Digitally signed by Biblioteca UTM Reason: I attest to the accuracy and integrity of this document

Universitatea Tehnică a Moldovei

Facultatea Cadastru, Geodezie şi ConstrucţiiCatedra Geodezie, Cadastru şi Geotehnică

ZĂCĂMINTE ŞIMATERIALE DE CONSTRUCŢIE

Ciclu de prelegeri

ChişinăuU.T.M.

2008

CZU553+69( 075.8)Z 12

Prezentul ciclu de prelegeri „Zăcă minte şi materiale deconstrucţie”, este destinat studenţilor de la specialitatea Exploatăriminiere (IMZM) pentru cunoaşterea şi însuş irea proprietăţilorfizico-chimice, mecanice şi tehnologice ale materialelor deconstrucţie pentru ca mai apoi să contribuie la analiza, conturarea,evaluarea şi soluţionarea problemelor de deschidere, pregătire şiextragere a materialelor de construcţie cu care se confruntăactualmente industria construcţiilor din Republicca Moldova şi săfie capabili să se încadreze cu profesionalism la locurile de muncă.

Elaborare: conf. univ., dr. Constantin Tarnovschi Ing. Nina Corlăteanu

Redactor responsabil: conf. univ., dr. Constantin Tarnovschi Recenzent : lect. superior, ing. Valeriu Cucoş

DESCRIEREA CIP A CAMEREI NAŢIONALE A CĂRŢIIZăcăminte şi materiale de construcţie: Ciclu de

prelegeri/ Univ. Tehn. a Moldovei. Fac. Cadastru, Geodezieşi Construcţii. Catedra Geodezie, Cadastru şi Geotehnică ;elab. : Constantin Tarnovschi, Nina Corlăteanu ; red. resp. :Constantin Tarnovschi.- Ch. : UTM, 2008. – 184p.

ISBN 978-9975-45-077-575ex.

Bun de tipar 11.04.08. Formatul hârtiei 60x84 1/16.Hârtie ofset. Tipar RISO Tirajul 75 ex.Coli de tipar 11,5 Comanda nr.37

ISBN 978-9975-45-077-5 ©U.T.M., 2008

2

Cuprins

Prefaţă 7Tema 1. Cunoştinţe generale despre materiale deconstrucţie şi clasificarea lor. 81.1.Scurt istoric al dezvoltării materialelor de construcţie 81.2.Obiectivul şi importanţa cursului materiale de

construcţie91.3. Felurile materialelor naturale şi artificiale 101.4.Cunoştinţe despre structura materialelor 121.5.Clasificarea materialelor de construcţie 13Tema2.Proprietăţile principale ale materialelor deconstrucţie 152.1. Proprietăţile fizice 152.2. Proprietăţile chimice 242.3. Proprietăţile mecanice 26Tema 3. Materiale de piatră naturală 333. 1. Generalităţi 333.2. Mineralele principale din care se formează rocile 353.3. Clasificarea şi utilizarea rocilor ca material

de construcţie 393.4. Materiale şi produse din piatră naturală 503.5. Exploatarea şi prelucrarea materialelor de

piatră naturală 513.6. Măsuri de protecţie contra degrădării 523.7. Transportarea şi păstrarea 53Tema 4. Materiale ceramice 554.1 Generalităţi 554.2. Materii prime 564.3. Proprietăţile ceramice ale argilelor 584.4. Fazele tehnologice ale produselor ceramice 624.5. Tratamente de suprafaţă 63Tema 5. Materiale de construcţie din sticlă 655.1. Generalităţi 655.2. Fazele generale ale fabricării sticlei. (Produsele

3

din mase topite) 665.3. Materiale de construcţie din sticlă 675.4. Materiale termoizolante din sticlă 695.5 Sitale 70Tema 6. Lianţi anorganici 716.1. Noţiuni generale despre lianţi 716.2. Lianţi de ipsos şi anhidrită 736.3. Lianti de magnezie şi dolomit 766.4. Sticla solubilă şi cimentul acido-rezitent 776.5. Varul aerian 796.6. Varul hidraulic 806.7. Cimentul Portland şi varietăţile lui 826.8. Cimenturi cu adaosuri hidraulice866.9. Lianţi de var-puzolană şi de var-zgură 886.10. Ciment aluminos 896.11. Cimenturi expansive 906.12.Transportarea şi păstrarea materialelor liante 906.13. Coroziunea cimentului Portland 91Tema 7. Mortare de construcţie şi betoane pe bază desubstanţe anorganice 957.1. Clasificarea mortarelor şi betoanelor 957.2. Materiale pentru prepararea mortarelor şi betoanelor

grele, uşoare, celulare 987.3.Proprietăţile amestecului de mortar şi beton 997.4. Proprietăţile mortarelor şi betoanelor 1017.5. Alegerea dozajului pentru betoane şi mortare 1057.6. Prepararea şi transportarea mortarelor şi betoanelor 1077.7. Turnarea amestecului de beton şi întreţinerea acestuia 1087.8.Betoane grele cu destinaţie specială. Betoane pentru

construcţii hidrotehnice şi subterane 109Tema 8. Produse de beton armat 1128.1. Scurte informaţii despre betonul armat 1128.2. Clasificarea produselor prefabricate de beton şi

cerinţele generale faţă de ele 1148.3. Nomenclatura produselor de beton armat 115

4

8.4. Metode industriale de producere a elementelor de betonArmat 116

8.5. Construcţii de ciment armat 1178.6. Transportarea şi păstrarea produselor de

beton armat.(P.D.B.A.)………………………………......…117Tema 9. Materiale şi produse pietroase artificiale pe

bază de substanţe…………………………………….....…1199.1.Materiale şi produse pietroase artificiale 1199.2.Produse pe bază de var 1209.3.Cărămidă de var- zgură şi var- cenuşă 1239.4.Betoane şi prefabricate silico-calcare 1239.5. Produse silico-calcare celulare 1249.6. Produse pe bază de ipsos 1259.7.Produse pe bază de azbociment 126Tema 10. Lemnul şi produsele din lemn 12910.1 Cunoştinţe generale …………………………………...…...12910.2. Speciile lemnoase locale folosite în construcţe ……..…….13010.3. Structura lemnului…………………………………...…....131 10.4. Proprietăţile fizice ale lemnului……………………...…….134 10.5. Produse din lemn folosite în construciţe……………...…...136 Tema 11. Materiale pentru colorări……………………...……139 11.1. Generalităţi 13911.2. Clasificarea lucrărilor de colorare 13911.3. Elementele compoziţiei de vopsit 14011.4. Lianţi 14011.5. Pigmenţi 14211.6. Solvenţi 14211.7. Chituri 14211.8. Vopsele 143Tema 12. Materiale termoizolante 14412.1. Generalităţi 14412.2. Clasificarea materialelor termoizolante 14512.3. Structura şi însuşirile materialelor termoizolante 14812.4. Folosirea materialelor termoizolante 14812.5. Produse termoizolante minerale149

5

Tema 13. Materiale bituminoase 15213.1 Cunoştinţe de bază 15213.2. Bitumuri de petrol şi naturale 15413.3. Gudroane şi smoală 15513.4. Mortare şi betoane de asfalt şi de gudron 15613.5. Noţiuni generale despre materiale bituminoase şi

gudronoase pentru învelitori şi hidroizolaţii 15713.6. Materiale de bitum hidroizolante 160Tema 14. Materiale de construcţie din polimeri şi maseplastice 16214.1 Întroducere 16214.2. Structura polimerilor 16514.3. Comportarea polimerilor la tempera…………………...….16614.4.Clasele polimerilor 16714.5. Mase plastice 16814.6. Proprietăţile principale ale maselor plastice înconstrucţie…………………………………………………..........169Tema15. Metalele 17215.1Cunoştinţe generale 17215.2.Elaborarea fontei……………………………………...…....17615.3.Elaborarea oţelului……………...……………………...…..17815.4. Proprietăţile metalelor…………………………………......18115.5. Încercările mecanice ale metalelor…………………….…..182

6

Prefaţă

Prezentul ciclu de prelegeri “Zăcăminte şi materiale deconstrucţie” urmăreşte scopul de a-i ajuta pe studenţii de laspecialitatea Exploatări miniere (IMZM) şi topografie minieră săcunoască principiile şi noţiunile conceptuale ale mineritului şidobîndirii marerialelor de construcţie, să -şi formeze o gîndireinginerească complet coerentă şi critică în ceea ce priveştecertitudinea unei exploatări miniere econome şi fără pericol.

În conformitate cu programa de învăţămînt, lucrarea cuprinde15 teme care reflectă fundamentele teoretice şi practice aleactivităţii inginereşti privind proprietăţile fizico-chimice, mecaniceşi tehnologice ale materialelor de construcţie, dobîndirea,prepararea şi folosirea acestora.

Fiecare temă a cursului debutează cu enunţarea planului şi aunui set de obiective de studiu, care scot în evidenţă concepţiilefundamentale asfel încît să ajute studentul la însuşirea materialuluirespectiv şi la pregătirea pentru susţinerea examenului.

Prudenţa şi străduinţa la însuşirea acestui curs le va permitestudenţilor cunoaşterea metodelor eficiente de utilizare amaterialelor la construirea şi susţinerea lucrărilor miniere dinsubteran şi de la suprafaţă, la exploatarea rocilor minerale utile şiprepararea din acestea a materialelor de construcţie.

7

TEMA 1

CUNOŞTINŢE GENERALE DESPRE MATERIALELE DECONSTRUCŢIE ŞI CLASIFICAREA LOR

1.1. Scurt istoric al dezvoltării materialelor de construcţie 1.2. Obiectivul şi inportanţa cursului Materiale de

construcţie 1.3. Felurile materialelor naturale şi artificiale 1.4. Cunoştinţe despre structura materialelor 1.5. Clasificarea materialelor de construcţie

Scopul: a promova studenţilor cunoştinţe generale din istoria dezvoltării materialelor de construcţie.

1.1. Scurt istoric al dezvoltării materialelor de construcţie

Printre primele materiale de construcţie utilizate de om aufost: lemnul, piatra naturală şi argila. În regiunile unde nu existăpiatră se foloseau cărămizile din argilă uscată.

Cu timpul omul a descoperit fenomenul de ardere a argilelorşi de producere a cărămizilor şi a blocurilor ceramice.

Pentru legarea agregatelor şi a materialelor se utilizau lianţi,ca: argila, ipsosul, varul, asfaltul (bitumul). Au fost descoperiţi lianţihidraulici (var cu cenuşă vulcanică, varul hidraulic etc).

Din documentele existente reiese că romanii cunoşteausecretul fabricării varului hidraulic pe care-l foloseau la pregătireabetoanelor pentru grandioasele lor lucrări de poduri, apeducte, bolţicu deschideri mari etc.

În evul mediu, ca rezultat al fă rвmiţării feudale, construcţiilemari din piatră naturală se reduc; în schimb iau o mare amploareconstrucţiile din cărămidă arsă.

Apariţia şi dezvoltarea capitalismului a determinat evoluţiaindustriei materialelor de construcţii deoarece acum aparenecesitatea de a realiza construcţii civile, industriale şi militare de

8

mare importanţă.În acest scop apar noi materiale, tehnici ş i tehnologii de

construcţii, ca: oţelul, betonul armat monolit şi prefabricatele,industrializarea, etc.

Pentru obţinerea betonului şi mortarelor era nevoie de lianţihidraulici (cimenturi), care au fost realizaţi în aceeaşi perioadă înRusia şi Anglia.

Din combinarea betonului cu oţelul s-a ajuns la fabricareabetonului armat, care a permis executarea diverselor tipuri deconstrucţii civile, industriale şi militare.

1.2. Obiectivul şi importanţa cursului de zăcăminte şimateriale de construcţie

Prin materiale de construcţie se înţelege totalitatea produselornaturale sau artificiale folosite la executarea unei construcţii, de lafundaţii pвnă la finisare.

Studierea materiei prime, a proceselor de fabricaţie, acaracteristicilor fizico-mecanice şi chimice, precum ş i a domeniilorde folosire fac ca proiectarea şi executarea lucrărilor de construcţiesă se fac ă raţional şi să corespundă nivelului contemporan altehnicii şi tehnologiilor econome.Cursul Zăcăminte şi materiale de construcţie se bazează pe:

1. Studierea materiei prime şi auxiliare care se folosesc lafabrică rea materialelor de construcţie. Cunoaşterea lor estenecesară pentru înlocuirea unor materii prime deficitare cu alteledupă necesitate.

2. Studiul proprietăţilor fizico-mecanice şi chimice în corelaţiecu compoziţia chimică şi structura fizică. Studiul şi cunoaştereacaracteristicilor fizico-mecanice şi chimice are o mare impotanţă lastabilirea domeniilor de utilizare ale materialelor de construcţie.

3. Studierea proceselor tehnologice de fabricaţie cuimplicaţiile lor asupra proprietăţilor tehnice ale materialelor şielementelor de construcţie. Se insistă în special asupra proceselor

9

tehnologice ale materialelor principale: ciment, beton, metale etc.Cunoaşterea tehnologiei de fabricaţie în general şi a fazelorintermediare este necesară pentru prevenirea eventualelor defectelegate de măsuri corespunzătoare.

4. Studiul comportării materialelor de construcţii la acţiuniledistructive fizico-mecanice, chimice şi biologice ale mediuluiexterior şi elucidarea proceselor intime care guvernează acestefenomene.

În concordanţă cu acţiunile distructive se prescriu remediilede protecţie, combaterea şi evitarea lor.

5. Studiul domeniilor de folosire ale materialelor deconstrucţie se stabilesc pe baza caracteristicilor fizico-mecanice şichimice.

1.3. Felurile materialelor naturale şi artificiale

Materialele naturale se obţin nemijlocit din materie primănaturală prin prelucrare mecanizată fără modificarea compoziţiei şistructurii chimice iniţiale.

Materialele artificiale care sunt obţinute prin prelucrare sedeosebesc de materia primă. De exemplu, din lut (argilă), care înapă se înmoae uşor, după ardere se obţin materiale ceramice culimită de rezistenţă înaltă la compresie şi la acţiunea apei(cărămidă, plăci ceramice pentru placare etc.).

Materialele de construcţie naturale şi artificiale trebuie săreziste la diferite acţiuni de putere şi influenţă a fenomenelor dinmediul ambiant. Din aceasta cauză materialele de construcţietrebuie să cumuleze un şir de calităţi şi mai ales rezistenţă ladiferite puteri de forţă şi la factorii atmosferici: aerul cu oconcentrare mare de gaze agresive, apa cu săruri agresive dizolvateîn ea, schimb ările de temperatură şi umiditatea, îngheţ - dezgheţulrepetate de mai multe ori.

Calitatea materialelor naturale şi artificiale în mare măsurădepinde de procesul tehnologic la pregătirea lor. După criteriultehnologic, calitatea materialelor depinde de felul materiei prime şi

10

de tehnologia aplicată. Din punct de vedere al tehnologiei de producerematerialele de construcţie se împart în următoarele grupe:

1- materiale din piatră naturală - nisip, pietriş, piatrăspartă, piatră brută, blocuri din piatră şi pietre de formă regulatăpentru zidirea pereţilor clădirilor, plăci pentru placare etc.;

2- fabricate din ceramică, plăci pentru placare, olaneetc.;

3-lianţi anorganici (minerali) - var, ipsos, sticlă solubilă,ciment etc.;

4-betoane şi mortare pentru construcţii, preparate dintr-unamestec de nisip, pietriş (piatră spartă) şi lianţi anorganici;

5- prefabricate de beton armat, obţinute din beton şiarmatură

de oţel; 6- materiale şi produse de piatră artificială pe bază de

lianţi anorganici -produse de ipsos, de azbociment şi de silicaţi; 7- materiale şi produse din topituri minerale - sital de

zgură, sticlă spongiosă, articole de vată minerală; 8- elemente din lemn - bîrne, scînduri, parchet; 9- materiale bituminoase şi gudronate destinate

hidroizolării construcţiilor - carton gudronat, ruberoid etc.; 10- materiale şi produse polimere (sintetice) - linoleum,

plăci pentru placare; 11- metale (oţel, fontă, aluminiu, topituri). Reieşind din condiţiile de lucru ale materialelor şi

prefabricatelor în clă diri, ele se împart în materiale care seintrebuinţează pentru construcţii portante şi pentru apărareaconstrucţiilor de influenţă negativă în condiţiile mediuluiîncojurator - materiale pentru pereţi; materiale pentru acoperiş uri,materiale termoizolante (care reţin bine căldura), materiale definisaj - pentru finisarea interioară şi tapetat - vopsele şi lacuri,tapete.

O mare însemnătate are împărţirea materialelor în locale şiimportate. În majoritatea cazurilor este mai avantajos să seîntrebuinţeze materiale dobîndite sau produse pe loc. Cerinţ eletehnice, tehnologia şi calitatea grupelor de produse şi materiale deconstruit sus arătate se conţin în normele şi regulele de construcţie

11

(SNIP şi SN). Standarde de stat (STAS) şi condiţ iele tehnice, (TU).Normelele şi regulele de construcţie reprezintă codul

principalelor documente de normare, aplicate în construcţii Normeleşi regulele de construcţie se extind asupra tuturor categoriilor de

construcţ ii şi sunt obligatorii pretutindeni. Normele de construcţ iistabilesc pentru unele categorii de lucrări regulele de întrebuinţare amaterialelor de construcţii.

1.4. Cunoştinţe despre structura materialelor

Substanţele din care sunt formate materialele de construcţie,sunt un anumit fel de materie, formată din molecule ş i atomi, secaracterizează prin masă proprie. Molecula este cea mai micăparticulă, care posedă particularităţile substanţei date. Moleculaeste compusă din atomi. Atomii în moleculă ocupă unul faţă dealtul o poziţie bine determinată, statornică pentru substanţa dată.

După aşezarea moleculelor sau atomilor în moleculesubstanţele se împart în cristaline şi amorfe. În substanţele cristalineatomii şi moleculele sunt aşezate într-o anumită ordine, propriecristalului dat, pe cînd la cele amorfe atomii sau moleculele auaşezare haotică. Materialele de construcţie se caracterizează prinpropriet ăţile chimice, minerale şi de fază. Compoziţia chimică nepermite să judecăm despre următoarele însuşiri ale materialelor:ardere, rezistenţă la acţiunile biologice. Aşa materiale ca varul,cimentul, materialele din piatră e mai convenabil să fie apreciateprin conţinutul lor de oxizi, acizi, baze şi săruri.

Compoziţia minerală arată ce minerale şi în ce cantitate seconţin în materialele liante ori în materialele de piatră.

Componenţ a de fază a materialului şi trecerea apei dintr-ofază în alta are o mare însemnătate la starea (lucrul) materialului întimpul exploatării acestuia. În corpurile solide se deosebesc părţiletari, care formează pereţ ii porilor, ori aşa-zis “scheletul”materialului ş i porii, umpluţi cu aer sau apă. Structura materialelorse studiază la trei nivele:

1 primul - structura macrografică (macroporoasă), care se

12

vede cu ochiul ne înarmat, cu diametrul porilor de la zecimi de milimetru pînă la 1 - 2 mm;

2 al doilea - macrostructura materialului - materialul la caredimensiunele porilor sunt de sutimi sau miimi de milimetri, care sevăd la microscopul optic;

3 al treilea - structura internă a substanţei ce constituiematerialul la nivelul iono-molecular se studiază cu metodele deanaliză structurală cu raze riontgăn (rentghen), microscopieielectronice, etc.

Microstructura materialelor de construcţie tari poate ficonglomerată, celulară, cu pori mărunţi, fibros grăunţos-înfoietă(pulveriform). Conglomeratele artificiale formează o grupă imensă,care uneşte diferite feluri de betoane, unele materiale ceramice etc.Structura celulară se caracterizează prin conţinutul macroporilor,proprie betoanelor spumoase, gazoase şi maselor plastice celulare.În afară de pori, materialele de consrucţie conţin şi goluri. Deexemplu, spaţiul dintre materialele friabile - nisipul, pietrişul, piatraspartă, piatra brută în grămadă intre părticelele materialuluiformează goluri.

1.5. Clasificarea materialelor de construcţie

Clasificarea materialelor de construcţie se face după maimulte criterii şi anume:

după origine - minerală (anorganică) şi organică; după proveninţă - naturală şi artificială.

Materialele anorganice se pot clasifica după diverse criterii: după natura lor materialele anorganice se împart în materiale

metalice şi materiale nemetalice;în raport cu compoziţia şi omogenitatea sistemului,

materialele pot fi alcătuite dintr-o singură substanţă, de regul ă, depuritate tehnică, sau amestecuri de substanţe-omogene saueterogene;

după starea fizică - în stare solidă şi în stare dispersă.

13

Cele solide se clasifică în materiale unitare, compozite şiasociate.

Structura solidelor poate fi cristalină sau necristalină(vîscoasă sau amorfă).

Materiale metalice şi nemetalice. Substanţe şi sisteme de substanţe.Substanţele pure - se caracterizează prin compoziţie constantă

şi omogenitate.Substanţele de puritate tehnică pe lîngă substanţa de bază

conţin şi alte substanţe în proporţii mici:de exemplu, varul aerian CaO de puritate tehnică mai conţine

în cantităţi mici MgO şi altele, conţinutul cărora se limitează prinprescripţii tehnice.

Majoritatea materialelor anorganice sunt amestecuri sausisteme de substanţe - omogene sau eterogene.

Substanţele omogene sunt alcătuite din componenţi miscibilicare se dizolvă (dispersează) unul (sau unii) în celălalt la nivel deatomi, ioni sau molecule; pot fi în stare solidă sau lichidă. Deexemplu, cuprul şi nichelul pot fi miscibili în orice proporţie. Cîndsunt topite, sunt lichide, iar la răcire - se solidifică. Substanţeledispersate la nivel de atomi, ioni sau molecule nu pot fi perceptibileşi nici separabile cu mijloace obişnuite.Sistemele eterogene sunt alcătuite din două sau mai multe fazef ≥ 2, fiecare din ele fiind constituită din unul sau mai mulţicomponenţi, cu aceleaşi proprietăţi fizice şi chimice: de exemplu

CaCO3 =CaO +CO2 .Fazele sunt despărţite între ele prin interfeţe microscopice sau

suprafeţe de separaţie.La trecerea de la o fază la alta, prin suprafaţa de separaţie

dintre ele, are loc un salt al proprietăţilor fizice.

14

TEMA 2

PROPRIETĂŢILE PRINCIPALE ALE ZĂCĂMINTELOR ŞIMATERIALELOR DE CONSTRUCŢIE

2.1. Proprietăţile fizice 2.1.1 Proprietăţile de stare 2.1.2. Parametrii higroscopici 2.1.3. Rezistenţa la îngheţ -dezgheţ 2.1.4. Proprietăţile termice 2.2. Proprietăţile chimice 2.3. Proprietăţile mecanice 2.3.1. Proprietăţile deformative

Zăcămintele şi materialele de construcţ ie se caracterizeazăprintr-o serie de proprietăţi comune - fizice, chimice, mecanice,tehnologice.

2.1. Proprietăţile fizice

2.1.1 Proprietăţile de stare

Proprietăţile fizice caracterizează starea fizică a materialului,precum şi capacitatea lui de a reacţiona la factorii externi, care nu-ischimbă compoziţia chimică. Aceste proprietăţi determină domeniulde întrebuinţare a materialelor în construcţii. De multe ori în literaturatehnică se întîlneşte noţiunea “Greutate”. Greutatea G a unui corpreprezint ă forţa cu care acesta este atras, în vacuum, spre centrulpămîntului. Greutatea aceluiaş i corp variază cu longitudinea şilatitudinea locului unde se află. Unitatea de măsură pentru greutateeste Newtonul - N = 100 g. În legătura cu întroducerea sistemuluiinternaţional de unităţi (SI) în toate cazurile de cîntărire e obligator casă fie întrebuinţată noţiunea de “masa” materialului.

Masa m a unui material (corp) reprezintă cantitatea de materiecorespunzătoare; ea este invariabilă şi se exprimă prin raportul dintreforţa cu care corpul este atras spre pămînt (greutatea G a

15

corpului) şi a acceleraţiei gravităţii din acel loc: m = G/g, kg.Masa corpului se determină prin cîntărire şi are ca unitate de

măsură kilogramul (kg), masa unui decimetru cub de apă distilată la4 C.

Densitatea aparentă (medie, mijlocie) se numeşte masa uneiunităţi de volum de material în stare naturală, adică împreună cuporii şi golurile. Ea se exprimă în g/cm3, kg/dm3, kg/m3. Dupădensitatea aparentă se poate de judecat despre rezistenţă, însuşiritermotehnice, izolarea acustică etc. Densitatea aparentă se noteazăcu litera с a şi se determină cu ajutorul formulei:

сa = m/v. g/cm3

unde: m - este masa unei unităţi de volum de material în stare naturală;

v - volumul probei, cm3, dm3, m3.Densitatea în grămadă sau în vracuri сg. Densitatea

materialelor friabile (nisip, piatră spartă, pietriş) se calculează împreună cu golurile, de aceea se mai numeşte densitate volumerică, în vrac sau în grămadă.

сg = m/Vg, g/cm3; kg/litru, kg/m3Densitatea reală (absolută, specifică) se numeşte masa m a

unei unităţi de volumul V, de material în stare maximum îndensată,adică fără pori şi goluri şi se exprimă în g/cm3, kg/dm3, kg/m3.Cunoscînd masa materialului uscat şi compact m în grame şi volumul lui în stare indensată V1 în centimetri cubi, densitatea reală, notată cu litera с se calculează după formula următoare:

с = m/V1 g /cm3, dm3, kg/m3.unde: m - este masa unei unităţi de materiale g;

V 1 - volumul probei în stare densă (indensată), cm3.Coeficientul de compactare (densitate) KD a unui material se

caracterizeaz ă prin gradul de completare a volumului cu substanţăsolidă. El se caracterizează prin raportul volumului de material înstare presată V1 către volumul de material în stare naturală V.

KD = (V1/V) · 100sau raportul densităţii aparente (medii mijlocii) către

densitatea reală (absolută).

