard 1977), Anglia (Chabowski, Bryden-Smith 1980), (Bickley 1982). a. Procedeul BRE b. Procedeul inel expandabil Sursă: Carino, 1994 c. Procedeul CAPO d. Procedeul prin smulgere la suprafaţă Figura Exemple de procedee de smulgere prin extracţie a pieselor metalice post-înglobate în beton Ele bazându-se pe măsurarea forţei axiale sau momentului de torsiune necesare extracţiei din beton a unor elemente (piesei) pre-înglobate sau post înglobate în beton, precum: 110

111 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII 1. Metoda fracturării interne a betonului constă în măsurarea indirectă a rezistenţei la întindere a betonului, prin determinarea forţei necesare extragerii unei tije metalice, prevăzute cu inele expandabile. Forţa măsurată de smulgere a tijei care provoacă fracturarea internă a betonului se corelează cu rezistenţa la întindere a betonului. 2. Metoda smulgerii din profunzime este asemănătoare metodei fracturării interne, diferenţa constând în calculare rezistenţei la forfecare prin smulgere şi corelarea ei cu rezistenţa la compresiune a betonului. Metoda semidistructivă prin smulgere se recomandă a fi aplicată numai în cazurile în care calitatea betonului de la suprafaţa elementelor de construcţie este asemănătoare cu cea a betonului din profunzime. Această metoda nu se recomandă a fi aplicată la: construcţii amplasate în medii agresive la care atacul chimic se produce de la suprafaţă, construcţii sau elemente de construcţie avariate care prezintă defecte locale sau degradări structurale ale betonului, elemente de construcţie puternic armate sau cu strat de acoperire cu beton sub 1-3 cm. Sursă: James Instruments EXTRAGERE DE CAROTE Extragerea de carote se realizează cu ajutorul unui echipament prevăzut cu tuburi de oţel prevăzut cu coroane de diamant industrial; tuburile se rotesc cu cca. 300 rot/min. Extragerea carotelor se face prin avansarea ansamblului tub carotier - motor de-a lungul glisierei maşinii. Tubul se poate găsi în poziţii înclinate din 15 o in 15 o, astfel încât se poate găsi oricând perpendicular pe suprafaţa betonului de unde se extrage proba (fig. 6-12). (STAS 6652/1-82; C 54-81; James Intruments) Acest echipament taie epruvete cilindrice denumite "carote", care după o netezire a suprafeţelor de capăt se încearcă prin rupere la presa, pentru determinarea rezistenţei la compresiune. Figura Dispozitive pentru extras carote Sursă: James Instruments, 2003; INCERC; ROMTECH 111

112 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII METODA RUPERII Figura a. Modulele probelor ataşate de cofraj; b. Probele BOSS după decofrare Metoda ruperii (din limba engleză Broken off specimens by splitting BOSS ) se aseamănă în principiu cu celelalte metode menţionate până acum, ea fiind folosită pentru evaluarea maturizării betonului (Johansen 1970). Principiul acestei metode constă în ruperea unor probe (cilindrice sau prismatice), care sunt ataşate de elementele de beton armat, ele fiind formate prin turnare în acelaşi timp cu elementul de beton (fig. 6-13). Încercarea probelor BOSS se realizează prin ruperea lor la suprafaţa elementului METODE ATOMICE Metodele atomice se bazează pe evidenţierea şi analiza densităţi fluxului de energie a radiaţiei după interacţiunea cu elementul studiat cu ajutorul radiaţiilor nucleare (X, β, γ sau fluxuri de neutroni). (STAS 6652/1-82) Se pot distinge următoarele metode: metoda radiografică folosind radiaţii X sau gama, metoda radiometrică cu radiaţii gama sau beta, metoda cu neutroni rapizi şi metoda de rezonanţă magnetică nucleară. Figura Spectrul radiaţiilor electromagnetice METODA RADIOGRAFICĂ FOLOSIND RAZE GAMA - GAMAGRAFIERE Controlul radiografic presupune fotografierea cu ajutorul unor radiaţii de tip special, precum: Röntgen (raze X cu energie a radiaţiei între 20 kev 10 MeV, lungimi de undă λ= 5 x x 10-8 şi frecvenţă ν = 3 x x Hz), Gama (izotopi radioactivi: Ir 192 şi Co 60 cu λ= 1 x x şi ν = 6 x x Hz) sau reacţii nucleare artificiale (neutroni), a imaginii structurale a interiorului unui obiect opac cu grosimi de până la 60 cm. Controlul radiografic folosind radiaţii electromagnetice (raze gama) se bazează pe iradierea elementelor de beton cu izotopi radioactivi, care furnizează, prin înregistrarea variaţiei distribuţiei intensităţii rezultate (pe plăci sensibile radiografic filme Röntgen sau pe 112

113 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII ecrane fluorescente, a căror sensibilitate este corespunzătoare radiaţiilor utilizate), imagini formate din zone de umbră şi lumină. Principiul de funcţionare: sursa radioactivă este poziţionată de o parte a elementului studiat, iar de cealaltă parte se poziţionează filmul (placa) fotografic(ă). Străbătând elementul, radiaţiile sunt atenuate inegal în diferite puncte ale acestuia (corespunzător distribuţiei de grosimi şi densităţi), astfel încât valorile intensităţii transmise, va fi diferit funcţie de absorbţia diferenţiată a materialului studiat. Când pe suprafaţa elementului studiat cade un fascicul paralel de raze, de intensitate I o, experienţa arată că intensitatea I a undei plane suferă o micşorare după legea: μx I = I 0 e sau ln( I 0 / I ) = μx [6.17] Pentru materiale compozite se consideră următoare ecuaţie: n = =1 μ μ i C i [6.18] unde: μ - coeficient absorbţie a materialului (cm -1 ), care depinde de lungimea de undă (λ), densitatea materialului (C) şi de numărul atomic (Z); x - grosimea elementului străbătut de radiaţie; I o intensitatea sursei de radiaţie; I intensitate înregistrată; C i densitatea materialului. i Figura Schemă de funcţionare a aparaturii folosite la gamagrafiere Sursă: Ilinoiu G.,

114 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Axa fasciculului de radiaţii trebuie să fie orientată către centrul zonei elementului studiat, pe o direcţie perpendiculară. Se admite utilizarea unei direcţii oblice în cazul iradierii panoramice (fig. 6-14) sau dacă evidenţierea unor anumite defecte sau forme şi dimensiuni ale elementului necesită o iradiere oblică. Pentru a realiza o recunoaştere optimă a defectelor intensitatea radiaţiei trebuie corelată cu lungimea de undă, cu grosimea elementului studiat şi cu timpul de transmisie. Caracteristica distinctivă a acestui metode de control este faptul că oferă precizie fotografică a detaliilor interiorului, de obicei ascuns, ale elementelor de construcţie (±1 mm pentru diametrul barelor de armătură şi ± 1 cm privind poziţia lor). Cu ajutorul acestor aparate se pot identifica: poziţia, diametrul şi nivelul lor de coroziune al armăturilor, segregări şi zone poroase în beton, fisuri, rosturi de turnare, straturi de beton degradat. Dezavantajele acestei metode sunt: necesitatea unei anumite durate de timp pentru utilizare şi aplicarea numai pe o zonă restrânsă de control, ceea ce în cazul unor lucrări de anvergură necesită realizarea unui număr mare de filme. În figura (a) se pot observa efectele coroziunii armăturii prin faptul că oxizii rezultaţi au pătruns in beton, deoarece imaginea barei de armătură este difuză. Pata neagră din zona dreaptă a imaginii reprezintă un tub electric (având densitate redusă, o cantitate mai mare de raze este absorbită înnegrind filmul). Punctele de culoare albă din figura 6-16 (b) reprezintă plăcuţe de plumb, numerotate cu vopsea, care au rolul de identificare a zonei elementului radiografiat în vederea localizării cu uşurinţă a defectelor. În unele situaţii, precum verificarea zonelor segregate de beton imaginile plane (fotografice) ale elementului studiat sunt îndeajuns. Dar există situaţii, când prelucrarea ulterioară a imaginii prin extrapolare, punct cu punct, cu ajutorul calculatorului, este strict necesară pentru a se realiza reprezentări tridimensionale precise a elementului de beton armat studiat (figura 6-16). Sursă: Tomografia de Hormigon Armado,

