Cimenturi cu caldura de hidratare redusa pentru betoane hidrotehnice

Datorita complexitatii solicitarilor la care sunt supuse, betoanele destinate constructiilor hidrotehnice trebuie sa prezinte pe langa rezistenta mecanica buna, rezistenta la gelivitate, contractie mica la intarire, permeabilitate mica si o exotermicitate redusa. In acest sens, cimentul din care este confectionat betonul trebuie sa degaje o cantitate limitata de caldura in timpul proceselor de hidratare-hidroliza. In caz contrar este posibila aparitia de fisuri in masa betonului.

Va prezentam rezultatele obtinute la realizarea si caracterizarea cimenturilor cu caldura de hidratare redusa conform normelor europene in vigoare, EN 14216:2004 si EN 197-1/A1-2004, precum si comportarea acestora in betoane hidrotehnice.

Durabilitatea betoanelor constituie o conditie esentiala pentru siguranta constructiilor si, de aceea, orice factor care poate influenta ne­gativ durabilitatea betonului trebuie prevenit sau eliminat.

In anumite cazuri, in special in cel al betoanelor masive, cum sunt betoanele pentru baraje, la care structura prezinta un raport mic intre suprafata si volum, se poate crea un gradient termic intre zonele interne si externe ale betonului, avand ca efect aparitia contractiilor si ulterior a fisurilor sau chiar a rupturilor. Gradientul termic este rezultatul cresterii temperaturii in interiorul masei betonului ca urmare a degajarii caldurii de hidratare a cimentului. Utilizarea unor cimenturi speciale, cu valori ale caldurii de hidratare controlabile si limitate, raspunde deci solicitarilor majore ale constructiilor din betoane masive [1-3].

In Romania sunt in vigoare standarde care se refera la caldura de hidratare, preluate dupa normele europene respective, si anume: SR EN 14216:2004 „Ciment. Compo­zitie, specificatii si criterii de conformitate ale cimenturilor speciale cu caldura de hidratare foarte redusa” si SR EN 197-1:2002 „Ciment. Partea 1: Compozitie, specificatii si criterii de conformitate pentru cimenturi uzuale“ cu amendamentul A1:2004. Prin standardul SR EN 14216:2004 este impusa pentru caldura de hidratare a cimenturilor o valoare maxima de 220 J/g. In cazul amendamentului A1:2004, pentru ca cimenturile uzuale sa fie considerate „cimenturi uzuale cu caldura de hidratare redusa“, se impune pentru caldura de hidratare o valoare maxi­ma de 270 J/g.

Utilizarea unor cimenturi cu caldura de hidratare redusa poate constitui o modalitate de crestere a durabilitatii betoanelor.

Iata in continuare informatii privind caracteristicile chimice, fizico-mecanice si caldura de hidratare ale unor cimenturi cuprinse in standardele mentionate, si anume:

• ciment tip CEM III/A LH conform SR EN 197-1/A1:2004;

• cimenturi tip VLH III/B, VLH IV/A, VLH V/A conform SR EN 14216:2004.

Comportarea in betoane a cimenturilor sus mentionate a fost verificata prin testarea acestora in stare proaspata si intarita.

Conditii experimentale

Conditii de realizare a cimenturilor de tip CEM III/A LH conform SR EN 197-1/A1:2004 si VLH III/B, VLH IV/B, VLH V/A conform SR EN 14216:2004

Standardele SR EN 197-1/A1:2004 si SR EN 14216:2004 permit reali­zarea cimenturilor cu caldura de hidratare redusa utilizand clinchere uzuale in amestec cu diferite adaosuri (zgura granulata de furnal si/sau cenusa de termocentrala, puzzolana). In cazul de fata proportia si tipul de adaos sunt cele prezentate in tabelul 1.

Calitatea materiilor prime pentru obtinerea acestor cimenturi este impusa de conditiile prevazute in SR EN 197-1:2002.

Astfel, clincherul utilizat a prezentat urmatoarele caracteristici chimice si mineralogice incadrandu-se in limitele impuse de standard:

• raportul CaO/SiO₂ – 3,07 fata de min. 2;

• MgO – 2,05% fata de max. 5%;

• C₃S + C₂S – circa 72% fata de 66%.

Zgura granulata de furnal utilizata ca adaos in cimenturile de tip CEM III/A LH, VLH III/B, VLH V/A a corespuns conditiilor impuse de SR EN 197-1:2002, si anume:

• CaO + MgO + SiO₂ – 83,4% fata de min. 66%;

• (CaO + MgO)/ SiO₂ – 1,37 fata de min. 1.

Cenusa de termocentrala ce a intrat in componenta cimenturilor de tip VLH IV/A si VLH V/A a avut un continut de SiO₂ reactiv de 37,81% fata de limita minima, 25%, admisa de SR EN 197-1:2002.

Caracteristicile chimice, fizico-mecanice, precum si caldura de hidratare ale cimenturilor realizate sunt prezentate in tabelul 2.

Realizarea betoanelor

Betoanele realizate cu cimenturile caracterizate in capitolul anterior au fost preparate la diferite dozaje de ciment (tabelul 3), cu lucrabilitatea T₃, utilizand un raport apa/ciment de circa 0,45.

La prepararea amestecurilor de beton, s-au utilizat agregate de balas­tiera, corespunzatoare din punctul de vedere al conditiilor impuse de STAS 1667-86, dimensiunea lor maxima fiind de 31 mm.

S-a folosit, de asemenea, un aditiv antrenor de aer, conform „Codului de practica pentru executarea lucrarilor din beton, beton armat si beton precomprimat-Indicativ NE 012-1999“.

