Impactul ecologic al betonului autocompactant

Durata redusa de executie, evitarea poluarii fonice, calitatea superioara a suprafetei betonului, rezistente mecanice sporite, durabilitate imbunatatita sunt doar cateva dintre calitatile betonului autocompactant (BAC), betonul care, datorita capacitatii sale de autocompactare, umple toate colturile cofrajului doar prin propria greutate, fara necesitatea compactarii prin vibrare.

Betonul autocompactant repre­zinta cea mai spectaculoasa des­coperire din ultimele decenii in domeniul constructiilor din beton.

Conceptul de beton autocompactant a fost propus de H. Okamura, (Universitatea din Tokio, Japonia), la sfarsitul anilor ’80, ca raspuns la ce­rintele stringente in ceea ce priveste realizarea structurilor din beton durabile.

Cele trei proprietati care confera betonului calitatea de autocompactant sunt:

• abilitatea de raspandire: abilitatea de a umple complet suprafetele, colturile si volumele cofrajului in care este turnat;
• abilitatea de trecere: abilitatea de a trece printre armaturi, chiar si in zonele de armare congestionata, fara a se produce separarea constituentilor sau blocarea acestora;
• rezistenta la segregare: abilitatea de a retine componentele grosiere ale amestecului in suspensie, pentru a se mentine caracterul omogen al materialului.

In general, proprietatile betonului autocompactant in stare intarita sunt similare sau superioare in raport cu cele ale unui beton conventional echivalent. Se poate afirma, deci, ca gradul de compactare al betonului si, in consecinta, durabilitatea sa este mai mult garantata daca se utilizeaza un beton autocompactant, pentru ca se reduce riscul potential al erorilor umane ce apar in cazul unei vibrari incorecte si neuniforme [1].

Desi materialele care se folosesc pentru realizarea BAC sunt practic aceleasi cu cele care intra in compozitia betonului conventional, exista diferente esentiale in ceea ce pri­veste modul de producere al celor doua tipuri de betoane:

• Betonul autocompactant se remarca printr-un continut de pulberi mai mare, necesar pentru asigurarea coeziunii amestecului; adaosurile folosite de regula pentru a indeplini aceasta cerinta pot fi: filerul de calcar, zgura granulata de furnal macinata, cenusa volanta sau silicea ultrafina. Prin prisma cercetarilor derulate, se evidentiaza faptul ca betonul autocompactant poate fi produs si fara adaosuri de parte fina, daca dozajul de ciment si partea fina din nisip (sub 0,125 mm) este indeajuns de ridicat ca sa asigure cerinta mare de pulbere a betonului autocompactant.
• Desi la punerea in opera numarul de operatii in cazul BAC se reduce deoarece nu mai este necesara vibrarea betonului, timpul pentru testarea in prealabil a compozitiilor preliminare este mai mare, din cauza sensibilitatii ridicate a betonului autocompactant la orice variatie a caracteristicilor componentelor sale (ex.: umiditatea agregatelor, granulometria agregatelor, finetea adaosurilor), precum si la exactitatea dozarii materialelor.
• Folosirea superplastifiantilor (aditivi de tipul HRWR – High range water reducing admixtures) da posibilitatea adoptarii unor rapoarte A/C mici, ceea ce conduce la rezistente la compresiune ale BAC in general mai mari decat cele specifice clasei C 40/50, ajungand pana la clasa C 100/115 [2];
• La rapoarte similare A/C, betonul autocompactant are rezistente carac­teristice egale sau superioare betonului conventional, iar evolutia in timp a rezistentelor este similara.

Avantajele utilizarii betonului autocompactant

Conceptul de beton autocompactant a aparut si s-a dezvoltat in Japonia din anul 1988, cu scopul de a se realiza structuri din beton durabile, prin imbunatatirea calitatii procesului de punere in opera si vibrare a betonului conventional.