115 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Figura Gamagrafia unui stâlp din beton armat şi reconstituirea sa tridimensională: a. Imagine generală a zonei gamagrafiate; b. Detaliu mărit Sursă: Tomografia de Hormigon Armado, 2002 Figura Gamagrafia ciocurilor unor bare de armătură 115

116 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Figura Gamagrafia unei grinzi din beton armat, fisurate în dreptul reazemului Sursă: Tomografia de Hormigon Armado, 2002 Figura Gamagrafia unei stâlp din beton armat care prezentă zone de segregare Sursă: Tomografia de Hormigon Armado,

117 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII METODA RADIOMETRICĂ CU RADIAŢII GAMA SAU BETA Metoda radiometrică cu radiaţii gama sau beta se bazează pe proprietatea aerului sau armăturilor de a atenua radiaţiile gama sau beta în mod diferit, faţă de beton şi de posibilitatea de a evidenţia această atenuare cu ajutorul detectorului de gaz sau a detectorului cu scintilaţii, conectate la o instalaţie de numărare Figura Încercarea radiometrică a betonului 1. Container cu izotopi, 2. Colimator, 3. Element de beton, 4. Contor de plumb. 5. Radiometru. Sursă: Teodorescu M., METODA CU NEUTRONI RAPIZI Metoda neutronilor rapizi se bazează pe capacitatea atomilor de hidrogen de a încetini mult mai eficace neutronii rapizi cu care se ciocnesc, decât orice fel de atomi pe care betonul îl conţine şi pe existenţa unor mijloace de detecţie a neutronilor lenţi rezultaţi în urma ciocnirilor cu atomi de hidrogen. Datorită acestui fapt, metoda neutronilor rapizi se foloseşte la determinarea umidităţii betonului. (STAS 6652/1-82) METODA REZONANŢEI MAGNETICE NUCLEARE Metoda rezonanţei magnetice nucleare se bazează pe diferenţa dintre momentele magnetice datorită mişcării de precesie a diferitelor nuclee şi pe posibilitatea identificării lor cu ajutorul unui fenomen de rezonanţă dat de interfaţa dintre frecvenţa mişcării de precesie 10 şi frecvenţa variabilă a unui câmp electromagnetic exterior. În acest fel apare posibilitatea identificării atomilor de hidrogen existenţi în beton sub formă de apă. (STAS 6652/1-82) 6.4. METODE ELECTRICE ŞI MAGNETICE Metodele nedistructive electrice şi magnetice se bazează pe măsurarea unor proprietăţi electrice ale betonului sau pe propagarea undelor electromagnetice în beton. Principalul scop fiind analiza interacţiunii unui câmp electromagnetic exterior cu câmpul electromagnetic al curenţilor turbionari induşi de acesta în elementul studiat. (STAS 6652/1-82) Metodele electrice sau electromagnetice - se bazează pe analiza interacţiunii unui câmp electromagnetic exterior cu câmpul electromagnetic al curenţilor turbionari induşi de acesta în elementul studiat, din această categorie se disting: metoda rezistivă (conductometrică), capacitivă, a absorbţiei microundelor şi inducţiei magnetice (pachometrului) şi metoda curenţilor turbionari. În timp ce metoda magnetică - se bazează pe analiza interacţiunii unui câmp magnetic cu elementul studiat. 10 deplasare lentă a axei de rotaţie a unui corp care se roteşte rapid şi are doar un punct fix (DEX) 117

118 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII METODA REZISTIVĂ (A CONDUCTIVITĂŢII) Metoda rezistivă (denumită şi metoda conductivităţii) se bazează pe variaţia rezistenţei sau conductibilităţii electrice a betonului în curent alternativ sub influenţa modificării umidităţii sale. (STAS 6652/1-82) METODA CAPACITIVĂ Metoda capacitivă se bazează pe modificarea constantei dielectrice şi a capacităţii electrice a betonului, datorită variaţiilor de umiditate ale betonului, constanta dielectrică a apei fiind net deosebită de cea a celorlalte materiale. (STAS 6652/1-82) METODA ABSORBŢIEI MICROUNDELOR (METODA NEUTRONILOR) Metoda absorbţiei microundelor (denumită şi metoda neutronilor) se bazează pe capacitatea betonului de a atenua în mod diferit undele electromagnetice de foarte înaltă frecvenţă (225 MHz la 100 GHz), în funcţie de umiditatea betonului. (STAS 6652/1-82) Microundele pot fi folosite în scopul verificării omogenităţii betonului prin dispersia componenţilor în masa lui, a determinării umidităţii, a porozităţii şi conţinutului de aer înglobat, precum şi la măsurarea grosimilor şi planeităţii METODA INDUCŢIEI MAGNETICE Metoda inducţiei magnetice se bazează pe dispersia fluxului magnetic indus în materiale feromagnetice, identificând (STAS 6652/1-82): defecte de material (de exemplu: fisuri cu lăţimi de ordinul micronilor). Procedeul se bazează pe faptul că, în piesa magnetizată, fluxul de linii de forţă magnetică îşi schimbă direcţia acolo unde întâlneşte o fisură sau o incluziune. Marginile fisurii atrag suspensia conţinând particule de pulbere magnetică fină, care a fost în prealabil pulverizarea pe suprafaţa materialului metalic. Particulele fiind atrase de câmpul de dispersie care ia naştere pe defectele de material ale piesei magnetizată în câmp exterior, în acest mod fiind evidenţiate fisurile în piesele metalice. a. Obiect metalic nemagnetizat b. Obiect metalic magnetizat c. Câmpul unui dipol electric 118

119 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII d. Principii de funcţionare Cârlig supus defectoscopiei magnetice Figura Defectoscopia magnetică Sursă: American Society for Nondestructive Testing poziţia, grosimea stratului de acoperire cu beton şi diametrul armăturilor. Procedeul constă în perturbarea câmpului magnetic, generat de o bobină, în prezenţa unui element metalic. Evidenţierea perturbaţiei se realizează cu ajutorul unui cuplaj inductiv realizat între primarul şi secundarul unei sonde (galvanometru) şi este proporţională cu mărimea obiectului şi apropierea de traductor. Acest procedeu reprezintă metoda Pachometrului. Sursă: Tertea, Oneţ 1979, 3 4 Teodorescu M., 1996, 7 James Instruments, Figura Schema de funcţionare a Pachometrului 1. Baterie de alimentare, 2. Întrerupător, 3. Oscilator cu curent alternativ, 4. Defazor, 5. Redresor, 6. Galvanometru, 7. Sondă de palpare, 8. Element de beton, 9. Armătură. 119

120 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII METODA CURENŢILOR TURBIONARI Metoda curenţilor turbionari se bazează pe efectul Skin, adică pe concentrarea la suprafaţă a curenţilor electrici turbionari induşi în cazul interacţiunii unui câmp de înaltă frecvenţă cu un material electric conductor. Neomogenităţile de suprafaţă sau zonele structurale cu conductibilitate modificată (de exemplu: fisuri, variaţii de duritate, separări la limite de grăunţi etc.) schimbă comportarea electrică a stratului în care apare efectul Skin, la acţiunea unui câmp generat de o bobină exterioară. (Hutte, 1995; STAS 6652/1-82; Carino, 1997) Figura Schema funcţionării aparaturii defectoscopice cu curenţi turbionari: a., b. şi c Câmpul magnetic omogen din interiorul unei bobine cilindrice străbătute de curent şi câmpul de dipol din interiorul acesteia Sursă: Carino, 1997 a b c 120