16

KD = (сa/с ) · 100

Din formula densităţii reale şi a celei aparente se vede că:

V = m/сa şi V1 = m/с

Prin urmare coeficientul de compactare este egal cu raportuldintre volumul real şi aparent sau densitatea aparentă şi cea reală:

KD = V1/V; sau KD = ( с a/с ) · 100%

Aproape toate materialele de construcţie au KD mai mic de100% datorită conţinutului mai mare sau mai mic de pori (goluri,fisuri).

Porozitatea unui material este gradul de completare avolumului acestuia cu pori, goluri, fisuri etc. Mărimea porozităţii(p) a unui material completează mărimea densităţii reale a lui pînăla unitate sau pînă la 100%, adică:

P = 1 - KD; sau P = 1 - (сa / с) sau P = (( с-сa)/ с) .

100%

Pentru materiale friabile, unde сg - densitatea în grămadă,

P = ((с -сg)/) с · 100%

După porozitatea materialelor se pot trage concluzii despredensitatea lor aparentă, reală şi domeniile de folosire. La materialelede construcţie porozitatea variază în limite foarte mari. Aşa materialeca sticla, oţelul, bitumul au porozitate egală cu zero porii lipsesc,granitul şi marmura - 0,22- 0,84, cărămida – 25 - 35%, betoanelecelulare - pînă la 85%, sunt unele materiale termoizolante foarteuşoare - 95% şi mai uşoare. Densitatea şi porozitatea materialelor au omare influenţă asupra unor proprietăţi importante

17

ca: masa, rezistenţa, conductibilitatea termică, absorbţia de apă,rezistenţă la îngheţ-dezgheţ repetate de mai multe ori etc.Materialele cu densitate reală mare se remarcă printr-o rezistenţămecanică înaltă şi permealibitatea la apă redusă.

Materialele cu porozitate mare au proprietăţi termoizolatoareînalte. Deci, pentru construirea clădirilor este bine să seîntrebuinţeze materiale poroase care au în acelaşi timp o rezistenţămecanică favorabilă . Cu acest scop se recomandă folosireabetoanelor uşoare. În prezent blocurile şi panourile din beton uşorse folosesc pe larg în construcţiile civile , industriale şi agricole.

Se deosebeşte porozitate închisă şi deschisă. Porozitateadeschisă este compusă din volumul porilor în formă de reţea decapilare, canale şi fisuri care comunică între ele şi cu suprafaţacorpului. Porii şi golurile închise în corpul materialelor nucomunică între ele.

Porozitatea deschisă Pd (%) se poate determina prin îmbibareamaterialelor cu apă folosind egalitatea:

Pd = L(mi - m)/(mi - ma) · 100%

unde: mi - masa modelului îmbibat cu apă, g; m - masa modelului uscat, g;

ma - masa modelului îmbibat cu apă în apă la cîntărireahidrostatică g.

După valoarea porozităţii deschise se poate judeca desprerezistenţa materialelor la îngheţ-dezgeţ, permealibilitate etc.

În timpul transportului, păstrării, exploatării în construcţ ii demulte ori materialele de construcţie sunt atacate de aburi şi apă,care acţionează negativ asupra rezistenţei şi durităţii lor.

2.1.2. Parametrii higroscopici

Higroscopicitate- proprietatea materialelor de a absorbiumezeala din aer pe contul condensării capilare, adică a formării fazeilichide în capilare, pori, microfisurile absorbantului solid etc. Gradulde higroscopicitate depinde de mărimea porozităţii deschise,

18

forma şi valoarea lor. Materiale higroscopice se consideră lemnul,materialele liante minerale, spumo- şi gazobetonul etc.

Absorbire capilară - proprietatea materialului cu pori săabsorbe în el apa, cînd întră în contact cu ea şi s-o ridice în sus princapilare. Ridicarea capilară a apei are loc sub influenţa tensiuniisuprafaţei vasului capilar, care se naşte la hotarul dintre fazelesolidă şi lichidă. Înălţimea ridicării apei în capilare se poate afladin formula:

h = 2у cos θ /(9,81 . с .g ).

unde: у - tensiunea atragerii; θ - unghiul marginal;r- raza capilarului;с -densitatea reală a apei;q - acceleraţia căderii libere, m/s2.

Volumul apei îmbibat de material se află după formula:

V = ξ ⋅ t

unde: î - constanta absorbţiei; t - timpul .

Umiditatea W(%) - cantitatea de apă conţinută într-un corpsolid sau într-o pulbere. În funcţie de criteriul de referinţăumiditatea poate fi relativă sau absolută.

Umiditatea absolut ă Wab - se numeşte proprietatea unuimaterial de a conţine apă şi se determină prin raportul masei apeidin material către masa lui în stare uscată:

Wab=((m1-m)/m) · 100Umiditatea relativă - Wr (%) se exprimă (în %) prin raportul

dintre masa apei ma=(m1 - m) şi masa materialului umed, m: Wr=(ma/m1) · 100în care m1 - masa materialului în stare umedă , în kg;

m - masa materialului în stare uscată, în kg.

19

Absorbţia de apă - se numeşte proprietatea unui material de aabsorbi şi a reţine apa în porii şi capilarile care comunică cuexteriorul.

Determinarea absobţiei de apă se face în felul urmă tor: probade material uscat se cîntăreşte, apoi se introduce în apă şi se ţineacolo pînă ce masa ei devine constantă. După aceea se calculeazădiferenţa dintre masa probei îmbibate cu apă ş i masa ei în stareuscată. Absorbţia de apă se exprimă în procente în raport cu masaprobei de material uscat (absorbţia de apă în masă Wm) sau înprocente în raport cu volumul ei (absorbţia de apă în volum Wv) şise calculează după formulele:

Wv = ((m1 - m)/v) · 100; Wm = ((m1 - m)/m) · 100.Absorbţia de apă indică gradul de mărime a masei

materialului (pe contul apei îmbibate), iar absorbţia apei de volum -gradul de îmbibare cu apă a volumului materialului. Pentru a trecede la masa apei absorbită la cea în volum se poate folosi formula:

Wvol = Wm · сa.Absorbţia de apă în volum e totdeauna mai mică de 100%, iar

cea în masă poate depăşi 100% (de exemplu, la plăcile de turbă şila alte materiale foarte poroase).

Absorbţia de apă la diferite materiale de construcţie variazăîn limite foarte largi: granitul 0,5%, betonul greu 3%, cărămida deargilă 8%. Absorbţia de apă permite de a judeca despre porozitateamaterialului, care determină într-o mare măsură conductibilitatealui termică şi rezistenţa la îngheţ-dezgeţ.

Cedarea umidităţii - proprietatea unui material de a ceda apaeste proprietatea contrară absorbţiei de apă. Cedarea umidităţii secaracterizeaz ă prin viteza de uscare a materialului, adică princantitatea de apă (în procente de masă sau volum) pe care o pierdematerialul în timp de 24 ore, umiditatea relativă a aeruluiînconjurător fiind de 60% şi temperatura de +200 C + - 2° C.

Rezistenţa la apă - cre ş terea umidităţii materialelor, masavolumerică şi conductibilitatea termică se măre şte, iar rezistenţamecanică se micşorează (în urma scăderii atracţiei intermoleculare).

Coeficientul de înmuiere - raportul dintre rezistenţa mecanică

20

a materialului saturat cu apă şi rezistenţa lui în stare uscată senumeşte coeficient de înmuiere. Acest coeficient caracterizeazărezistenţa materialului la apă, valoarea lui numerică variind de lazero (materiale din argilă crudă, de exemplu la „lampaci,” blocuride pămînt), pînă la unitate (oţel, sticlă, bitum). Materialele cucoeficientul la înmuiere mai mare de 0,8 fac parte din categoriamaterialelor rezistente la apă.

Materialele pietroase ş i betoanele cu coeficientul de înmuieremai mic de 0,8 nu pot fi întrebuinţate în construcţiile care înperioada exploatării se vor afla în apă sau în condiţii de umiditate.La multe materiale pe măsura uscării se restabilesc densitateaaparentă şi relativă, rezistenţa, conductibilitatea de căldură şirezistenţa la îngheţ-dezgheţ.

K]n = Rum/Ruscat

unde Rum şi Rusc -limitele rezistenţei la presiune amaterialului umed şi uscat.

Permeabilitatea la apă - se nume şte proprietatea unuimaterial de a permite să treacă prin el apa sub presiune. Aceastăproprietate este deosebit de importantă pentru materialeleîntrebuinţate în construcţii hidrotehnice şi în alte construcţii aflatesub presiunea apei. Gradul permeabilităţ ii se caracterizează princoeficientul de filtrare - cantitatea de apă, Va, care trece în timp de oora (t = 1) printr-un m2 (S =m2) al suprafeţei materialului, cugrosime d = 1m şi diferenţa presiunii ∆p = 133,3Pa.

Mărimea permeabilităţii se caracterizează prin coeficientul defiltrare Kf:

Kf = Va • d /(S• Д p • t).Gradul de permeabilitate al materialelor depinde de structura

lor. Dacă porii sunt mari şi comunică între ei, permeabilitatea estemai mare; dacă porii sunt mai mici ş i în marea lor majoritateînchişi, permeabilitatea este mai mică. Materialele deosebit decompacte, de exemplu sticla, oţelul, bitumul, precum şi cele maipuţin compacte, cu porii închişi, de exemplu, betonul cu dozajspecial ales, sunt practic impermeabile la apă. De obicei Kf - seexprimă în unitate de viteza M /24h, M/s.

21

2.1.3. Rezistenţa la îngheţ –dezgheţ

Rezistenţa la îngheţ -dezgheţ - se numeşte proprietatea unuimaterial îmbibat cu apă la saturaţie de a rezista la acţiunea relativă deîngheţ-dezge ţ, adică de a suporta variaţii bruşte de temperatură. Laîngheţ apa se măre şte în volum pînă la 10%, iar gheaţa formîndu-setreptat apasă asupra pereţilor porilor materialului. Dacă apa umplecomplet porii deschişi ai materialului ea nu mai are posibilitate să sedilate liber la îngheţ, şi atunci gheaţa formată poate distruge pereţiiporilor, iar rezistenţa materialului se micşorează.

Materialele poroase sunt rezistente la îngheţ numai în cazurilecînd apa ocupă nu mai mult de 90% din volumul porilor deschişi.Testarea rezistenţei la îngheţ a materialelor se face în felul următor:probele de material se cufundă în apă şi se lasă să se îmbibe pînă lasaturaţie, apoi se introduc într-o cameră frigorifică, unde se supunîngheţului. Temperatura în camera frigorifică trebuie coborîtă pînăla -15 C. După aceea probele se scot din cameră şi se dezgheaţă înapă la temperatura camerei de locuit. În funcţie de condiţiileclimaterice şi de clasa construcţ iei, se efectuează de la 10 pînă la200 de cicluri de îngheţ-dezgheţ.

Se consideră rezistente la îngheţ-dezghe ţ materialele caredupă numărul de cicluri de îngheţ-dezgheţ stabilit pentru ele nuapar semne vizibile de distrugere (nu se fărîmă, nu crapă, nu sestratifică) şi pierd din masă cel mult 5%. Afară de aceasta, rezistenţa mecanică a probei supuse încercărilor de rezistenţă la îngheţ nutrebuie să scadă mai mult de 25% (la beton 15%).

2.1.4. Proprietăţile termice

Conductibilitatea termică [Vt/(m0C)] se numeşte

proprietatea unui material de a transmite căldură prin grosimea sa. Ease caracterizează prin cantitatea de căldură care trece în timp de o orăprin material cu grosimea de 1m pe suprafaţă de 1m2, diferenţa de

temperatură dintre cele două suprafeţe ale lui opuse fiind de 10 C.Pentru materialele din piatră conductibilitatea termică

22

se poate afla din formula empirică, avînd în vedere densitatearelativă сr:

λ =1,16 (0,0196 +0,22)ρr2 − 0,16 .Structura materialului are o influenţă esenţială asupra

conductibilităţii lui termice.Capacitatea termică - proprietatea materialului de a absorbi la

încălzire o cantitate determinată de căldură, ea se caracterizeazăprin capacitatea termică specifică egală cu cantitatea de căldură înJouli, care trebuie consumată pentru a încălzi 1 kg de material datcu 10C [J/(kg0 C)]. Capacitatea termică e necesară pentruaprecierea şi alegerea materialelor pentru construirea pereţilor dinpiatră, beton, beton-armat etc.

Deformaţia termică liniară a materialelor - proprietateamaterialelor de a se dilata la încălzire. Această proprietate are omare însemnătate la determinarea locului şi mărimii intervalelorîntre construcţii.

Refractaritatea - se numeşte proprietatea materialelor de a seopune acţiunii îndelungate a temperaturii înalte fără a-şi schimbaforma.

Rezistenţa la foc - este proprietatea materialelor deconstrucţie de a rezista la acţiunea focului. În legătură cu aceasta,materialele de construcţii se împart în: ignifuge - greu înflamabile şiînflamabile (arzătoare).

Absorbţia acustică ori fonică - se numeşte capacitatea unui material de a absorbi sunetul. Gradul de absorbire acustică la diferite materiale se caracterizează prin absorbţia sunetului prin suprafaţa de 1 m2 a unei ferestre deschise. Absorbţia acustică a materialului depinde de structura lui. Materialele cu pori mari deschişi (comunicanţi) absorb sunetul mai bine decît cele cu pori mici şi închişi. Materialele cu suprafaţa netedă absorb greu sunetul, cele cu suprafaţă grunţuroasă – bine.Conductibilitatea acustică sau fonică - este proprietatea materialului de a permite sunetului să treacă prin grosimea sa.

Absorbţia acustică şi conductibilitatea fonică sunt indicii fonoizolanţi ai materialului, adică proprietatea lui de a reduce

23

nivelul tăriei zgomotelor care pătrund prin material. Capacitateafonoizolant ă a materialelor sau a construc ţiilor din acestea seexprimă în decibeli (db), ori prin diferenţa de tărie a zgomotului înexteriorul şi interiorul construcţiei, tărie măsurată in foni. Deexemplu, dacă t ăria zgomotelor de pe stradă este de 80 foni, iar azgomotului din interiorul locuinţei - 30 foni, izolaţia fonică aperetelui este egală cu 50 decibeli.

Materialele care posedă o absorbţie acustică înaltă şiconductibilitate fonică mică se numesc fonoizolante. De obiceimaterialele cu structura poroasă au înalte proprietăţi fonoizolante.Din ele fac parte materialele termoizolante cu densitatea aparentă350 - 400 kg/m3 precum şi cele acustice destinate special pentruizolare acustică (vată minerală, pluta şi plăci de ardezie cugrosimea de 2 - 4 cm).

2.2. Proprietăţile chimice

Propriet ăţile chimice ale materialelor de construcţiecaracterizeaz ă stabilitatea la acţiunea agenţilor chimici din mediulînconjurător. Astfel, sărurile conţinute în apele subteraneacţionează chimic cu unele elemente din piatra sau betonul fundaţiilor, provocînd dezagregarea acestora. Bioxidul de carbon şi maiales bioxidul de sulf (din atmosfera centrelor industriale) atacă pînăla dezagregare piatra de la zidăria exterioară a clădirilor. Oxigenuldin aer în mediul umed provoacă oxidarea materialelor. Unelesăruri ale acidului sulfuric (sulfaţii) conţinute în apa de mare, ori înapele subterane, au o acţiune agresivă asupra betoanelor obişnuite.Apele acidulate atacă pietrele de calcar din construcţii producînddegajarea de bioxid de carbon (efervescenţă), iar apele alcalineatacă materialele de sticlă.

Pentru preîntîmpinarea acţiunii negative al agenţilor chimicidin mediul înconjurător fiecare material se protejează prin anumitemetode. Dintre cele mai principale proprietăţi chimice alematerialelor fac parte: solubilitatea, adeziunea, rezistenţa lacorozie etc.

24

Solubilitatea (dizolvarea) - proprietatea unui material de a sedezagrega prin dispersia moleculelor intr-o substanţă lichidă(dizolvant). Dizolvant - substanţa care are proprietatea de a dizolva.

Aderenţa - alipirea unor corpuri solide sau lichide (faze)eterogene, a căror suprafeţe vin în contact una cu alta; estecondiţionată de interacţiunile intermoleculare. Se foloseşte pe largîn construcţii la lucrările de zidărie, de tencuire, vopsire, sudare,spoire, acoperire, izolare etc.

Coeziunea - atracţia dintre particulele unuia şi aceluiaşi corpsolid sau lichid, care duce la unirea acestor particule într-un corpunic. Se datorează for ţelor de interacţiune intermoleculară.Viscozitatea - proprietatea fluidelor, lichidelor şi gazelor de a opunerezistenţă la deplasarea unei părţi a lor faţă de alta. La curgerealaminară a unui lichid vîscos printr-un tub, viteza lichidului creştede la zero lîngă pereţii tubului pînă la valoarea maximală pe axă.Între straturile care se mişcă cu viteză diferită acţionează forţetangenţiale de frecare internă.

Gradul viscosităţii materialelor lichide şi semilichide estedeterminat de puterea de coeziune intermoleculară şi depinde detemperatură şi presiune (cu căderea temperaturii şi presiuniiviscozitatea creşte).

Solidificare - însuşirea materialelor de a trece din starelichidă în stare solidă (a deveni solid; a se int ări; a se învîrtoşi)datorită proceselor fizico - chimice ori chimice. De exemplu,amestecul de beton (mortar) în procesul solidificării se transformăîn piatră artificială - beton (mortar).

Rezistenţa la coroziune - (anticorozivitate) este capacitateamaterialului de a rezista la acţiunea corozivă a mediului. Mediulcoroziv (subteran) poate fi lichid (apa, soluţiile de săruri, alcalii şiacizi, solvenţii organici) şi mediul coroziv gazos în atmosferă(aburii, gazele industriale).

Rezistenţa la împrejurări agresive - capacitatea materialuluide a rezista la acţiunea apelor agresive (de mare, minerale şi alteape). Aceast ă rezistenţă este foarte importantă la construcţiilehidrotehnice, unde adesea apele pentru irigare, de la asecarea

25

pămînturilor şi subpămîntene sunt mineralizate.Rezistenţa atmosferică - proprietatea materialului de a

rezista la acţiunea agenţilor din atmosferă. Bioxidul de carbon(CO2), bioxidul de sulf din atmosfera centrelor industriale atacăpînă la dezagregare materialele de piatră naturală şi artificială,oxigenul din aer, în mediul, provoacă oxidarea materialelor.

Învechire - proprietatea materialelor de a-şi pierde calităţileiniţiale, prin trecerea timpului a ieşi din uz.

Toxicitate - însuşirea materialelor de a fi toxice, cu caractertoxic - care degajă substanţe toxice (alcool, benzinuri, bitumuri,etc.) pot otrăvi organismul.

Putrezire - proprietatea materialelor de a-şi pierde structurainiţială în rezultatul discompunerii (a deveni putred) sub acţiuneaunor microorganisme, de exemplu lemnul, etc.

Contractare - capacitatea materialelor de a-ş i micşoradimensiunile şi micşora volumul în urma unor procese fizice sauchimice (răcire, uscare, ardere, etc).

2.3. Proprietăţile mecanice.2.3.1. Proprietăţile deformative

Cele mai importante proprietăţi deformative sunt:elasticitatea, plasticitatea, fragilitatea, modul de elasticitate(modul lui Iung) etc.

Elasticitatea - este capacitatea materialului de a-şi schimbaforma sub acţiunea sarcinii, fără semne de distrugere, si de a-şipăstra în întregime această formă iniţială după înl ăturarea sarcinii.Materiale elastice, de exemplu, sunt: lemnul, oţelul etc.

Plasticitatea - este proprietatea unui material de a-şi schimbadimensiunile şi forma sub acţiunea sarcinilor, fără să apară fisuri,şi de a-şi păstra forma schimbată după înlăturarea sarcinilor. Caexemple de materiale plastice pot fi numite bitumurile, amestecul deargilă cu apă, pasta de cretă etc.

Fragilitatea - este proprietatea materialului de a se distruge

26

brusc sub apariţia eforturilor aplicate, fă ră apariţia deformărilorevidente. Materialele fragile rezistă slab la lovituri, de aceea ele nupot fi folosite acolo unde acţionează sarcini de şoc. Drept exemplude material fragil poate servi sticla şi multe materiale de piatră.

Modul de elasticitate este o caracteristică a rezistenţei unuimaterial la deformaţii elastice. Este o mărime egală cu raportuldintre tensiune şi deformaţia elastică relativă pe care o produce. Sedeosebesc mai multe modurui de elasticitate: la întindere -comprimare axială (modul de forfecare); la comprimarea triaxială(modul de elasticitate volumerică). Modul de elasticitate joacă unrol important la calculul rezistenţei, rigidit ăţii, stabilităţii, precumşi ca măsura a forţei legăturilor interatomice.

Coeficientul Poisson (după numele savantului francez S. D.Poisson) - este valoarea absolută a raportului dintre deformaţiatransversală relativă şi deformaţia longitudinală relativă a uneibare supuse întinderii sau comprimă rii longitudinale. CoeficientulPoisson caracterizează proprietăţile elastice ale materialelor.

Rezistenţa. Materialele şi detaliile în construcţii sunt supuseunor încărcaturi care pot fi diferite după valorile şi modul deacţiune asupra materialului. Încărcăturile exterioare asupramaterialului provoacă tensiunii interioare în material. În dependenţăde funcţia materialului în construcţie, tensiunea interioară poate fi:apăsare sau compresiune, întindere, încovoiere, forfecare, şoc etc.Materialele de piatra naturală şi artificială lucrează de cele maidese ori la compresie sau la întindere.

Rezistenţa materialelor de construcţie la aceste sarcini secaracterizează prin limita de rezistenţă, adică tensiunea în material,corespunzător sarcinii, sub acţiunea căreia se produce distrugereaprobei. Tensiunea, corespunzătoare încărcaturii datorită căreimaterialul se distruge - se numeşte limita de rezistenţă şi seexprimă în Pa, Mpa (în unele cărţi vechi se mai întîlnesc kg/cm2

(105 Pa). Pentru determinarea limitei de rezistenţă la compresie saula întinderea materialelor se pregătesc probe în formă de cuburi dediferite dimensiuni (cu muchia de la 3 pînă la 30 cm) în

27

corespundere cu cerinţele STAS-uluiTestarea unui material pentru a vedea cum rezistă el la rupere

sau deformaţie (schimbarea formei şi dimensiunilor) sub acţiuneadiferitor încărcături, se numeşte verificarea rezistenţei materialuluila aceste încărcături.

Rezistenţa mecanică este capacitatea materialelor de a se opunetensiunilor interioare, care apar în rezultatul acţiunii sarcinilorexterioare. În orice clădire aproape toate construcţiile ei sunt supusediferitor sarcini (masa elementelor clădirii, utilajului, mobilei,oamenilor care se află în clădire, acţiunea vîntului etc.) datorită căruifapt în elementele construcţiei apar diferite deformaţii. În urmacercetărilor s-a stabilit că: deformaţia depinde de mărimea forţeiexterioare şi anume cu cît este mai mare efortul, cu atît este mai mare şi deformaţia; deformaţiile pot fi elastice, care dispar după înlăturareasarcinii şi remanente (reziduale), care rămîn după înl ăturarea sarcinii;deformaţiile depind nu numai de forţele care le-au provocat, dar şi demateriale; dacă eforturile ating valori considerabile, materialul sedistruge, de aceea, pentru a păstracalităţile de exploatare ale clădirii, eforturile şi deformaţiilediferitelor părţi nu trebuie să depăşească anumite limite; sarcinaexterioară creează în material forţe interioare, care se opundeformării şi distrugerii lui. Aceste forţe se numesc tensiuni şi senotează cu litera sigma у.

Rezistenţa mecanică a materialelor se caracterizează prinrezistenţ a de rupere sau rezistenţa maximă. Rezistenţa de rupere senumeş te tensiune maximă, corespunzătoare sarcinii, sub acţiuneacăreia materialul se distruge. Pentru a calcula rezistenţa de rupere lacompresiune R (compr.), în MPa (sau la întindere R înt.) trebuie săîmpărţim forţ a de rupere P în kg la suprafaţa iniţială a secţiuniitransversale a epruvetei (probei de încercare) Fo cm2.

σ compr=(Pmax)/Fo • 0,1 MPaRezistenţ a de rupere la compresiune se determină în

laboratoare cu ajutorul preselor, prin încercarea epruvetelor dematerial, care au de obicei forma de cub; uneori se încearcă la

28

compresiune epruvete în forma de cilindru, prisme şi jumătăţi debare. Rezistenţa de rupere la întindere se determină cu ajutorul maşinilor de rupere, prin încercarea epruvetelor preparate special, iarrezistenţa de rupere la încovoiere - cu ajutorul unor instalaţiispeciale prin încercarea epruvetelor în formă de bare ( Fig.2.1).Pentru o bară cu secţiune dreptunghiulară tensiuile normalemaxime la incoviere у în kg/cm2 se determină după formulele: încazul unei sarcini concentrate la mijlocul epruvetei σ n = +3Pl /(2bh2); în cazul a două sarcini egale, aplicate simetric:

Fig.2.1 Schema de încercare a epruvetei.

σ n=±3P(b - a) / (bh2)

unde: P este masa, kg (N, MN);l - distanţa dintre reazeme, cm (m);b - lăţimea secţiunii transversale, cm (m); a - distanţa dintre sarcini, cm (m).

Rezistenţa unor materiale de construcţie se caracterizează prinlimita de rezistenţa. Aceasta reprezintă rezistenţa de rupere lacompresiune şi încovoiere, obţinută în urma încercării epruvetelorde formă şi dimensiuni standarde. Pentru materialele de construcţie,obţinute pe bază de lianţi anorganici, limita de rezistenţă sedetermină la vîrsta, prevăzută de STAS.

Duritatea este capacitatea materialului de a opune rezistenţăla pătrunderea în el a unui alt material mai tare. Duritatea se

29

determină prin diferite metode. Duritatea metalelor, lemnului,betonului şi maselor plastice (cu excepţia celor poroase) sedetermină presînd în probă o bilă, un con sau o piramidă de oţel.Despre duritatea materialului putem judeca după adîncimeapătrunderii bilei (conului, piramidei) sau după diametrul urmeiobţinute. Duritatea mineralelor omogene (din piatră) se determinădupă scara durităţii de zece grade, tab.2.1.

Tabelul 2.1. Scara durităţii mineralelor (după Moos).

