Componenetii betonului - agregate pentru betoane

COMPONENETII BETONULUI - Agregate pentru betoane

GENERALITATI

Agregatele sunt materiale granulare naturale sau artificiale care se folosesc la prepararea mortarelor si betoanelor de ciment si la alte lucrari de constructii.

Agregatele se pot obtine din roci naturale, in mod direct sau prin operatiuni de sortare-concasare (balast, nisip, pietris, provenite din albiile raurilor si lacurilor sau piatra sperta, prin concasare ori prin procedee industriale - agregate de concasaj).

Agregatele ocupa cel putin 75% din volumul betonului si de aceea calitatea acestora influenteaza direct caracteristicile de rezistenta si durabilitatea betonului.

Toate agregatele sunt reactive, diferenta dintre ele constand numai prin caracteristicile reactiilor la care participa (natura, intensitate, viteza, efect).

Agregatul este un material mult mai ieftin decat cimentul si de aceea este avantajos sa aiba o pondere cat mai mare in compozitia betonului. De asemenea, agregatul asigura betonului o mai mare stabilitate a volumului si o durabilitate ridicata. Proprietatile unui agregat depind in totalitate de proprietatile rocii originale: compozitie chimica si mineralogica, caracterele petrografice, greutatea specifica, durabilitate, rezistenta, stabilitate fizica si chimica, structura porilor etc. Pe de alta parte, agregatul poate capata si unele proprietati diferite de roca din care a derivat: forma si dimensiunea particulelor, textura, absorbtia etc. Toate aceste proprietati pot influenta capital calitatea betonului fie in stare proaspata, fie in stare intarita.

Clasificari

Principalele criterii de clasificare ale agregatelor sunt urmatoarele:

a. dupa natura: agregate minerale sau organice (pentru betoanele obisnuite se vor considera in aceasta lucrare doar agregatele minerale);

b. dupa provenienta: agregate naturale si artificiale (pentru betoanele obisnuite se vor considera in aceasta lucrare doar agregatele naturale);

Agregate naturale:

din roci eruptive: granit, granodiorit, sienit, bazalt, porfir, diorit, andezit, gabrou etc.;

din roci sedimentare necimentate, rezultate prin degradarea si sfarmarea naturala a unor roci eruptive, metamorfice sau sedimentare;

din roci sedimentare de cimentare: brecii, gresii, calcare, travertin, ori prin acumulari de resturi organice: calcare cochilifere, diatomitul etc.;

c. dupa densitatea in gramada:

Clasificarea agregatelor dupa densitatea in gramada in stare afanata si uscata

d. dupa forma granulelor: ovoidala, rotunjita, poliedrica, lamelara (plata, solzoasa, aschioasa), aciculara (alungita) etc.;

e. dupa marimea granulelor, agregatele naturale se clasifica astfel:

nisipuri (agregat fin); 0-7 mm, avand sorturile  (fractiunile): 0-0,2; 0,2-1; 1-3; 2-5; 3-5; 3-7 (3-8) mm;

pietrisuri 7-70 mm, avand sorturile: pentru pietris 7-16; 16-31; 31- 40; 40-71 mm;

balasturi (amestecuri naturale de nisip si pietris) 0-31; 0-40; 0-63; 0-71;

piatra sparta 5 - 63 mm, avand sorturile: 5-10; 8-16; 10-20; 16-25; 20-40; 25-3; 40-63 mm;

f. dupa gradul de rotunjire si gradul de uzura:

bine rotunjite, fara pastrarea suprafetelor si colturilor initiale;

rotunjite, cu suprafetele initiale aproape sterse;

subrotunjite, cu grad mare de uzura si suprafete reduse ca dimensiuni;

angulare, cu semne slabe de uzura.

g. dupa granulozitate

agregate cu granulozitate continua, in care se gasesc toate sorturile (fractiunile) intermediare: 0-2; 0-3; 0-5; 0-7; 0-10; 0-20; 0-31; 0-71 mm;

agregate cu granulozitate discontinua, in care lipsesc unul au mai multe sorturi (fractiuni);

agregate monogranulare, in care granulele au aceeasi marime sau marimi foarte apropiate: 3-5; 5-7; 7-10; 10-15; 15-20; 30-40; 40-60 mm.

h. din punct de vedere mineralogic, agregatele se impart astfel:

Clasificarea agregatelor naturale in functie de tipul de rocii B.S 812: 1967

i. dupa tehnologia de prelucrare, agregatele se impart in:

agregate neprelucrate (extrase direct din albiile raurilor si lacurilor - de balastiera);

agregate prelucrate (de concasaj): nisip de concasaj si piatra sparta - cu granule colturoase, muchii vii si suprafata rugoasa;

CONDITII DE CALITATE A AGREGATELOR MINERALE GRELE

Agregatele minerale grele (naturale), pot fi utilizate in compozitii de betoane daca indeplinesc urmatoarele conditii:

stabilitate fizico - chimica; nu se altereaza in prezenta aerului, apei si inghet-dezghetului;

rezistenta la compresiune mai mare de min. 1,5 ori decat marca betonului propusa;

nefavorizarea reactiilor alcalii - agregat;

inexistenta unor impuritati in masa de agregate, care sa influenteze negativ procesele chimice si fizice din masa betonului: particule vegetale, carbune, argile, mica etc.In anumite limite sunt admise in masa de agregate urmatoarele impuritati: mica (1%), carbune (0,5%), humus galben, argila (0,25-1,5%), parti levigabile (1-3%), saruri solubile (1,2%), etc. Nu sunt admise urmatoarele impuritati: resturi animale sau vegetale, pacura, uleiuri, pelicule aderente de argila, materiale aderente care izoleaza agregatul de liant, sulfati, sulfuri, etc.

GRANULOZITATEA AGREGATELOR SI MARIMEA GRANULELOR

Granulometria este operatia de laborator prin care se determina granulozitatea (compozitia granulometrica) a agregatului in diferite sorturi (fractiuni).

Prin granulozitate (sau compozitia granulometrica) a unui agregat se intelege compozitia procentuala (in greutate) a diferitelor sorturi ce alcatuiesc agregatul.

Granulozitatea agregatelor este caracterizata in principal de urmatorii factori:

aria totala a granulelor;

volumul relativ ocupat de agregat;

continutul de parte fina si de parte grosiera.

Marimea maxima a granulelor de agregat se stabileste dupa mai multi parametrii (vezi rezolvarea calitativa a compozitiei betonului), dar in principal este influentata de dimensiunile minime ale elementului de constructie, distanta minima dintre armaturi, inaltimea de turnare a betonului etc.

Un aspect important il constituie suprafata specifica totala a volumul de agregat, care influenteaza direct cantitatea de apa necesara la amestecare, cu toate avantajele si dezavantajele care decurg din acestea.

Pentru un agregat dat si o dimensiune maxima a granulei stabilita dupa criteriile din normative, aria totala depinde de proportiile fractiunilor componente ale agregatului total. Proportiile fractiunilor vor fi stabilite astfel incat sa se obtina un volum minim de goluri.

Principalele curbe de granulozitate si limitele de granulozitate standard sunt prezentate in tabelele 3.13, 3.14, 3.15, 3.16, 3.17 si 3.18 si se utilizeaza pentru evitarea folosirii incorecte a agregatului sub aspectul granulozitatii.

Pentru fiecare dimensiune maxima a agregatelor sunt trasate cate patru curbe dar tinand cont de prezenta unor fragmente de agregat mai mari sau mai mici decat intervalul de granulatie folosit si de variatie dimensionala din fiecare fractiune, granulatia practica se va gasi in vecinatatea acestor curbe. Astfel, exista "zone de granulometrie", care se desfasoara de la granulatia cea mai fina (curba 1) pana la cea mai grosiera (curba 4).

FORMA GRANULELOR SI TEXTURA ACESTORA

Forma granulelor modifica volumul de goluri dintre acestea. Granulele de forma neregulata alungite si aschioase, conduc la un volum de goluri mai mare si scad lucrabilitatea si compactitatea amestecurilor, fapt ce va influenta negativ durabilitatea betonului intarit.

Principalele aspecte care sunt importante din punct de vedere al formei si texturii agregatelor sunt:

gradul de rotunjire; se refera la angularitatea (inversul rotunjirii) muchiilor si colturilor granulei, dictata de rezistenta si abraziune a rocii si de uzura la care a fost supusa;

sfericitatea; definita ca o functie a raportului dintre aria totala a suprafetei granulelor si volumul agregatului; sfericitatea depinde in principal de stratificatia rocilor din care au derivat granulele agregatului;

proportia granulelor solzoase; (cu diametrul minim sub 0,6 din diametrul luat ca medie a ochiurilor sitei la care se raporteaza fractia);

textura suprafetei; (care influenteaza considerabil rezistenta betonului) depinde de dimensiunea granulelor si de caracteristicile rocii-mama. In general, rugozitatea unui agregat poate fi apreciata vizual, dar pentru o apreciere obiectiva exista o clasificare:

Textura superficiala a agregatelor dupa BS 12 -1967

In concluzie, se poate afirma ca forma si textura de suprafata a unui agregat influenteaza rezistenta betonului. De asemenea, un agregat mai rugos mareste forta de aderenta dintre granule si matricea de ciment, dar scade lucrabilitatea betonului.