In acelasi timp, s-a constatat ca betonul autocompactant (BAC) ofera si avantaje de ordin economic, social si chiar de mediu in raport cu betonul conventional, respectiv BAC este capabil sa asigure produselor turnate o calitate superioara de fini­sare a suprafetelor rezultate dupa decofrare (foto 1).

Prin folosirea betonului autocompactant, pe santiere sau in fabricile de prefabricate, este nevoie de un numar mai redus de muncitori calificati in procesul de punere in opera, vibrare si finisare a suprafetelor turnate pentru a obtine un beton de calitate. Date fiind conditiile existen­te pe piata muncii, atat in Japonia cat si in Europa si America de Nord, acest avantaj este din ce in ce mai important.

Deoarece nu mai este necesara vibrarea betonului proaspat turnat, se reduce substantial zgomotul si riscul specific utilizarii unor mijloace de compactare. Prin folosirea BAC in fabricile de prefabricate si prin reducerea substantiala a zgomotului, a devenit posibila amplasarea acestor unitati in zonele urbane [3].

In concluzie, folosirea BAC asi­gura scurtarea duratelor de executie, ca urmare a eliminarii procesului de vibrare.

In fabricile de elemente prefabricate/precomprimate din SUA, costurile de producere a BAC cresc cu circa 8-12% ca urmare a folosirii unei cantitati mai mari de ciment sau materiale cimentoase. Cantitatile mai mari de aditivi de tipul HRWR (superplastifianti mari reducatori de apa) sau VMA (aditiv modificator de vascozitate) necesari pentru produ­cerea BAC aduc o crestere de inca 2% fata de betonul conventional [4]. Totusi, in prezent este clara tendinta de scadere a acestor extra-costuri prin optimizarea cantitatii de pulbere, prin reducerea volumului de pasta si prin folosirea adaosurilor puzzolanice (de exemplu cenusa), al caror cost in SUA, de exemplu, este de circa 1/3 din costul cimentului.

Costurile suplimentare aratate sunt compensate de reducerea pe ansamblu a costurilor de productie, prin micsorarea timpului de punere in opera, prin eliminarea vibratoarelor si a operatiilor de intretinere a lor si prin cresterea sigurantei muncitorilor.

Studiul facut intr-o fabrica, la producerea de grinzi precomprimate, a demonstrat o reducere cu 20% a timpului conventional de turnare si cu 32% a manoperei cerute de acest proces. In general, manopera necesara procesului de punere in opera se reduce in medie cu 30%.

Sunt de remarcat, de asemenea, cresterea duratei de utilizare a cofrajelor si a echipamentelor de vibrare, ca urmare a eliminarii vibrarii in cazul BAC. Indirect, eliminarea ris­cului de expunere la accidente a muncitorilor, reducerea costurilor pentru echipamentele de protectie sonora si calitatea superioara a conditiilor de munca din fabrica de prefabricate conduc si la scaderea costurilor privind securitatea si asi­gurarile de munca.

Elementul cheie, din punct de vedere economic, la producerea grinzilor din beton precomprimat il reprezinta operatiunile de finisare a elementului dupa decofrare. Alveole, bule de aer si alte imperfectiuni ale suprafetei decofrate sunt elemente care apar, in general, dupa turnare si sunt produse de aerul retinut intre beton si suprafata cofrajului. Volumul unor astfel de imperfectiuni poate fi minimizat prin vibrarea corespunzatoare sau prin folosirea agentilor de eliberare a aerului oclus. Cu toate acestea, munca si costurile necesare finisarii si retu­sarii suprafetelor reprezinta o parte semnificativa din manopera specifica operatiilor din industria de prefabricate.

In ansamblu, producatorii de beton au aratat ca, prin folosirea BAC, s-a inregistrat o reducere a costurilor si manoperei pentru retu­sarea imperfectiunilor suprafete­lor cu 25% – 75% [4].

