DURABILITATEA BETONULUI

Durabilitatea betonuluiComportarea n timp a construciilor depinde de interaciunea materialelor structurale i factorii externi care acioneaz n timp asupra acestora. Durabilitatea construciilor reprezint un element important n activitatea de proiectare. Pentru asigurarea unei durabiliti corespunztoare fiecarei construcii, n funcie de clasa de importan, trebuiesc analizate condiiile de mediu. Aciunile chimice, fizice sau biofizice la care construcile sunt expuse pe durata de via pot afecta durata de via.

Pe durata de exploatare proiectat o construcie trebuie s ndeplineasc cerinele de serviciu, rezisten i stabilitate, fr pierderi semnifictive.

Cauzele care produc deteriorarea construciilor din beton armat sunt:

exploatarea necorespunztoae a structurilor (suprasarcini, impact, oboseala);

procesele fizice (fisurarea betonului, ngheul, agenii dejivrani, eroziunea,etc); procesele chimice (atacul acizilor, sulfailor, alcaliilor);

procesele biologice;

coroziunea armturii

Din acest motiv, betonul trebuie proiectat i din punctul de vedere al criteriilor de durabilitate.1. Clase de expunere

Structurile trebuie ca pe durata de via s se comporte conform proiectrii, n condiiile aferente de mediu, luate n calcul n faza iniial.

Sunt definite ase clase de expunere cu cel mult patru trepte de expunere n cadrul fiecrei clase. O parte din aceste clase de expunere se refer la posibilele efecte asupra armturilor din beton (Tabel I.1):

Clasa de expunere XO se refer la elemente de beton simplu care nu sunt expuse la nici un fel de atac al mediului nconjurtor sau la elementele de beton armat aflate ntr+un mediu foarte uscat. Clasa de expunere XC (coroziunea datorat carbonatrii); Clasa de expunere XD (coroziunea indus de cloruri din sare); Clasa de expunere XS ( corouiunea datorit clorurilor din apa de mare sau briz de aer de mare); Clasa de expunere XF (nghe cu/fr aciunea materialelor pentru ndeprtarea poleiului)-vezi Tabel I.2; Clasa de expunere XA (atacuri chimice).n situaii speciale (de ex. structuri temporare sau monumentale, structuri supuse unor aciuni extreme sau neobinuite, etc) se pot lua n considerare i alte cerine pe baza unor norme speciale).Cu toate c n EC sunt trecute doar sae clase de expunere n cele mai multe ri exist i o clas de expunere suplimentar care se refer la uzura betonului (Tabelul I.3):

Clasa de expunere XM (abraziune mecanic).

Un element de construcie se poate ncadra simultan n mai multe clase de expunere. De exemplu un perete la o cldire de locuit (Fig.I) la interior este ncadrat n clasa de expunere XC1, iar la exterior la clasele de expunere XC4 i XF1. Evident se va laege varianta cea mai defavorabil, pentru care se va alege clasa minim de beton i stratul maxim de acoperire cu beton.

Exemple de ncadrare sunt redate n figurile1, pentru o cldire de locuit, iar n Figura 2 pentru o construcie industrial amplasat lng mare i pentru o parcare subteran.

Tabelul I.1 Clase de expunere cu posibile efecte asupra armturilor din betonSimbol ClasaDescrierea mediuluiExemple informative unde clasa de expunere poate fi consideratClasa minim de beton

Fr risc de coroziune sau atacXOPentru beton fr armtur sau metal nglobat;n orice mediu n afar de de cazurile n care avem nghe-dezghe, abraziune sau atac himic. Pentru beton armat sau cu metal nglobat:n mediu foarte uscat.Beton n interiorul cldirilor cu umiditate n aer foarte sczutC12/15

LC12/13

Coroziunea

datorit carbonatrii XC1Uscat sau permanent udBeton n interiorul cldirilor cu umiditatea n aer sczut. Beton submersibil n apC20/25

LC20/22

XC2Ud, rareori uscatSuprafaa elementului de beton avnd contact de lung durat cu apa. Anumite fundaiiC25/30

LC25/28

XC3Umiditate moderatBeton n interiorul cldirilor cu umiditate moderat sau ridicat. Beton n exteriorul cldirilor ferit de ploaie.C30/37