ADERENTA AGREGATULUI LA PASTA DE CIMENT

Aderenta dintre agregat si pasta de ciment influenteaza direct, in special, rezistenta la incovoiere a betonului, prin gradul de interpatrundere a pastei de ciment intre rugozitatile suprafetei agregatului.

Suprafete neregulate (specifice agregatelor de concasaj, impreuna cu o natura moale si eterogena a rocilor, conduc la o aderenta sporita cu pasta de ciment.

Exista de asemenea, influente asupra acestei aderente, legate de proprietatile fizico - chimice ale agregatelor, compozitiei mineralogice ale rocilor si caracteristicile electrostatice a suprafetei granulelor.

In general, intr-o epruveta de beton spart, trebuie sa se observe o predominare a granulelor smulse din masa de beton, in raport cu cele sfarmate.

GREUTATEA SPECIFICA ABSOLUTA SI IN GRAMADA

Greutatea specifica absoluta se refera la volumul de material solid, excluzand porii.

Greutatea specifica aparenta a unor tipuri de roci

Greutatea specifica aparenta este raportul intre greutatea agregatului uscat in etuva conform normativelor si greutatea apei care ar ocupa un volum egal cu al solidului (incluzand porii impermeabili). Cu alte cuvinte, greutatea specifica aparenta a agregatului depinde de greutatea specifica a mineralelor componente si de volumul golurilor.

La dozarea volumetrica, este necesara cunoasterea greutatii agregatului ce va ocupa un volum dat. Acesta se numeste greutate specifica in gramada si depinde de gradul de indesare al agregatului, in functie de forma granulelor si compactitatea obtinuta astfel.

POROZITATEA SI ABSORBTIA AGREGATULUI

Porozitatea si absorbtia agregatului influenteaza direct aderenta granulelor de pasta de ciment, rezistenta betonului la inghet-dezghet si rezistenta la abraziune.

Porii agregatului variaza ca dimensiune si pot fi repartizati fie numai in interiorul granulelor, fie cu deschidere spre suprafata granulelor, fir cu ambele cazuri.

Cand toti porii agregatului sunt umpluti se spune ca acesta este saturat si uscat la suprafata. Este necesar sa se cunoasca umiditatea agregatului inainte de introducerea lui in procesul de prepararea a betonului, altfel vor aparea fenomene de inconstanta a lucrabilitatii acestuia, mai ales in primele 15.30 min dupa preparare (dupa primele 15 min. absorbtia se reduce sau se opreste, ca urmare a "invelirii" granulelor de catre pasta de ciment).

UMIDITATEA SI INFOIEREA AGREGATULUI

Un agregat expus precipitatiilor retine o cantitate considerabila de umiditate pe suprafata granulelor si pastreaza aceasta umiditate in interiorul haldei, un timp indelungat. Acest fenomen este preponderent in cazul agregatului fin (nisipuri). Agregatul grosier retine apa in cantitati mult mai reduse decat nisipul.

In cazul nisipului apare si fenomenul "infoierii". Acest fenomen consta in cresterea in volum a nisipului (raportata la unitatea de greutate). Cauza "infoierii" este constituita de peliculele de apa care fac ca particulele de nisip sa se distanteze intre ele.

Gradul de "infoiere" depinde de procentul de umiditate din nisip si de finetea acestuia (de exemplu la 5.8% umiditate, se produce o "infoiere" de 20.30%).

La agregatele grosiere, cresterea de volum in prezenta apei este neglijabila, fiindca grosimea peliculei de apa este foarte mica comparativ cu dimensiunea granulelor.

IMPURITATI IN AGREGAT

Sunt trei categorii de materiale daunatoare care pot fi intalnite in agregat:

- 1. Impuritati, care perturba reactiile de hidratare a cimentului.

- 2. Depuneri pe granule, care reduc aderentele agregat-pasta de ciment.