121 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII 6.6. METODE TERMICE Metodele termice se bazează pe analiza variaţiei câmpurilor termice sau de temperatură, datorate defectelor din obiectul de controlat, din această categorie fac parte (STAS 6652/1-82): metoda radiografică (radiometrică) şi metoda radioscopică (termovizuală) METODA TERMOGRAFICĂ/ RADIOSCOPICĂ ÎN INFRAROŞU (TERMOVIZIUNII) Metoda radioscopică (denumită şi metoda termovizuală) constă în întocmirea unei hărţi termice a elementului de examinat, bazându-se pe posibilitatea detectării fluxului de radiaţii infraroşii, ce străbate betonul, prin transformarea lui într-un semnal electric, cu ajutorul unui detector corespunzător şi pe vizualizarea acestui semnal într-un circuit de televiziune cu frecvenţă mare de linii. Prin termografiere se evidenţiază anizotropia structurală a materialului, precum şi cele mai importante defecte specifice Figura Metoda radioscopică 1. Sursă radiaţii, 2. Colimator, 3. Element de beton, 4. Microprocesor, 5. Monitor, 6. Magnetoscop, 7. Receptor Zona calda Zona rece Sursă: Carino, 1994 Sursă: Teodorescu M., 1996 Metoda termografică în infraroşu este o metodă nedistructivă de control a pierderilor de căldură, a analizării degradărilor şi a defectelor elementelor de construcţii prin măsurare a temperaturii elementelor de construcţii de la distanţă, prin înregistrarea radiaţiilor în IR. (Clemena şi McKeel 1978), (Manning şi Holt 1983), (Carino, 1994) Figura Efectul discontinuităţii fluxului termic în materialul supus controlului a. Flux termic interior spre exterior creează puncte calde, b. Flux termic exterior spre interior creează puncte reci pe imagini. Principiul de funcţionare constă în emiterea şi absorbţia energiei (radiaţiei) electromagnetice de către materiale supuse controlului. Fluxul emis este afectat de proprietăţile izolatoare ale materialului şi de gradul în care suprafaţa materialului radiază energie. Diferenţele de temperatură, sub formă de imagini, sunt înregistrate de câtre aparate foto cu infraroşu speciale, care sunt stocate în calculatoare pentru prelucrare ulterioară. (Georgescu M., Rodan Gh., Georgescu E., 1999), (Boian Fl., Rodan Gh., Georgescu M., Rodan P., 2000, 2001) Imaginile termografice prezintă suprafeţele elementului controlat în care neregularităţile proprietăţilor materialului se traduc în variaţii ale temperaturii, vizualizate prin culori diferite (corespunzătoare unor anumite temperaturi). Scara de culori, variază în plaja, violet albastru verde portocaliu roşu galben - alb. Culorile închise ca nuanţă (albastru şi verde) corespund unor temperaturi mai mici, iar cele cu culori deschise corespund unor temperaturi mai ridicate. (Boian Fl., Rodan Gh., Georgescu M., Rodan P., 2000) 121

122 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Anomaliile termice care apar frecvent în cazul structurilor din beton, sunt defecte în structura betonului, şi anume zone de beton poros şi segregat, zone apărute în urma executării necorespunzătoare a lucrărilor (fig 6-26). Metoda termografică în infraroşu semnalează numai anomaliile de suprafaţă şi amplasarea lor, nu poate determina adâncimea şi grosimea acestora, iar rezultatele înregistrate sunt sensibil influenţate de către factorii de mediu (temperatură şi umiditate). Figura Detaliu element de beton armat vizualizat în plaja de culori IR METODA RADIOGRAFICĂ CU RADIAŢII INFRAROŞII Metoda radiografică cu radiaţii infraroşii se bazează pe posibilitatea evidenţierii defectelor ce există în masa elementului de studiat prin măsurarea fluxului prin măsurarea fluxului termic ce traversează obiectul examinat şi pe posibilitatea vizualizării repartiţiei sale, cu ajutorul unei pelicule fotosensibile la radiaţii infraroşii Figura a. Schemă metoda radiografică 1. container cu izotopi, 2. colimator, 3. element de beton, 4. film, 5. ecran de protecţie. Sursă: American Society for Nondestructive Testing b. Exemple de imagini radiografice Sursă: American Society for Nondestructive Testing 122

123 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII 6.7. METODA SUBSTANŢELOR PENETRANTE Metoda controlului nedistructiv folosind substanţe penetrante se bazează pe evidenţierea penetrantului (lichid sau gazos) care pătrunde în discontinuităţile elementului studiat, prin: pulverizare, pensulare, inundare, cufundare sau imersie, în scopul detectării discontinuităţilor deschise la suprafaţa materialului de examinat, de exemplu, fisuri, suprapuneri, cute, porozitate şi lipsă de topire. Această metodă se aplică în principal materialelor metalice, dar poate fi utilizată de asemenea şi pentru alte materiale, precum betonul sau materiale ceramice, cu condiţia ca aceasta să nu atace prin substanţele de examinare a materialul examinat. (STAS 6652/1-82; SR EN 571-1/1999) DESCRIEREA METODEI Înaintea efectuării controlului folosind substanţe penetrante, suprafaţa de controlat trebuie pregătită, prin operaţiile de curăţare şi uscare. După care, se aplică penetranţi adecvaţi pe zona de examinat care intră în discontinuităţile deschise la suprafaţă. După trecerea unei anumite perioade de timp necesare penetrării, excesul de pe suprafaţă se îndepărtează, folosind produse speciale pentru îndepărtat excesul de penetrant, şi se aplică developantul. Principalele operaţii tehnologice necesare realizării examinării sunt: pregătirea şi curăţirea prealabilă a suprafeţei, aplicarea penetrantului, îndepărtarea excesului de penetrant, aplicarea developantului, verificarea lucrărilor, înregistrarea rezultatelor şi curăţarea finală a elementului. (PC-1/1990; Kauw V., Werner M., 1995) MATERIALE FOLOSITE Principalele produse folosite pentru controlul nedistructiv folosind metoda substanţelor penetrante, se pot clasifica, în funcţie de rolul pe care îl îndeplinesc (STAS ; STAS ), în următoarele categorii: Substanţele penetrante, de tip I - fluorescent, tip II - cu contrast de culoare sau de tip III - micşti (fluorescent şi contrast de culoare). Produsele pentru îndepărtat excesul de penetrant, de tip A apă, tip B emulgator lipofil pe bază de ulei, tip C solvent, tip D emulgator hidrofil sau tip E apă şi solvent. Developanţii, de tip a uscat, tip b solubili în apă, tip c suspensie în apă, tip d pe bază de solvent şi tip e pe bază de apă sau solvent pentru aplicaţii speciale. Important este faptul că materialele penetrante trebuie să fie compatibile între ele, de preferat să fie livrate de către acelaşi producător, pentru a nu afecta negativ proprietăţile fizico chimice ale elementelor examinate PROCEDURA DE CONTROL Depinzând de cauza degradării materialului de examinat şi de metoda de pregătire aleasă, suprafaţa existentă trebuie să fie tratată prin următoarea combinaţie de lucrări: pregătirea suprafeţei de examinat - curăţarea desprăfuirea degresarea uscarea aplicarea penetrant îndepărtarea excesului de penetrant uscarea aplicarea developant inspecţia finală a lucrărilor înregistrarea rezultatelor încercării curăţarea finală realizarea protecţie materialului împotriva coroziunii recontrolarea. 123