MINERALUL Indicele Caracteristica durităţiidurităţii

Talc sau 1 Se zgîrie uşor cu unghia.cretă

Ghipsul 2 Se zgîrie cu unghia.bihidrut

Calcit sau 3 Se zgîrie uşor cu un cutitanhidrit de oţel.

Fluorină 4 Se zgîrie cu un cuţit de oţelPrintr-o apăsare uşoră.

Apatit 5 Se zgîrie cu un cuţit de oţelprin Apăsare puternică. Nuzgîrie sticla.

Ortoclaz 6 Zgîrie uşor sticla.Cuarţ 7 Zgîrie uşor sticla. Un cuţit

de oţel nu lasă urme pe ele.Topaz 8 Zgîrie uşor sticla. Un cuţit

de oţel nu lasă urme pe ele.Corindon 9 … … …Diamant 10 … … …

Mineralele sunt descrise pe scară în ordinea crescîndă adurităţii. Fiecare următor mineral poate trasa o linie pe mineralulprecedent. Dacă la determinarea durităţii unui oarecare material seconstată că proba lui lasă urmă pe ghips, iar acest material poate fi

30

zgîriat cu calcit, duritatea acestui material este egală cu 2,5. Launele materiale există o oarecare interdependenţă între duritate şirezistenţă . Metodele aproximative de verificare a rezistenţeibetonului sau metalului în construcţie se bazează pe măsurareadurităţii lor.

Abraziunea (roaderea) şi uzura. Abraziunea este capacitateamaterialului de a-şi micşora volumul şi masa sub acţiunea forţelorabrazive (de roadere). Abraziunea se determină în laboratoare cuajutorul unor maşini, numite discuri abrazive. Mărimea abraziunii

A în g/cm2se calculează cu ajutorul formulei:

A=(m1-m2)/F1 ,

Unde: m1 - este masa probei uscate înainte de abraziune; m2 - este masa probei uscate după abraziune;

F1 – suprafaţă de abraziune, cm2.

De exemplu, pentru plăcile fibrolemnoase abraziunea esteegală cu 0,08 g/cm2. Abraziunea depinde în mare măsură derezistenţă . Dacă în afară de abraziune asupra construcţieiacţionează şi sarcini de şoc, ea este supusă uzurii. Din astfel deconstrucţii fac parte, de exemplu, pardoselele intreprindelorindustriale, îmbr ăcămintea rutieră. Încercarea materialelor la uzurăse face în tobe rotative, unde bucăţile de material, aflîndu-se înpermanentă mişcare, se lovesc una de alta şi se distrug parţial.

Întrebări pentru repetare

1. Ce ştiţi din istoria dezvoltării materialeor de construcţiedin antichitate pînă în zilele noastre?

2. Ce înseamnătate au materialele de construcţie îndezvoltarea economiei naţionale?

3. Cum înţelegeţi funcţionarea materialelor în construcţii,legătura dintre compoziţie, structură şi proprietăţile lor?

4. Ce deosebire este între densitatea aparentă, reală îngrămadă şi relativă? Scrieţi şi explicaţi formulele.

5. Numiţi proprietăţile generale ale materialelor de

31

construcţie?6. Cum înţelegem noţiunea, proprietăţile fizice ale

materialelor? Numiţi unele din ele. 7. Ce ştiţi despre dependenţa dintre densitatea şi proprietatea

materialului de a rezista la îngheţ-dezgheţ?. 8. Caracterizaţi absorbţia de apă în volum şi masă a

materialului, rezistenţa la apă, permiabilitatea? 9. Ce deosebire este între cedarea de umiditate, uscare şi

higroscopicitate; conductibilitatea termică şi capacitatea termică? 10. Cum înţelegem noţiunea de proprietăţi chimice ale

materialelor? Numiţi unele din ele. 11. Cum înţelegem noţiunile: solubilitatea materialelor,

difuzie, adezie şi coezie? Daţi exemple. 12. Cum înţelegem noţiunile: viscozitate, plasticitate,

solidificare ale materialelor? Daţi exemple. 13. Explicaţi noţiunile: rezistenţa materialelor la

împrejurărule agresive şi atmosferice, imflamabilitate, toxicitate,contractare şi putrezire.

14. Ce ştiţi despre proprietăţile mecanice ale materialelor?Numiţi unele din ele.

15. Ce deosebire este între limita de rezistenţă la compresie şiîntindere, încovoiere şi torsiune, rupere, tăiere prin îndensare şiforfecare?

16. Ce deosebire este între limita de elasticitate, plasticitate,fragilitate, rigiditate ?

17. Ce deosebire este între viscozitatea corpului tare,fluiditatea (fluaj) relaxarea, oboseala (la şoc) rezistenţa la şoc,duritatea, uzarea prin frecare şi uzura?

18. Ce ştiţi despre proprietăţile tehnologice ale materialelor?Numiţi unele din ele.

19. Ce ştiţi despre proprietăţile ”uşor de turnat” şilucrabilitate (atitudine de fasonare)?

20. Ce ştiţi despre proprietăţile: lucrabilitate,“uşor de bătutţinte”, coacere, topire?

32

TEMA 3

ZĂCĂMINTE ŞI MATERIALE DIN PIATRĂNATURALĂ

3. 1. Generalităţi3.2. Mineralele principale din care se formează rocile 3.2.1. Generalităţi 3.2.2. Mineralele care formează rocile sedimentare 3.3. Clasificarea şi utilizarea rocilor ca material de construcţie3.3.1. Generalităţi 3.3.2. Rocile eruptive masive intruzive (de adîncime) 3.3.3. Rocile masive eruptive de suprafaţă 3.3.4. Rocile detritice3.3.5. Rocile sedimentare3.3.6. Rocile metamorfice3.4. Materiale şi produse din piatră naturală 3.5. Exploatarea şi prelucrarea materialelorde piatră naturală 3.6. Măsuri de protecţie contra degrădării 3.7. Transportarea şi păstrarea

Scopul: a da studenţilor cunoştine despre roci şi clasificarealor; materiale şi produse din piatră naturală.

3. 1. Generalităţi

Rocile sunt materialele cele mai principale folosite în construcţii.Rocile se folosesc ca materiale de construcţ ie în formă naturală (nisip,pietri ş, piatră spartă etc), aşa cum au fost extrase din zăcăminte, saudupă o prelucrare mecanică coresponz ătoare (taiere, cioplire, şlefuire,concasare, sortare, spălare etc.). Ele se folosesc şi în calitate dematerie primă pentru obţinerea materialelor de construcţie artificiale -după o prelucrare termică sau chimică, care

33

determină modificarea compoziţiei lor. Din roci după anumite prelucrări se obţin diferite materiale de construcţii:

1- calcarele, creta, ghipsul, magnezitul - sunt folosite camaterie primă la producerea lianţior ( calcarele sunt folosite şi camaterie auxiliară la fabricarea maselor topite ca sticla şi fonta);

2- argila şi nisipul sunt utilizate pentru fabricareacărămizilor, olanelor şi altor pietre artificiale;

3- nisipul şi pietrişul sunt utilizate pentru mortare şibetoane;

4-diatomitul, tripolul sunt utilizate sub formă de cărămiziporoase şi ca material termoizolant monolit;

5-ardezia se foloseşte ca materie primă pentru fabricareaproduselor de azbociment etc.

Rocă este un agregat mineral natural sau o combinaţienaturală de minerale, care au luat naştere în urma proceselorgeologice. Rocile alcătuesc scoarţa terestră, partea dură (tare) apămîntului numită litosferă. La adîncimi variabile sub scoarţapămîntului se găseşte materie în stare topită, care se numeştemagmă. Magma este un amestec de diferiţi oxizi, silicaţi, vapori deapă şi gaze. In decursul miilor de ani magma erupe, adică iese lasuprafaţa pămîntului sau în litosferă prin craterele vulcanelor.Magma ieşită la suprafaţa pămîntului se numeşte lavă. Cu timpullava Sub acţiunea agenţilor atmosferici, cu timpul, lava sesolidifică, contopindu-se cu scoarţa pămîntului.

Prin roci se înţelege masele minerale formate din unul saumai multe minerale. Mineralele ce alcătuesc rocile sunt substanţeformate din elemente simple chimice cu compoziţie bine definită,formate în scoarţa pămîntului în urma proceselor fizico - chimice,în general cristaline, foarte rar pot fi amorfe.

Din grupa mineralelor fac parte cuarţul, mica, etc. Rocaformată dintr-un singur mineral se numeşte simplă. De exemplu,ghipsul (CaSO4 • 2H2O), compus dintr-un mineral cu aceeaşidenumire.

Roca se numeşte compusă, dacă ea este formată din douăsau mai multe minerale. De exemplu, granitul este o rocă compusădin mai multe minerale, avînd în componenţa sa cele mai principale

34

minerale : cuarţ, feldspat şi mică.Componenţa mineralogică a rocii depinde de conţinutul

mineralelor în ea. Forma, mărimea şi aşezarea mineralelor în rocădetermină structura şi textura ei. Compoziţia mineralogică şistructura rocii determină proprietăţile ei fizico-chimice. Îndependenţă de condiţiile formării, rocile se împart în trei grupegenetice:

1. rocile magmatice eruptive (primare), formate în urmarăcirii şi întăririi magmei;

2. rocile sedimentare (secundare), formate în straturile desuprafaţă a pămîntului din produsele de virtifecare ale rociloreruptive;

3. rocile metamorfice sunt produse le cristalizării şi adaptăriirocilor (eruptive şi sedimentare) la schimbările fizico-chimice înscoarţa terestră (tabelul 3.1).

3.2. Mineralele principale din care se formează rocile3.2.1. Generalităţi

Mineral (din lat. mineră-minereu) - compus chimic, natural,reprezentat printr-un corp aproape omogen din punct de vedere alcompoziţiei chimice şi al proprietăţilor fizice. În scoarţa pămîntuluisunt cunoscute circa 3000 tipuri de minerale, dintre care cele mairăspîndite sunt: silicaţii (constituie aproape 25% din numărul totalde minerale), fosfaţ ii şi analogii lor (aproximativ 18%), oxizii şihidroxizii (aproape 12,5%). Mineralele de asemenea întră încomponenţa meteoriţilor şi altor obiecte cereşti-Lunii, Martie etc.

După ră spîndirea în natură, toate mineralele se împart în:formatoare de roci şi formatoare de minereuri; adică minerale dincare în principiu sunt compuse rocile şi minereurile secundare,conţinutul lor în roci nu depăşeşte 1% şi rare, care se întîlnesc rarîn cantităţi foarte mici cum sunt de exemplu, pietrele preţioase,metalele native etc.

Din numărul mare de minerale ce întră în componenţa scoarţeiterestre numai unele formează rocile şi determină proprietăţile lor

35

fizico-chimice şi mecanice.Fiecare mineral posedă un complex de propriet ăţi proprii

specifice: componenţ a chimică, densitate, proprietăţi mecanice(duritate, rezistenţa), coeziune, însuşiri optice (luciu, culoare,transparenţă, refracţia luminii etc.), însuşirile termice, electrice şimagnetice. Aceste însuşiri se şi iau în consideraţie la stabilireamineralelor.

Una dintre cele mai importante proprietăţi ale mineraleloreste duritatea. În mineralogie cel mai des la determinarea durităţiise foloseşte metoda după scara durităţii mineralelor, propusă în1811 de savantul neamţ F. Moos (vezi tabelul 2.1).

Un semn important al mineralelor este clivajul - însuşire amineralelor să se desfacă pe unele direcţii determinate, paralelereţelei cristaline ce au compacitatea maximă a atomilor şi coeziuneminerală dintre straturi. Unul dintre indicii importanţi al mineraleloreste ş i forma cristalelor cu elementele de simetrie, suprafeţeleplane, axele şi centrele de simetrie. Rocile eruptive magmatice seformează din următoarele minerale. Mineralele grupei cuarţului,care cuprind mineralele constituite din bioxidul de siliciu (SiO2) -un rînd de minerale care reprezintă modificări ale bioxidului desiliciu - opalul, halcedonul şi cuarţul sedimentar.

Opalul (SiO2 · mH2O) - hidroxidul se siliciu, conţinutul de apăîn mediu de la 2 pînă la 14%, mai rar pînă la 34%, după masă. Opaluleste un hidrogeu amorf şi solid; în el se mai pot conţine şi impurităţiMgO, CaO, Al2 O2 şi Fe 2O3; culoare albă-lăptoasă (opalul arzător),verde (prozopal) etc.; poate fi incolor (hialit) şi depinde de felulimpurităţilor; după scara mineralogică are duritatea 5,5-6,5; densitatea1900 - 2500 Kg/m3. În decursul evoluţiei geologice opalul îşi pierdeapa şi se transformă în calgedon, iar apoi în cuarţ. Se întîlneşte atît înformaţii de roci curate (dar nu prea mari) opalul nobil cu un joc deculori de curcubeu (opalescenţă), cît şi în componentul util (varietateachimic activă a bioxidului de siliciu) al rocilor organogene-diatomitului, tripolului, gaizitului.

Calcedonul SiO2 - este o varietate a cuarţului cu structurăfibroasă sau ascuns fibroasă cu conţinut de apă pînă la 1 - 1,5% şi

36

impurităţ i mici de fier şi aluminiu. Culoare albă, sur ă, galben-deschisă, brun-cenuşie, verde. Densitatea 2,5 - 2,6 g/cm3 duritatea -6. Calcedonul este produsul cristalizării opalului sau este precipitatdin soluţii suprasaturate, depunîndu-se împreună cu opalul şicuarţul.

Cuarţul (SiO2) - este o modificare în formă cristalină, întrăîn componenţa multelor roci (granitului, cuarţului, nisipuluietc.).Constitue circa 12 % din scoarţa terestră. De obicei e incolor,dar se întîlnesc varietăţi de diferite culori- de la fumuriu (rauhtopaz)pînă la negru (marion), galben (citrin), violet (ametist) etc. Dupăscara mineralogică are duritatea 7. Densitatea 2650 kg/m3.Rezistenţa chimică este foarte înaltă. Reacţionează numai cu acidulclorhidric şi cu baze fierbinţi. Limita de rezistenţă la compresie estemare - pînă la 1000-2000 MPa. Datorită durităţii înalte şirezistenţei chimice, cuarţ ul la discompunerea rocilor cuarţoase, deexemplu, granitul nu-şi schimbă nici componenţa chimică, nici mărimea cristalelor şi formează nisipuri cu granule măşcate. În rocisedimentare se întîlneşte cuarţ de provenienţă sedimentară. Cuarţulsedimentar se formează direct din soluţii suprasaturate şi dinperecristalizarea opalului şi calcedonului. El umple fisurile,golurile, porii şi spaţiile în gresii şi calcare.

Grupa feldspaţilor - grupa de minerale, care sunt cele mairăspîndite dintre mineralele constituiente de roci şi alcătuesc circa60% din volumul rocilor magmatice sau aproape 50% din masascoarţei terestre. Feldspaţii sunt minerale, care după compoziţiachimică fac parte din alumosilicaţii de potasiu ş i sodiu (feldspaţiialcalini sau feldspaţii potasici şi sodici), de calciu şi sodiu(plagioclazi sau feldspaţii calcaro-sodici), mai rar se întîlnescalumosilicaţi de potasiu şi bariu (feldspaţii barici). Din feldspaţisunt compuse majoritatea rocilor eruptive: granitul, sienitul,gabroul, andezitul, dioritul.

În mineralogie se deosebesc ortoclazul (din gr. orthos-drept şiclasis-despicare, rupere)- mineral principal constituent de roci,feldspat de potasiu K2 O.Al 2O3.6SiO2 are două suprafeţe plane,aşezate sub unghi drept una faţă de alta, de aici şi denumirea de

37

ortoclaz. Are culoarea albă, cenuşie, roză, duritatea 6-6,5,densitatea 2,55-2,63 g/cm3. Parţial se topeşte, la 11700 C, iarcomplet la 14500 C. Ortoclazul este unul din componenţii principaliai graniturilor, porfirelor, gnaisurilor şi altor roci eruptive acide şialcaline, precum şi al unor roci metamorfice. Se foloseşte pe larg înstare pură în industria sticlei şi a ceramicii fine (electroceramică).

Plagioclazuri - sunt feldspaţii de calciu şi sodiu, se despicăînclinat, formează un rînd izomorf de la albit (din lat. albus-alb)Na2O.Al 2O3.6SiO2, care întră în componenţa rocilor acide pînă laanotrit CaO.Al2O3.2SiO2 sau ca [Al2Si2O8] caracteristic pentrurocile bazice (gabrou, bazalt etc.).

Unii feldspaţi frumos coloraţi şi cu irizaţie sunt pietresemipreţioase (piatra de lună, aventurinul, labradoritul, amazonitul);feldspaţii alcalini (în special, feldspaţii potasici-ortoclazul,microclinul) se folosesc ca materie primă la fabricarea ceramicii.

În comparaţie cu cuarţul feldspaţii au rezistenţa mult maimică (120-170 MPa, la compresie). Dezagregarea feldspaţilor areoc sub acţiunea apei care conţine bioxidul de carbon. Ca urmare adezagregării se formează minerale noi: caolinul, montmorilonituletc.

Caolinul- mineral argilos, silicat bazic de aluminiuAl4[Si4O10](OH) Are culoarea albă de diferite nuanţe; esteprincipalul constituient al argilelor caolinice şi al caolinului;montmorilonitul este tot un mineral argilos alumosilicat hidratat demagneziu, aluminiu, fier trivalent, sodiu. În apă se umflă foartetare, formează suspensii stabile şi o masă vîscoasă.

Montmorilonitul - este mineral constituent principal alargilelor montmorilonitice sau bentonitice (decolorate) folosite îndiferite ramuri ale industriei. Către mineralele colorate (închiscolorate), care se întîlnesc în rocile magmatice, se referă şi silicaţiide fier- magneziu şi de magneziu. În grupa silicaţilor de fier-magneziu mai răspîndiţi sunt olivinul, piroxenele ( de exempluaugitul).

Mica - este alumosilicat hidratat de compoziţie complexă.Dintre varietăţile ei, mai des se întîlnesc muscovitul sau mica albă

38

transparentă; biotitul sau mica neagră sau brună . Toate varietăţilede mică se desfac uşor în placi subţiri. Minerale de culoare închisă-haribonda, augitul, olivina. Aceste minerale sunt silicaţii de fier şimagneziu şi au culoare închisă. Rocile care conţin aceste mineralese deosebesc prin culoarea închisă, prin duritate mare şi resistenţădinamică înaltă.

3.2.2. Mineralele care formează rocile sedimentare

Calcitul - carbonat de calciu (CaCO3), care formează diferitevarietăţi de calcar.

Caolinul - alumosilicat-hidrat (Al2O3.2SiO2H2O) format prinalterare Ca feldspaţilor.

Magnezitul - carbonat de magneziu (MgCO3) a cărui duritateeste mai mare decît al calcitului.

Dolomitul - carbonat dublu de calciu şi magneziu(CaCO3.MgCO3). După proprietăţile fizice el ocupă un locmijlociu între calcit şi magnezit.

Ghipsul - sulfat de calciu dihidratat (CaSO4.2H2O). Cristaleleghipsului pot avea diferite forme: de creastă, laminară, fibroasă,aciformă . Ghipsul pur are culoare albă, însă impurităţile îitransmit cele mai variate nuanţe.

Anhidritul - sulfat de calciu anhidru (CaSO4), asemănător laaspect cu ghipsul, dar are o duritate mai mare.

3.3. Clasificarea şi utilizarea rocilor camaterial de construcţie

3.3.1.Generalităţi

După modul cum iau naştere rocile se clasifică în rocieruptive, roci sedimentare şi roci metamorfice. Toate aceste roci seutilizează în construcţii sub formă de blocuri sau plăci pentruzidirea pereţilor şi finisare, sub formă de agregate friabile (nisip,pietriş, piatră spartă) pentru pregătirea mortarelor şi betoanelor, camateriale pentru drumuri etc.

39

Materialele de piatră naturală din roci sunt utilizate pe larg camateriale de construcţie datorită unor proprietăţi importante ca:densitatea aparentă, reală şi relativă, care variază la diferite roci,rezistenţa mare la compresie şi la uzură, lucrabilitate, durabilitatemare etc.

Rocile eruptive (magmatice) sau formate în urma răcirii şiconsolidării maselor topite (magmelor) ieşite din adînculpămîntului. Ele constituie cea mai mare parte a scoarţei terestre.Aceasta este neomogen compusă din următoarele trei straturiinterioare: bazalt; mai sus de el-stratul de granit şi stratul de sus-rocile sedimentare.

Stratul de bazalt e compus din roci bazice (SiO2 <50%), care lafundul oceanelor pot fi cercetate nemijlocit. Stratul de granit estecompus în deosebi din roci acide (SiO2<50%) şi din diferite rocimetamorfice. Rocile magmatice după conţinutul de siliciu se împart înacide (SiO2>65%), neutre (SiO2=50-65%) şi bazice (SiO2<50%).Rocile magmatice se clasifică după componenţa mineralogică şi dupăstructura lor. Se deosebesc trei tipuri de structuri principale:

structura holocristalină are toate mineralele cu structuracristalizată. Aceast ă structură s-a format atunci cînd magma s-arăcit încet şi la presiune mare, la adîncimi mari sub scoarţa terestră;

structura hipocristalină - are o parte din minerale sub formăde cristale mari, iar alta - sub formă de microcristale sau chiar înstare amorfă (sticloasă). Această structură s-a format atunci cîndmagma a ajuns aproape de suprafaţa scoarţei terestre, aici răcirea s-a produs mai repede şi sub acţiunea presiunii mai mici;

structura sticloasă, mineralele care alcătuesc o masă amorfă,necristalizată, asemănătoare sticlei.

Această structură se formează atunci cînd magma, nimerindla suprafaţa pămîntului, se răceşte brusc sub acţiunea presiuniiatmosferice sau la adîncimi mici.

După cum se vede, structura rocilor depinde direct decondiţiile de răcire a magmei, de timpul cît a durat răcirea şi depresiune. Aceşti factori depind la rîndul lor de adîncimea la care s-aoprit magma care a erupt.

40

Din acest punct de vedere rocile eruptive se împart în masive şidetritice. Rocile masive de adîncime sau intruzive, s-au format înadîncimea scoarţei terestre, au structură holocristalină, formînd masivecompacte. Datorită eroziunii, în rezultatul acţiunii apei şi vîntului, eleau apărut la suprafaţă sau se găsesc la adîncimi nu prea mari. Rocilemasive de suprafaţă sau efuzive au ieşit la suprafaţă prin canalelevulcanilor, străpunse în grosimea scoarţei. Magma ieşită la suprafaţăuneori se scurgea laminar în formă de lavă pe suprafaţa pămîntuluiformînd masive importante. Rocile de suprafaţă ieşite prin canale(craterele vulcanice) de multe ori erau aruncate la înăl ţimi mari unde,întîlnind rezistenţa aerului, se sfarîmau, căzînd pe suprafaţă în formăde bulgări, bolovani şi nisip (porizaţi) avînd structură poroasă, care semai numesc roci detritice. Aceste sfărîmături, că zînd pe suprafaţauscată, formează straturi de roci detritice afînate, iar dacă nimeresc înlavă, se amestecă cu ea, la răcire se cimentează, formînd roci detriticeconsolidate(cimentate).

Luînd în consideraţie etapele mişc ării magmei erupte, s-aconstatat că au luat naştere (sau mai bine zis iau naştere)următoarele feluri de roci eruptive:

1. Rocile masive - care s-au format la adîncimi în scoarţaterestră şi rocile care au ieşit la suprafaţă şi s-au scurs în formă delavă răcindu-se în mase compacte, au primit denumirea de rocimasive întruzive sau de adîncime şi roci masive efuzive sau desuprafaţă.

2. Rocile detritice - cum s-a constatant mai sus, se împart înroci detritice afînate (dezagregate) şi roci detritice consolidate(cimentate). Din rocile masive intruzive (de adîncime) fac parte:granitul, sienitul, dioritul, gabroul, labradoritul.

Fiecărei roci de adîncime în dependenţă de conţinutulbioxidului de silice îi corespunde o rocă de suprafaţă efuzivă.Aceste roci sunt: porfirul, trahitul, andezitul, diabazul, bazaltul etc.Rocile eruptive magmatice se folosesc pe larg în construcţ iileindustriale, civile ş i agricole. Din cele expuse mai sus reiese căfamilia acestor roci cuprinde rocile masive intruzive şi efuzive de

41

aceeaşi componenţă mineralogică şi rocile detritice afînate şicimentate.

3.3.2. Roci eruptive masive intruzive (de adîncime)

Rocile eruptive masive intruzive se caracterizează prinstructură cristalin-granulară bine pronunţată şi au următoareleînsuşiri:

a). Granitul este o rocă acidă cu structură holocristalinăgranulară; este compus din cuarţ, feldspat şi mică. Granitul are ceamai diferită întrebuinţare în construcţii datorită înaltelor proprietăţitehnice. Are densitatea aparentă de 2,3-2,7 g/cm3. Rezistenţ a derupere la compresiune 120-200 MPa, dar uneori poate ajunge pînăla 300-400 MPa. Culoarea este cenuşie, neagră, roză sau roşietică,poate avea puncte albe, negre, roşii sau verzi. Este rezistent laacţiunile bruşte de temperatură, dar din cauza dilataţiei şicontracţiei neegale a mineralelor componente se comportă foarterău la foc. Granitul se întrebuinţează la placarea clădirilor,cheiurilor, confecţionarea treptelor de scări, plăcilor pentru trotuareprecum şi piatră spartă la construcţie.

2) Sienitul la aspect se aseamănă cu granitul, însă nu conţinecuarţ. În afară de feldspat şi mică, sienitul conţine minerale deculoare închisă (augit, harnblendă). În dependenţă de culoareafeldspatului, sienitul poate avea nuanţă roză, sură şi verzue. Dacăsienitul conţine cuarţ 10-15%, (de culoare sură şi verzue) atunciroca se numeşte sienit cuarţos. Proprietăţile lui tehnice sunt foarteaproape de ale granitului, dar rezistenţa este mai mică din cauzalipsei cuarţului.

