Calculul practic al temperaturii betonului proaspat si intarit

Pentru inginerii constructori, problema turnarii betonului la temperaturi de sub +5°C sau de peste +25 °C este de mare interes, iar rezolvarea ei corecta poate asigura realizarea unor elemente si structuri din beton inzestrate cu o durabilitate ridicata. In acest sens, este indicat ca temperatura betonului proaspat in momentul livrarii la locul punerii in opera sa fie:

1. ≥+5⁰C, daca temperatura aerului ambiant este mai mare de +5⁰C;
2. ≥+5⁰C, daca temperatura aerului ambiant este intre +5⁰C si -3⁰C, iar dozajul de ciment este de minimum 240 kg/m³si nu s-a folosit ciment cu caldura de hidratare redusa (de ex.CEM II A-V 42,5R);
3. ≥+10⁰C si maximum 20⁰C, daca temperatura aerului ambiant este intre +5⁰C si -3⁰C, iar dozajul de ciment este sub 240 kg/m³ sau s-a folosit ciment cu caldura de hidratare redusa (de ex.CEM III A 42,5N-LH);
4. ≥+10⁰C si maximum 20⁰C, daca temperatura aerului ambiant este intre -10⁰C si -3⁰ Elementul de beton va fi mentinut cald, la o temperatura de minimum +10⁰C, timp de cel putin 3 zile de la turnarea betonului. In acest caz, sunt obligatorii masuri corespunzatoare de turnare pe timp friguros, respectiv protejarea betonului impotriva inghetului. Se recomanda si utilizarea cimenturilor cu degajare mare de caldura (de ex.CEM I 42,5R) si/sau aditivi acceleratori de intarire si anti-inghet;
5. ≤+25⁰C, pentru betoane masive, la structuri de rezistenta si la constructii hidrotehnice;
6. ≤+30⁰C, indiferent de temperatura aerului ambiant. In caz contrar, se iau masuri speciale pentru asigurarea pastrarii calitatii betonului intarit, precum utilizarea unor aditivi intarzietori de priza.

Pe timp calduros, se recomanda turnarea betonului seara si noaptea, iar pe timp friguros, in miezul zilei. La temperaturi ale aerului ambiant sub -10⁰C nu se recomanda turnarea betonului.

Atunci cand este necesara cresterea temperaturii betonului proaspat, aceasta se poate face prin incalzirea apei la temperaturi cuprinse intre +60⁰C si +80⁰C si incalzirea agregatelor (fig. 1).

Daca este necesara scaderea temperaturii betonului proaspat, agregatele pot fi preracite cu apa, tinand cont de apa continuta de agregatele proaspat spalate si scazand-o din cantitatea totala de apa necesara pentru compozitia betonului.

Alegerea tipului de ciment in functie de temperatura la punere in opera si de clasa de rezistenta a betonului este sintetizata in tabelul 1.

Tabelul 1: Recomandari de utilizare a cimenturilor in functie de temperatura de punere in opera si de clasa de rezistenta a betonului, conform NE 012/1-202

¹⁾ A se studia si prevederile art. 8.5 „Tratare si protectie” si anexa F 8.5 a SR EN 13670-1:2010 „Executia structurilor de beton”, respectiv anexa F a NE 012/2-2022.

Proprietatea cimentului numita caldura de hidratare denota cantitatea de caldura degajata prin hidratarea unui ciment intr-o perioada de timp data. La hidratarea cimentului se degaja intotdeauna o cantitate de caldura, indiferent de tipul sau. Conform SR EN 196-8 si SR EN 196-9, caldura de hidratare a cimenturilor uzuale nu trebuie sa depaseasca 270 J/g. Cimenturile cu caldura de hidratare redusa sunt notate prin „LH” (conform SR EN 197-1:2011), cele cu caldura de hidratare foarte redusa, prin „VLH” (conform SR EN 14216:2004), iar cimenturile cu caldura de hidratare limitata sunt notate cu „H” (conform SR 3011:1996, inlocuit din 2012 de SR EN 197-1:2011).