124 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII (Nedelcu N., 1986; Teodorescu M., Ilinoiu G., 2000) 1. Pregătirea suprafeţelor de examinat Lucrările de pregătire a suprafeţelor a elementelor de examinat au ca obiectiv, asigurarea: unor suprafeţe curate, fără grăsimi, praf, rugină etc.; unor suprafeţe compacte, rugoase (sănătoase); unor umidităţii şi temperaturii corespunzătoare suprafeţei, în funcţie de exigenţele impuse de specificaţiile penetrantului adoptat. Pregătirea suprafeţei devine o lucrare ascunsă, calitatea ei fiind dependentă numai de pregătirea profesională şi conştiinciozitatea personalului care o execută, având o influenţă directă şi necondiţionată asupra calităţii lucrărilor executate. Toate procedeele folosite pentru examinarea nedistructivă a materialelor presupun o pregătire prealabilă a suprafeţelor acestora în vederea facilităţii penetrării şi adeziunii penetrantului folosit pentru control. Procedeele de pregătire a suprafeţei sunt diferite în funcţie de scopul pe care trebuie să îl îndeplinească. Ele constau în procedee mecanice, termice şi chimice, specifice anumitor domenii restrânse de utilizare, având avantaje şi dezavantaje, precum şi performanţe diferite. (Nedelcu N., 1986; Teodorescu M., Ilinoiu G., 2000) Procedeul mecanic de curăţare (periere manuală sau mecanizată, dăltuire, polizare, şlefuire, sablare cu nisip cuarţos sau cu jet de apă sub presiune etc.), îndepărtează contaminanţii de pe suprafaţă şi zonele degradate de material, dar, în general, sunt incapabile să îndepărteze contaminanţii din discontinuităţile de suprafaţă ale elementelor. În toate cazurile, dar în special în cazul sablării, trebuie să se asigure că discontinuităţile nu sunt mascate prin deformare plastică sau acumulări de materiale abrazive (în cazul elementelor metalice). Dacă este necesar, pentru a se asigura că discontinuităţile sunt deschise la suprafaţă, se efectuează ulterior un tratament de decapare chimică, urmat de clătire şi uscare corespunzătoare. Procedeul chimic de curăţare se efectuează folosind agenţi de curăţare convenabil, pentru a îndepărta reziduuri precum, grăsimea, uleiul, vopseaua sau materiale de decapare. Reziduurile de la anumite procese de curăţare, pot reacţiona cu penetrantul, reducând sensibilitatea acestora. Astfel, acizii şi cromaţii, pot reduce mult fluorescenţa penetranţilor fluorescenţi, precum şi culoarea penetranţilor cu contrast de culoare. Din acest motiv ei trebuie îndepărtaţi de pe suprafaţa de examinat după procesul de curăţare, folosind metode de curăţare convenabile, care pot include şi clătirea cu apă. 2. Curăţarea suprafeţelor de examinat Simpla operaţie de curăţare a suprafeţei este suficientă doar în cazul în care nu există degradări structurale ale materialului. O suprafaţă curată nu trebuie să conţină nimic altceva de cât constituenţii originali ai materialului de controlat. Prin curăţare, se realizează îndepărtarea uleiurilor, grăsimilor, substanţelor chimice, noroiului prafului etc. sau a altor tipuri acoperiri, a exfolierilor sau a altor deteriorări care se dezvoltă pe o adâncime de max. 1 mm. Procedeele cele mai utilizate pentru curăţare sunt: spălare cu apă, spălare cu solvenţi (curăţare chimică), perierea cu peria de sârmă (manual sau mecanic), şpiţuirea (manual sau mecanic), polizarea, carotarea, tăierea cu disc diamantat şi combinaţii dintre acestora. 3. Desprăfuirea suprafeţelor de examinat Praful, rezultat din operaţiile executate anterior pentru prelucrarea suprafeţei elementelor sau datorat mediului înconjurător, va fi îndepărtat în mod obligatoriu, utilizând 124

125 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII următoarele procedee: ştergerea cu perii sau bidinele prevăzute cu păr moale. Absorbţia cu aspiratorul şi suflarea cu aer comprimat (evitându-se depunerile de ulei pe suprafaţa elementului). La efectuarea operaţiunii de desprăfuire se va avea în vedere: evitarea dirijării prafului spre suprafeţele proaspăt acoperite cu straturi de protecţie anticorozivă sau spre suprafeţe desprăfuite anterior; protecţia utilajului aflat în zonă; evacuarea oamenilor din zonă, iar în cazul în care prezenţa acestora în zonă este necesară, echiparea lor corespunzătoare cu mijloace de protecţie (ochelari de protecţie, măşti contra prafului etc.). 4. Degresarea suprafeţelor de examinat Degresarea suprafeţelor, se realizează numai atunci când această operaţie este necesară (suprafeţe impregnate cu substanţe pentru decofrare, vopsele, grăsimi, produse petroliere etc.). Degresarea se realizează prin: frecarea suprafeţei cu ajutorul unor cârpe, pensule sau perii înmuiate în soluţii de solvenţi organici (white - spirte, acetonă, toluen, benzen, benzină, acizi etc); ştergerea suprafeţei curăţate cu o cârpă curată. 5. Uscarea suprafeţelor de examinat Este o operaţie obligatorie în cazul aplicării straturilor de protecţie pe suprafaţa suport, atunci când acestea au o anumită umiditate mai mare decât cea indicată de furnizorul produsului de protecţie. În cazul în care umectarea este superficială şi se datorează unei cauze exterioare (intemperii, stropiri etc.) se permite ca uscarea să se realizeze forţat, utilizând lămpi de iradiere, arzătoare etc. şi având grijă ca pe suprafaţa elementului să nu se depună fum, substanţe grase sau alte impurităţi şi respectiv să nu se depăşească temperatura de o C. Atunci când umectarea este de profunzime, elementele vor fi supuse unei uscări lente, folosindu-se jeturi de aer cald. 6. Aplicarea penetrantului pe suprafeţele de examinat Penetrantul se poate aplica pe elementul de examinat prin: pulverizare, pensulare, inundare, cufundare sau imersie. Indiferent de metoda folosită, trebuie să se asigura ca suprafaţa de examinat să rămână complet umezită, pe întreaga desfăşurare a penetrării. Temperatura la care se recomandă examinarea suprafeţelor, trebuie să fie cuprinsă între +10 o C şi +50 o C, în anumite cazuri, se poate coborî la +5 o C, dar numai în cazul folosirii anumitor tipuri de penetranţi, special proiectaţi pentru a reduce pericolul de condensare a apei în discontinuităţile elementului, precum şi pe suprafaţa acestora, apa împiedicând intrarea penetrantului în discontinuităţi. Durata de penetrare depinde de: proprietăţile penetrantului, temperatura de aplicare, materialul de examinat şi de discontinuităţile de detectat, dar de obicei, nu depăşeşte intervalul 5 60 minute, cu condiţia ca penetrantul să nu se usuce pe timpul duratei de penetrare. 7. Îndepărtarea excesului de penetrant de pe suprafeţele de examinat Îndepărtarea excesului de penetrant de pe suprafaţa de examinat se poate realiza folosind una din următoarele substanţe, cu menţiunea că această operaţie trebuie să se 125