3) Dioritul - este mai puţin răspîndit decît granitul şi sedeosebeşte de acesta prin conţinutul mai mic de cuarţ (20-25%).Dioritul este compus din feldspat şi minerale de culoare închisă (decele mai dese ori harblendă). El are culoare închisă cu nuanţeverzui, limita de rezistenţă la compresiune – 150-200MPadensitatea aparentă 2800-3000 kg/m3. Se întrebuinţează pentruîmbrăcăminte la drumuri şi placare.

42

d) Gabroul - este compus din feldspat şi din minerale deculoare închisă (augit şi alivină).Aceasta este cea mai grea şi mairezistentă rocă de adîncime с a = 2800 … 3200 kg/m3, limita derezistenţă la compresiune 2000 … 3500 MPa.

Gabroul se foloseşte la confecţionarea calupurilor de piatră depavaj, a pietrei sparte pentru drumuri şi pentru beton. Prin şlefuirecapătă un aspect frumos şi se foloseşte la monumente.

e) Labradoritul - o varietate a gabroului, este întrebuinţat camaterial de placare colorat.

3.3.3. Rocile masive eruptive de suprafaţă

Au structura hipocristalină, deoarece răcirea magmei s-aprodus repede şi mineralele n-au reuşit să se cristalizeze complet.Compozi ţia chimică şi mineralogică a rocilor de suprafaţă şi deadîncime este aceeaşi.

a). Porfirul - este o rocă cu structură hipocristalină :feldspaţii formează cristale mari, iar cuarţul şi mica ocupă spaţiulrămas sub formă de cristale mici sau chiar de piatră amorfă.Structura rocii determină proprietăţile fizico-mecanice aleporfirului. Are densitatea aparentă 2500 - 2650 kg/m3. Coloritulvariază de la cenuşiu -albaştriu la roşietic sau verde. Există treifeluri de roci porfire:

-porfire cu cuarţ- analog granitului;-porfire fără cuaţ şi trahite-analoge sienitului; -porfire - analoge dioritului.În construcţii se utilizează porfirii cu cuarţ şi fără cuarţ .

Porfirii cu cuarţ după compoziţ ie sunt apropiaţi de granit, iarrezistenţa, porozitatea, absopbţia de apă sunt ca şi la rocile deadîncime, însă din cauza fenocristalelor ele degradează mai uşor.

Se deosebesc roci efuzive: lava revărsat ă compact şi lavarevarsat ă afînat. La rocile compacte, în afară de porfiri, se raportă:trahitul, andezitul, bazaltul, diabazul, liparitul. Rocile revărsateanaloge granitului sunt reprezentate de liparite, în masa sticloasă acărora se conţin fenocristale de cuarţ şi feldspat.

b). Trahit (din gr. traghus-grunţuros, aspru; trahiturile tipice

43

au suprafaţa poroasă şi par aspre la pipăit) - rocă etruzivă constituitădin feldspat potasic sub formă de incluziuni porfirice şi microlite,plagioclaz, uneori şi din sticlă vulcanică şi din minerale colorate:piroxen, hornblendă, biotit, deseori olivină. Trahitul este asemănător

sienitului, dar este mai uşor, densitatea aparentă - circa 2500 kg/m3 şidurabil, frumos colorat în culori cenuşii de diferite nuanţe. Sefoloseşte ca piatră de construcţie (material pentru pereţi, agregatepentru beton) şi decorativă . Trahitele modificate (ortofirele sauporfirele trahitece) sunt folosite uneori ca pietre semipreţioase.

d). Diabaz (din gr. diabasis, literar-trecere) - rocă magmatică,bazică , cu structura holocristalină corespunde rocii de adîncimegabro, se întîlneşte în scoarţa terestră sub formă de intruziuni mici(dicuri, siluri) sau în partea centrală (uneori şi în partea inferioară)a pînzelor de roci efuzive. Diabazul în structura căruia suntfenocristale de argint (sau plagioglază) se numeşte porfirit diabazic.Diabazul are o structură porfirică, adică microgranulară у = 300 -400MPa. Datorită viscozitaţii înalte el se întrebuinţează ca materialpietros la pietruirea drumurilor (piatră de pavaj) şi ca agregatepentru beton în formă de piatră spartă.

e). Bazalt (din efiop.-piatră), ce conţine fier, rocă magmaticăefuzivă, alcătuită din minerale de culoare închisă (pirohen,olivină), plagioglaz bazic (de obicei, labrador) şi din sticlăvulcanică . Are structura microcristalină de culoare neagră, grea şicompactă. Roca se sparge uşor dar este foarte dură. Densitateaaparentă este 2900 - 3000 kg/m3; iar rezistenţa de rupere lacompresiune - de circa 500 MPa, dar în prezenţa fisurilor şi porilorrezistenţa se micşorează brusc pînă la 100 MPa. Bazaltul se foloseşte sub formă de material spart ca agregat pentru betoane şi ca piatrăcioplită pentru pavaje, la construcţia fundaţiilor, a podurilor, adigurilor şi construcţiilor masive.

Rocile detritice

1. Afînate sau dezagregate (cenuşe vulcanice, nisipul vulcanic,

44

piatra ponce);2.Consolidate sau cimentate (tuful vulcanic, trasul).Rocile detritice (eruptive) sau formate din particule mici de

lavă fărămiţată, aruncată la suprafaţa pămîntului în timpul erupţieivulcanilor.

Aceste depuneri, fie că s-au pă strat în stare afînată, fie ca înprezenţa substanţelor de cimentare şi sub presiunea straturilorsuperioare s-au transformat în roci cimentate.

Particulele fine (de lavă solidificată, din grupa afinate)formează cenuşa vulcanică, iar particulele cu dimensiune pînă la 539 - nisip vulcanic.

1) Cenuşa vulcanică - rocă detritică fină, afînată(dimensiunile granurelor 0,5 - 2 mm), în componenţa căreia întrăfragmente de sticlă vulcanică, cristale de minerale constituiente deroci şi fragmente de diferite roci care au fost aruncate din coşulvulcanic. Densitatea aparentă (medie) 500 - 1800 kg/m3, porozitatea20 - 70%. Cenuşa vulcanică se foloseşte ca material fin deumplutură la betoanele uşoare şi la materiale pentru tencueli.Cenuşa vulcanică măcinată se utilizează ca adous la cimenturilehidraulice cu puzolană şi la cele rezistente la acţiunea sulfaţilor, caşi degresant la producerea cărămizilor de ceramică, a sticlei, aglazurilor etc.

2) Nisipul vulcanic - este alcătuit din particule cu dimensiunipînă la 5 mm (necimentate).

3) Piatră ponce - bucăţi de rocă poroasă formată prinsolidificarea lavei vulcanice avînd de obicei dimensiuni pînă la 40cm. Piatra ponce s-a format în urma răcirii bruşte cu degajareagazelor din lavele acide şi neutre, cu aceeaşi compoziţiemineralogică ca şi granitul şi porfirul, dar cu structură amorfăsticloasă. Porozitatea ei atinge - 80% ; pereţii porilor sunt compuşidin sticlă vulcanică. Are culoare deschisă, este aspră la pipăit,poroasă şi atît de uşoară, încît pluteşte pe apă. Duritatea 6,densitatea reală - 2 … 2,5 g/cm3, densitatea aparentă - 0,3 … 0,9g/cm3. Porozitatea înaltă condiţionează folosirea ei ca materialtermoizolant, iar majoritatea porilor închişi îi asigură rezistenţă la

45

îngheţ-dezgheţ. Prezenţa în piatra ponce a bioxidului de siliciu activîi permite să fie folosită în calitate de adaos hidraulic activ înciment şi var. Sub numele de spumă de mare se foloseşte camaterial pentru şlefuit. Sfărîmăturile se folosesc ca agregate pentrubetoanele uşoare.

2. Rocile detritice consolidate (cimentate)- tuful vulcanic şitrasul

1) Tuful vulcanic - (it. tufo-rocă poroasă formată dinacumulările de produse solide ale erupţiilor vulcanice, ulteriorcompactizate şi cimentate. Tuful are compoziţie chimică variată şicorespunde compoziţiei lavei erupte; el se prelucrează uşor, sefoloseşte зу дфкп ca material pentru pereţi şi pentru faţadare (deexemplu tuful artic din Armenia), în stare măcinată ca adaus activla substanţele liante (puzolană, tras); se întrebuinţează şi pentrucăptuşirea agregatelor termice ale cuptoarelor îndustriale şi alecoşurilor ce funcţionează la temperatura pînă la 800 C. Cele maicompacte tufuri se numesc trasuri.

2) Trasul (germ. tras, din it. terro duşumea, podină,pardoseală) - rocă din grupul tufurilor vulcanice. Prezintă o masăporoasă, dură de culoare verde, albasră, galbenă şi de alte culori cu unconţinut înalt de siliciu activ. După o măcinare cu o fineţe înaltă, fiindamestecat cu var stins, se întrăreşte repede în apă şi în mediul aierian.Se utilizează ca adaos hidrautic la cimentul cu puzolană.

Tuful artic. Dacă cenuşa şi nisipul vulcanic nimeresc înmagma topită înainte de răcirea ei, se formează lava de tuf,reprezentantul caracteristic al cărei este tuful artic.

Tuful artic - care are сa = 750 - 1400 kg/m3 şi limita derezistenţa у=6,0…10,0MPa se foloseşte sub formă de piatra tăiatăpentru zidirea pereţilor. Ea se foloseşte şi ca agregat (component)pentru betonul uşor

3.3.5. Rocile sedimentare

Rocile sedimentare s-au format sub acţiunea de dezagregare afactorulor exteriori - apei, vîntului, variaţilor de temperatură

46

(îngheţ-dezgeţ), bioxidului de carbon din aer, oxigenului, luminiietc. Sfărîmăturile şi sărurile rezultate sub acţ iunea apei şivînturilor au fost transportate la distanţe mari şi treptat depuse pecîmpuri, pe fundurile lacurilor, mărilor şi oceanelor. Acestedepuneri (sedimente) din roci au format straturi şi se numesc rocisedimentare. Rocile sedimentare au o răspîndire mare pe suprafaţapămîntului, fundul mă rilor şi oceanelor. Rocile sedimentare dupăcondi ţiile şi materialul din care s-au format se împart în trei grupemari: roci detritice, roci de precipitaţie chimică şi roci organogenesau biogene.

I. Rocile sedimentare detritice s-au format prin depunereasfărîmăturilor rezultate în urma procesului de eroziune ş i aduse devînturi sau de ape curgătoare. Aceste roci se împart în afînate şicimentate şi au o deosebire principală între ele. La rocile detriticemobile neconsolidate (necimentate) bucăţile de sfărîmături suntlibere, nelipite între ele, se mai numesc afînate. Depunerile detriticeafînate iau naştere sub formă de argilă , nisip cu granule de la 0,14- 5 mm, sub formă de pietriş rotungit ori piatră spartă naturală cufragmentele de 5 - 70 mm.

Argila (lutul, calcitul, bioxidul de siliciu, oxidul de fier) poateservi ca un fel de “ciment natural”.

2. În rocile detritice cimentate sau consolidate, bucăţile desfărîmături sunt legate printr-un liant natural (breciile,conglomeratele, gresiile).

1) Gresiile sunt nisipuri de cuarţ cimentate. 2) Conglomeratele şi brecia sunt formate prin cimentarea

pietrişului sau a pietrei naturale sparte. Proprietăţile rocilorenumerate depind de tipul rocii cimentate şi de tipul substanţeiliante. Astfel, cele mai pronunţate calităţi le posedă gresiilesilicioase, în care substanţa de cimentare este bioxidul de siliciu, iar calităţi mai puţin pronunţate au gresiile unde ca liant serveşte argila.

II. Rocile sedimentare de precipitaţie chimică se formează prindepunerea şi cristalizarea pe fundul apelor a sărurilor din soluţiisuprasaturate. Din ele fac parte: ghipsul; anhidritul; magnezitul;calcarele. Magnezitul şi dolomitul sunt compuşi de minerale cu

47

aceeaşi denumire. În genere aceste roci servesc ca materie primăpentru fabricarea lianţilor minerali. Afară de aceasta, magneziul şidolonitul se întrebuinţează la fabricarea materialelor refractare.

Calcarul reprezintă după compoziţia chimică carbonat decalciu (CaCO3).Culoarea calcarului depinde de impurităţi (argile,bioxid de siliciu, oxizi de fier etc.). Calcarul curat (piatra de var) areculoare albă. Asupra particularităţilor calcarului înfluenţează înspecial impurităţile de argilă, care se întîlnesc foarte des.

Calcarul compact face parte din depunerele chimice. Rocacompusă din amestec de calcar şi argilă , se numeşte marnă. Dacă înrocă predomină calcarul, ea se numeşte marnă calcaroasă, iar dacăpredomină argila - se numeşte marnă argiloasă. La construcţii cel maides sunt folosite calcarele compacte, calcarul cochilifer şi creta.

Calcarul compact este compus din granule foarte mici decalcit, întărite cu oarecare ciment natural, de exemplu marna, argila.Are limită de rezistenţă la compresie у = 60,0 - 200,0 MPa şidensitatea reală с = 1800 - 2600 kg/m3.

Din calcar compact se confecţionează plăci pentru placareapereţilor exteriori, el se întrebuinţează sub formă de piatră brutăpentru fundaţii, în formă de piatră spartă la prepararea betonulul şica materie primă pentru fabricarea varului şi a cimentului Portland.

Toţi reprezentaţii acestei grupe se utilizează ca materie primăîn industria lianţilor. În afară de producerea lianţilor, în construcţiese foloseşte pe larg calcarul compact, tuful calcaros şi travertinul,fiind utilizate la diferite părţi ale clădirilor.

Ш. Rocile sedimentare organogene sau biogeneAceste roci sunt formate din depunerea, acumularea şi

descompunerea în decursul erelor geologice a resturilor de naturăorganică ( animale, vieţuitoare de apă, schelete şi cochilii) aplantelor ş i animalelor acvatice. Din aceste roci fac parte: calcarulcochilifer, creta, diatomitul, tripolul etc.

Calcarul cochilifer s-a format din sfarîmături de scoici,cimentate cu nămol calcaros. El este o rocă foarte poroasă. Dinaceastă cauză masa şi rezistenţa lui sunt mult mai mici în

48

comparaţ ie cu calcarul compact (densitatea aparentă сa = 800 -2000 kg/m3 iar у = 0,4 - 15,0 MPa).

Calcarul cochilifer are conductibilitate termică mică, seprelucrează uşor, este rezistent la îngheţ-dezgheţ şi reţine binecuiele bătute în el. Datorită acestor proprietăţi, el este un bunmaterial local de zidire pentru construcţiile cu puţ ine etaje. El semai întrebuinţează şi ca component (agregat) pentru betonul uşor.

Creta - este un calcar cochilifer slab cimentat, cu un conţinutde bucăţi de scoici foarte mic. Din cauza rezistenţei mici nu sefoloseşte ca piatră de construcţie, în schimb se întrebuinţează lafabricarea vopselelor, chiturilor, varului şi cimentului.

Diatomitul şi tripolul sunt roci cu un conţinut bogat de siliciuhidrat.Ele sunt compuse din carapace minerale de diatomee. Acesteroci pot fi afînate sau cimentate. Avînd în vedere densitatea aparentă mică сa= 450 - 950 kg/m3 şi conductibilitatea termică redusă, elese întrebuinţează ca materiale termoizolante. Datorită conţinutuluimare de siliciu, diatomitul şi tripolul se folosesc în calitate deadaosuri hidraulice.

3.3.6. Rocile metamorfice

Cutremurile de pămînt, erupţia vulcanilor, miş căriletectonice (încreţituri de straturi, scufundări şi ridicări mari etc) suntînsoţite ca regulă de scimbări mari a presiunilor şi temperaturilorrocilor magmatice şi celor sedimentare care, datorită acestor factori,pot suferi transformă ri profunde ale proprietăţilor fizice şi chimice.Fenomenul care aduce la transformarea rocilor se numeştemetamorfism, iar rocile care iau naştere astfel se numesc rocimetamorfice sau modificate. În urma acestui proces, roca de bază îşi scimbă atît structura, compoziţia chimică cît şi textura, formîndo roca nouă, cu caracteristici diferite. Astfel din rocile eruptive seformează gnaisul şi mica, ş isturile; din gresiile silicioase seformează cuarţitele, care au o duritate foarte mare; din calcar seformează marmura: din argilă se formează ardezia, rocă ce sedesface cu uşurinţă în plăci subţiri.

49

Din rocile metamorfice fac parte: gnaisul, şistul argilos,marmura şi cuarţitul.

Gnaisurile s-au format din granituri şi se deosebesc deacestea prin structura lor stratificată. Gnaisurile au aceeaşi sferă deîntrebuinţare în construcţie ca şi graniturile - piatră brută pentrufundaţii, pietre-pliţi pentru podele reci, drumuri etc.

Şisturile argiloase sunt formate din argilă sub acţiuneapresiunii şi temperaturii înalte. Particularitatea caracteristică aşisturilor este proprietatea lor de a se desface în plăci subţiri - 2-3mm. Avînd rezistrenţa şi duritate suficientă, şistul argilos este unmaterial durabil şi de calitate superioară (ardezia naturală).

Marmurile reprezintă calcare metamorfice deosebindu-se deacestea prin structura cristalin granulară, densitatea 2400 - 2800kg/m3 şi rezistenţa înaltă. Limita de rezistenţă la compresiuneatinge cîteodată 300,0Mpa, dar obiş nuită σ = 100 … 200 MPa.Marmura se şlefuieşte şi se lustruieşte bine. Marmura seîntrebuinţează sub formă de plă ci pentru placarea clădirilor înînterior, pentru confecţionarea treptelor de scări, balustradelor,pervazurilor. Ea nu se recomandă pentru placare exterioară,deoarece degradează uşor şi, sub acţiunea bioxidului de sulf degajatdin coşurile de fum ale uzinelor, îşi schimbă culoarea.

Cuarţ itul - este o gresie silicioasă metamorfică. Are o înaltăduritate şi rezistenţă, dar se prelucrează greu. Cuar ţitul seîntrebuinţează sub forma de piatră cioplită şi plăci pentru placareexterioare sau piatră spart ă pentru betoane. El este folosit deasemenea pentru executarea stîlpilor de susţ inere a unor sarcinimari la construcţii de răspundere (de exemplu, la poduri).

3.4. Materiale şi produse din piatră naturală

Materialele şi produsele din piatră naturală se clasifică dupădestinaţie, limită de rezistenţă la compresiune şi rezistenţă laîngheţ-dezgheţ. După destinaţie ele se împart în materiale interioareşi exterioare şi pl ăci pentru învelitori. După limita de rezistenţă la

compresuine în kg/cm2, materialele şi produsele din piatra naturală

50

se împart în mărci de la 4 pînă la 1000. După rezistenţă la îngeţ-dezgeţ ele se împart în mărci de la 10 pînă la 100.

Piatra brută se numeşte piatră de formă neregulată, obţinută laexploatarea rocilor locale, mai ales a celor sedimentare (calcar,dolomit, gresie). Masa bucăţilor de piatră variază între 20 - 40 kg.

Piatra spartă (pietriş ul) se numesc fragmente de rocă deformă rotundă, colţuroasă, formate în perioada descompuneriirocilor erupte ori sedimentare cu diametrul de 5 - 70 mm.

Nisip se numesc depunerile detritice afînate, cu granulele de0,14 - 5 mm. Mai poate fi produs la spargerea mecanică a pietreinaturale compacte.

După densitatea lui în vrac (movilă) nisipul se împarte îndouă categorii:

1- greu,densitatea în gramada mai mare de 1200 kg/m3;2- uşor,densitatea în vrac mai mică de1200 kg/m3. După provenienţă nisipul seîmparte în: 3- nisipul de munte (risipituri) colţuros; 4- nisipul de fluviu-rotund; -nisipul de mare-rotund.3.5. Exploatarea şi prelucrarea materialelor

de piatră naturală

Metodele de exploatare a rocilor, întrebuinţate ca material deconstrucţie sunt foarte diferite şi depind de condiţiile de zăcămîntale rocilor, de duritatea şi rezistenţă lor, precum şi de formeleviitorului fabricat. Dacă rocile sunt a şezate la adîncime mică sau lasuprafaţa pămîntului, exploatarea lor se face prin metoda deschisă,în cariere. Rocile aşezate la adîncimi mari se exploatează prinmetoda subterană , în cariere de piatră sau în mină. Exploatarearocilor compacte, din care se obţine piatra spartă, nisipul artificialsau piatra brută (granituri, calcare compacte) se efectuează dupăurmătoarele operaţiuni:

1) Tehnologia dobîndirii pietrei sparte 1. Sonda se sfredeleşte 2. Se curaţă 3. Se aşează praful 4. Se fac lucrările de explozie

51

5. Spargerea pietriei mari compacte brute 6. Incărcarea 7.Transportarea pietrei la sectorul de spargere8. Spargerea pietriei în fracţii9.Fracţionarea pietriei sparte şi nisipului artificial10. Aşezarea în vracuri după fracţii, transportarea producţiei

gata la obiectele de construcţie.2) Dobîndirea pietrei brute conţine un număr de operaţii mai

redus: 1. Sfredelirea sondelor 2. Curăţirea lor 3. Introducerea încărcăturii 4. Organizarea exploziei 5. Spargerea pietrelor mari negabarite6.Transportul pietrei la construcţie. 3) La dobîndirea pietrelor cu bucata, operaţiile tehnologice

sunt mai complicate: 1. Sfredelirea sondelor în jurul bucăţilor mari 2. Scoaterea ori despărţirea pietrelor 3. Tăierea 4. Despicarea în bucăţi mai mărunte 5. Prelucrarea 6. Şlefuira, păstrarea în depozite 7. Transportarea la construcţie. 4) Rocile uşor lucrabile (marmura, calcarul, tuful) se

exploatează în mod mecanizat cu ajutorul maşinilor de tăiat piatră,ale căror elemente tăietoare sunt nişte ferestraie circulare orizontalesau verticale, instalate pe un cărucior, ce se deplasează pe şine înlungul abatajului.

Pentru obţinerea pietrei sparte şi a nisipului se întrebuinţeazămaşini de spargere a pietrei, transportabile, staţionare.

Despărţirea pietrişului spart ori fracţionarea lui se realizeazăcu ciurul sau cu maşinile de ciuruit de diferite construcţii.

3.6. Măsuri de protecţie contra degradării

Pentru a proteja marerialele de piatră din construcţie contradegradării, proces în urma căruia ele se distrug ş i-şi schimbăaspectul exterior, se aplică măsuri constructive ce creează pe

52

suprafaţa lor exterioară un strat impermeabil.1) Se creează un sistem bun de scurgere a apei, de şlefuire şi

polarizare a suprafeţelor. 2) Pietrele poroase se imbibă cu substanţe care ermetizează

suprafeţele şi nu permit umezelei să pătrundă în ele.

Pentru a proteja distrugerea piatrei calcaroase, suprafaţa ei seîmbibă cu fluanţi-soluţii de săruri ale acidului fluo-silicic (deexemplu fluosilicat de magneziu sau de aluminiu). Fluanţiireacţionează cu CaCO3 (calcitul) formînd silicite şi fluoruriînsolubile în apă.

Fluorurile şi siliciula astupă porii stratului superior, mărindu-se astfel rezistenţa mecanică a pietrei.

Suprafaţa pietrelor de alte roci se imbibă mai întîi cuavanfluant - soluţie de sare de calciu (de exemplu, clorură decalciu ), iar apoi - cu fluant.

Metoda tratării cu fluasilicaţi a suprafeţei pietrelor a fostpropusă de savantul rus D. J. Mendeleev.

3.7. Transportarea şi păstrarea

În timpul transportării şi păstrării materialele şi produsele dinpiatră trebue ferite de deteriorări (lovituri) mecanice şi de murdărie.

Materialele de placare trebuie transportate cu mijloace detransport speciale, acoperite şi păstrate în încăperi închise sau subşoproane. În timpul transportării pietrele tăiate ori cioplite să fieaşezate în stive regulate.

Întreb ă ri de autocontrol1.Ce ştiţi despre zăcăminte, piatră naturală şi roci, în ce

formă se întebuinţează în construcţie?2.Ce se numeşte mineral? Ce deosebire este între roca simplă

şi cea compusă?3.Numiţi grupele în care se împart rocile după provenienţa

lor?4.Din ce minerale sunt formate rocile eruptive? Caracterizaţi-

le, numiţi 3-4 din ele, daţi exemple de întrebuinţare a lor înconstrucţii.

53

5.Numiţi mineralele din care sunt formate rocile sedimentare.6.Cum s-au format rocile eruptive?7.Ce deosebire este între rocile eruptive masive şi detritice?8.Care sunt rocile eruptive masive intruzive?9.Numiţi rocile eruptive-masive efuzive?10.Cum s-au format rocile sedimentare, în cîte grupe se împart

ele?11.Ce deosebire este între rocile sedimentare-detritice,

chimice şi organogene?12.Numiţi rocile sedimentare chimice?13.Numiţi rocile sedimentare detritice, care este deosebirea

dintre rocile afînate şi cele cimentate?14.Numiţi rocile sedimentare organogene, întrebuinţarea lor în

construcţie?15.Care sunt rocile metamorfice, provenienţa lor? 16.Care sunt materialele şi produsele din piatră naturală?17.Ce ştiţi despre exploatarea şi prelucrarea materialelor din

piatră naturală?18.Care sunt măsurile de protecţie contra degradării pietrei

naturale?19.Care sunt regulile transportării şi păstrării pietrei,

materialelor şi produselor din piatră?

54

TEMA 4

MATERIALE CERAMICE

4.1 Generalităţi4.2. Materii prime 4.3. Proprietăţile ceramice ale argilelor 4.4. Fazele tehnologice ale produselor ceramice 4.5. Tratamente de suprafaţă

Scopul: a promova studenţilor cunoştinţe generale desprematerialele ceramice folosite în construcţie

4.1 Generalităţi

Ceramica (din greceşte keramica - arta olăritului, de la keramos -argilă) - articole ş i materiale obţinute prin modelarea şi ardereaulterioară a argilei şi a amestecurilor de argilă cu adaosuri deminerale inerte (nisip, rumeguş etc).

Produsele ceramice se pot clasifica după mai multe criterii,de exemlu, după porozitate, culoare, grad de finisare etc.