LC30/33

XC4 Cicluri alternante umed/uscatSuprafaa elementului de beton este n contact cu apa, nu aa mult ca i la clasa de expunere XC2C30/37

LC30/33

Coroziunea datorit clorurilorXD1Umiditate moderatSuprafaa betonului expus clorurilor din aer.C30/37

LC30/33

XD2Ud, rareori uscatPiscine . Elemente de beton expuse la ape industriale ce conin cloruriC30/37

LC30/33

XD3Cicluri alternante umed/uscatPri de poduri expuse stropilor de ap cu coninut de clorueiTrotuare. Dale pentru parcriC35/45

LC35/38

Coroziunea datorit clorurilor din ap de mareXS1Expunere la sarea din aer, dar nu n contact direct cu apa de mareStructuri apropiate sau pe coastC30/37

LC30/33

XS2Permanent sub apPri de structuri marineC35/45

LC35/38

XS3Zone stropite de valuriPri de structuri marineC35/45

LC35/38

Tabelul I.2 Clase de expunere cu posibile efecte asupra betonului

Simbol ClasaDescrierea mediuluiExemple informative unde clasa de expunere poate fi consideratClasa minim de beton

nghe-dezgheXF1Saturaie moderat de ap fr ageni anti-ngheSuprafee verticale de beton expuse ploii i ngheuluiC30/37

LC30/33

XF2Saturaie moderat cu ap cu ageni anti-ngheSuprafeele verticale de beton a structurilor de drumuri expuse la nghe i la agenii anti-nghe din aerC25/30

LC 25/28

XF3Saturaie mare cu ap fr ageni anti-ngheSuprafee orizontale de beton expuse ploii i ngheuluiC30/37

LC30/33

XF4Saturaie mare cu ap cu ageni anti-nghe sau ap de mareDrumuri i poduri expuse agenilor anti-nghe. Suprafee de beton expuse stropirii cu ageni anti-nghe i ngheului. Zonele stropite ale structurilor marine expuse ngheuluiC30/37

LC30/33

Atac chimic XA1Mediu cu agresivitate chimic sczutSoluri naturale i apa freaticC30/37

LC30/33

XA2Mediu cu agresivitate chimic moderatSoluri naturale i apa freaticC30/37

LC30/33

XA3Mediu cu agresivitate chimic ridicatSoluri naturale i apa freaticC35/45

LC35/38

Tabelul I.3 Expunerea betonului la uzur prin abraziuneSimbol clasaGrad de uzurExemple informative unde clasa de expunere poate fi consideratClasa minim de beton

Uzura betonuluiXM1normalPardoseli industriale (purtate sau portante)expuse circulaiei vehiculelor mici cu pneuriC30/37

LC25/30

XM2puternicPardoseli industriale (purtate sau portante) expuse circulaiei motostivuitoarelor cu pneuriC35/45LC30/37

XM3Foarte puternicPardoseli industriale (purtate sau portante)expuse circulaiei vehiculelor mici cu roi din elastomer sau metal; utilaje cu enile;Abraziunea prin aluviuni la construcii hidrotehnice i bazine de linitire.C35/45

LC30/37

2. Cerina minime la stabilirea compoziiei betonuluiBetonul utilizat se poate stabili n dou moduri;

amestecul proiectat la staie de productor;

amestecul de beton prescris de ctre proiectant i/sau utilizator.

Alegerea componenilor se face pe baza unor amestecuri preliminare stabilite i verificate de ctre un laborator autorizat.

n cazul amestecului proiectat pentru o anumit clasa de expunere, trebuie specificate urmtoarele date: clasa de rezisten;

dimensiunea maxim a agregatului;

consistena betonului proaspt;

dozajul minim de ciment;

raportul A/C maxim.

Durabilitatea betonului armat i precomprimat poate fi afectat prin trei mecanisme:

1) Coroziunea armturii;

2) Reacia alcali-agregat;

3) Coroziunea betonului.

7.1Coroziunea armturiiCoroziunea este un fenomen complex care apare atunci cnd valoarea Ph a betonului scade de la 13 la o valoare mai mic de 9. Aceasta se cunoate sub denumirea de pierdere de pasivitate i se datoreaz mai multor cauze, cum ar fi;

a) Carbonatare;

b) Atacul clorurilor.