126 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII realizeze astfel încât să nu afecteze penetrantul din discontinuităţile materialului (SR EN ). Apă şi solvenţi. În acest caz, îndepărtarea se realizează prin, ştergere cu pânza uscată, după care cu pânza umezită uşor cu solvent, sau clătire prin pulverizare (temperatura apei folosite trebuind să nu depăşească +50 o C). Emulgator hidrofil (diluabil în apă). În acest caz, îndepărtarea penetrantului postemulsionabil de pe suprafaţa de examinat, se realizează prin clătire cu apă (prin aplicarea unui emulgator) pentru a se îndepărta majoritatea penetrantului în exces de pe suprafaţa de examinare, precum şi pentru a facilita o acţiune uniformă a emulgatorului hidrofil care va fi aplicat ulterior. Emulgatorul trebuie aplicat prin imersie sau cu o instalaţie de spumare. Concentraţia şi durata de contact al emulgatorului trebuie evaluată de către utilizator prin încercări preliminare conform instrucţiunilor producătorului. Durata predeterminată de contact a emulgatorului nu trebuie să fie depăşită. După emulsionare trebuie efectuată o spălare finală. Emulgator lipofil (pe bază de ulei). În acest caz, îndepărtarea penetrantului postemulsionabil de pe suprafaţa de examinat, se realizează prin clătire cu apă (prin aplicarea unui emulgator) pentru a se îndepărta majoritatea penetrantului în exces de pe suprafaţa de examinare. Aceasta se poate face numai prin imersie. Durata de contact a emulgatorului trebuie evaluată de către utilizator prin încercări preliminare conform instrucţiunilor producătorului. Această durată trebuie să fie suficientă pentru a permite doar îndepărtarea penetrantului în exces de pe suprafaţa de examinat în timpul spălării ulterioare cu apă. Durata de emulsionare nu trebuie depăşită. Imediat după emulsionare trebuie efectuată o spălare cu apă. 8. Verificarea îndepărtării excesului de penetrant În timpul îndepărtării excesului de penetrant suprafaţa de examinat trebuie verificată vizual dacă sunt reziduuri penetrante. Pentru penetranţi fluorescenţi, aceasta trebuie efectuată sub o sursă UV A, a cărei intensitate nu trebuie să fie sub 3 W/m 2. Dacă apare un fond excesiv pe suprafaţa elementului de examinat, după ce s-a efectuat îndepărtarea penetrantului în exces, decizia referitoare la acţiuni viitoare trebuie luată de o persoană calificată corespunzător. 9. Uscarea suprafeţei de examinat Pentru a facilita o uscare rapidă a excesului de apă, trebuie îndepărtaţi orice stropi şi apa de pe suprafaţa elementului de examinat. Cu excepţia cazului folosirii unui developant pe bază de apă, suprafaţa de examinat trebuie uscată cât mai rapid posibil după îndepărtarea excesului de penetrant, folosind una din următoarele metode: - ştergere cu o pânză uscată, fără scame; - evaporare la temperatură ambiantă după cufundare în apă fierbinte; - evaporare la temperatură ridicată; - circulaţie forţată a aerului; - metode combinate. Dacă se foloseşte aer comprimat, trebuie avut grijă în special să se asigure că acesta este fără apă şi ulei, iar presiunea pe suprafaţa piesei să fie menţinută cât mai redusă posibil. Metoda de uscare a piesei de examinat trebuie aleasă astfel încât să se asigure că penetrantul inclus în discontinuităţi nu se usucă. Temperatura suprafeţei nu trebuie să depăşească 50 C în timpul uscării, dacă nu s-a convenit altfel. 126

127 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII 10. Aplicarea developantului pe suprafeţele de examinat Developantul trebuie menţinut în timpul folosirii într-o stare omogenă şi aplicat uniform pe suprafaţa de examinat. Aplicarea developantului trebuie efectuată cât mai rapid posibil după îndepărtarea excesului de penetrant. (SR EN 571-1/1999) Figura Aplicarea developantului pulbere uscată, prin pulverizare Sursă: American Society for Nondestructive Testing Pulbere uscată poate fi folosită numai cu penetranţi fluorescenţi. Developantul trebuie aplicat uniform, în strat subţire, pe suprafaţa de examinat printr-o serie de procedee, precum: pulverizare electrostatică, pat fluidizat etc. Nu sunt admise aglomerări locale ale pulberii. Developant suspensie în apă. Principalele operaţii tehnologice sunt: - aplicarea uniformă a unui strat subţire a developantului, prin imersie în suspensia agitată sau prin pulverizare cu un echipament corespunzător conform procedurii aprobate; - evaluarea duratei de imersie şi a temperaturii developantului de către utilizator prin încercări prealabile conform instrucţiunilor producătorului. Durata de imersie trebuie să fie cât mai scurtă posibil pentru a asigura rezultate optime; - uscarea prin evaporare şi/sau folosind un cuptor cu circulaţie forţată a aerului a piese de examinat. Developant pe bază de solvent. Principalele operaţii tehnologice sunt: - aplicarea uniformă a unui strat subţire a developantului, prin pulverizare uniformă cu un echipament corespunzător conform procedurii aprobate; - pulverizarea trebuie să fie efectuată astfel încât developantul să ajungă uşor umed pe suprafaţă. Developant solubil în apă. - aplicarea uniformă a unui strat subţire a developantului, prin imersie în suspensia agitată sau prin pulverizare cu ajutorul unui echipament corespunzător conform procedurii aprobate; - evaluarea duratei de imersie şi a temperaturii developantului de către utilizator prin încercări prealabile conform instrucţiunilor producătorului. Durata de imersie trebuie să fie cât mai scurtă posibil pentru a asigura rezultate optime; - uscarea prin evaporare şi/sau folosind un cuptor cu circulaţie forţată a aerului. 127

128 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII a b Figura Aplicarea developantului: a. pe bază de solvent, prin pulverizare, b. solubil în apă, prin imersie Sursă: American Society for Nondestructive Testing Developant pe bază de apă sau solvent pentru aplicaţii speciale (de exemplu, developant pelicular). Principalele operaţii tehnologice sunt: - ştergerea developantul cu o pânză curată, uscată, fără scame; - aplicarea aceluiaşi penetrant prin orice mijloc convenabil; - se urmează exact acelaşi procedeu ca şi cel folosit iniţial, până la aplicarea developantului. - îndepărtarea excesului de penetrant şi uscarea piesei; - aplicarea developantul pelicular conform recomandării producătorului, iar când timpul de developare recomandat de producător s-a scurs, se detaşează cu grijă stratul de developant. Indicaţiile apar pe suprafaţa stratului care a fost în contact direct cu piesa. Durata de developare sunt cuprinse între 10 min şi 30 min, începând imediat după aplicare (dacă se aplică developant uscat) şi sfârşind imediat după uscare (dacă se aplică developant umed). 11. Inspecţie finală a lucrărilor 128

129 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII În general se recomandă să se efectueze prima examinare imediat după aplicarea developantului sau de îndată ce developantul este uscat. Aceasta facilitează o interpretare mai bună a indicaţiilor. Inspecţia finală trebuie efectuată când s-a scurs durata de developare. Se pot folosi mijloace auxiliare pentru examinarea vizuală, cum ar fi aparatură de filtrare a luminii fluorescente (lumină neagră produsă de becuri electrice prevăzute cu filtre de oxid de nichel, folosit pentru evidenţierea defectului), instrumente de mărire (refractometru) sau ochelari de contrast. 12. Curăţare finală şi protecţie Figura Echipamente şi instrumente folosite pentru examinarea vizuală a defectelor Sursă: American Society for Nondestructive Testing După inspecţia finală curăţarea piesei este necesară numai în acele cazuri când produsele penetrante pot interfera cu procesul ulterior sau cu condiţiile de utilizare. Dacă se cere, trebuie aplicată o protecţie adecvată împotriva coroziunii EXEMPLE DE DETERMINĂRI NEDISTRUCTIVE FOLOSIND SUBSTANŢE PENETRANTE 1. Determinarea adâncimii carbonatării Dintre agenţii cei mai nocivi se menţionează dioxidul de carbon care poate micşora ph-ul stratului de acoperire cu beton a armăturii, conducând la declanşarea procesului de carbonatare a betonului şi respectiv a procesului de coroziune a armăturii. Este important să se determine până la ce adâncime s-a produs penetrarea dioxidului de carbon. (Ilinoiu G., 2000; Teodorescu M., Ilinoiu G., 2000) Adâncimea de carbonatare se poate determina folosind un indicator colorat (fenolftaleină) care îşi schimbă culoarea în funcţie de gradul de carbonatare (fig şi 6-32). Mărimea adâncimii de carbonatare Xc se stabileşte prin extragerea unei carote. Dacă 129