Determinarea temperaturii betonului proaspat

 Pe baza temperaturii ingredientelor betonului (ciment, agregate, apa) se poate afla temperatura betonului proaspat folosind graficul din fig. 1, unde temperatura cimentului este considerata egala cu +5⁰C. Pentru alte temperaturi ale cimentului, este necesara corectarea valorii temperaturii betonului proaspat, astfel: o crestere a temperaturii cimentului cu 10⁰C va cauza o crestere a temperaturii betonului proaspat cu aproximativ 1⁰C.

Fig. 1: Determinarea temperaturii betonului proaspat

Exemplul 1. Sa se determine temperatura betonului proaspat folosind graficul din fig. 1 si cunoscand:

• temperatura agregatelor, T_agreg= 23 ⁰C
• temperatura apei de amestec, T_apa = 20 ⁰C
• temperatura cimentului, T_cem = 65 ⁰C

Rezolvare:

Temperatura betonului proaspat (citita de pe grafic), T_beton = 20 ⁰C

Corectarea temperaturii betonului in corelatie cu temperatura cimentului, T_cor = 6 ⁰C

Temperatura corectata a betonului proaspat, T_beton,cor = 20 + 6 = 26 ⁰C

Temperatura betonului proaspat poate fi determinata si utilizand ecuatia de mai jos:

unde

• T_beton, T_cem, T_adaos, T_agreg, T_apa– temperatura betonului proaspat, a cimentului, a adaosurilor (din beton), a agregatelor si a apei [⁰C]
• g_cem , g_adaos , g_agreg , g_apa – dozajul de ciment, adaosuri (din beton), agregate si apa dintr-un metru cub de beton [kg/m³]
• c = 0,84 – capacitatea termica specifica a cimentului, a adaosurilor si a agregatelor [kJ/(kg·⁰C)]
• c_apa = 4,20 – capacitatea termica specifica a apei [kJ/(kg·⁰C)]

Exemplul 2. Calculati temperatura betonului proaspat cunoscand:

• temperatura agregatelor, T_agreg = 23 ⁰C
• temperatura apei de amestec, T_apa = 20 ⁰C
• temperatura cimentului, T_cem = 65 ⁰C
• dozajul de ciment per metru cub de beton, g_cem = 300 kg/m³
• dozajul de agregate per metru cub de beton, g_agreg = 1.900 kg/m³
• dozajul de apa per metru cub de beton, g_apa = 175 kg/m³

Rezolvare:

Regula empirica:

Temperatura optima de intarire a betonului este intre +15 si +25⁰C, viteza de evolutie a rezistentei mecanice scazand odata cu scaderea temperaturii mediului ambiant. Evolutia scaderii rezistentei mecanice a betonului ce are in compozitia sa cimenturi cu adaos (CEM II, CEM III) concomitent cu scaderea temperaturii este mai pronuntata decat atunci cand sunt utilizate cimenturi fara adaos (CEM I).

Dupa temperatura, al doilea factor important pentru intarirea betonului, ce caracterizeaza mediul ambiant, este umiditatea. Mentinerea unei umiditati cat mai ridicate pe perioada de intarire are un efect benefic asupra rezistentei mecanice, reducerii fisurarii si cresterii durabilitatii betonului. In conditii de umiditate ridicata sunt favorizate reactiile de hidratare-hidroliza specifice cimentului, este redus riscul fisurilor de contractie plastica (in perioada initiala, matricea de ciment are o rezistenta insuficienta pentru preluarea tensiunilor de intindere) si este stimulata reactia puzzolanica care produce blocarea porilor capilari cu noi produsi de reactie (crescand astfel durabilitatea betonului). Atunci cand conditiile de mediu nu sunt cele optime, controlul temperaturii si al umiditatii mediului ambiant in care se afla elementul din beton imediat dupa turnare se realizeaza prin masuri specifice de tratare in conformitate cu NE 012/1+2-2022, PE 713 si C 16/1985.

La turnarea in cofraje glisante (conform NE 012-2/2012), temperatura betonului proaspat este prevazuta in functie de dimensiunea minima a sectiunii elementului (b_min), astfel:

• minimum 10⁰C si maximum 30⁰C daca b_min< 0,3m;
• minimum 5⁰C si maximum 30⁰C daca 0,3m≤ b_min<1,0 m;
• minimum 5⁰C si maximum 25⁰C daca 1,0 m≤ b_min≤2,0 m;
• minimum 5⁰C si maximum 20⁰C daca b_min>2,0 m.