Articolele şi materialele ceramice în funcţie de compoziţiachimică a materiei prime şi temperaturii de ardere se împart dupăporozitate în două clase: arse par ţial sau poroase şi arse completsau compacte. De aici şi-au primit denumirea de materiale poroase(dintre care cele mai importante sunt că rămida poroasă şi cea cugoluri, piatra ceramică, ţigla, olanele) şi materiale compacte(plăcile pentru pardosele, cărămida pentru pavaj), iar după culoare,materialele ceramice se împart în colorate dintre care fac parte:poroase (cărămizi, ţigle, tuburi de drenaj); clincherizate (clincherde faţadă, clincher de pavaj, tuburi de bazalt, etc); albe: poroase(faianţa fină, materiale refractare) şi refractare (porţelan).

După gradul de prelucrare se deosebesc produse brute şi fine.Produsele brute se obţin din argile obişnuite cu o structurămacrogranulară neomogenă a facturii (de exemplu cărămida de

55

construcţii şi de şamotă ). Produsele fine se produc din materiiprime, prelucrate îngrijit, au o structură microgranulară omogenă afacturii şi colorată uniform (de exemplu faianţa, porţelanul,gresiile). În construcţii, pe larg se folosesc următoarele materialeceramice:

1.pentru zidăre şi faţade (cărămizi poroase şi plăci pentru faţade şi pereţi interiori);

2.pentru acoperişuri-invelitori (ţigle, olane); 3.termoizolare (cărămizi şi plăci);4.pentru lucrări tehnico-sanitare (ţ evi); 5.pentru izolanţii acido-rezistenţi; 6.materiale cu destinaţie specială.

4.2. Materii primeDupă cum s-a arătat mai sus, la fabricarea produselor ceramice

se foloseşte argilă ca materie primă de bază, la care se mai adaogăşi materiale auxiliare.

Argilele se formează în natură prin dezagregarea rociloreruptive-prime-granitului, porfirului, sienitului, etc. Rocile eruptivedegradează sub acţiunea intemperiilor, apei şi a dioxidului decarbon şi a apelor carbonatate, precum şi a activităţ ii vitale aleanimalelor şi plantelor. În procesul dezagregării rocilor eruptive areloc fărîmiţarea lor, însoţită de schimbări chimice ale unorcomponenţi. Însă granulele cuarţului în acest proces nu-şi schimbăproprietăţile chimice. În mică se observă schimbări neînsemnate.Dimpotrivă, feldspatul suferă schimbări chimice complete. Aceastăparte a rocii prime degradîndu-se se transformă înhidroalumosilicaţi-caolinit şi alte minerale după compoziţieaproape de el (montmorilonit).

Conform transformării mai jos arătate se formează caolinul,feldspat-mica-caolinul după reacţiile:

3(K2O · Al2O3 · 6SiO2) - 2K2 O - 12SiO2 + 2H2O → K2O •3Al2O3 · 6SiO2 · 2H2O

K2O · 3Al2O3 · 6SiO22H2O - K2O + 4H2O → 3(Al2O3 · 2SiO2· 2H2O)

56

Aceste transformări nu se conţin în cantităţi de 100% încomponenţa argilei. Produsele dezagregării rocilor rămîn pe loc sause transportă prin intermediul apelor, vîntului şi gheţarilor şi sedepun în locuri noi, formînd zăcăminte de argilă. În natur ă, înzăcămintele de argilă coexistă ca impurităţi: cuar ţ (SiO2), mică,oxid de fier (Fe2O3) carbonaţi de calciu (CaCO3) etc, care suntaduse de ape, vînt , gheţari etc.

Argilele r ămase pe locul formării se numesc reziduale, iarcele care au fost transportate - sedimentare sau transportate.

Profesorul P. A. Zameatcenschi a dat noţiunii de argilă următoarea definiţie: "Argila este o masă minerală pă mîntoasă, saudupă terminologia petrografică, o rocă detritică pămîntoasă,capabilă să formeze cu apa o pastă plastică, ce-şi păstrează dupăuscare forma dată, iar după ardere capătă tăria pietrei".

Argilele reziduale (rămase pe loc) conţin ca regulă resturi deroci- mamă şi de feldspat, iar argilele sedimentare ( transportate)sunt compuse din particole cu dimensiuni mai mici şi aproape că nuconţin rămăşiţi ale rocilor-mamă.

Argilele sunt formate preponderent din amestecuri dehidroaluminosilicaţi cu formula generală mSiO2 · nAl2O3 · pH2 O.

In funcţie de valoarea raportului m/n se deosebesc:Argilele caolinitice (m/n=2) au plasticitate şi contracţie

redusă, se întrebuinţează pentru industria ceramică; componentulprincipal aici este caolinitul (2SiO2 · Al2O3 · 2H2O);

Argilele montmorilonitice ( m/n=4) au plasticitate ridicată,schimbări de volum la schimbarea umidităţ ii, contracţie pronunţată la uscare etc. Aceste argile sunt mai active, au o capacitate marede cimentare, se pot folosi ca lianţi, care la umiditate îşi pierd acesteproprietăţi. În argile, pe lîngă r ămăşiţele de roci prime în formă defeldspat, se conţin şi rămăsiţe organice de provenienţă animală şivegetală. Compoziţia chimică a argilei pentru cărămidă ( tabelul4.1. ) oscilează în limite mari.

57

Tabelul 4.1.Compoziţia chimică a argilei pentru cărămidăDenumirea

Conţinutul înDenumirea

componenţilor componenţil Conţinutul în %% orde la pînă de la pînă la

laSiO2 60 80 MgO 0 3Al2O3 5 20 SO3 0 3

Fe2O3 3 15Pierderi de 3 15la ardere

CaO 0 25

Rămăşiţele în argile determină proprietăţile lor principale şidomeniile folosirii. Argilele, în componenţa cărora se conţincantităţi mari de nisip cuarţos, chiar şi foarte mărunt (mai mult de85% din masa argilei) nu sunt valabile la producerea materialelorporoase - cărămizi şi îndeosebi ţigla. Articolele produse din acesteargile au o porozitate înaltă, absorb o cantitate mare de apă şi nusunt rezistente la îngheţ-dezgheţ, au rezistenţă mică.

4.3. Proprietăţile ceramice ale argilelor

Argilele, deosebindu-se după compoziţia mineralogică şichimică, au şi un ş ir de proprietăţ i fizice comune. Dintre acesteafac parte plasticitatea, modul de a se contracta la uscare şi a sevitrifica la ardere, rezistenţa mecanică la uscare şi ardere, culoareala uscare şi ardere. Aceste proprietăţi numite ceramice, joacă un rolimportant în producere.

Argilele capătă plasticitate necesară numai după ce seamestecă cu o cantitate anumită de apă. Prof. P. A. Znametinschidetermină plasticitatea ca proprietatea argilelor la amestecare cuapă să formeze un aluat, care se modelează fără întreruperi şifisurări. După uscare acest aluat î şi păstrează forma dată, iar dupăardere dă o piatră cu aceeaşi formă şi trăsături. Diferite argile audiferite grade de plasticitate.

58

La umezirea argilei uscate cu apă, în jurul particulelor deargilă se formează pelicule de apă, care sunt atrase energic departiculele de argilă . Aceste pelicule (de apă ) joacă un rolimportant de unsoare, datorită c ărui fapt particulele de argilă ,îmbibate cu apă, pierd capacitatea de frecare intimă şi se mi şcăuna faţă de alta apropiindu-se între ele, mărind plasticitatea argilei.Mecanismul formării plasticităţii argilei şi absorbţiei de apă sepoate explica luînd în consideraţ ie particularităţile structurale aleargilelor. Cristalul de caolin, datorită structurii sale clivează lamelarîn plăcuţe, grosimile cărora sunt de cîţiva microni. Fiecare particulăde argilă este o frîntură din reţeaua cristalină a rocii-mamă. Pesuprafaţa particulelor, pe muchii şi pe suprafeţele rupte, vîrfuri, segăsesc anioni cu valenţe nesatisfăcute, datorită cărora argila capătăun potenţial electric negativ.

În rezultatul amestecului argilei cu apă se formează o soluţiede electrolit din care particulele de argilă cu potenţial negativabsorb şi fixează cationii: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, etc. formînd un“nor ionic”.

Absorbţia ionilor este selectivă şi se exprimă prin rîndul descrescător după capacitatea de absorbţie Mg2+ Ca2+ NH4

+ K+ Na+. În soluţie ionii cu capacitate de absorbţie mare, de regulă, înlocuesc pecei cu capacitate de absorbţie mică.

Cationii absorbiţi în “norul ionic” tind să se hidratezeatrăgînd moleculele apei din soluţie. Moleculele de apă absorbiteformează în jurul particulelor cel de-al doilea strat difuzional, înformă de peliculă.

Din cele expuse reiese că, plasticitatea argilelor depinde deproprietăţile particulelor de a se înconjura cu pelicule de apă.Astfel, se elimină frecările intime şi se măreşte mobilitatea subacţiunea forţelor de masă proprie şi forţelor exterioare.

La mărimea peliculelor de apă are o influen ţă determinantăstructura cristalo-chimică a argilei şi capacitatea de hidratare acationilor din prima peliculă.

Plasticitatea argilelor creşte în dependenţă de cantitateaparticulelor fine. Particulele din componenţa argilei cu dimensiunile

59

de la 5,0 pînă la 0,14 mm se numesc nisipoase; de la 0,14 pînă la0,005 mm - pulverulente şi mai mici de 0,005 mm - argiloase.

Cantitatea apei introdusă în amestec joacă un rol important laformarea gradului plasticităţii argilelor.

Dacă cantitatea de apă este puţină, peliculele de apă nu seformează în jurul tuturor particulelor. În acest caz apa pentrulunecarea particulelor nu ajunge, forţele de atracţie nu au valorimaximale şi corespunzător plasticitatea este micşorată.

Surplusul apei duce şi la micşorarea plasticităţii. În acest caz,particulele de argilă se îndepărtează unele de altele, iar forţele deatracţie se micşorează. Masa capătă o mobilitate înaltă şicurgătoare; în procesul fasonării ea se lipeşte de utilaj.

Plasticitatea - permite fasonarea în diferite forme, de aceeaeste cea mai importantă proprietate.

Plasticitatea argilelor se apreciază după valorile apei pentrupasta de consistenţă normală denumită şi apă de fasonare (af) şidupă contracţie la uscare (% C). După aceste criterii argilele pot fi:

1- foarte plastice (af 28% şi C 10%); 2- plastice (af = 20 - 28% şi C = 7- 10%); 3- cu plasticitate redusă (af 20% şi C 7%).

Proprietăţile plastice ale argilelor pot fi schimbate prinintroducerea în amestec a materialelor auxiliare. Pentru reducereaplasticităţii şi contracţiei mari la uscare şi evitarea apariţiei detensiuni interne şi fisuri în amestec se introduc materiale numitedegresanţi: nisipul, praful de şamotă etc. Aceste materiale, nimerindîntre particulele argilei, le îndepărteaz ă, micşorînd plasticitatea.Comportarea argilelor la ardere este deosebit de importantă,deoarece la ardere acestea se transformă într-o masă rigidă cuproprietăţi mecanice ridicate. Sub acţiunea temperaturii, argilasuferă următoarele modificări:

1) pînă la 1100 C se evapoară apa fizică (de amestec), caredetermină contracţii mari şi obţinerea unei structuri poroase: laumezire ea îşi recapătă plasticitatea;

2) între 450 - 5500 C caolinul se transformă în metacaolinit

60

(deshidratarea caolinului la T = 5000 C) şi argila îşi pierde plasticitatea, iar transformarea este ireversibilă.

2SiO2 2Al2O3 2H2O→2SiO2 Al2O3 + 2H2O;Metacaolinitul are o structură metastabilă în care SiO2 şi

Al2O3 se găsesc în stare activă şi pot intra în reacţii chimice;3) între 8000 C şi 9000C metacaolinitul se transformă în

mulit, după reacţia: 3(2SiO2 • Al2O3→2SiO2 • 3Al2O3 + 4SiO2,apariţia mulitului conferă argilei duritate, rezistenţe mecanică şichimică, stabilitate la apă;

4) la temperaturi mai mari de 10000 C se produce topireaparţială a unor amestecuri (eutectice ( argile + impurităţi)) cuformare de topituri; la răcire topitura se solidifică în poriiprodusului, micşorînd porozitatea. Cînd porozitatea este mai micăde 8% produsele se numesc clinchirizate, iar cînd este mai micădecît 2% - vitrifiate. Produsele clincherizate şi vitrifiate aurezistenţe mecanice foarte mari;

5) la temperaturi mai mari decît punctul de vitrificare, argilase înmoaie sub propria-i masă. Această temperatură se numeştepunct de refractare - Pf. După modul de refractare argilele se clasifică în: - fuzibile (Pf maxim = 1350 0 C, (uşor fuzibile)vitrifiabile (Pf = 1350 - 15800 C, (greu fuzibile) - refractare (Pf15800C).

De aici se vede că în func ţie de natura argilei şi temperaturade ardere se pot obţine produse poroase, clincherizate, vitrifiabileşi refractare.

Argilele fuzibile sunt cele mai răspîndite, au un intervalrestrîns între temperatura de vitrificare şi topire, din care cauză sefolosesc numai pentru produsele ceramice brute. Argilelevitrifiabile (greu fuzibile) au o răspîndire medie în natură şi sefolosesc la fabricarea gresiilor ceramice, clineherelor de construcţii,tuburilor de bazalt etc.

Materialele auxiliare se utilizează pentru modificarea unorproprietăţi ale argilelor necesare în procesul fabricării.

După efectul produs, adaosurile pot fi: Degresanţi - reduc plasticitatea: nisip, praful etc

61

Aglomeranţi - au efect contrar degresanţilor - măresc plasticitatea: varul, gudronul, melasa, bentonitul, dehtrina etc.

Fondanţi - micş orează t0 C de vitrificare pentru ceramica de construcţii, feldspatul, calcarul, dolomita etc.

Adaosurile refractare - ridică t 0 C de topire: cuarţ, cuarţite etc. t0 C de topire e mai mare de 17000 C.

4.4. Fazele tehnologice ale produselor ceramice

Schema fluxului tehnologic de fabricare a produselor ceramice conţine următoarele faze:

1. Pregătirea amestecului de materii prime impune aplicareaurmătoarelor tratamente: spălare, concasare, macerare etc.Macerarea are scopul ca argila depozitată în aer pe un termendeterminat, părticelele acesteia se umezesc complet, iar rămăsiţeleorganice de plante şi rădăcini putrezesc; tot în această fază seînlătură substanţele străine: siliciul şi calcarul.

Alegerea impurităţilor se face prin concasare în valţuri cuşanţuri elicoidale, prin măcinare în colergand sau cu curăţire depastă.

2. Fasonarea - umplerea formelor a diferite produse ceramicecu amestecul de materii prime.Fasonarea pieselor ceramice se poateefectua manual sau mecanic. Fasonarea manuală se efectuează înforme (tipare) şi netezire, din materiale de lemn, tinichea etc., cupresare (vibrare) şi netezire. Fasonarea mecanizată se efectuează cudispozitive cu melc, unde pasta (amestecul de materie primă) estecomprimată de un mecanism elicoidal şi este împinsă (princomprimare) şi silită să treacă printr-o filieră de formă şidimensiuni necesare. Unele piese de construcţii se presează cu forţediferite prevăzute în proiectul şi standardele pentru aceste produse.Presarea se face în forme speciale pentru plăci de faţade, ţigle, plăcide pardoseală, cărămizi etc.

3. Uscarea - este o operaţie obligatoare pentru produselefasonate pe cale umedă care conţin apă mai mult de 7%. Uscarea seface natural sau artificial.Uscarea naturală se efectuează ca regulă în

62

încăperi (şoproane) cu acoperiş, cu sau fără pereţi, unde agentul deuscare este aerul şi mediul înconjurător. Acest tip de uscare areunele neajunsuri - necesită suprafeţe mari; este sezonier cu un timpîndelungat (5 - 20 de zile). Uscarea artificială - se efectuează înuscătorii de diferite tipuri, instalate în apropierea cazangeriilor sau acuptoarelor de ardere cu folosirea gazelor fierbinţi sau a aeruluicald.

4. Arderea produselr se efectuează în diferite tipuri decuptoare cu funcţionare continuă sau intermitentă, folosind diferitetipuri de combustibil (cărbuni, deşeuri industriale, combustibililichizi sau gazoşi etc). Cuptoarele cu funcţionare continuă pot fi:circulare şi tunel. În ele focul arde neîntrerupt, iar încărcarea şidescărcarea se face concomitent în acela şi timp. În cuptoarelecirculare focul circulă, iar produsele stau pe loc. În cuptoarele-tuneleste invers - focul cu diferite temperaturi stă pe loc, iar produsele semişcă într-o anumită direcţie. Cuptoarele cu funcţionare continuăau cîteva zone : de preîncălzire, ardere şi răcire.

Cuptoarele circulare conţin mai multe camere construiteconsecutiv prin care circulă focul cu ciclul (după încărcare) uscare,ardere, răcire (după descărcare).

Cuptoarele tunel - au zonă de ardere fixă, iar produsele aşezatepe o vagonetă (cărucior) străbat succesiv zonele de uscare -preîncălzire - ardere şi răcire. Cuptoarele cu funcţionare discontinuăau numai camera de ardere. Ele se opresc pentru încărcare şidescărcare. Efectul negativ este pierderea temperaturii de la un ciclu laaltul şi consumul mărit de combustibil. Aceste cuptoare suntindispensabile pentru produsele de ceramică fină, intrucît permitdirijarea şi controlul arderii în dependenţă de calitatea produselor.

4.5. Tratamente de suprafaţă

Tratamentele de suprafaţă se fac nu la toate tipurile deproduse ceramice. Ele cuprind urmatoarele etape: anglobarea,smălţuirea sau glazurarea, care au ca scop acoperirea produselor cupeliculă care îmbunătăţeşte calitatea şi aspectul estetic.

63

Anglobele - sunt pelicule subţiri şi uniforme de caolin sauargilă curată ce se depun pe suprafaţa unor produse ceramice -ornamentele arhitecturale, produsele de faianţă etc. Angloba sefixează pe suprafaţa produsului crud sau uscat prin pulverizare sauprin cufundare într-o barbotină de caolin. După uscare anglobele seacoperă cu un smalţ opac care prin ardere îmbunăteţeşte calitatea şiaspectul estetic al produselor.

Glazurile sau smălţuirile (emaliu) sunt pelicule sticloase,compacte, impermeabile, opace sau transparente. Ele se formeazădintr-un amestec de substanţe care la temperatura de ardere setopesc şi la răcire se transformă în sticlă. Glazurile se pot obţinedin sare de bucătărie care prin ardere la temperatură ridicată setransformă în Na2O. Oxidul de sodiu reactioneaz ă cu SiO2, Al2O3.Fe2O3, dînd substanţe solide complexe cu punct de topire scăzut.Produsele glazurate se ard în două etape: în prima etapă se ardeprodusul crud şi angloba, obţinîndu-se un material poros numitbiscuit. Acesta se acoperă cu smalţ şi se arde în faza a doua, latemperatura de topire a smalţului (care este mai mică).

Întrebări pentru repetare

1.Ce este argila şi ce proprietăţi ale argilei cunoaşteţi?2.Ce se produce la arderea argilei?3.Prin ce se deosebeşte metoda plastică de fabricare a

cărămizii de cea semiuscată?4.Ce cerinţe se inpun cărămizii ca material de zidărie.5.Care materiale de ceramice se consideră eficiente?6.Ce mareriale ceramice pentu placarea faţadelor cunoaşteţi

şi ce cerinţe se inpun acestor materiale?7.Ce este ceramzitul şi unde se întrebuinţează el?

64

TEMA 5

MATERIALE DE CONSTRUCŢIE DIN STICLĂ5.1. Generalităţi 5.2. Fazele generale ale fabricării sticlei (Produsele din

mase topite) 5.3. Materiale de construcţie din sticlă 5.4. Materiale termoizolante din sticlă5.5 Sitale

Scopul: a promova studenţilor cunoştinţe despre materiale dinsticlă folosite în construcţie.

5.1. Generalităţi

Prin materiale din sticlă se înţeleg toate corpurile amorfeobţinute pe calea răcirii bruşte a topiturii, care treptat răcindu-se, seîntăreşte. Sticla este un material izotrop, adică proprietăţile (fizice,chimice, mecanice) sunt aceleaşi în toate direcţiile.

Compoziţia chimică: sticla este un amestec complex de bioxidde siliciu (SiO2), silicaţi complecşi de sodiu, calciu (CaCO3), plumbşi alte substanţe chimice în cantităţi mici; oxizi metalici, coloranţiîn cazul sticlei colorate. Componentul de bază (principal) (SiO2 ) înamestec reprezintă aproximativ 70% din masă cu temperatura detopire 1710 0C. Se folosesc adaosuri topitoare, care au rolul de acoborî temperatura de topire a amestecului. Între SiO2 şi adaosuri seformează (la temperaturi înalte în cuptor) substan ţe chimice noi, cupunctul de topire coborît. Adaosurile topitoare pot fi cele mairăspîndite - carbonatul de sodiu (Na2CO3) sau de potasiu (K2CO3).În urma reacţiei între nisipul fin măcinat şi amestecat bine cuNa2CO3 sau K2CO3 se formează silicatul de sodiu.

Na2 CO3 +SiO2 = Na2SiO3 +CO2 = Na2O nSiO2 sau silicatul de potasiuK2CO3 +SiO2 = K2SiO3 + CO2 = K2O nSiO2Însă produsele acestor reacţii sunt instabile la acţiunea apei.

65

Pentru a mări stabilitatea acestor produse la acţiunea apei înamestec se introduc adaosuri de calcar (CaCO3) sau de plumb(PbO):

CaCO3 +SiO2 = CaSiO3 + CO2 PbO + SiO2 = PbSiO3

În dependenţă de substanţele folosite ca topitori saustabilizatori se obţin următoarele tipuri de sticlă:

Sticlă calco-sodică,- SiO2 + CaSiO3 +Na2SiO3 - folosită înconstrucţii;

Sticlă calco-potasic ă, - SiO2 + CaSiO3 + K2SiO3 - folosită înlaborator şi vase chimice;

Sticlă plumbo-potasică, - SiO3 + PbSiO3 + K2 SiO3 - pentruvase de cristal.

Ca materie primă se folosesc nisipul silicios, calcarul şicarbonatul de sodiu.

Ca adaosuri se folosesc diverşi oxizi metalici pentru a obţinesticlă colorată.

Fosfat de calciu - pentru fabricarea sticlei opalizate şitrioxidul de alumininiu (Al 2O3) sau oxidul de magneziu (MgO)pentru a-i mări vîscozitatea. Sticla pentru construcţii are următoriiindici:

1- duritatea cuprinsă între 5 şi 7 după scara naturală de duritate;

2- limita de rezistenţă la încovoiere pînă la 45,0 MPa; 1- rezistenţă la compresiune de la 60,0 la 1200,0 MPa -

sticla pentru geamuri pînă la 1000,0 MPa;

3- densitatea aparentă 2450 - 2550 Kg/cm3; 4- conductibilitatea termică variază de la 0,6 la 1,15

(m0K). 5.2. Fazele generale ale fabricării sticlei (Produsele din

mase topite)

Procesul tehnologic de fabricare a produselor din sticlă utilizate ca materiale de construcţie cuprinde următoarele faze:

1.- alcătuirea amestecului de materii prime;2.- topirea amestecului de materie primă;

66

3.- fasonarea obiectelor;4.- recoacerea;5.- finisarea sau decorarea obiectelor.

Faza I-a: SiO2 + CaCO3 + Na 2CO3 + adaosurile necesare, înanumite cantităţi se macină fin şi se amestecă pînă la omogenizareperfectă.

Faza II-a: Topirea amestecului de materii prime se face la t =14500 C în cuptoare sub formă de bazin, construite din materialerefractare. Dimensiunele unui aşa cuptor: lungimea pînă la 30m,lăţimea pînă la 6m, înălţimea utilă este de 1,5m. La topireaamestecului se degajă bioxidul de carbon (CO2), care afînează şiomogenizează amestecul. Topitura afînată trece din zona de topire acuptorului în zona de răcire, unde temperatura scade treptat pînă la10000 C şi devine vîscoasă, bună pentru fasonare.

Faza III-a: Fasonarea obiectelor din sticlă se face prinurmătoarele procedee: suflare, tragere şi laminare, turnare etc., îndependenţă de produsul respectiv. Materialele de construcţie sefasonează prin tragere şi laminare sau turnare.

Faza IV-a: Recoacerea: se face în scopul anulării tensiunilorinterioare cauzate de răcirea bruscă a sticlei. Fasonarea produselorse face după scoaterea topiturii de la t = 10000 C la t = 20 - 250Ccînd diferite straturi de sticlă se răcesc neuniform, iar ca rezultat seivesc tensiuni interioare în produse, care îi măresc fragilitatea.Aceste tensiuni se anulează prin încălzirea obiectelor (din nou)pînă la t de 6500C şi răcirea lentă a acestora.

Faza V-a: Finisarea şi decorarea: se face prin şlefuire saugravare, ori pictare.

5.3. Materiale de construcţie din sticlă

a) Produse din sticlă pentru ferestre şi luminatoare. Geamuritrase, geamuri riglate, geamuri armate, geamuri triplex din 2 - 3 foişi geamuri securit.

Geamurile trase – netede, se fabrică prin procedeul tragerii şilaminării cu ajutorul valţurilor de ardezie.

67

Geamurile riglate - sticla este mai groasă şi una din feţe esteprevăzut ă cu striuri paralele, se folosesec pentru luminatoare laclădirile industriale, depozite şi magazii de mărfuri.

Geamurile armate - sunt foi de sticlă care au înglobate înmasa lor o reţea de sîrmă. Se folosesc pentru lunimatoare laconstrucţiile industriale.

Geamurile triplex - sunt formate din două sau trei foi subţiride sticlă, lipite între ele cu adezivi sintetici de o calitate bună.

Geamurile securit - la lovire se sfărîmă în bucăţi mărunte,care nu pot accidenta persoanele din jur. Sunt sticle răcite brusc şinerecoapte; au mare elasticitate şi duritate. Ele trebuie să seproducă după anumite dimensiuni. Se folosesc la ferestre desiguranţă (la auto etc.).