130 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII stratul de acoperire cu beton este în totalitate carbonatat şi dacă umiditatea relativă a mediului nu este prea scăzută, înseamnă că procesul de coroziune a armăturilor s-a declanşat. Figura Epruvetă cilindrică de beton tratată cu fenolftaleină pentru determinarea adâncimii de carbonatare Sursă: James Instruments Pentru determinarea mărimi ariei de beton degradat se poate folosi coeficientul de difuzie D al dioxidului de carbon în beton, ştiind că: 2 ' = D t [6.19] x c unde: x c - adâncimea de carbonatare; D - coeficient de difuzie al dioxidului de carbon în beton; t - intervalul de timp. Coroziunea armăturilor este un fenomen foarte complex a cărei predicţie presupune cunoaşterea coeficientului de difuzie a dioxidului de carbon D, a coeficientului de difuzie a ionilor de clor D şi a conţinutului specific de clor C o din stratul de acoperire. Cu ajutorul acestora se pot determina conţinutul ionilor de clor (formula 1) şi adâncimea de carbonatare (relaţia 6.19). Folosind legile difuziei şi coeficienţii măsuraţi ai difuziei, se pot trasa curbele conţinutului ionilor Cl - şi OH - la adâncimea x în funcţie de timp t. Conform fig. 6-32, fenomenul de coroziune se declanşează la intervalul de timp corespunzător punctului de intersecţie al celor două curbe. Beton Armătură X Cl - = OH - OH - Cl - Figura Determinarea nivelului Cl - sau OH - pentru aflarea zonei de corodare a armăturii Iniţializarea coroziunii Timp t 2. Determinarea curbei acţiunii clorhidrice Ionii de clor situaţi în porii stratului de acoperire cu beton pot coroda armăturile atunci când concentraţia lor ajunge la o valoare critică, care depind de ph-ul stratului de acoperire. Conţinutul ionilor de clor, variază în funcţie de adâncimea din stratul de acoperire cu beton, alura acestei curbe de variaţie, fiind prezentată în fig De menţionat este faptul că procesul de difuzie a ionilor de clor s-a stabilit în condiţiile unei umidităţi constante şi 130

131 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII respectiv a nedeteriorării stratului de beton. În cazul respectării acestei ipoteze coeficientul de difuzie a ionilor de clor (D) în beton poate fi determinat, folosind curba acţiunii clorhidrice, cu care se determină conţinutul acestor ioni (Cl - = C) în raport cu grosimea stratului de acoperire (x) şi în funcţie de timp (t). (Teodorescu M., Ilinoiu G., 2000) x C( x, t) = C 0 1 erf [6.20] 2Dt unde: e rf - coeficient de eroare; C o - parametru conţinutului specific de clor din stratul de acoperire de beton. Element de beton X Adâncime Cl - Figura Curba conţinutul de clor folosită pentru determinarea coeficientului de difuzie D 0 X Coeficient de difuzie D 3. Determinarea existenţei reacţiilor alcali-agregate Este o metodă semidistructivă, care implică aplicarea a două substanţe chimice pe suprafeţele carotelor extrase. Dacă în elementul de beton au început reacţiile alcali-agregate (STAS ), suprafaţa elementului de beton se va colora astfel încât prin distribuţia pigmentării putem să constatăm extinderea degradării. Cele două substanţe una de culoare galbenă şi cea de a doua roz, indică nivelul de dezvoltate a degradării. Culoarea galbenă oferă indicaţii asupra începutului degradării iar cea roz asupra progresului degradării. De obicei reacţia alcali-agregate are loc în fisurile existente din agregate, ele nu urmăresc graniţa dintre agregat şi pasta de ciment, ci au tendinţa de a umple porii de aer din beton (fig. 6-34, 6-35 şi 6-36). Spre deosebire de cele două metode clasice de determinare a acestei reacţii: metoda determinării analizei petrografice şi cea a analizei acetatului uranil, metoda prezentată mai sus menţionată are o serie de avantaje: agenţii chimici folosiţi lasă urme vizibile chiar şi după uscarea mostrei, iar un diagnostic este posibil în mai puţin de 5 minute, iar costul de determinare prin această metodă este mai mic în comparaţie cu oricare din celelalte două (metoda petrografică necesitând echipamente de laborator ceea ce implică timp suplimentar pentru determinare, iar metoda analizei acetatului uranil este foarte scumpă datorită folosirii unor materiale radioactive). 131

132 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII a. Beton netratat b. Beton tratat numai cu gel roz indicând Sursă: James Instruments degradarea avansată prin reacţia alcali-agregate Figura Determinarea existenţei reacţiilor alcali-agregate a. Beton tratat cu gel galben indicând începutul degradării Sursă: James Instruments Figura Determinarea existenţei reacţiilor alcali-agregate b. Beton tratat numai cu gel roz şi galben indicând degradarea avansată prin reacţia alcali-agregate Figura Epruvetă cilindrică de beton indicând degradarea avansată prin reacţia alcali-agregate Sursă: James Instruments 132

133 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII 6.8. METODA MATURIZĂRII BETONULUI Maturizarea betonului, este una dine cele mai importante faze din cadrul proceselor de realizare a elementelor din beton, beton armat sau beton precomprimat. Ea evidenţiază indirect stadiul de evoluţie a proceselor fizico chimice, respectiv a proprietăţilor betonului proaspăt şi întărit. Metoda maturizării betonului reprezintă un procedeu de determinare nedistructivă a nivelului de rezistenţă a betonului, funcţie de timp şi temperatura betonului. Maturizarea betonului se datorează modificărilor continue a structurii interne ale acestuia, în dependenţă cu: factori de compoziţie, de expunere şi mediu: - structura pietrei de ciment şi a betonului; - utilizarea de dozaje de ciment mărite; - utilizarea de cimenturi cu suprafaţă specifică mare; - utilizarea de aditivi acceleratori de priză şi întărire, reducători de apă; - influenţa agregatelor; - influenţa apei din compoziţie şi a umidităţii mediului ambiant; - influenţa temperaturii şi umidităţii mediului ambiant. factori tehnologici: - punerea în lucrare a betonului; - compactare corespunzătoare recompactare; - accelerarea întăriri prin mijloace specifice - tratamente termice; - tratarea betonului după turnare. Principalele scopuri ale calcului maturizării betonului sunt: determinarea maturităţii necesare betonului pentru decofrare; determinarea maturităţii necesare betonului pentru expunerea la îngheţ; determinarea maturităţii necesare elementelor de beton pentru transferului (transmiterea) precomprimării; determinarea maturităţii necesare elementelor prefabricate pentru transport, manipulare şi depozitare METODE DE DETERMINARE A NIVELULUI DE ÎNTĂRIRE AL BETONULUI Determinarea nivelului de întărire al betonului (β), după un anumit interval de timp (t i ) de la punerea sa în lucrare (la o anumită vârstă a betonului), se poate realiza folosind una din următoarele metode (concepte), conform Hilsdorf 1995 şi Pinto, Hover 1996: 1. Metoda convenţională, definită prin Conceptul (R). Constă în încercarea la compresiune a epruvetelor de beton, la termene diferite, confecţionate şi păstrate în condiţii similare cu cele ale elementului de construcţie (STAS ). 2. Metoda determinării gradului de carbonatare, definit prin Conceptul (C). Consideră durata de maturizare a betonului ca fiind condiţionată de adâncimea carbonatării, care nu trebuie să depăşească valoarea specificată în timp. 133