Determinarea temperaturii betonului intarit 

Timpul necesar pana la atingerea temperaturii maxime in miezul unui element de constructie din beton poate fi estimat dupa cum urmeaza:

• daca b ≤3,5 m: t_max≈b + 0,5 [zile];
• daca b >3,5 m: t_max≈b + 1,0 [zile];

unde:

• b – grosimea elementului de constructie exprimata in metri;
• t_max – timpul pana la atingerea temperaturii maxime in miezul elementului de constructie din beton.

Evolutia temperaturii in miezul unui element de constructie poate fi calculata aproximativ, astfel:unde:

• T_max – temperatura maxima in miezul elementului de constructie [⁰C];
• T_beton – temperatura betonului proaspat [⁰C];
• ΔT_miez,H – cresterea de temperatura in miez [⁰C].

Cresterea de temperatura in miez cauzata de caldura de hidratare poate fi estimata folosind urmatoarea ecuatie:

unde:

• H_cem(t) – caldura de hidratare a cimentului dupa t zile [kJ/kg];
• Q_beton – capacitatea termica/(m³ beton):
• g_cem , g_adaos , g_agreg , g_apa – dozajul de ciment, adaosuri (din beton), agregate si apa dintr-un metru cub de beton [kg/m³];
• c = 0,84 – capacitatea termica specifica a cimentului, a adaosurilor si a agregatelor [kJ/(kg·⁰C)];
• c_apa = 4,20 – capacitatea termica specifica a apei [kJ/(kg·⁰C)].

Cimenturile cu caldura de hidratare redusa, LH (low heat), vor avea maximum 270 J/g valoarea caldurii de hidratare determinata la 7 zile (conform SR EN 196-8), respectiv la 41 ore (conform SR EN 196-9), aceasta fiind trecuta in fisa tehnica a produsului. Exemple de astfel de cimenturi sunt CEM II A-S LH, CEM II B-M (S-V) LH si CEM III/A LH. Exista si cimenturi speciale cu o caldura de hidratare foarte redusa, notate cu VLH (very low heat), avand in compozitia lor o cantitate mica de clincher (ex. CEM III/B VLH, CEM III/C VLH, CEM IV/A VLH, CEM IV/B VLH, CEM V/A VLH si CEM V/B VLH). Valori de referinta pentru caldura de hidratare a cimenturilor in functie de timp pot fi gasite in tabelul 2 si pe graficul din fig. 2.

Fig. 2: Evolutia in timp a caldurii de hidratare a cimentului, exemplificata pentru diferite tipuri de ciment, considerand un dozaj de ciment de 300 kg/(m3 beton) ©Beton.wiki 2021

Tabelul 2: Caldura de hidratare a cimentului, stabilita folosind calorimetrul (conform SR EN 196-8), depozitat intr-o boxa izoterma la temperatura de 20 ⁰C

Exemplul 3. Sa se determine temperatura betonului intarit in miezul elementului de constructie din beton, T_max, dupa 3 zile, cunoscand:

• grosimea elementului de constructie exprimata in metri, b = 2,0 m
• temperatura betonului proaspat, T_beton = 20 ⁰C
• tipul cimentului, CEM III/B 32,5N LH/SR
• dozajul de ciment per metru cub de beton, g_cem = 300 kg/m³
• dozajul de agregate per metru cub de beton, g_agreg = 1.900 kg/m³
• dozajul de apa per metru cub de beton, g_apa = 150 kg/m³

Rezolvare:

1. Timpul pana la atingerea temperaturii maxime in miezul elementului de constructie din beton:

t_max≈ 2,0 + 0,5 = 2,5 zile ≈ 3 zile

2. Temperatura de hidratare a cimentului dupa 3 zile:

H_cem (3) = 188 kJ/kg

3. Capacitatea termica/(m³ beton):
4. Cresterea de temperatura in miez de beton:
5. Temperatura in miezul de beton calculata:
6. Temperatura la suprafata betonului dupa 3 zile:

Aceasta inseamna ca temperatura suprafetei in a 3-a zi trebuie sa fie ≥ 28 °C (= 43 – 15). Acest lucru poate fi realizat, de exemplu, prin acoperirea cu prelate termoizolante.