Compozitia betonului autocompactant

Datorita utilizarii tot mai intense in lume a betonului autocompactant, au fost elaborate in numeroase tari din Europa, Japonia si SUA o serie de recomandari, ghiduri si rapoarte. Prin acestea s-a avut in vedere: pro­iectarea amestecurilor, reglementarea metodelor de testare privind lucrabilitatea betoanelor, conditii de punere in opera si exploatare, domenii de utilizare propuse etc.

Intre cele mai cunoscute sunt cele doua ghiduri europene „Specification and Guidelines for Self-Compacting Concrete” aparut in 2002 [5], respectiv „The European Guidelines for Self-Compacting Concrete. Spe­cification, Production and Use” din 2005 [6], acesta din urma aducand completari importante asupra tuturor aspectelor legate de producerea, testarea si comportarea betonului autocompactant.

Materialele constituente ale beto­nului autocompactant sunt cele uzuale folosite la prepararea betoa­nelor [7]: ciment, agregate, apa, aditivi, adaosuri si eventual fibre.

Informatii valoroase legate de betonul autocompactant sunt pre­zentate in publicatiile din SUA: Raportul de cercetare realizat in 2007 de International Center for Aggregates Research (ICAR) [8], fiind o cercetare importanta care investigheaza rolul agregatelor si nu numai, in betonul autocompactant; „Interim Guidelines for the Use of Self-Consolidating Concrete in Precast/Prestressed Concrete Institute Member Plants” [9], creat in intam­pinarea interesului sporit fata de folosirea betonului autocompactant in industria de prefabricate / precomprimate din SUA; recomandarile companiilor: BASF Construction Chemicals, W.R. Grace Corporation, Sika Corporation Inc. completeaza cu succes datele legate de proiec­tarea si producerea betonului autocompactant.

Conform “Ghidului European pentru Beton Autocompactant” [6], proiec­tarea eficienta a compozitiilor de beton autocompactant se bazeaza pe reologia betonului proaspat.

Astfel:

• vascozitatea pastei (parte fina, apa si aditivi) din betonul autocompactant se ajusteaza prin limitarea raportului apa/pulbere, dozarea unui superplastifiant reducator de apa si optional folosirea unui aditiv modificator de vascozitate;
• cresterea fluiditatii si reducerea frecarilor dintre agregate se obtine printr-un volum de pasta mai mare decat volumul de goluri al agregatelor;
• cresterea abilitatii de trecere a betonului autocompactant rezulta prin reducerea raportului agregate grosiere/nisip.

Proportiile relative recomandate componentelor principale ale beto­nului autocompactant sunt:

– pulbere totala: 380 – 600 kg/m3;

– volumul de pasta: 300 – 380 l/m3;

– agregate grosiere: 750 – 1.000 kg/m3, respectiv in volum:  270 – 360 l/m3;

– raportul apa / parte fina (in volum): 0,85 – 1,10;

– continutul de nisip: 48 – 55% din masa totala a agregatului;

Compozitia exemplificativa a amestecului de beton autocompactant, comparativ cu amestecul de beton obisnuit compactat prin vibrare, se prezinta in figura 1.

Se specifica faptul ca, in general, nisipul este considerat a fi fractiunea de agregat avand dimensiunea maxima de 4 mm, agregatele gro­siere fiind cele de peste 4 mm; figura 1 nefiind o reprezentare a sorturilor uzuale de agregate in beton.

Metode de testare si clasificarea betonului autocompactant in stare proaspata

Abilitatea de umplere si stabilitatea betonului autocompactant in stare proaspata poate fi definita prin patru caracteristici cheie. Aceste caracteristici reologice pot fi determinate prin una sau mai multe metode, prezentate in tabelul 1 [6].

Cerintele pentru caracteristicile betonului autocompactant in stare proaspata (capacitatea de raspan­dire din tasare, vascozitatea, abilitatea de trecere si rezistenta la segregare) depind de tipul aplicatiei si in mod special, de:

• conditiile de confinare, dictate de geometria elementului, cantitatea, tipul si modul de amplasare a armaturilor, existenta pieselor inglobate, grosimea stratului de acoperire etc.;
• echipamentul utilizat la punerea in opera;
• metoda de punere in opera;
• metoda de finisare.