134 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII 3. Metoda determinării gradului de permeabilitate, definit prin Conceptul (P). Consideră durata de maturizare ca fiind condiţionată de realizarea unui anumit grad de permeabilitate propus, la sfârşitul perioadei de întărire. 4. Metoda evaluării gradului efectiv de maturizare al betonului (denumită şi metoda gradului de hidratare), definit prin Conceptul (M). Consideră efectele timp-temperatură asupra dezvoltării nivelului de rezistenţă a betonului (C 16-84) EFECTUL VÂRSTEI BETONULUI ASUPRA CREŞTERII REZISTENŢEI Principalii parametrii care influenţează durata de maturizare (Hilsdorf 1995) sunt: 1. Compoziţia betonului (raport A/C şi tip ciment, marcă ciment, fineţe de măcinare). 2. Temperatura betonului (căldură de hidratare). 3. Condiţii de mediu în timpul respectiv după întărire. 4. Condiţii de expunere. Durata minimă de întărire depinde în principal de atingerea maturităţii betonului. Odată definită valoarea specificată, relaţii empirice între timp, tip ciment, raport A/C, temperatură şi clasă de rezistenţă a betonului sunt folosite pentru estimarea duratei minime de întărire(t i ). Pe de o parte, corelaţia între raport A/C şi rezistenţa betonului este specifică pentru fiecare tip de ciment şi durată de întărire, iar pe de altă parte, corelaţia rezistenţă şi gel/ spaţiu are o aplicabilitate mai generală, deoarece cantitatea de gel prezentă în pasta (piatră) de ciment este o funcţie tip ciment şi durata de întărire (Neville A. M:, 2003). Nivelul de întărire (β) este exprimat în procente din rezistenţa la 28 de zile (R 28 ): R β unde: Rβ - rezistenţa la compresiune efectivă; β = 100 Ru- rezistenţa medie la compresiune. R u METODA EVALUĂRII GRADULUI DE MATURIZARE AL BETONULUI Gradul de maturizare al betonului se defineşte prin suprafaţa cuprinsă între ordonata 10 o C (temperatură, admisă convenţional la care procesele fizico chimice stagnează) şi curba de variaţie a temperaturii betonului sau mortarului de ciment. Rezistenţa betonului creşte odată cu avansarea proceselor de hidratare - hidratării a cimentului, care depind în mare măsură de creşterea temperaturii acestuia, ceea ce permite exprimarea gradului de maturizare în funcţie de factorii temperatură timp [h o C]. Figura Termometru cu infraroşu Sursă: Romtech 134

135 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Temperatura θ [ o C] Temperatura θ [ o C] θ i θ i M θi θ i +10 θ i 0-10 θ I+1 Timp [hr] 0-10 θ I+1 Timp [hr] t i-1 t I t I+1 t n t i-1 t I t I+1 t n Figura Variaţia temperaturii betonului a. Gradul de maturizare efectiv M ef la betoane cu temperatura de îngheţ de 0 o C t k n i= 1 n i= 1 n i= 1 n ' ( i + ) θi i i= 1 n N θi = i ' + 10 ti kθ M β i= 1 n N θi = i ' + 10 ti kθ M k i= 1 t k b. La betoane cu temperatura de îngheţ scăzută prin folosirea de aditivi Sursă: C ' M θ k = θ 10 Kθ t [6.22] i ' i ( ) [ h oc] M θ k θ [6.23] ' i ( ) [ hoc] M θ k θ [6.24] unde: ' M θ i gradului de maturizare efectiv al betonului, în [h o C], evaluat pentru zona elementului de construcţie cea mai expusă răcirii, în intervalul de timp t i ; M k - gradul critic de maturizare al betonului, evaluat la temperatura normală de +20 o C, necesar a fi obţinut în beton înainte de îngheţarea lui, pentru ca rezistenţele finale să nu fie afectate defavorabil; M β gradul de maturizare al betonului, evaluat la temperatura normală de +20 o C, corelat cu nivelul de întărire β, necesar pentru a fi permisă decofrarea [h o C]; t i durata în h a intervalului de timp i, în care temperatura variază liniar; k θi coeficientul de echivalare a gradului de maturizare al betonului evaluat la o temperatură oarecare θi cu gradul de maturizare evaluat la temperatura normală +20 o C MODELE DE CALCUL CARE STAU LA BAZA DETERMINĂRII GRADULUI DE MATURIZARE AL BETONULUI FOLOSITE PE PLAN MONDIAL Începând cu anul 1949, o serie de modele matematice au fost dezvoltate şi folosite pentru a calcula gradul de maturizare al betonului. Curbele au fost obţinute prin relaţii de echivalenţă între căldură de hidratare a cimentului si timp. Printre cele mai importante modele se pot enumera: McIntosh (1949), Nurse (1949), Saul (1951): M = ( θ θ ) t [h o C] [6.25] 135 n o i i= 1 1 = A + B log ( * maturitate R Plowman (1956): ) [h o C][6.26] R2

136 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Dracemnot (1982): Freiesleben-Hansen şi Pederson (1977): Knudsen (1984): m n F = S β i= 1 n xa n α τ M [h o C] [6.27] R = R u e [h o C] [6.28] ( M M o ) k( M M ) k Rβ = Ru [h o C] [6.29] 1+ k( M M 0 ) Carino (1991): S = S [h o C] [6.30] 1+ k( M M 0 ) ASTM (1993): R = R1 + b(log m 2 log m ) [h o C] [6.31] 2 1 unde: M gradul de maturizare efectiv al betonului, evaluat pentru zona elementului de construcţie cea mai expusă răcirii, în intervalul de timp ti [h o C]; M o gradul de maturizare iniţial când procesele de întărire încep; t durata în ore a intervalului de timp i, în care temperatura variază liniar [h]; θ - temperatura [ o C] pentru durata ti; K θi coeficient de echivalare a gradului de maturizare al betonului evaluat la temperatura oarecare (θi), cu gradul de maturizare evaluat la temperatura normală +20 o C; R β - rezistenţa la compresiune corespunzătoare gradului de maturizare M; R u rezistenţa ultimă realizabilă (MPa); F m factor de maturitate; C coeficient determinat funcţie de tipul de ciment; τ - constantă de timp; R 1, R 2 rezistenţe la compresiune înregistrate la vârste diferite (MPa); A, B coeficienţi funcţie de valoarea rezistenţei betonului (coeficienţi Plowman); m 1, m 2 maturitate corespunzătoare rezistenţelor R 1 şi R METODE OPTICE Metoda optică în spectru vizibil se bazează pe examinarea optico-vizuală a suprafeţelor elementului de beton în vederea detectării fisurilor Metoda holografică se bazează pe urmărirea modificărilor care apar în holograma unui element de beton, iluminat cu un fascicul de raze laser, ca urmare a apariţiei unui defect (fisură, microfisură etc.) pe suprafaţa elementului, în timpul solicitărilor. Astfel, se analizează parametrii radiaţiei optice aflate în interacţiune cu elementul studiat în interacţiune. (STAS 6652/1-82) METODA UNDELOR RADIO Metoda undelor radio se bazează pe evidenţierea variaţiei parametrilor undelor electromagnetice de frecvenţă radio, aflate în interacţiune cu obiectul de controlat. (STAS 6652/1-82) o 136