Geamurile pentru vitrine - se fabrică asemănător cugeamurile obişnuite, însă cu suprafaţa plană sau ondulată şi cudimensiuni mai mari: lungimea, lăţimea de la 2300 - 1700 la 3000 -4000 mm, grosimea cuprinsă între 6 şi 12 mm; se folosesc pentruvitrine interioare şi exterioare la magazine, restaurante, cluburi,cinematografe, gări etc.

b) Materiale din sticlă pentru lucrările de protecţie şi finisaj. Din această categorie de materiale fac parte plăcile de sticlă:

opaxit, plăcile de sticlă cristalizată, plăcile de sticlă-mozaic pentrufaţade etc.

Plăcile de sticlă opaxit - sunt albe sau colorate, cu partea dinfaţă netedă, iar cea opusă - cu ştriuri paralele. Se folosesc laplacarea pereţilor înteriori ai încăperilor cu umiditate mare (băi,bucătarii, laboratoare etc.).

Placile de sticlă cristalizată - în masa sticlei se conţine ocristalizare uniformă, care o face opacă, foarte rezistentă lasolicitările mecanice şi la acţiunea agenţilor agresivi. Ele sefolosesc la placarea pereţilor.

Placile de sticlă mozaic - se folosesc la faţade.Plăcile de sticlă-mozaic se obţin din sticlă colorată în forme pătrate cu suprafeţe mate sau lucioase cu dimensiunile 18 Ч18 Ч 4 mm;

68

22 Ч22 Ч 4 mm şi 23 Ч 23 Ч4 mm. Se folosesc la placareapereţilor exteriori şi interiori, panouri de beton armat, suntmai ieftine decît plăcuţele ceramice.

c) Produse din sticlă pentru planşee şi pereţi luminoşi. Corpurile rotalit pentru planşee - se folosesc la executarea

planşeelor luminoase la diferite construcţii subterane. Sunt de formarotundă.

Dalele de sticlă pentru pereţi - se folosese la executareapereţilor luminoşi în holurile clădirilor publice, cinematografe, casede cultură, aerogări, gări, hoteluri etc.

Blocurile de sticlă - de formă pătrată ş i dreptunghiulară cu una sau două goluri interioare, care sunt perfect închise. Ele sunt transparente, se produc în două sortimente cu dimensiunile:

194 Ч194 Ч 98 mm şi 194 Ч194 Ч60mmSticlă profil - serveşte la executarea pereţilor transparenţi şi a

ferestrelor.Tuburi de sticlă - aceste tuburi se folosesc pentru executarea

drenajelor subterane, pentru cabluri de forţă şi telefon, pentrutransportul soluţiilor agresive şi al gazelor.

5.4. Materiale termoizolante din sticlă

Din sticlă se obţin două tipuri de produse, care se folosesc camateriale termoizolante în construcţii:

1) vata de sticlă ; 2) sticla poroasă. Vata de sticlă - este un material sub formă de fibre, obţ inut

prin diferite procedee din topitură de sticlă. Vata de sticlă aredensitate aparentă 70 - 80 kg/m3.

Sticla poroasă - se obţine prin topirea simultană a deşeurilorde sticlă şi a unui adaos de sodiu şi cărbune. La topire se degajăgaze (CO2 şi SO2), care creează în masa sticloasă o structurăporoasă cu densitatea aparentă de 200 - 700 kg/m3 şi o porozitatepînă la 90%. Ele se taie uşor cu ferestrăul şi permit baterea cuielorcu uşurinţă.

69

Vata minerală şi produsele din ea se obţin prin topirea rocilorsau a zgurilor metalurgice. Ca materii prime servesc marnele,şisturile, amestecurile de calcar şi dolomitul cu roci silicioase,argiloase şi zgurile (mai ales) cele de furnal. Acest material senumeşte adesea vată minerală (din roci), iar cel obţinut din zgură -vata de zgură.

5.5 Sitale

Sital - material de sticlă cristalizată obţinut prin introducereaîn sticla topită a unor agenţi de cristalizare (cristalizatori), carecreează în volumul sticlei centre de cristalizare pe care cresc cristaledin faza de bază. Variind compoziţ ia sticlei, tipul cristalizatoruluişi regimul tratamentului termic se pot obţine sitale cu anumiteproprietăţi.

Sitalele au rezistenţă ş i duritate înaltă, stabilitate termică şidilataţie mică. În dependenţă de materia primă există:

Sitali tehnici - obţinuţi din compoziţii artificiale, formate dincompuşi chimici (oxizi, săruri).

Petrosital - obţinut pe baza de roci (bazalt, diabaz etc). Zgurosital - obţinut pe bază de zguri (metalurgice de

combustibil).Tehnologia este aceea şi ca şi la fabricarea articolelor din

sticlă şi se cristalizează la t = 700 - 14000C (într-un regim cu unasau două trepte).

Din sitale se fabrică plăci, panouri, izolatoare electrice,lagăre, filiere, aparate chimice etc.

70

TEMA 6

LIANŢI ANORGANICI

6.1. Noţiuni generale despre lianţi 6.2. Lianţii de ipsos şi anhidridă 6.2.1.Lianţii din roci cu conţinut de ghips6.3. Liantii de magnezie şi dolomit 6.4. Sticla solubilă şi cimentul acido-rezitent 6.5. Varul aerian 6.6. Varul hidraulic 6.7. Cimentul Portland şi varietăţile lui 6.8. Cimenturi cu adaosuri hidraulice6.8.1.Generalităţi 6.8.2.Ciment Portland cu puzolană şi ciment Portland de

zgură6.9. Lianţii de var-puzolană şi var- zgură 6.10. Cimentul aluminos 6.11. Cimenturile expansive 6.12.Transportarea şi păstrarea materialelor liante 6.13. Coroziunea cimentului Portland

Scopul: a promova studenţilor cunoştinţe despre lianţi

6.1. Noţiuni generale despre lianţi

Clădirile de locuit, social-culturale, agricole şi construcţiilehidrotehnice moderne se execută din căr ămidă, piatr ă albă,blocuri complexe, panouri şi alte prefabricate de dimensiuni mari.Pentru a lega materialele şi piesele într-o construcţie monolită apereţilor exteriori şi interiori, precum şi pentru a fabrica blocuri,panouri şi planşee, pentru a executa construcţ ii monolite de betonarmat se întrebuinţează lianţi (substanţe liante anorganice).

Clasificarea lianţilorSubstanţele liante anorganice (minerale) sunt nişte prafuri fin

71

măcinate, care, după amestecarea cu apă , formează o masă adezivăplastică, ce se îngroaşă treptat şi se transformă într-un corpasemănător pietrei. După condiţiile de întărire, lianţii anorganici seîmpart în două grupe principale: lianţii aerieni şi lianţii hidraulici.

A.Lianţii aerieniDupă amestecul cu apă se întăresc şi îşi păstrează timp

îndelungat rezistenţa numai în mediu aerian.În condiţii umede lianţii aerieni îşi pierd legătura dintre

părticelele componente ş i treptat se dizolvă pierzindu-şi rezistenţaparţial sau complet. De aceea ei se întrebuinţează numai pentruconstrucţii sau prefabricate care au menirea să fie exploatate numaiîn condiţiile aeriene uscate. Lianţii aerieni, în dependenţă demateria primă folosită, sunt următorii:

I. Lianţi de ipsos, ars la temperaturi joase. Se obţin la ardereaghipsului natural CaSO4 2H2O pînă la temperatura t = 100 - 1800

3. Se produc de următoarele feluri: 1) ipsosul de construcţie 2) ipsosul de înaltă rezistenţă 3) ipsosul de modelare. Ipsosul ars la temperaturi înalte se obţ ine din piatră de

ghips-sulfat de calciu bihidrat CaSO4 2H2O încălzit pînă latemperatura 600 - 10000C. Se produc de următoarele feluri:

1) ipsosul anhidru, t = 600 - 8000C 2) ipsosul ars la temperaturi înalte t = 800 - 10000 C. II. Lianţi magnezieni, care se prepară dintr-o materie primă

naturală:1) magnezitul caustic MgO. Din carbonat de magneziu

MgCO3 2) dolomitul caustic MgO CaCO3 din dolomit CaCO3

MgCO3. III. Sticla solubilă se împarte în sticlă de sodiu Na2O nSiO2

şi sticlă de potasiu K2O nSiO2 compuşii de bază ai căror sunt silicaţii alcalini.

IV. Cimentul acidorezistent (rezistent la acizi) se obţine prin măcinarea fină a nisipului de cuarţ SiO2 şi a fluosilicatului de sodiu,

72

care se tratează apoi cu soluţie de sticlă solubilă.V. Varul aerian, care se obţine din calcar magnezian,

carbonat de calciu CaCO3 şi roci calcar-magneziane. Se împarte în:1) varul calcaros 2) varul puţin magnezian 3) varul magnezian 4) varul dolomitic. B) Lianţii hidraulici:

varul hidraulic şi cimentul roman;cimentul Portland şi varietăţilelui; cimentul Portland cu zgură; cimentul aluminos, cimenturi exponsive şi fără tasare.

6.2. Lianţii de ipsos şi anhidridă

Ipsosul de construcţie (STAS 125 - 79) se numeşte produsulobţinut prin arderea pietrei de ghips naturală la temperatură joasăde 150 - 1700C şi măcinarea fină înainte sau după aceastăprelucrare sau împreună.

Obţinerea ipsosuluiPentru obţinerea ipsosului piatra de ghips naturală se arde în

fierbătoare de ghips, cuptoare verticale, tobe de uscare într-uncurent de aer fierbinte, în autoclave sub presiunea şi temperaturaaburilor de apă . În procesul încălzirii, piatra de ghips sedescompune. La temperatura de 100 - 1700C ghipsul dihidratcedează uşor o parte din apă, şi se transformă în sulfat de calciusemihidrat CaSO4 0,5H2O după schema următoare:

CaSO4 2H2O = CaSO 0,5H2O + 1,5H2O.Întărirea ipsosuluiPraful de ipsos semihidrat, amestecat cu apă, formează o

pastă plastică ce se întăreşte repede, prefăcîndu-se în piatră. Înacest timp are loc procesul hidratării: ipsosul semihidrat absoarbeapa şi se transformă în ipsos dihidrat după schema următoare:

CaSO4 · 0,5H2O + 1,5H2O = CaSO4 · 2H2O.Această reacţie este exotermică, adică în procesul ei se degajă

73

căldură, ca urmare se măreşte temperatura amestecului apă-ipsos.Dacă încălzim ghipsul la o temperatură de peste 1700 C, el se

transformă în anhidrită solubilă, care are unele proprietăţi aproapede cele ale varului.

Ipsosul de modelat (MPTU 21-31-67) serveşte pentruconfecţionarea elementelor arhitectonice. Pentru producereaipsosului de modelat, materia primă trebuie să conţină cel puţin96% CaSO4 · 2H2O. Materia primă se macină mult mai fin decîtpentru ipsosul de construcţie, de aceea ipsosul de modelat face prizămai repede şi posedă o rezistenţă mecanică mai înaltă у = 30,0 -50,0 MPa. Ipsosul de modelat se foloseşte în deosebi pentruturnarea diferitor forme în îndustria porţelanului şi a faianţei,precum şi pentru confecţionarea elementelor arhitectonice şisculpturale.

Ipsosul de înaltă rezistenţă (ipsosul tehnic) se obţine printratarea cu aburi a pietriei fărămiţate de ghips la temperatură de1240 C şi presiunea de 0,13 MPa cu uscarea ulterioară latemperatură de 140 - 1600 C şi măcinarea în praf. Cristaleleobţinute au dimensiuni mai mari decît la ipsosul de construcţie. Laîntărirea acestui ipsos se consumă apă mai puţină (40 - 45%) şi caurmare se obţin mortare mai compacte cu o rezistenţă care atingepeste 7 zile 15,0 - 40,0 MPa. Acest ipsos se întrebuinţează înindustria metalurgică.

Ipsosul anhidru-Liantul anhidric. În urma arderii ghipsuluinatural (CaSO4 · 2H2O) la temperatura de 600 - 8000 C se obţineanhidritul insolubil (CaSO4) lipsit de capacitatea de a face priză.După măcinare, împreună cu adaosuri, aşa-numiţi catalizatori ai întăririi, el capăt ă proprietăţi liante. În calitate de adaosuri mai des sefoloseşte var de 2 -5% , sulfat sau sulfat de sodiu Na2SO4 înamestec cu sulfat de fier sau de cupru CuSO4 cîte 0,5-1% fiecare,dolomit ars la temperatura de 800-9000 C – 3- 8%, cenuşă deşisturi bituminoase sau zgură de furnal 10 -15%.

În urma combinării anhidritului cu mineralele (sărurile), careintră în componenţa adaosului, se obţin compuşi complecţi nestabili(mCuSO4 · nH2O), din care în curînd în procesul dezintegrării se

74

formează CaSO4 · 2H2O.

Sulfatul de cupru şi de fier compactează piatra de ghips,împiedicînd ieşirea la suprafaţă a catalizatorilor şi apariţia petelor.Liantul anhidritic se obţine şi din anhidritul natural prin mă cinareaşi amestecul cu adaosul. Aceşti lianţi se întăresc încet (lent),începutul prizei - nu mai devreme de 30 minute, iar sfîrşitul - numai tîrziu decît 24 ore. După limita de rezistenţă la compresiune seproduc 4 mărci: 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 MPa.

Ace şti lianţi se folosesc la executarea pardoselelor fărărusturi, a straturilor pregătitoare sub pardoselele de linoleum, lapregătirea mortarelor pentru tencuieli etc.

Ipsosul calcinat. Se obţine la temperaturi înalte prin ardereapietrei de ghips naturală ori a anhidritului la temperaturi de 800 -10000 C în cuptoare verticale sau rotative şi măcinarea fină aproduselor calcinate. În legătură cu aşa temperatură înaltă acestipsos se deosebeşte de ipsosul de construcţie deoarece ghipsuldihidrat (CaSO4 · 2H2O) trece complet în ghips anhidrit (CuSO4) şitotodată o parte a acestuia din urmă se descompune şi se formeazăvarul liber.

Priza ipsosului calcinat începe nu mai devreme decît peste 2ore după tratarea cu apă. Întărirea acestui ipsos durează cîteva luni.În această vreme ipsosul anhidru trece direct în ghips dihidratCaSO4 · 2H2O făr ă a trece prin stadiul de ipsos semihidrat (CuSO4

· 0,5H2O). Paralel are loc hidratarea varului (CaO) cu absorbţiadioxidului de carbon din aer ş i se preface în carbonat de calciuCaCO3. Se produc trei mărci de acest ipsos: 100; 150 şi 200. Dupăîntărire acest ipsos capăt ă o rezistenţă mărită la acţiunea apei(uneori din această cauză el se mai numeşte ghips hidraulic) şirezistent la uzură.

Avînd aşa propriet ăţi el se foloseş te la executareapardoselelor de mozaic şi a stratului pregătitor sub pardoselele delinoleum, la prepararea mortarelor de zidărie şi tencuieli, precum şila fabricarea marmurei artificiale.

75

6.2.1. Lianţii din roci cu conţinut de ghips

În Transcaucazia şi Asia Mijlocie pe larg se folosesc lianţilocali - gaja, gangul (argila-ghips), care se aseamănă dupăproprietăţile lor cu ghipsul pur. Aceşti lianţi se obţin prin arderea lao temperatură de 1700 C şi măcinare ulterioară a amesteculuighipsului (20 -80) ş i argilă (80 -20%), sau prin arderea latemperatură de 160 - 2600 C a amestecului lor natural, care senumeşte marnă ghipsoasă. Termenele prizei: începutul de la 5 min.pînă la 4 ore, sfîrşitul de la 7 min. pînă la 4 ore 30 min. Acestetermene pot fi schimbate sub acţiunea diferitor adaosuri. Densitateaaparentă a acestor lianţi în stare afinată este de 760 - 950 kg/m3, iarîn stare îndesată de 1000 - 1200 kg/m3. Cînd gaja conţine mai multde 30% de argilă, mortarele de gaja se prepară fară adaosuri.

Lianţii pe bază de ipsos-ciment cu puzolană (LGCP) seobţin prin amestecarea ipsosului de construcţii (cimentului portland,marca nu mai joasă de 300) cu un adaos mineral activ-tripoli,diatomit sau tuf silicios etc. în proporţii necesare. Adaosul mineraltrebuie măcinat, iar resturile rămase pe sita N = 0,08 să nudepăşeasc ă 20%. Prin reglarea cantităţii adaosului, se pot reglatermenele de priză ale LGCP ca şi la ipsos.

6.3. Lianţii de magnezie şi dolomit

Lianţii magnezieni - se obţin pe bază de magnezit (MgCO3)sau de dolomit (MgCO3 · CaCO3) roci sedimentare chimicerăspîndite în scoarţa pămîntului. Aceste roci se ard la temperatura650 - 8000 C. Cei mai răspîndiţi lianţi magnezieni sunt: magnezitulcaustic, dolomitul caustic.

a) Magnezitul caustic sau praful magnezian caustic seobţine prin arderea special ă a magneziului natural (MgCO3) latemperatura 700 - 8000 C în cuptoare verticale sau rotative şimacinarea fină în mori rotative.

În procesul arderii la temperatura 700 - 8000 C magnezitul sedescompune în oxid de magneziu şi bioxid de carbon MgCO3→

76

MgO2 + CO2. Oxidul de magneziu MgO este o substanţă liantă.

b. Dolomitul caustic se obţine prin arderea mineraluluinatural MgCO3 · CaCO3 dolomit la temperatura 650 - 7500 C şimăcinarea lui într-un praf fin. Carbonatul de calciu CaCO3, conţinutîn dolomit, nu se descompune la această temperatură de ardere.După ardere dolomitul caustic va conţine MgO şi CaCO3.

MgCO3 · CaCO3 → MgO + CaCO3 + CO2.Carbonatul de calciu este un balast, care scade calitatea

liantlui. Dar el costă mai ieftin decît magnezitul caustic. Întărirealianţilor magnezieni. Rezistenţa lianţilor magnezieni trataţi cu apăeste mică. Pentru a ob ţine o rezistenţă mai mare, ei se tratează cusoluţii apoase de clorură şi sulfat de magneziu.

Începutul prizei magnezitului caustic începe nu mai devremede 20 min., se termină nu mai tîrziu de 6 ore din momentulpreparării.

După limita de rezistenţă sunt stabilite trei mărci pentrumagnezitul caustic: 400; 500; 600, iar pentru dolomitul caustic -100; 150; 200; 300.

Ace şti lianţi se întrebuinţează în construcţii pentruprepararea xilolitului (amestec de liant cu talaş industrial).

Dolomitul caustic se întrebuinţează şi pentru preparareamortarelor pentru tencuieli, confecţionarea detaliilor arhitectonice.Dolomitul caustic ars la temperatura de peste 9000 C poate fi tratatcu apă şi folosit în mortarele pentru zidirea de cărămidă şi înmortarele de tencueli.

6.4. Sticla solubilă şi cimentul acido-rezitent

Sticla solubilă se obţine după următoarea tehnologie: nisipulde cuarţ (bioxid de siliciu) SiO2 măcinat fin şi amesticat bine cusodă Na2CO3 ori potasiu K2CO3 se tope şte la temperatura de14000C. În urma reacţiei între nisip şi sodă la această temperaturăse formează silicat de sodiu Na2O nSiO2, iar a nisipului şipotasiului se formează silicat de potasiu K2OnSO2; după dizolvareasilicatului de sodiu sau potasiu în autoclave sub presiunea aburului

77

de 3 …5 kg/cm2 se obţine sticla solubilă.Sticla solubilă se poate întrebuinţa la fabricarea învelişului

protector, mortare şi betoane refractoare, izolante, rezistente latemperaturi înalte şi acizi. Pe bază de sticlă solubilă se obţinecimentul acido-rezistent. Modul sticlei solubile (M) caracterizeazăcalitatea ei. Modul arată raportul dintre conţinutul oxidului desiliciu şi conţinutul oxidului de sodiu sau de potasiu.

M =SiO2

------------------Na 2O (K2O)

Solidificarea sticlei solubileÎn urma evaporă rii apei se formează siliciu amorf, iar prin

reacţia cu bioxidul de carbon CO2 din aer formează carbonat desodiu sau carbonat de potasiu cristalin. Solidificarea sticlei solubilese accelereaz ă prin adăugarea fluosilicatului de sodiu Na2Si F6.Modul sticlei solubile de sodiu variază între 2,5 - 3 şi densitateaaparentă de 1,43 - 1,55 g/cm3 în amestec cu fluosilicatul de sodiuNa2SiF6 şi agregate măcinate.

Sticla solubilă de sodiu se foloseşte la prepararea mortarelorde tencuială, a betoanelor acidorezistente şi termorezistente latemperaturi de pînă la 14000 C. Aceasta sticlă solubilă seîntrebuinţează pe larg la compactarea terenului de fundaţie(silicatizare).

Modul sticlei solubile de potasiu variază între 3 - 4 cudensitatea aparentă de 1,4 - 1,42 g/cm3. Sticla de potasiu solubilă sefoloseşte ca liant în vopsele, în chituri, masticuri de silicaţi şi laprepararea betoanelor şi mortarelor acidorezistente.

Cimentul acidorezistent se obţine prin măcinarea fină anisipului de cuarţ şi fluosilicatului (Na2SiF6) de sodiu care setratează apoi cu soluţie de sticlă solubilă de sodiu avînd densitateaaparent ă de 1,35 -1,38 g/cm3. După cernerea amestecului prin sităN = 0008 rămăşiţa pe ea nu trebuie să depăşească 10%, iar pe sităN = 0056 - 30%.

Acest ciment se produce de 2 feluri:

78

primul se întrebuinţează la pregătirea pastelor pentru lipireaplăcilor de placare a aparatelor în uzine chimice.

al doilea - la prepararea betoanelor şi mortareloracidorezistente.

Acest ciment nu poate fi întrebuinţat la obiecte cu umiditateînaltă, deoarece, în urma dizolvării cimentului, construcţia poate săse prăbuşească. Cimentul acidorezistent se întăreşte datorităformării în el a gelului de acid ortosilicic, care se cristalizează.Priza acestui ciment: tipul I trebuie să înceapă peste 40 min., iartipul II - la 20 min. după pregătirea amestecului. Pentru ambeletipuri priza trebuie să se termine nu mai tîrziu de 7 ore. La lucrărilecu acest ciment trebuie să se folosească respiratoare, încăperile săfie bine ventilate.

6.5. Varul aerian

Varul aerian este unul din cei mai vechi lianţi. El seîntrebuinţa încă 2000 - 3000 ani pînă la era noastră pentru legareapietrei la diferite construcţii, pentru prepararea mortarului, pentrutencuieli şi la diferite vopseli. Varul aerian se obţine prin arderea latemperatura de 1000 - 12000 C a rocilor calcare compacte(carbonate de calciu şi magneziu) – cretei, calcarului, calcarurilordolomitice, marnelor calcaroase cu conţinut de impurităţi de argilăde cel mult 6 - 8%.

În procesul arderii, carbonatul de calciu şi carbonatul demagneziu se descompun (disociază) în oxid de calciu CaO, oxid demagneziu MgO şi bioxid de carbon CO2, care se elimină din cuptorîmpreună cu aerul, fumul etc.

CaCO3 →CaO + CO2; MgCO3 → MgO + CO2Stingerea varului

CaO + H2O → Ca(OH)2 + 1,55 Kkal.Hidroxidul de calciu Ca(OH)2 obţinut după stingere se

cristalizează în aer, transformîndu-se într-o substanţă solidă.În timpul întăririi mortarului de var, paralel cu cristalizarea,

are loc şi procesul carbonizării, care constă în combinarea

79

hidroxidului de calciu cu dioxidul de carbon din aer:Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2ODupă scoaterea din cuptor, după ardere, varul aerian se

numeşte var-bulgă ri nestins şi încă nu este o substanţă liantă.Numai după fărămiţ are el capătă însuş irile liante: fărîmiţareavarului poate fi mecanică, pe calea măcină rii în mori cu bile etc. şiprin stingerea CaO prin acţiunea anumitei cantinăţi de apă asuprabulgărilor de var, în urma căreia el se fărîmă în particule mici.

Varul stins, obţinut prin acţionarea cu o anumită cantitate deapă asupra varului nestins, formează un praf (praf de var), pastă saulapte de var.

1. Varul stins hidrat (praf de var stins) după compoziţiachimică reprezintă hidroxid de calciu - Ca(OH)2.

2. Pasta de var, obţinută prin stringerea varului-bulgări cu ocantinate de apă în exces (se ia de 3 - 4 ori mai multă apă decît var).

3. Laptele de var se produce prin adăugarea cantităţii de apăcare este aproape de 10 ori mai mare decît cantitatea necesarăteoretic.

La măcinarea varului-bulgări, uneori se introduc adaosuri:zgură, cenuşă, piatră ponce, nisip, calcar - datorită dărui fapt semicşorează cu mult sinecostul varului.

6.6. Varul hidraulicLianţii hidraulici sunt materiale care se pot întări după

amestecul cu apă nu numai în apă, dar şi în aer.Capacitatea lianţilor hidraulici de a se întări în apă o posedă

substanţele fin mă cinate, formate în cea mai mare parte din combinaţiide oxid de calciu (CaO) ş i 6 …20% de argilă, care conţine bioxid desiliciu (SiO2), oxid de aluminiu (Al2O3) şi oxid de

fier (Fe2O3).Astfel de combinaţii se numesc corespunzător: silicaţi (nCaO

SiO2), aluminaţi (nCaO Al2O3) şi alumoferiţi de calciu (nCaOAl2O3 Fe2O3).

Exist ă două procese de obţinere a acestor combinaţii hidraulice:

80

1) arderea amestecului de calcar natural (sau artificial) şiargilă; în procesul arderii calcarul se descompune (CaCO3 CaO) şise formează oxid de calciu CaO, care apoi reacţionează cu oxiziiargilei.

2) amestecarea varului cu substanţele care conţin oxiziimenţionaţi în formă activă (adică reacţionează uşor cu varul).