7.1.1. CarbonatareaCarbonatarea este atacul gradual produs de penetrarea gazelor acide (bioxidul de carbon) care reacioneaz cu alcalii liberi din beton producnd scderea Ph-ului. Fiind un proces de difuzie, adncimea de carbonatar este proporional cu rdcina ptrat din timp.Rata carbonatrii betonului este funcie de rezistena betonului la difuzie, de concentraia substanelor de difuzie (coninutul de CO2) din aer, Fig. 7.1

Fig. 7.1 Carbonatarea betonuluin zonele fisurate ale betonului, carbonatarea are o rat de penetrare mai mare. Armturile pot fi mai uor atacate n zonele cu fisuri n beton, Fig. 7.2.

Fig. 7.2. Carbonatarea ntr-o zon fisurat in a cracked region

7.1.2. Atacul clorurilorIonii de clor pot exista n cimentul hidratat, dar n proporie rdus. Alt surs de atac clorhidric l constituie mediul nconjurtor.Cloruri pot fi gsite n apa de mare, sruri din aerul marin, sruri pentru dezghe, etc.

Cu privire la transportul clorurilor n beton, n cazul difuziei apei se constat atacuri mai puternice.Atacul cu cloruri se poate produce n zonele fisurate de beton, Fig. 7.3.

Fig. 7.3. Atacul clorurilor n betonul fisurat.

Ionii de clor distrug local stratul pasiv al armturii i n betonul necarbonatat. n acest caz, o suprafa anodic se opune unei largi suprafee catodice, nc protejat de stratul pasiv. Condiiile nefavorabile ale suprafeei va conduce la o ptrundere local, accelerat a coroziunii n metal. Acest proces se numete coroziune prin ciupituri, Fig. 7.4.

Ca stadiu intermediar se formeaz clorura feric, care reacioneaz cu ionii de hidroxil pentru a produce un hidrat feric, proces care conduce la eliberarea clorurii. Astfel clorura nu este consumat, dar acioneaz ca agent catalitic n procesul de coroziune. n plus, produii simultani ai acidul hidrocloric conduc la o reducere a pH-ului n ciupitur, coroziunea rmnind activ.

Fig. 7.4. Coroziunea prin ciupituri7.1.3. Coroziunea armturiiCoroziunea oelului apare suf urmtoarele forme:

a) coroziune generalizat;

b) coroziune local (ciupituri));

c) coroziunea fisurant sub tensiune.

Primele dou forme a) i b) sunt comune armturii pasive i active.Coroziunea fisuran sub tensiune apare numai la oelurile de nalt rezisten i constituieun mare pericol pentru structuri, datorit modului de rupere casant a srmelor pretensionate.a) Coroziunea generalizat se dezvolt pe ntreaga suprafa lateral a barei(pe un sector), fiind uniform distribuit n adncime. Procesul de degradare ce apare este de natur elecrochimic sau se datoreaz dizolvrii directe a fierului. Eforturile influeneaz coroziunea prin creterea ratei de rupere.Coroziunea generalizat conduce la pierderi de mas datorate dizolvrii oelului din aproape n aproape.Armtura corodat pierde capacitatea de rezisten din cauza reducerii seciunii. n general ruprea este precedat de o cretere a deformaiilor, anunnd n acest mod tendina de rupere.b) Coroziunea local Fig. 7.4, se manifest printr-o concentrare a degradrilor pe zone restnse formndu-se mici ciupituri prin dizolvarea fierului.c) Coroziunea fisurant sub tensiune este esenial diferit de tipurile a) i b). Este determinat de efectul penetrrii atomilor de hidrogen n structura oelului. n consecin, apare o extindere a fragilitii structurii, rezultnd mai nti o dificultate de adaptare la deformaii plastice. Aceast afectare a fragilitii, asociat cu nivelul ridicat al efortului determin ruperea fragil, instantaneen datorit distrugerii legturilor metalice sub efort.7.2. Coroziunea betonuluiProcesele de coroziune sunt mprite n trei categorii:

Tipul I de coroziune care are loc n prezena apei cu duritate mic. Coroziunea const n dizolvarea unor produi de hidratare ai cimentului, n special ai hidroxidului de calciu.Tipul II de coroziune are loc cu reacii chimice ntre compuii agenilor agresivi i cei ai pietrei de ciment: produii de reacie pot fi solubili i de aceea ei pot fi transportai de ap, sau pot fi greu solubili i n acest caz se formeaz gelurile. Acest tip de coroziune apare de exemplu sub aciunea apelor acide.