137 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII METODE COMBINATE Metode combinate se bazează pe utilizarea simultană şi combinată a două sau mai multe metode nedistructive, în vederea măsurării aceleiaşi proprietăţi a betonului, cu o precizie superioară metodelor individuale. (STAS 6652/1-82) Combinaţiile metodelor cel mai frecvent folosite sunt: metoda viteză de propagareindice de recul, metoda viteză de propagare - atenuarea ultrasunetelor, metoda viteză de propagare - atenuare a radiaţiilor gama, metoda viteză de propagare- amprentă, metoda viteză de propagare - forţă de smulgere şi metoda viteză de propagareradiometrică (radiografică) METODA VITEZĂ DE PROPAGARE - INDICE DE RECUL Metoda viteză de propagare - indice de recul se bazează pe posibilitatea estimării rezistenţei betonului într-o zonă dată, cu ajutorul unor măsurători combinate ale timpului de propagare a impulsurilor ultrasonice şi a durităţii superficiale prin metoda reculului METODA VITEZĂ DE PROPAGARE- ATENUAREA ULTRASUNETELOR Metoda viteză de propagare - atenuarea ultrasunetelor se bazează pe posibilitatea estimării rezistenţei betonului cu ajutorul unei încercări efectuate exclusiv în tehnica de impuls, dar măsurând doi parametrii: timpul de propagare a impulsului ultrasonic şi atenuarea sa la parcurgerea betonului METODA VITEZĂ DE PROPAGARE- ATENUARE A RADIAŢIILOR GAMA Metoda viteză de propagare - atenuare a radiaţiilor gama se bazează pe posibilitatea pe posibilitatea localizării zonelor defecte din beton cu ajutorul unei măsurări simultane a timpului de propagare a impulsurilor ultrasonice şi a coeficientului de atenuare a radiaţiilor gama. Metoda este limitată la grosimi de beton de cm METODA VITEZĂ DE PROPAGARE- AMPRENTĂ Metoda viteză de propagare - amprentă este o metodă de estimare a rezistenţei betonului, analoagă celei viteză de propagare indice de recul, cu deosebirea că determinarea durităţii superficiale se face prin măsurarea diametrului amprentei, rămasă pe beton în urma ciocnirii, în locul măsurării reculului METODA VITEZĂ DE PROPAGARE- FORŢĂ DE SMULGERE Metoda viteză de propagare - forţă de smulgere este o metodă de estimare a rezistenţei betonului pus în lucrare, bazată pe măsurarea concomitentă atât a vitezei de propagare longitudinală a impulsurilor ultrasonice, cât şi a forţei de smulgere necesare extragerii unui dispozitiv înglobat sau introdus în beton. 137

138 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII METODA VITEZĂ DE PROPAGARE- RADIOMETRICĂ (RADIOGRAFICĂ) Metoda viteză de propagare - radiometrică (radiografică) este o metodă de determinare a poziţiei şi diametrului armăturilor în beton, care foloseşte succesiv două tipuri de încercări în două faze: în faza preliminară se determină poziţia armăturilor cu ajutorul pachometrului; în faza finală se determină numărul de bare şi diametrul lor, în zonele indicate prin prima metodă, cu ajutorul metodelor bazate pe atenuarea radiaţiilor gama (radiografie sau radiometrice) MICROSCOPIE ELECTRONICĂ Microscopia electronică este o metoda de analiză cantitativă petrografică al calităţii probelor de beton. Scopul controlului fiind determinarea existenţei degradărilor datorate coroziunii armăturilor, reacţiilor alcalii-agregate, coroziunii sulfatice, săruri de amoniu etc. Avantajele metodei: focalizare superioară (aprox. x 10000), posibilitatea folosirii calculatoarelor pentru studierea imaginii generate tridimensional şi analizarea imaginii cu ajutorul fluxurilor de electroni şi a razelor X. Pentru a se realiza o suprafaţă de control corespunzătoare, aceasta trebuie pregătită în prealabil prin aplicarea (într-o incintă vacuumată) a unei pelicule conducătoare electric (aur, platină, carbon, crom sau aliaj din aur-paladiu), în grosime de mm. (Ceukelaire L., 1991) Figura Microscopia unei armături corodate înglobată în beton. Oţelul neoxidat reflectă puternic lumina, iar produşii de coroziune reflectă mai atenuat lumina decât oţelul, cu o intensitate mai puternic decât agregatele şi piatra de ciment. Sursă: Petersen K., VanDam T., Michigan Technological University, 2003; Struble L., Stutzman P.E., Figura Aceeaşi imagine ca în fig. 6-39, vizualizată cu lumină emergentă (transmisă). Armătura de oţel şi produşii de coroziune sunt opaci în transmisia luminii. Agregatele sunt în general transparente în transmisia luminii. La baza imagini, partea stângă, se observă o particulă de agregat compus din cristale lamelare. Sursă: Petersen K., VanDam T., Michigan Technological University, 2003; Struble L., Stutzman P.E.,

139 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Figura Detaliu mărit al zonei încercuite din fig şi Particula de agregat din poţiunea superioară mediană a imaginii este supusă reacţiilor alcalii agregate. Porii şi fisurile învecinate sunt umplut cu alcalii - silica gel. Sursă: Petersen K., VanDam T., Michigan Technological University, 2003; Struble L., Stutzman P.E., Figura Aceeaşi detaliu fig , supus la lumină albastră reflectată şi observat cu filtru galben. Folosirea filtrelor albastre şi galbene conduce la apariţia penetrantului în culoarea verde, pentru a se uşura controlul fisurilor, cavernelor şi a porilor. Particula de agregat este mai poroasă în interior şi mai densă la suprafaţa de contact cu piatra de ciment. Sursă: Petersen K., VanDam T., Michigan Technological University, 2003; Struble L., Stutzman P.E., Figura Detaliu zonă dreptunghiulară din fig şi Straturi alternante de alcalii silica gel şi produşi de coroziune depuşi pe feţele laterale ale fisurii din zona mediană a imagini. Sursă: Petersen K., VanDam T., Michigan Technological University, 2003; Struble L., Stutzman P.E.,

140 CONTROLUL CALITĂŢII LUCRĂRILOR DE CONSTRUCŢII Figura Aceeaşi detaliu fig Sursă: Petersen K., VanDam T., Michigan Technological University, 2003; Struble L., Stutzman P.E., Figura Aceeaşi detaliu fig şi 6-43 supusă substanţelor fluorescent penetrante. Sursă: Petersen K., VanDam T., Michigan Technological University, 2003; Struble L., Stutzman P.E., BIBLIOGRAFIE LA CAPITOLUL 6 1. Axinia P., Avram C., Epure L. M., Râmniceanu V., Analize de calitate şi performanţă. Bucureşti, Bălan S., Arcan M., Încercarea construcţiilor. Editura Tehnică, Bentz D. P., Hansen K. K., Preliminary observations of water movement in cement pastes during curing using X-ray absorption. Cement and Concrete Research, Volume 30, No. 7, pp., July Boian Fl., Rodan Gh., Georgescu M., Rodan P., Măsurători termografice pentru controlul barajelor. Antrepenorul, pag Boian Fl., Rodan Gh., Georgescu M., Rodan P., Termografia coşurilor de fum. Antrepenorul, pag Carino N.J, Nondestructive testing to investigate corrosion status in concrete structures. Journal of performance of constructed facilities pag Carino N.J., Nondestructive Test Methods. Concrete Construction Engineering Handbook. Chapter 19, CRC Press, Boca Raton, Fl, Nawy, Editor 19/1-68 pp, Carino N.J., Nondestructive testing of concrete: History and Challenges. ACI SP Concrete Technology Past present and Future, P. K. Mehta, Ed., American Concrete Institute, Detroit, MI., 1994, pag Carino N.J., The impact-echo method: an overview. Building and Fire Research Laboratory National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD USA, Proceedings of the 2001 Structures Congress & Exposition, May 21-23, 2001, Washington, D.C., American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, Peter C. Chang, Editor, p. 140