Sistemul de clasificare descris in continuare permite, pentru o anumita specificatie de beton autocompactant, indeplinirea cerintelor refe­ritoare la caracteristicile betonului autocompactant  proaspat:

• capacitatea de raspandire din tasare – incadrarea in una dintre cele 3 clase;
• vascozitate (viteza de curgere) – incadrarea in una dintre cele 2 clase;
• abilitatea de trecere – incadra­rea in una dintre cele 2 clase;
• rezistenta la segregare – inca­drarea in una dintre cele 2 clase.

In tabelul 2, J. Walraven [11] indica aplicatiile betonului autocompactant in functie de clasele de consistenta.

Aceasta clasificare a diferitelor aplicatii ale betoanelor autocompa­c­tante nu tine cont de conditiile spe­cifice de confinare, de geometria elementelor ce urmeaza a fi reali­zate, de punerea in opera a betonului sau de caracteristicile materialelor utilizate.

Remarci finale

Se poate concluziona faptul ca betonul autocompactant prezinta avantajele unui material ecologic, calitativ superior, cu o durabilitate sporita comparativ cu betonul obisnuit, vibrat, ceea ce recomanda utilizarea lui pe scara larga, in special la producerea elementelor prefabricate de beton.

“Whatever conventional concrete can do, SCC can do better, faster, and cheaper, especially for concrete elements with special textures, complex shapes, and congested reinforcements“.

”Orice ar fi sa se realizeze din beton obisnuit, se poate realiza din beton autocompactant (BAC) mai bine, mai repede si mai ieftin, mai ales pentru elemente din beton cu suprafete speciale, forme complexe si armaturi dese.” Myint Lwin, director Federal Highway Administration’s (FHWA) Office of Bridge Technology USA.

Bibliografie

[1] H. Okamura, M. Ouchi, Self-Compacting Concrete, Journal of Advanced Concrete Technology, Vol. 2, No. 1, April 2003;

[2] C. I. Goodier, Development of self-compacting concrete, Proceedings of the Institute of Civil Engineers, Structures & Buildings, Vol. 156, Nov. 2003;

[3] Bernabeu, Laborde, SCC – Final report of Task 8.3, Brite EuRam,  Contract No. BRPR-CT96-0366, 24.05.2000;

[4] L. A. Mate, Implementation of Self-Consolidating Concrete for Prestressed Concrete Girders, Master od Science Thesis, Raleigh, North Carolina, Nov. 2004 (under direction of Dr. P. Zia and  Dr. M. L. Leming);

[5] EFNARC – Specification and Guidelines for Self-Compacting Concrete, February 2002;

[6] BIBM, CEMBUREAU, ERMCO, EFCA, EFNARC – The European Guidelines for Self-Compacting Concrete. Specification, Production and Use, May 2005;

[7] *** SR EN 206: 2014 Beton. Specificatie, performanta, productie si conformitate.

[8] ICAR 108-2F/2007, Aggregates in Self-Consolidating Concrete, Final Report 108, AFTRE, ICAR, UTA, March 2007;

[9] PCI-TR-6-03/2003, Interim Guidelines for the Use of Self-Consolidating Concrete in Precast/Prestresed Concrete Institute Member Plants, PCI, Chicago, April, 2003;

[10] K. Holschemacher, Y. Klug, A Database for the Evaluation of Hardened Properties of SCC, LACER No.7, (2002), p.123 – 134;

[11] J. Walraven, Structural applications of self-compacting concrete, Proceedings of 3rd RILEM International Symposium on Self Compacting Concrete, Reykjavik, Iceland, ed. Wallevik O and Nielsson I, RILEM Publications PRO 33, Bagneux, France, (2003), p 15 – 22.

Autor:
cercetator stiintific gradul II, dr. ing. Henriette SZILAGYI – director sucursala INCD URBAN-INCERC Sucursala Cluj-Napoca

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 121 – decembrie 2015, pag. 34