Prin primul procedeu se obţin varul hidraulic, cimentulPortland, cimentul aluminifer, care nu conţin adaosuri ori le potconţine - 10 …15%, care se numesc:

1) varul hidraulic - slab hidraulic 2) cimentul roman 3) cimentul Portland şi varietăţile lui. Varul hidraulic se obţine prin arderea marnei, care conţine 6

- 20% substanţe argiloase.Caracteristica compoziţiei chimice a materiei prime, care

conţine calcar şi argilă, ş i liantului produs din ele, de obicei secaracterizează prin modul hidraulic sau modul principal, care sedetermină după formula:

m =A

= %(SiO%CaO )D + Al O

3+ Fe O

2 2 2 3unde A este conţinutul oxidului de calciu CaO, D - conţinutul sumar al bioxidului de siliciu SiO2,oxidul de aluminiu Al2O3 şi oxidul de fier - Fe2O3.Pentru varul hidraulic acest modul variază în limitele 1,7 -9,0.În dependenţă de conţinutul CaO + MgO varul hidraulic se

împarte în: subhidraulic m = 4,5 -9(CaO = 15 -60%),superhidraulic m = 1,7 -,5 (CaO = 1 -5%).Dacă materialul ars are m < 1,7, această compoziţie se

numeşte ciment roman.Cimentul roman - reprezintă o substanţă liantă hidraulică,

obţinută prin măcinarea fină a marnelor calcaroase sau magneziene,precum şi a amestecurilor artificiale din calcar şi argilă arse nu pînă laoacere.El trebuie să conţină nu mai puţin de 25% argilă. Pentrureglarea proprietăţilor cimentului roman, înainte de măcinare, la

81

aceasta se adogă 5% ghips sau se introduc pînă la 25% adaosurihidraulice. Se recomandă ca marna întrebuinţată să conţină puţinoxid de calciu, care asigură m=1,1…1,7. Arderea se face încuptoare verticale sau rotative la t =900 -10000 C.

Priza începe nu mai devreme de 20 min. şi se termină nu maitîrziu de 25 ore după începutul prepărării mortarulu.

6.7. Cimentul Portland şi varietăţile lui

În construcţie cel mai răspîndit este cimentul Portland şivarietăţile lui. Cimentul Portland se obţine dintr-un amestec dematerie primă (marnă), compusă din calcar şi argilă, luate într-oanumită proporţie. După arderea acestui amestec se obţineclincherul.

Compoziţia mineralogică a clincherului depinde de cantitateaoxizilor de bază CaO; SiO2; Al 2O3; Fe2O3, care se conţin în marnăşi întră în reacţie în formă uscată în procesul arderii, fiind măruntmăcinaţi, formează diferite minerale:

Silicat tricalcic (alit) 3CaO · SiO2 (C3S) - 42 …65%. Silicat bicalcic (belit) - 2CaOSO2 (C2S) - 15 … 65%. Aluminatat tricalcic 3CaO Al2 O3 (C3A) – 2…15%Alumoferit tetracalcic - 4CaOAl2O3 Fe2O2 (C4AFe2) – 10

...25%

Cantitatea sumară a mineralelor de clincher constituie 95 -98%, 5% - alte minerale mai puţin importante. CaSO4 · 2H2O - 3 -5% se adaogă în timpul măcinării clincherului.

Înainte de ardere amestecul poate fi măcinat în stare uscatăsau în prezenţa apei. De aici au luat naştere două procedeetehnologice principale de fabricare a cimentului Portland : “uscat”şi “umed”.

Intărirea cimentului Portland după Baicov - academician -decurge în trei perioade. În prima perioadă (faza lichidă), cimentulse tratează cu apă şi în rezultat încep să se dizolve mineralele declincher şi ghipsul.

82

3CaO · SiO2 + (n + 1) H2O → 2CaOSiO2 · nH2O + Ca(OH)2 2CaO · SiO2 + nH2O → 2CaO · SiO2 nH2O

3CaO · Al2O2 + 6H2O → 3CaOAl2O3 · 6H2O4CaO.0Al2O3 · Fe2O3 + nH2O → 3CaOAl2O3 · 6H2O +

CaOFe2O3 (2-6)H2OHidrosilicatul C2SnH2O format în urma primelor două reacţii

trece cu timpul în CaO · SiO2 · n H2O · 2CaO · SiO2 nH 2O → CaO· SiO2 · nH2O + CaO.

În perioada a doua (coloidarea şi saturarea) în principal pecontul Ca(OH)2 şi hirosilicatul, ce se depun sub formă demicroparticule, posedă capacităţi cleioase (adevize) (masecaloidale, care îi comunică aluatului de ciment plasticitate).Perioada a treia (cristalizarea) Ca(OH)2 şi aluminitul tricalcicsedimentate încep să treacă în stare cristalină.

Proprietăţile cimentului Portland (cele mai importante):fineţea măcinatului, termenele prizei şi intăririi, rezistenţamecanică şi schimbarea volumului la întărire.

Fineţea cimentului caracterizeaă gradul de mă cinare a lui şise stabileş te cu ajutorul analizei granulometrice (cu site) . Printr-osită N 008 trebuie să treacă nu mai puţin de 85% din masa probeide ciment; cu cît este mai mărunt măcinat cu atît mai mult creşterezistenţa mecanică. Priza - nu mai devreme de 45 minute, iarsfîrşitul - nu mai tîrziu de 24 ore. Betonul trebuie pus în operaţiepînă la începerea prizei, altfel se defectează structura.

Întărirea cimentului poate fi accelerată sau încetinită prinadăugarea în mortar a adaosurilor acceleratore sau a celorîncetinătoare la întărire.(Ghipsul încetinează; CuCl2; NaCl,încălzire - acceleare).

Schimbarea volumului la întărire. La întărirea în aer pastade ciment Portland se micşorează puţin în volum. Acest proces senumeşte tasare. În apă pasta îşi măreşte volumul - se umflă. Eaeste mai mică decît tasarea şi are mărime 0,1 - 0,3 mm/m.

Fabricarea cimentului Portland. Materia primă (marna oriamestecul artificial) se macină, iar apoi se amestecă în stare uscată

83

sau în prezenţ a apei. În legătură cu aceasta există două procedeetehnologice de fabricare a cimentului portland - umed şi uscat.

Tehnologia de fabricare “umed” este cea mai răspîndită înţara noastră. Ea conţine următoarele operaţii (fig. 6.1.):

Fig 6.1. Tehnologia „umedă’’ de fabricare a cimentuluiPortland.

marna (sau calcarul şi argila) sunt aduse din carieră laconcosoare 1, unde se fărîmiţează în granule nu mai mici de 5 mm.Apoi sunt măcinate într-o stare umedă în moara 2. Masa deconsistenţa smîntînii (barbontină) cu un conţinut de apă pînă la 35 -45%, cu ajutorul pompei se refulează la depozite-bazinuri debarbontină 3. Cu ajutorul pompei şi buncărele de alimentare 5barbontina se scurge uniform în cuptorul rotativ 6, unde trece zonelede uscare şi ardere a cuptorului se transformă în clincher de ciment,care după ră cire este dus la depozitul 10. De aici, împreună cuadaosurile, el este transportant pentru măcinare la moară 11, iarapoi la silosurile de ciment 12. Din silosuri cimentul se transportă însecţia de ambalaj 13, de unde se expediază consumatorilor.

Combustibilul (praf de cărbune, păcură sau gaz natural) esteinjectat prin partea de jos a cuptorului. Gazele ierbinţi se mişcă în

84

întîmpinarea materiei prime pe care o usucă la temperatura de5000C care în diferite zone de ardere creşte pînă la 15000 C fiindînsoţită de reacţii chimice de formare a silicaţiilor şi aluminaţilor,mineralul se pietrifică, formînd o masă cristalină.

Tehnologia uscată. Calcarul şi argila (marna) se sfărîmă, seusucă şi se macină în comun. Din făina de materie primă seprepară granule cu diametrul de pînă la 40 mm, care se ard încuptoare rotative. Varietăţi de ciment Portland:

plastificat;hidrofob;rezistent la suflaţi cu întărie rapidă, alb şi colorat.

Cimentul Portland plastificat se obţine prin măcinare cu unadaos plastifiant activ de suprafaţă (0,15 - 0,25 % din masa deciment), care atribue amestecurilor de mortat şi beton o mobilitateşi lucrabilitate mai mare, rezistenţă mecanică, la îngheţ,impermeabilitatea la apă a betonului. Ca plastifianţi seîntrebuinţează concentratele de borhot sulfatic de spirt (SSB , SĂB).

Cimentul hidrofob se obţine prin introducerea unor adaosurihidrofobe la macinarea cimentului obişnuit

săpunul neftenic;acidul uleic sau petrolatunul oxidat;săpunurile de colofoniu;isidolul (acizinaftenic);asidolul în amestic cu săpun neftenic de sodiu. Amestecurile

de beton (hidrofob) au mobilitate (lucrabilitate)mai mare, iar betoanele au rezistenţă la îngheţ şi la apă mai mare.

Cimentul Portland rezistent la sulfaţi (persulfuric) se obţineprin măcinarea cu adaosuri de sulfaţ i: 5% CA; 50% C2S; 22% dinsuma C3A alumaferitului tetracalcic (C2AF). Se întrebuinţează pelarg pentru executatea construcţiilor hidrotehnice. Începutul prizeinu mai devreme de 45, sfîrşitul - cel mult 12 ore de la tratarea cuapă.

85

Cimentul cu întărire rapidă (BTC) atinge rezistenţa la 1 -3zile. Aceasta se datorşte faptului - măcinarea mai fină şi alegeriispeciale a compoziţiei mineralogice: 50 - 60% (C3S), 8 - 14%

(C3A).Cimentul Portland alb se obţine prin măcinarea clincherului

alb cu conţinut redus de oxizi de fier, adaosului mineral activ(diatomitului alb) şi ghips.

Cimenturile colorate se obţin prin măcinarea în comun cupigmenţi minerali sau organici, nu mai mult de 15% din masacimentului, iar a celor organici - 0,3%.

6.8. Cimenturi cu adaosuri hidraulice6.8.1. Generalităţi

Cimenturile cu adaosuri hidraulice (minerale active) se mainumesc şi cimenturi cu puzolană. Aceste adaosuri nu se pot întăriindependent; fiind tratate cu apă ele nu fac priză şi nu se pietrifică.Însă amestecul acestor adaosuri cu unele substanţe liante, careconţin var în stare liberă sau îl elimină în procesul reacţiei cu apă,capătă proprietatea de a se întări în apă independent.

Astfel de lianţi ca varul aerian şi cel hidraulic conţin var înstare liberă, iar cimentul Portland îl degajă în timpul prizei. Pe bazaaceasta se obţin două grupe de cimenturi cu puzolane: cimenturiPortland de zgură şi lianţi de var-puzolană.Adaosuri mineraleactive se numesc rocile sau deşeurile industriale măcinate, carefiind amestecate cu var aerian, îi comunică (transmit) acestuiaproprietatea de a se întări în apă . Aceste adaosuri conţin în formăactivă bioxid de siliciu SiO2 şi în acelaşi timp conţin adesea şi oxidde aluminiu Al2O3, formînd cu varul respectiv hidrosilicaţi şihidroaluminaţi de calciu.Din adaosurile hidraulice naturale facparte: cenuş a vulcanică , tuful, trasul, piatra ponce, tripolul,diatominul şi ganzitul, iar din cele artificiale - cenuşile ş i zgurilede combustibile, zgurile de furnal granulate, argilele arse. Zgurile defurnal granulate ş i cenuşile şisturilor bituminoase fin măcinateposedă o oarecare capacitate de întărire hidraulică independentă,fapt care le ridică valoarea ca adaosuri.

86

6.8.2 Ciment Portland cu puzolană şi ciment Portland dezgură

Cimentul Portland cu puzolană este un liant, obţinut prinmăcinarea fină a clincherului de ciment Portland cu adaos activmineral. Adaosul trebuie să reprezinte nu mai puţin de 20% şi numai mult de 45% din masa cimentului: pentru reglarea termenilorprizei, în timpul măcinării se introduce în clincher pînă la 3,5%ghips recalculat la SO3. Cantitatea de adaos întrebuinţat ă depindede activitatea lui (capacitatea de a fixa varul) şi de compoziţiaclincherului. Cu cît activitatea adaosului este mai mare, cu atîtconţinutul acestuia în ciment trebuie să fie mai mic. De exemplutripolul se ia de la 20 pînă la 30%, trasul - de la 25 pînă la 40%.Aceasta se explică prin faptul, că la întărirea cimentului Portland seelimină o cantitate strict determinată de var liber, pe care adaosulactiv trebuie s-o fixeze în compuşii insolubili.

În cimentul Portland de zgură se foloseşte ca ados zgură defurnal granulată, cantitatea căreia poate să varieze între 30 şi 60%.

Rezistenţa şi termenii prizei acestor cimenturi nu sedeosebesc de indicii cimentului Portland obişnuit. Însă alteproprietăţi ale lor au o deosebire principală.

La întărirea cimentului Portland mixt se produc două procese:întărirea clincherului de ciment Portland şi reacţia adaosului activSiO2 cu varul. Primul proces nu se deosebeşte de întărireacimentului Portland . În urma procesului al doilea se formeazăhidrosilicat de calciu.

Ca(OH)2 + SiO2 + (n - 1) H2O = CaO · SiO2 · nH2O Rezistenţa cimenturilor mixte creşte mai încet decît la

cimentul Portland. Cimenturile mixte se întăresc deosebit de încetîn primele zile, însă peste 28 zile rizistenţa lor atinge rezistenţacimentului Portland, iar mai tîrziu chiar şi o depăşeşte. Aceasta seexplică prin continuarea reacţiei dintre adaosul de siliciu şi var, înurma căreia se formează substanţele rezistente, pe cînd la cimentulPortland varul eliminat rămîne în stare liberă avînd rezistenţăneînsemnată.

87

După limita de rezistenţă la compresiune a probelor,confecţionate din mortar plastic (în dozaj de 1:3) şi incercate timpde 28 de zile, cimenturile Portland cu puzolană şi cu zgură seîmpart în mărci de la 200 pînă la 500.

Degajarea de căldură la aceste tipuri de ciment Portland estemai mică decît la cel obişnuit.

Cimentul Portland cu puzolan ă şi cel cu zgură seîntrebuinţează la construcţ iile subterane şi subacvatice de beton şide beton armat, supuse acţiunii apelor dulci, precum şi laconstrucţiile aflate în condiţii de umiditate înaltă. Se interziceîntrebuinţarea acestor cimenturi în construcţiile supuse sistematicingheţării şi dezgheţării sau umezirii şi uscării.

6.9. Lianţi de var puzolană şi de var zgură

Liantul de var puzolană este un liant hidraulic, obţinut prinmăcinarea fină a varului ş i adaosului hidraulic în comun sau prinamestecarea minuţioasă a acestor componente măcinate separat.Componenţa liantului este de 10 -30% var şi 70 - 90% adaos. Sepoate întrebuinţa atît var hidrat (praf de var stins), cît şi var nestins(în bulgări). Pentru reglarea termenilor prizei în liantul de var-puzolană se adaugă pînă la 5% ipsos. Lianţii de var-puzolană şi devar-zgur ă au rezistenţă mecanică scăzută (de la 2,5 pînă la 15,0MPa) în condiţii normale de întărire.

Priza şi întărirea acestor lianţi se produc pe baza reacţieidintre var şi bioxidul de siliciu.

Asupra rezistenţei fabricatelor din astfel de lianţiinfluiienţează favorabil tratamentul umido -termic (aburirea înautoclav), în urma căruia se obţin produse cu rezistenţa de peste 20MPa.

Betoanele pe bază de lianţi de var-puzolană şi de var-zgurăse distrug sub acţiunea sistematică a umezirii şi uscării. Aceasta seîntîmplă datorită contracţiei sau umflării considerabile a pietriei deciment, din care cauză se deranjează coeziunea între ciment şiagregate în beton şi se formează crăpături. Pentru ridicarea

88

rezistenţei la aer a unor astfel de lianţi li se adaugă pînă la 10 - 15%ciment Portland sau li se măreşte conţinutul de var pînă la 50% şimai mult, însă în ultimul caz se micşorează rezistenţa lor la apă,neputînd fi întrebuintaţi în betoanele exploatate în mediu acvatic.Pentru fabricarea acestor lianţi se pot folosi roci locale, (adaosuriminerale active) şi deşeuri de producţie (zgură, spărtură decărămidă, cenuşă), datorită cărora lianţii de var-puzolană şi devar-zgură costă ieftin.

6.10. Cimentul aluminos

Cimentul aluminos este un liant cu întă rire rapidă, care seobţine prin măcinarea fină a amestecului de var şi bauxită, ars pînăla topire.Bauxita onţine pînă la 80% oxid de aluminiu (Al2O3), carela topire reacţionează cu oxidul de calciu (varul). Ca rezultat seformează aluminat monocalcic CaO*Al2O3, care, în stare măcinată,intră în reacţie cu apa ş i se înt ăreşte repede. Cimentul aluminoseste liant cu întărire rapidă, dar cu priză relativ înceată. ConformSTAS-ului 969 - priza cimentului aluminos trebuie să înceapă numai devreme decît peste 5 - 6 ore.

Ca indice al rezistenţei cimentului aluminos se considerămarca l- limita de rezistenţă la compresiune a probelor din mortorde ciment (în dozaj de 1 : 2), încercate timp de trei zile. Cimentulaluminos se produce în trei marci: 400, 500 şi 600, care se ob ţineprin încercarea cimentului în probe din mortar consistent. Laîncercarea cimentului aluminos în probe din mortar plastic mărcilelui vor fi egale respectiv cu 300, 400, 500.

Trebuie să ţinem minte, că ridicarea temperaturii influenţeazănegativ la rezistenţa cimentului aluminos în procesul întăririi. Spredeosebire de cimentul Portland, rezistenţa cimentului aluminospoate să scadă la ridicarea temperaturii peste 200 C. De aceeaconstrucţiile de beton pe bază de ciment aluminos nu trebuiefolosite în condiţii cînd temperatura în timpul întăriri betonuluidepăşeşte 250C.

89

6.11. Cimenturi expansive

Cimentul expansiv este un liant hidraulic, care la întărirea înapă îşi măreşte volumul, iar la întărirea în aer fie că nu se contractă,fie că -şi măreşte volumul, dar mai puţ in decît în apă. Invenţia unuiastfel de ciment a fost o mare realizare a ştiinţei contemporane.

Cimenturile expansive se fabrică pe bază de ciment aluminosşi ciment Portland. Îîn general se întrebuinţează ciment aluminosdin care se obţine ciment de o calitate mai stabilă. În componenţacimentului expansiv întră: ciment aluminos (70%), ipsos (20%) şihidroaluminat tetralcic (10%).

Cimenturile expansive se caracterizează prin termenii scurţi aiprizei, în funcţie de care ele se împart în:

1- cimenturi cu priză rapidă - începutul prizei peste 4min, şi sfîrşitul peste 10 min;

2- cimenturi cu priză lentă - începutul - nu maidevreme de 20 min. şi sfîrşitul peste 4 ore după tratarea cimentuluicu apă;

Mărcile cimenturilor cu priză rapidă: 300, 400, 500, iar celecu priză lentă - 300, 400, 500.

Se interzice folosirea cimentului expansiv în construcţiileexploatate la temperaturi de peste 300 C, precum şi în construcţiile supuse acţiunii apelor subterane. 3-

6.12.Transportarea şi păstrarea materialelor liante

Materialele liante se transportă în saci de hîrtie sau în vrac (îngrămadă ). Unii lianţi, în special varul magnezian şi cel nestinsmăcinat, se transportă în containere metalice închise ermetic sau însaci de hîrtie imbibaţi cu smoală, avînd în vedere hidroscopicitatealor înaltă. Transportarea cimentului în vrac se poate face numai învagoane închise, special utilate pentru acest scop, în containere şiautocamioane speciale.

La folosirea lianţilor de asemenea trebuie să se ia măsurispeciale de precauţie. Ei pot să atace organele de resperaţie şi săprovoace o boală foarte grea - silicoza. De aceea încăperea, în care

90

se păstrează lianţii sau în care aceştia se întrebuinţează, trebuie săfie prevăzută cu o bună ventilaţie. Trebuie să se aibă în vedere, căla pă strarea îndelungată a lianţilor, rezistenţa lor scade în urmareacţiei cu umezeala din aer. Termenul de p ăstrare a varuluimacinat nestins ambalat în saci de hîrtie nu trebuie să depăş ească15 zile (din ziua arderii şi pînă în ziua întrebuinţării), însă în tarăermetic închisă el poate fi păstrat oricît de mult.

6.13. Coroziunea cimentului Portland

Cimentul Portland este un liant hidraulic, dar în dependenţăde calitatea apei, care acţ ionează asupra construcţ iei de beton, elpoate să se distrugă. Cele mai frecvente cazuri de distrugere sunturmătorele:

a)În procesul întăririi cimentului, în urma reacţiei silicatuluitricalcic cu apa, se degajă Ca(OH)2. Dacă hidrosilicatul bicalcic2Ca · SO2 · nH2O şi aluminatul tricalcic 3CaO · Al2O3 · 6H2O nu sedizolvă în apă, în schimb Ca(OH)2 se dizolvă relativ uşor şi sespală din beton, lăsînd goluri. Această formă de distrugere seproduce deosebit de repede atunci cînd în beton pătrunde apă careaproape nu conţine var dizolvat.

2) Apa naturală conţine întotdeauna într-o cantitate mai maresau mai mică săruri dizolvate, care pot intra în reacţie chimică cuCa(OH)2, mărind şi mai mult solubilitatea varului. O astfel desubstanţă, de exemplu, este clorura de magneziu. În urma reacţiei eicu Ca(OH)2 se formează clorura de calciu uşor solubilă, care sespală foarte repede din beton şi hidroxid de magneziu, carereprezintă o masă lichidă de culoare albă.

3) În porii betonului se pot acumula substanţe cu solubilitatearedusă al căror volum se măreşte la cristalizare, distrugînd pereţiiporilor.

Cea mai caracteristică coroziune de acest fel o reprezintăacţiunea asupra pietrei de ciment a apelor care conţin ghips dizolvat.Acest tip de coroziune se numeşte sulfatică. Sulfatul de calciu (ghipsul), reacţionînd cu alumenatul tricalcic, formează

91

hidrosulfoaluminat de calciu.

3CaO · Al 2O3 6H2O + 3CaSO4 + 25H2O = 3CaO · Al2O3 ·3CaSO4 · 31H2O

Alipindu-şi o cantitate însemnată de molecule de apă,hidrosulfoaluminatul de calciu este foarte periculos pentru beton.Cristalele lungi şi subţiri ale hidrosulfoaluminatului de calciu seaseamănă cu bacilii, de aceea el este numit adesea “bacil deciment”.

d). Acţ iunea apelor acide ş i alcaline asupra pietrei de cimenteste diferită. Apele acide au o acţiune distrugătoare chiar dacăconcentraţia acizilor în ele este slabă,. Alcalinele slabe n-auinfluenţă dăunătoare asupra pietrei de ciment, în schimb, alcalineletari o distrug. Produsele petroliere (benzina, gazul lampant) nu suntpericuloase pentru betonul de ciment Portland.

Măsura de protecţie contra primelor două cazuri de coroziuneconstă în introducerea de adaosuri hidraulice, care fixează varul. Înurma reacţiei dintre Ca(OH)2 şi adaos, care este compus din siliciuactiv, se formează hidrosilicat de calciu insolubil.

Ca(OH)2 + SiO2 + (n - 1 ) H2O = CaO · SiO2 · nH2OPentru protecţia betonului contra coroziunii sulfatice se

micşorează conţinutul acelor substanţe în ciment, care, reacţionîndcu ghipsul, formează hidrosulfoaluminatul de calciu-bacilul deciment. O astfel de substanţă în cimentul Portland este aluminatultricalcic 3CaO · Al2O3 şi parţial alumoferitul tetracalcic 4CaO ·Al2O3 · Fe2O3, deoarece acesta în+ urma reacţiei cu apa formează3CaO · Al2O3 · 6H2O. Cantitatea de aluminat tricalcic în cimentulPortland, rezistent la sulfaţi nu trebuie să depăşească 5% (pe cîndîn cimentul Portland ea atinge 10%, şi cîteodată 15%), iarconţinutul sumei de aluminat tricalcic şi alumoferit tetracalcic nutrebuie să fie mai mare de 22%.

Astfel a apărut un tip nou de (ciment) liant - cimentulPortland rezistent la sulfaţi, întrebuinţat la construcţiilehidrotehnice şi supuse apelor sulfatice. Deoarece cimentul Portlandrezistent la sulfaţi este destinat pentru betoanele exploatate în apă ,el trebuie să conţină silicat tricalcic relativ puţin (nu mai mult de

92

50%), pe cînd cimentul Portland obişnuit conţine 3CaOSiO2 pînă la55 - 60%, ba chiar şi mai mult. Acest mineral, după cum s-amenţionat, posedă rezistenţă la acţiunea apei datorită separăriiCa(OH)2 şi spălării lui din beton.

Întrebări pentu repetare1.Ce ştiţi despte lianţi? Pentru ce se întrebuinţează ei? 2.Ce sunt lianţii minerali? Cum se clasifică ei?3.Povestiţi despre obţinerea ipsosului de construcţie şi

aplicarea lui.4.Numiţi proprietăţile ipsosului de construcţie şi ale

ipsosului de modelat.5.Descrieţi procesul întăririi ipsosului.6.Explicaţi de ce mortarul de ipsos trebuie folosit pînă la

începerea cristalizării.7.Numiţi adaosurile care încetinesc şi care accelerează priza

ipsosului.8.Spuneţi cum se determină cantitatea necesară de adaosuri. 9.Caracterizaţi ipsosul - polimer, fosfoghipsul.10.Povestiţi despre gajă şi proprietăţile ei.11.Explicaţi de ce ipsosul nu poste fi folosit timp îndelungat.12.Povestiţi despre obţinerea varului nestins în bulgări şi

despre proprietăţile lui.13.Caracterizaţi procesul stingerii varului. 14.Povestiţi despre metodele de stingere a varului.15.Ce deosebire este între proprietăţile prafului de var şi

cele ale pastei de var?16.Numiţi metodele accelerării procesului de stingere a

varului.17.Descrieţi procesul de întărire a varului aerian.18.Numiţi proprietăţile specifice ale varului măcinat nestins. 19.Povestiţi despre aplicarea varului măcinat nestins.20.Ce mă suri de securitate se iau în timpul lucrului cu varul

măcinat nestins?21.Caracterizaţi varul carbonat.