Conditii de testare a betoanelor

Betoanele realizate au fost carac­terizate atat in stare proaspata, cat si intarita. Pe betonul in stare proaspata au fost determinate lucrabilitatea si densitatea aparenta. Pentru determinarile in stare intarita, au fost confectionate epruvete care au fost conservate in conditii normale de expunere pana la termenele stabilite pentru testarea caracteristicilor fizice (permeabilitatea la apa) si mecanice (rezistenta la compresiune, la inghet-dezghet).

Rezultate

Caracteristicile betoanelor in stare proaspata si intarita sunt prezentate in tabelul 3.

Rezultatele obtinute conduc la urmatoarele aprecieri:

In stare proaspata:

• lucrabilitatea T₃ la care au fost realizate amestecurile de beton a conferit acestora un caracter omogen;

• amestecurile de beton realizate prezinta o consistenta si o coeziune bune, putandu-se compacta usor.

In stare intarita:

• conform STAS 6102-86, clasa betonului hidrotehnic este determinata de valoarea rezistentei la compresiune la 90 de zile. Astfel, pentru betoanele realizate cu cimenturile cu caldura de hidratare redusa (CEM III/A LH, VLH III/B, VLH IV/A, VLH V/A), in conditiile mentionate mai sus (dozaje ciment, aditiv) s-au atins urmatoarele clase de rezistenta:

– BcH 25 in cazul utilizarii cimentului tip CEM III/A LH;

– BcH 22,5 in cazul utilizarii cimentului tip VLH III/B;

– BcH 40 in cazul utilizarii cimentului tip VLH IV/A;

– BcH 35 in cazul utilizarii cimentului tip VLH V/A.

• Rezistentele mecanice ale betoanelor au o evolutie favorabila in timp, prezentand cresteri de:

– 93,42% in intervalul de la 7 la 28 de zile si 12,33% in intervalul de la 28 la 90 de zile pentru betonul cu ciment CEM III/A LH;

– 65,29% in intervalul de la 7 la 28 zile si 20,28% in intervalul de la 28 la 90 de zile pentru betonul cu ciment VLH III/B;

– 62,34% in intervalul de la 7 la 28 zile si 5,85% in intervalul de la 28 la 90 de zile pentru betonul cu ciment VLH IV/A;

– 26,24% in intervalul de la 7 la 28 zile si 31,86% in intervalul de la 28 la 90 de zile pentru betonul cu ciment VLH V/A;

• la 90 de zile betoanele preparate:

– cu cimenturile tip CEM III/A LH, VLH V/A satisfac testul de impermeabilitate la apa corespunzator gradului de impermeabilitate P₁₂;

– cu cimenturile tip VLH III/B, VLH IV/A satisfac testul de impermeabilitate la apa corespunzator gradului de impermeabilitate P₈;

• valorile pierderilor de rezistenta mecanica la compresiune dupa 50 cicluri de inghet-dezghet, pentru toate cimenturile realizate, sunt cu mult mai mici (4,2 – 8,5%) fata de limita maxima de 25%, admisa de STAS 3518-89;

• valorile pierderilor de rezistenta mecanica la compresiune dupa 100 cicluri de inghet-dezghet (10,9 – 19,7%) in cazul cimenturilor VLH III/B, VLH IV/A, pentru care a fost efectuata determinarea, sunt sub limita maxima de 25%, admisa de STAS 3518-89.

Concluzii

Cimenturile realizate prezinta valori scazute ale caldurii de hidratare, ceea ce le face apte a fi utilizate pentru betoane hidro­tehnice (cf. STAS 6102-86, pct. 3,5):

• circa 208 J/g pentru cimentul CEM III/A LH, fata de maximum 270 J/g, admis de SR EN 197-1/A1:2004;

• 114,03 – 216,0 J/g pentru cimenturile VLH III/B, VLH IV/A, VLH V/A, fata de maxim 220 J/g, admis de SR EN 14216:2004;

Betoanele hidrotehnice obtinute cu cimenturile tip CEM III/A LH, VLH III/B, VLH IV/A si VLH V/A au prezentat:

• rezistente mecanice corespunzatoare claselor:

– BcH 25 in cazul utilizarii cimentului tip CEM III/A LH;

– BcH 22,5 in cazul utilizarii cimentului tip VLH III/B;

– BcH 40 in cazul utilizarii cimentului tip VLH IV/A;

– BcH 35 in cazul utilizarii cimentului tip VLH V/A;

• caracteristici care asigura constructiilor durabilitate:

– grad de permeabilitate P₈ si P₁₂ pentru betoanele realizate cu cimenturile tip VLH III/B, VLH IV/A, respectiv CEM III/A LH, VLH V/A;

– rezistenta la inghet-dezghet G100 de max. 19,7% fata de max. 25% admis de STAS 3518-89, determinata in cazul cimenturilor tip VLH III/B, VLH IV/A.

Bibliografie

1. Ionescu, I., Ispas, T. –  Proprietatile si tehnologia betoanelor, Bucuresti, Editura Tehnica, 1997;

2. Kaminski, M., Zielenkiewicz – Caldura de hidratare, Cement and Concrete Research, 1992, vol.12, 549-558;

3. Lam, L., Bijen, J.A. –  Studiul betoanelor cu rezistenta ridicata preparate cu volume mari de cenusa zburatoare, Cement and Concrete Research, 2000, 30(6), 447-455.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 25 – aprilie 2007

Autori:
Ileana MOHANU
Ionela PETRE
Ecaterina ANDREESCU –  SC CEPROCIM SA Bucuresti,
Maria GHEORGHE – U.T.C.B., Diana URSU – INCERC SA Bucuresti