- 3. Particule fara rezistente sau instabile ca volum

Impuritati organice. Materia organica din masa agregatului apare din descompunerea substantelor organice (in principal taninul si derivatii sai), sub forma de humus si sol organic. Aceste impuritati se regasesc de obicei in nisipuri, agregatele grosiere fiind spalate mai usor.

Argila si malul. Argila apare in agregat sub forma de invelisuri ale granulelor, avand efecte nocive de rupere a aderentei intre agregat si pasta de ciment si deci modificand in sens negativ rezistentele si durabilitatea betonului.

Malul este constituit din particule fine (pana la 0,02 mm), prin alterari naturale. Poate forma pelicule peste granulele agregatelor sau poate actiona in particule liber.

Praful de concasare. Rezulta din procesul de sfarmare a rocilor la dimensiunile stabilite prin concasare.

Actioneaza ca si malul, prin pelicule peste granulele de agregat sau in suspensie de particule.

Prin finete, perturba cantitatea de apa in amestec, avand suprafete specifice totale ce nu pot fi neglijate.

Particule cu volum instabil. Exista doua categorii de particule cu volum instabil:

particule care nu isi mentin integritatea;

particule care se dilata si se "sparg" la efectul inghet-dezghetului.

Cele mai des intalnite particule cu caracteristicile de mai sus sunt: marno-argilele, bulgarii de argila, lemn si carbune. Ele favorizeaza coroziunea si oxidarea si influenteaza negativ rezistentele betonului prin dilatare.

Mica actioneaza defavorabil asupra reactiilor de hidratare a cimentului si influenteaza cantitatea de apa din compozitie si deci rezistenta betonului.

REACTIILE DINTRE ALCALII SI AGREGAT

Cele mai frecvente reactii chimice dintre agregat si pasta de ciment este produsa intre constituentii activi ai silicei din agregat si alcaliile din ciment.

Reactiile debuteaza cu atacul hidroxizilor alcalini din ciment asupra mineralelor silicioase din agregat si formeaza un gel care are proprietatea de a se dilata foarte mult prin absorbtie de apa.

De asemenea, cantitatea de apa neevaporata din pasta de ciment si permeabilitatea aceleiasi paste, influenteaza desfasurarea reactiilor alcalii-agregate.

Expansiunea determinata de reactiile alcalii-agregat poate fi redusa sau neutralizata prin adaugarea in beton a silicei fine reactive (trasuri de tip pyrex sau cenusa de termocentrala).

Agregate cu granulozitate discontinua

Granulatia discontinua poate fi definita ca granulatia din care lipsesc una sau mai multe fractiuni de dimensiuni intermediare.

Pe o curba granulometrica, granulatia discontinua se prezinta printr-o linie orizontala in intervalele de dimensiuni care lipsesc.

Agregatele cu granulatie discontinua se pot utiliza pentru orice beton, dar ele dau rezultate bune in doua cazuri:

pentru betoane coloidale (cu agregate preamplasate);

pentru betoane cu agregat aparent.

In normativele actuale, curbele de granulozitate sunt transpuse in tabele ce pot fi interpretate si utilizate mai usor.

Granulozitatea optima a unui agregat este aceea care creeaza conditii pentru obtinerea unei compactitati maxime si aunei bune lucrabilitati.

TRANSPORTUL SI DEPOZITAREA AGREGATELOR PENTRU BETOANE

La transportul si depozitarea agregatelor nu sunt necesare masuri speciale, acest material nefiind sensibil la factorii atmosferici. Se vor asigura totusi cateva conditii lagate de impiedicarea introducerii unor impuritati in masa agregatului, amestecarea sorturilor si segregarea agregatelor la descarcare.

Transportul agregatelor la distante mari se realizeaza cu mijloace specifice auto sao CF, basculante. Pentru distante scurte se folosesc benzi transportoare, elevatoare cu cupe, incarcatoare, tomberoane, roabe, etc.

Depozitarea agregatelor se organizeaza in functie de capacitatea si necesitatea de utilizare a acestui depozit. Astfel, cele mai simple depozite constau in amenajarea unor platforme din balast cilindrat, pe care se pozitioneaza gramezile de agregate pe sorturi.

Depozitele sectoriale au platforme din beton sau din balast cilindrat si se folosesc la statiile de betoane demontabile. La statiile de betoane mari si la fabricile de prefabricate se organizeaza depozite  cu estacada, complet mecanizate. In unele cazuri, agregatele pot fi depozitate si in buncare specifice.