Tipul III de coroziune are loc atunci cnd agenii agresivi acioneaz n porii betonului, iar produii rezultai cristalizeaz, cu o cretere important de volum; dilatarea n volum produce eforturi interne n masa de beton, distrugnd betonul. Degradrile n acest caz sunt ca efect al proceselor de expansiune. Acest tip de coroziune apare n cazul atacului sulfailor.

7.3.1. Coroziunea acid n acest grup intr aciunea acizilor; ei reacioneaz cu piatra de ciment. Printre acizii inorganici se numr: acidul hidrocloric, acidul sulfuric, acidul sulfuros nitric acid, acidul hidrofluoric; i ca acizi organici: acidul acetic, lactic, humic.

Coroziunea acid apare pentru o valoare a pH-ului de 6,5.

Acizii reacioneaz cu toi componenii pietrei de ciment; rezult hidroxid de calciu, geluri de siliciu hidratat i hidroxid de fier.

Cnd atacul este cu acid hidrocloric, sarea este CaCl2; aceasta este solubil i procesul de coroziune este accelerat pn la completa degradare a pietrei de ciment.

Compui insolubili pot forma depozite compacte la suprafaa pietrei de ciment, oprind avansarea coroziunii.

7.3.2. Coroziunea srurilor de magneziuSrurile de magneziu se gsesc n apa de mare; ele pot produce distrugerea betonului.Aceste sruri mai nti atac hidroxidul de calciu din piatra de ciment, apoi ali componeni ai pietrei de ciment, pn la completa descompunere. Hidroxizii de magneziu rezultai din reacii se aseaz n porii pietrei de ciment; la concentraii mari aceti produi pot colmata suprafaa betonului, oprind atacul agresiv.Cimenturile obinuite au o comportare mai bun la atacurile cu ap ce conine sruri de magneziu, dac se compar cu cimenturile cu adaosuri.

7.3.3. Coroziunea srurilor de amoniacntre srurile agresive de amoniac sunt clorura de amoniu, sulfura de amoniu i nitratul de amoniu, ultimul fiind cel mai agresiv. Acesta reacioneaz cu hidroxidul de calciu i apoi racioneaz cu ali componeni ai pietrei de ciment pn la completa distrugere a pietrei de ciment.n acest caz de coroziune se rcomand utilizarea betoanelor preparate cu zgur furnal n dozaj de 300 Kg/m3.

7.3.4. Coroziunea srurilor alcalinen concentraii de aprox. 5...10% soluiile alcaline pot distruge betonul prin atacul asupra pietrei de ciment i a agregatelor.Procesul distructiv acioneaz asupra Al2O2 i SiO2 iar compuii rezultai sunt solubili.

Pentru concentraii de peste 20% aciunea de dizolvare este foarte intens.

Cimenturile cu adaosuri active prezint o rezisten sporit la acest tip de coroziune n comparaie cu cimentul portland.

7.3.5. Coroziunea sulfaticCoroziunea sulfatic are loc prin expansiune. ntre ionii sulfatici i componenii pietrei de ciment au loc reacii chimice; produii cristalizeaz cu cretere mare de volum, producnd tensiuni n beton i distrugnd astfel betonul.7.3.6. Efectele apei de mare asupra betonuluiBetonul supus aciunii apei de mare poate suferi aciuni chimice foarte variate,cum arfi: atac chimic, coroziunea indus de cloruri asupra armturii, atacul ingheului+dezgheului repetat, atacul agenilor de dezgheare, abraziunea nisipului, etc.Aceste atacuri depind de locaia betonului fa de nivelul mrii. Salinitatea apei de mare variaz ntre 0,7 i 4,3% (in Marea Moart). Coninutul de sruri este aproape constant n mri i oceane. Ph-ul este ntre 7,5 i 8,4.

Atacul chimic al apei de mare este dup cum urmeaz:

Produsul rezultat Mg(OH)2 precipit n porii de la suprafaa betonului i formeaz un strat protector. Dac intervine i abraziunea, aceasta ndeprteaz depozitele de produi de la suprafa, apoi reaciile continu._1130236945.unknown