Despre fisurarea elementelor din beton ca urmare a contractiei timpurii (chimica, autogena, tasare, plastica, la uscare) si a contractiei de durata (la uscare, autogena, termica, carbonatare) se poate consulta ghidul de proiectare pentru controlul fisurarii elementelor din beton, GP 115-2011.

BIBLIOGRAFIE

[1] CP 012/1-2007 – Cod de practica pentru executarea lucrarilor din beton si beton armat, ASRO, 2008 (consta in comasarea lui NE 012-1 :2007, SR EN 206-1 :2002 si SR 13510:2006), 2007;

[2] GP 115-2011 – Ghid de proiectare pentru controlul fisurarii elementelor masive si peretilor structurali de beton armat datorita contractiei impiedicate, 2011;

[3] NE 012/1-2022 – Cod de practica pentru executarea lucrarilor din beton, beton armat şi beton precomprimat. Partea 1: producerea betonului, 2023;

[4] NE 012/2-2022 – Normativ pentru producerea si executarea lucrarilor din beton, beton armat si beton precomprimat – Partea 2: Executarea lucrarilor din beton, 2023;

[5] PE 713/2004 – Instructiuni privind betoanele hidrotehnice – Normativ pentru executia si controlul betoanelor in constructii hidrotehnice. Faza de proiectare: studiu, 2013;

[6] SR EN 206-1:2002 – Beton. Partea 1: Specificatie, performanta, productie si conformitate, 2002;

[7] SR EN 13670-1:2010 – Executia structurilor de beton, 2010;

[8] SR EN 12620:2013 – Agregate pentru beton, 2013;

[9] SR EN 934-2/2003 – Aditivi pentru beton, mortar si pasta. Partea 2: Aditivi pentru beton. Definitii, conditii, conformitate, marcare si etichetare;

[10] SR 13510:2006 – Beton. Partea 1: Specificatie, performanta, productie si conformitate. Document national de aplicare a SR EN 206-1, 2006;

[11] SR EN 197-1:2011 – Ciment – Partea 1: Compozitie, specificatii şi criterii de conformitate ale cimenturilor uzuale, 2011 ;

[12] SR 3011:1996 – Cimenturi cu caldura de hidratare limitata si cu rezistenta la agresivitatea apelor cu continut de sulfati;

[13] BetonMarketing – Frischbeton Eigenschaften und Prüfungen, Zement-Merkblatt Betontechnik B4 3.2013, Verein Deutscher Zementwerke e.V. (editor). Autor Biscoping M., 2013;

[14] Heidelberg Cement – Betontechnische Daten (Ausgabe 2017). Autori: KÜCHLIN D., HERSEL O., BACHMANN R., BOOS P., DIETERMANN M., LÖSCHNING P., 2017;

[15] Heidelberg Cement – Minighid de proiectare a durabilitatii betonului (editia 1). Semnat de GAVRILESCU R., Carpatcement Fieni 100, 2017;

[16] Holcim – Betontechnische Daten. Ein Tabellenwerk für Praktiker. Holcim (Deutschland) GmbH, 2019;

[17] KISS Z., ONET T. – Beton armat, editura U.T. Pres, Cluj-Napoca, 1999;

[18] KISS Z., ONET T. – Proiectarea structurilor de beton dupa SR EN 1992-1, Abel, Cluj-Napoca 2008 si 2010 (editie revizuita);

[19] SCHNEIDER K.J. – Bautabellen für Ingenieure (Andrej Albert – 21 Auflage) , Werner Verlag, Bundesanzeiger Verlag , Köln, 2014;

[20] THIENEL K.-Ch. – Bauchemie und Werkstoffe des Bauwesens – Vorlesungen über Beton 2013-2021, Institut für Werkstoffe des Bauwesens, Universität der Bundeswehr München, 2013 si 2021.

Autor: dr. ing. Traian-Nicu TOADER – Facultatea de Constructii din Cluj-Napoca (UTCN)

(Continutul acestui articol este extras din cartea „Stabilirea specificatiei betonului de ciment proaspat si intarit, conform SR EN 206-1”, autor: Traian-Nicu TOADER, aparuta la editura U.T.Press, Cluj-Napoca, 2022)

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 201 – aprilie 2023, pag. 48-50, 52