93

22.Comparaţi metodele obţinerii varului hidraulic şi al celuiaerian.

23.Caracterizaţi condiţiile întăririi mortarelor pe bază de varhidraulic.

24.Cum se obţ ine cimentul Portland şi ce propriet ăţi are el? Procesele de fabricare umed şi uscat, prin ce se deosebesc ele?

25.Descrieţi procesul întăririi pastei de ciment.26.Numiţi adaosurile care accelerează procesul de întărire a

cimentului şi cele care încetinesc acest proces.27.Caracterizaţi varietăţile de ciment Portland. 28.Caracterizaţi cimentul Portland şi cu zgură, făcînd

comparaţie între ele.29.Care sunt particularităţile specifice ale cimentului

aluminos?30.Ce fel de lianţi se obţin pe baza de var şi de zgură sau pe

adaosuri hidraulice?31.Numiţi tipurile cimenturilor expansive şi fără de tasare. 32.Prin ce se deosebeşte cimentul antiacid de alte cimenturi?33.Cum se stabileşte marca cimentului şi ce înseamnă ea? 34.Care este avantajul cimentului cu marca înaltă? 35.Numiţi cauzele distrugerii cimentului Portland şi

măsurile de protecţie a betonului contra coroziunii sulfatice. 36.Explicaţi regulile transportării şi păstrării cimenturilor.

94

TEMA 7

MORTARE DE CONSTRUCŢIE ŞI BETOANE PE BAZĂDE SUBSTANŢE ANORGANICE

7.1. Clasificarea mortarelor şi betoanelor 7.1.1. Generalităţi 7.1.2. Mortare de construcţii 7.1.3. Clasificarea betoanelor 7.2. Materiale pentru prepararea mortarelor şi

betoanelor grele, uşoare, celulare 7.3. Proprietăţile amestecului de mortar şi beton 7.3.1. Proprietăţile amestecului de mortar 7.3.2. Proprietăţile amestecului de beton 7.4. Proprietăţile mortarelor şi betoanelor 7.4.1. Proprietăţile betoanelor 7.4.2. Proprietăţile mortarelor (amestecului de mortar

întărit)7.5. Alegerea dozajului pentru betoane şi mortare 7.5.1. Alegerea dozajului pentru beton 7.5.2. Dozajele mortarelor de zidire 7.6. Prepararea şi transportarea mortarelor şi betoanelor 7.7. Turnarea amestecului de beton şi întreţinerea acestuia 7.8. Betoane grele cu destinaţie specială. Betoane pentru

construcţii hidrotehnice şi subterane

Scopul: a promova studenţilor cunoştinţe despre mortare şibetoane

7.1. Clasificarea mortarelor şi betoanelor

7.1.1. Generalităţi

Din tema 6 noi ştim, că amestecul unui oarecare liant cu apă(pînă la întărire) se numeşte pastă de liant, de exemplu, de ciment.După întărire, această pastă se transformă în piatră de ciment.

95

Dac ă în amestecul de ciment şi apă (pasta de ciment) vomadăuga şi un oarecare plastificator, de exemplu var sau argilă, vomobţine pastă sau amestec de mortar, care după întărire setransformă în piatră de mortar.

Dacă în pasta sau amestecul de mortar (fără plastificator) vomadăuga pietriş sau piatră spartă vom c ăpăta aşa -numitul amestec debeton, care după întărire se transformă în piatră artificială - beton.

7.1.2. Mortare de construcţie

Mortarele se clasifică după următoarele criterii: densitateaaparentă, felul liantului şi destinaţie.

I.După densitatea aparentă:1- obişnuite (grele) cu densitate aparentă mai mare de

1500 kg/m3 preparate cu agregate grele; 2-uşoare cu densitate aparentă mai mică de 1500 kg/m3,

preparate cu agregate poroase; ele se mai numesc şi “calde”. II. După felul liantului: 3- de ciment, preparat pe bază de lianţi de ciment; 4- de var aerian sau hidraulic; 5- de ipsos - pe bază de lianţi de ghips; 6- mixte - de ciment-var, var ipsos, obţinuţi pe bază de

lianţi de ciment-var, var-ipsos. Felul lianţilor determină felul de întărire - în aer ori înapă. III. După destinaţie deosebim următoarele mortare:7- pentru zidărie - utilizate pentru zidirea din

cărămidă, blocuri mici şi mari; 8- pentru finisaj - tencuieli întrebuinţate pentru tencuirea

suprafeţelor interioare şi exterioare ale construcţiilor; 9- speciale; 10- hidroizolante; 11- de cimentare pentru închiderea fisurilor în roci,

completează spaţiile acestota; 12- mortare de injectare; 13- mortare acustice; 14- mortare de protecţie contra razelor de rentghen

întrebuinţate

96

pentru tencuirea cabinetelor de rentghenografie са = 2200 kg/m3 (cunisip de baritină, de magnezit, limonit).

7.1.3. Clasificarea betoanelor

În calitate de liant se întrebuinţează cimenturile. Betoanelefolosite în construcţie se clasifică, ca şi mortarele, dupăurmătoarele criterii: densitatea aparentă, tipul liantului şi destinaţia.

I. După densitatea aparentă betoanele se împart în: foartegrele, grele, uşurate, uşoare şi foarte uşoare.

1. Betonul foarte greu са = 2500 kg/m3 şi structură foartecompactă, se pregăteşte din ingrediente foarte grele (oţel, fontă,minereu de fier, barită şi altele); ele se întrebuinţează în instalaţiileatomice pentru protejare contra pătrunderii razelor gama şi aneutronilor.

2. Betonul greu са= 2200 - 2500 kg/m3 se prepară din nisip,pietriş (piatră spartă) din roci grele; se întrebuinţează la toateconstrucţiile.

3. Betonul uşurat са = 1800 - 2200 kg/m3 se prepară dinnisip, pietriş (piatră spartă) din roci obişnuite; se întrebuinţeazămai ales la construcţiile importante.

4. Betonul uşor са = 500 - 1800 kg/m3, care cuprinde: betoanele uşoare pregătite cu agregate porizate artificiale şi

naturale; betoanele celulare (gazobeton şi spumobeton) din

amestecul liantului, apei, bioxidului de siliciu mărunt măcinat şiformatorul de celule;

betoanele cu goluri (fără nisip);

betoanele cu densitatea aparentă pînă la 1600 kg/m3 seîntrebuinţează la izolarea acoperişurilor, pereţilor, podelelor.

. II. După tipul liantului întrebuinţat pentru preparare,

există betoane: de ciment pe bază de liant hidraulic; silico-calcare de var-nisip, pe bază de var hidraulic şi var

aerian;

97

de ipsos - pe bază de lianţi de ghips;asfaltic - pe bază de lianţi bitumoşi de gudron; polimerbeton - pe bază de răşini de polimeri.

III. După destinaţie există următoarele betoane:1. Obţinute pentru executarea structurilor portante de beton

armat ale clădirilor şi construcţiilor inginereşti(coloane, grinzi,plăci).

2. Hidrotehnice - pentru executarea construcţiilorhidrotehnice (baraje,ecluze, debarcadere). Acest beton are ocompacticitate mare, impermeabilitate, rezistenţă înaltă lacoroziune în apă şi alte medii;

3. De drumuri pentru căile auto, îmbrăcăminteaaerodromurilor, se deosebeşte prin rezistenţă înaltă la încvoiere şila îngheţ - dezgheţ;

4. Refractare - pentru căptuşirea cuptoarelor în industrie,pentru arderea materialelor de construcţie. Rezistă la temperaturimai mari de 10000 C.

5. Rezistente la acţiunea chimică a acizilor şi alcaliilor; ele seîntrebuinţează pentru protejarea construcţiilor aparatajului deproducţie chimică.

6. Rezistenţa betoanelor la îngheţ-dezgheţ (gevilitate) seexprimă prin numărul ciclurilor repetate la îngheţ-dezgheţ şi seclasifică în mărci,de exemplu, Mîd 10 - 5.

7. După gradul de impermeabilitate la apă se deosebescbetoane cu mărcile B2, B4, B8, B12, care suportă corespunzătorpresiunea maximă a apei de 2, 4, 6, 8, şi 12 105 Pa la care nu seobservă infiltrarea ei în probă.

După mărimea maximală a granulelor, benoanele seclasifică în: microgranulare cu agregate avînd mărimea de la 10pînă la 150 mm.

7.2. Materiale pentru prepararea mortarelor şi betoanelorgrele, uşoare, celulare

Agregate pentru betoane şi mortare pot fi naturale şi artificiale.

98

Agregatele naturale au fost studiate la tema “Materiale dinpiatră naturală”.

Dintre agregatele artificiale fac parte zgurile combustibile saumetalurgice şi materialele fabricate special pentru astfel de scopuri:ceramzitul, spărtura de zgură, termozitul etc.

După mărimea-limită a granulelor sau bulgărilor, agregatelese clasifică astfel:

agregate măşcare-pietriş sau piatră spartă cu granulele de 5 -70 mm, la prepararea betonului pentru construcţii masive se poateîntrebuinţa pietriş sau piatră spartă cu dimensiunea mai mare de 70mm.

Amestec de pietriş şi nisip - amestec cu mărimea granulelor de0,14 - 70 mm. După densitatea aparentă în vrac agregatele uscate seclasifică în grele са >1000 kg/m3, uşoare (poroase) са < 1000 kg/m3 ,ele pot fi sortate (fracţionate) şi obişnuite, care sunt supuse spălării.

Apa - nu trebuie să conţină impurităţi dăunătoare, cum suntde exemplu acizii, sulfaţii, grăsimile, uleiurile, zahărul etc.

Se interzice întrebuinţarea apelor mlăştinoase, de canalizare,murdărite cu reziduuri industriale. Se admit săruri de acid sulfuricnu mai mult de 2,7 g/l.

7.3. Proprietăţile amestecului de mortar şi beton 7.3.1. Proprietăţile amestecului de mortar

Proprietăţile principale ale amestecurilor de mortar sunt:lucrabilitatea, mobilitatea (plasticitatea), capacitatea de a reţine apa,rezistenţa mecanică şi la îngheţ-dezgheţ.

Lucrabilitatea - este proprietatea amestecului de mortar de ase întinde uşor pe suprafaţa obiectelor într-un strat uniform dupăgrosime şi consistenţă, care se ţine bine pe suprafaţa suportului.Lucrabilitatea amestecului de mortar este determinată, în general,de mobilitatea şi proprietatea acestuia de a reţine apa.

Mobilitatea amestecului de mortar este proprietatea de a seîntinde sub acţiunea masei proprii sau a compresiei exterioare, careacţionează asupra lui.

99

Mobilitatea pastei de mortar se stabileşte cu ajutorulaparatului (special) standard. Ca indice al mobilităţ ii serveştemărimea adîncimii cufundării în amestecul de mortar a conuluiapatatului standard care are masa de 300 g şi unghiul de la vîrf 300.

Se recomandă următoarele mărimi ale mobilităţii determinatecu ajutorul aparatului standard:

1 - 3 cm - pentru zidărie de piatră brută vibrată;4 - 6 cm - pentru zidărie obişnuită de piatră brută; 5 - 7 cm - pentru umplerea rosturilor la montarea pereţilor din

blocuri şi panouri, la rostuirea orizontală a acestora; 9 - 13 cm - pentru zidărie cu cărămidă sau piatră de zidărie; 13 - 15 cm - pentru astuparea rosturilor verticale. Amestecul cu mobilitatea şi porozitatea mai înalte se

întrebuinţează cînd timpul e mai cald. Capacitatea de reţinere a apei - se caracterizează prin

proprietatea pastei de mortar de a nu se stratifica la transportare şide a păstra umezela într-un strat subţire, întins pe suport poros.

Capacitatea de reţinere a apei se stabileşte cu ajutorul unuiaparat special.

Rezistenţa mecanică a mortarului (întărit) se caracterizeazăprin marca lui. Marca mortarului se determină prin limita derezistenţă la compresie a cuburilor-probe cu muchia 70 mm,confecţionate din amestec de mortare de lucru şi testate după 28

zile de întărire la temperatura 15 - 20 0C.

7.3.2. Proprietăţile amestecului de beton

Caracteristicile principale ale amestecului de beton sunt:lucrabilitatea, care se caracterizează prin următoarele însuşiri:mobilitate, consistenţă şi capacitate de legare; păstrareaomogenităţii betonului.

Lucrabilitatea este proprietatea amestecului de beton de aputea fi turnat în formă sau cofraj.

Mobilitatea este proprietatea amestecului de beton de a sescurge sub acţiunea forţei masei.Lucrabilitatea betonului este dată în

100

tabelul 7.1.

Tabelul 7.1. Lucrabilitatea betonului

Amestecul de Arătătorulbeton lucrabilităţii

Consistenţa în sec. Tasarea conului, cm1. Foarte aspră 13 02. Consistenţa 5 … 12 03. Slab mobilă 5 2 … 44. Mobilă “-“-“ 4 … 125. Turnat “-“-“ 12 şi mai

7.4. Proprietăţile mortarelor şi betoanelor7.4.1. Propriet ăţ ile betoanelor

Proprietăţile betoanelor (amestecul de beton întărit) sunt:rezistenţa şi durabilitatea, care depind de calitatea materialelor şitehnologia turnării lui în forme sau cofraj.

Rezistenţa.Betonul rezistă bine la compresie, uneori este necesarde cunoscut rezistenţa betonului la întindere, care de obicei este de 10 -15 ori mai mică decît rezistenţa lui la compresie. Valoarea rezistenţeila compresie stă la baza clasificării betonului în mărci. Marcabetonului se stabile şte după limita de rezistenţă la compresie aprobelor în formă de cuburi cu muchia de 200 mm, confecţionate dinamestecul de beton şi testate timp de 28 zile păstrate la temperatura de

20 +- 20C şi umiditatea mai mică de 90%.Rezistenţa aproximativă a betonului la vîrsta de 28 zile în

condiţii normale:pentru betoanele cu raportul ciment-apă (C/A) mai mic sau

egal cu 2,5 (raportul apă-ciment (A/C) este egal sau mai mare de0,4);

101C

Rb = KR = − 0,5 ;

A

entru betoanele cu raportul C/A mai mare de 2,5, A/C este mai mic de 0,4;

Rb = K1Rr (C/A + 0,5),unde Rb - este limita de rezistenţă a betonului la compresiune

kg/cm2,Rr - activitatea (rezistenţa) cimentului, determinată în probe

plastice, kg/cm2.K şi K1 coeficienţi, care exprimă calitatea materialelor şi se

determină după tabelul 7.3.

Tabelul 7.3. Coeficienţii care exprimă calitatea materialelor

Caracteristica Valorile Valorile luiagregatelor lui K în K1în formula aşi liantului. formulă 1 doua

De calitatesuperioară 0,65 0,43

Obişnuite0,60 0,40

De calitateinferioară 0,55 0,37

Observaţii:1. Din materialele de calitate superioară fac parte: piatra

spartă din roci compacte cu rezistenţă înaltă, nisipul cu granulaţieoptimă şi cimentul Portland cu adaos hidraulic de minimăactivitate ;agregatele curate şi fracţionate.

2. Din materialele obişnuite fac parte: agregatele de calitatemedie, inclusiv pietrişul, cimentul Portland cu activitate medie saucimentul Portland cu zgură de marcă superioară.

102

3. Din materialele de calitate inferioară fac parte: agregatelemăşcate cu rezistenţă inferioară, nisipurile mărunte, cimenturile cuactivitate redusă, precum şi agregatele corespunzătoare unor cerinţeinferioare ale STAS-ului.

Raportul apă - cimentRaportul maselor dintre apă şi ciment în amestecul de beton

se numeşte raport apă-ciment A/C. El este unul dintre cei maiimportanţi factori, care determină proprietatea betonului.

Cu mărirea cantităţii de apă rezistenţa liantului semicşorează. Amestecul ideal 10 - 20%, dar este imposibil de aamesteca şi turna în cofrag aşa amestec.

Pentru obţinerea unui amestec de beton moale comod delucrat cu el se ia de obicei mai multă apă decît necesită reacţiaprimită. Surplusul de apă se evaporează, formează în beton pori,care micş orează rezistenţa. În prezent paportul A/C se ia de 0,30 -0,40 şi se întrebuinţează vibraţie.

Influenţa duratei şi condiţiilor de întărire asupra rezistenţeibetonului.

Rezistenţa betonului în condiţii normale creşte în primele 7 -10 zile destul de repede şi atinge 60 - 70% din marca sa, iar dupăaceea ea creşte din ce în ce mai încet. Peste trei luni rezistenţaprobelor întrece cu 25%, peste 12 luni - 75% , iar peste 2 ani - peste200% rezistenţa de 28 zile la temperatura de 25 C şi umiditate mare.

Compactitatea şi impermeabilitatea la apăBetonul nu este un material absolut compact. Porii de beton se

fomează în urma evapor ării apei surplus şi bulelor de aer, care n-au fost înlăturate în vremea compactării.

Odată cu mărirea compacităţii se îmbună tăţesc calităţilebetonului - impermeabilitatea la apă, rezistenţa la îngheţ-dezgheţ,rezistenţa mecanică.

Compactitatea betonului se ridică prin vibrarea intensivă aamestecului turnat, alegerea potrivită a componenţei granulometricea agregatelor, micş orarea raportului apă-ciment, întrebuinţ areaplastificatorilor, care reduc cantitatea apei în amestec, fără să i seschimbe plasticitatea.

103

Contracţia şi umflareaÎn procesul întăririi betonul îşi schimbă volumul. La înt

ărirea în aer betonul se contractă, iar la întărirea într-un mediuumed poate să nu-şi schimbe volumul sau să se umfle puţin.

Rezistenţa la îngheţ

După gradul rezistenţei la îngheţ se clasifică în mărci Mîg dela 50 pînă la 300. Pentru construcţiile civile şi de locuit Mîg trebuiesă fie nu mai mare de Mrz 50 - barajele, ecluzele, îmbrăcămintelerutiere, fundaţiile, suprafaţa exterioară a pereţilor ş.a.

Rezistenţa la temperaturi înalteSub acţ iunea îndelungată a temperaturii înalte betonul îşi

pierde o parte din rezistenţă , dar nu se distruge. De aceea el estelarg întrebuinţat la construcţiea coşurilor de fum etc. Pentrucăptuşirea aparatelor termice se întrebuinţează beton special.

Rezistenţa la apăCorozia betonului sub acţiunea apelor cu diferite săruri şi gaze

uneori se produce în urma distrugerii pietrei de ciment. La alegereaagregatelor trebuie să se ia în consideraţie compoziţia lor chimică.

Cu cît betonul este mai compact, cu atît el este mai rezistent lacorozie.

7.4.2. Proprietăţile mortarelor (amestecului de mortarîntărit) Rezistenţa ş i durabilitatea.Factorii, care determinădurabilitatea mortarelor de construcţie sunt aceiaşi ca şi la betoane.

Rezistenţa mortarelor (ca şi la beton) depinde de activitatealiantului şi de raportul apă-ciment A/C sau de raportul ciment-apăC/A. Aceste raporturi pot fi reprezentate prin formula empirică :

CRm = 0,25R − 0,4

A

unde Rm este limita de rezistenţă la compresiune a mortaruluiîn vîrstă de 28 de zile (în kg/cm2);

Rc - activitatea cimentului, în kg/cm2;

C/A - raportul ciment-apă.

104

Rezistenţa mortarului se caracterizează prin marca lui. Marcamortarului se stabileşte după limita de rezistenţă la compresiune aunui cub cu muchia de 70,7 mm, confecţionat din amestec de mortarde lucru pe un suport cu suprafaţa poroasă , care absoarbe umezealaşi încercat timp de 28 zile după întărirea la temperatura de t = 15… 200C.

Mărcile mortarelor de zidărie sunt următoarele: 4, 10, 25,50, 100, 150, 200 şi 300 (105 Pa).

Pe lîngă aceste mărci principale există încă două mărci:marca”o” pentru determinarea rezistenţei zidă riei cu mortarproaspă t încă neîntărit şi a zidăriei dezgheţate, executate prinmetoda congelării (îngheţării) şi marca 2 pentru determinarearezistenţ ei zidăriei cu mortare de toate tipurile, care au căpătatîntărirea iniţială (zidărie de iarnă, zidărie în vîrstă timpurie).

7.5. Alegerea dozajului pentru betoane şi mortare7.5.1. Alegerea dozajului pentru beton

Dozajul amestecului de beton se exprimă prin proporţia masă

sau în

volum(care este mai puţin precisă) dintre ciment, a cărui cantitatese ia drept unitate, nisip şi pietriş.

Prin urmare dozajul betonului poate fi exprimat astfel 1 : x : yşi raportul apă-ciment A/C de exrmplu 1 : 2, 6 : 4,7 A/C = 0,5.Cantitatea materialelor se ia la 1 m3 de amestec de beton turnat.

Se deosebesc două dozaje ale betonului. Nominal, calculatpentru materiale uscate şi de lucru în care se ia în consideraţieumiditatea naturală a materialelor.

Pentru a obţine un beton de masă cerută şi mobilitatenecesară, în dependenţă de materialele avute (ciment, piatră spartă,sau pietriş, nisip):

la început se determină aproximativ valoarea raportului apă-ciment după formule sau diagrame speciale, în care sunt indicatedimensiunile agregatelor;

se calculează proporţia de apă necesară, adică consumul de

apă în 1 la 1 m3 amestec de beton;

105

după raportul A/C se determină cantitatea de cimentnecesară în kg , consumul de piatră spartă şi nisip în kg la 1m3 deamestec de beton.

Dozajul betonului obţinut prin calcule se verifică şi seprecizează după încercările unor probe de control.

7.5.2. Dozajele mortarelor de zidire

Dozajul mortarelor ca şi a betoanelor se exprimă prin raportulîn masă sau în volum dintre materialele iniţiale uscate - substanţăliantă, adaos mineral (argilă, var) şi nisip.

În mortarele mixte el se exprimă astfel - 1 : 0, 3 : 4 în cele deciment 1 : 0,4.

Pentru mortarele mixte consumul de ciment este de 75 - 125kg/m3. Pentru mortarele cu var: varul conţine 60 … 80%, adaosuri -35 - 20%. Iarna se adaogă clorur ă de calciu CaCl2 sau clorură desodiu NaCl în proporţii 2 - 10% din masa cimentului. Rezistenţamortarului în funcţie de marca cimentului şi de mărimea granulelornisipului se exprimă prin următoarea formulă aproximativă:

Rm = kRc (C - 0,05) + 4;unde Rm - este marca mortarului în kg/cm2; Rc - este marca cimentului în kg/cm2;C - consumul de ciment în t la 1 m3 de nisip;K - coeficientul ce exprimă compoziţia granulometrică a

nisipului ş i este egal cu 1,0 cînd nisipul este măcinat, cu 0,8 pentrunisipul cu granule medii; cu 0,6 pentru nisipul cu granule mărunte;cu 0,4 pentru nisipul cu granule foarte mărunte.

Din aceast ă formulă se determină aproximativ consumul deciment la 1m3 de nisip.

C = Rm

−

4

+

0,5; K ⋅ R c

106

7.6. Prepararea şi transportarea mortarelor şi betoanelor

Amestecul de mortar se prepară cu ajutorul malaxorului. Acestareprezintă o tobă metalică prevăzută în interior cu un ax cu palete,care, rotindu-se, amestecă mortarul. Malaxoarele de mortar pot fimobile şi staţionare cu capacitatea de la 40 pînă la 1500,0 l. Mortarelese prepară la fabrici centralizate sau în condiţii de şantier.

Mortarul se transportă pe şantier cu autobasculantele. Fiecarelot (autobasculant, automobil) de beton expediat pe şantier esteînsoţit de un paşaport în care se indică numirea şi adresa fabricii,numărul paşaportului şi data eliberării paşaportului, numărullotului şi volumul, masa şi data preparării, marca, dozajul,mobilitatea şi cantitatea de reţinere a apei.

Amestecul de betonPrepararea amestecului de beton const ă în dozarea

(măsurarea capacităţii materialului şi amestecarea lor pînă laobţinerea unei mase omogene.)

Pentru dozare se folosesc dozatoare volumetrice sau metrice(după masă), însă cimentul se dozează totdeauna după masă.

Pentru amestecarea betonului se folosesc betoniere cufuncţionare periodică sau continuă.

Betonierele pot fi cu amestecare prin cădere liberă amaterialelor şi cu amestecare forţat ă. În betonierele cu cădereleliberă se amestecă betoane mobile; în betoniere cu funcţionareforţată se pregătesc betoane vîrtoase. Betonierele au capacitatea deîncărcare a tobei de la 100 pînă la 4500,0 L, au funcţionareperiodică şi amestecare prin cădere liberă. Ele se împart în mobile- cu capacitatea pînă la 250 L - şi staţionare - cu capacitatea maimare de 250 L.

Betoniera cu funcţionare continuă este compusă dintr-o tobăcilindrică prevă zută cu palete în interior. Paletele sunt aşezate înformă de şurub dătorită cărui fapt în timpul rotirii tobei materialelese deplasează în lungul ei şi se amestecă. Productivitatea lor e pînăla 150 - 200 m3 de amestec pe oră, pe cînd cea mai mare betonierăcu funcţionare periodică cu capacitatea de 45001 are productivitatea

107

60 m3/oră, iar cea cu capacitatea 12001 - 16 m3/oră.După amestecare, volumul betonului obţinut va fi totdeauna

mai mic decît suma volumelor materialelor luate, datorită umpleriicu granule mărunte a golurilor dintre granulue mai mari.

Volumul amestecului de beton obţinut se caracterizează prinrandamentul betonului β (beta), egal cu raportul dintre volumulamestecului de veton Vb şi suma volumelor materialelor uscateconsumate.

β =Vb

Vc + Vn + Vpunde Vc, Vn şi Vp - sunt respectiv volumele cimentului,

nisipului şi al pietrei sparte (pietrişului) în stare afînată β = 0,55 -0,75; β = 0,66.

7.7. Turnarea amestecului de beton şi întreţinerea acestuia

Amestecul de beton se compactează (îndeasă) pe calemecanică cu vibratoare electromecanice, electromagnetice,pneumatice.

Amestecul de beton turnat în cofraj sau formă se îndeasă sănu rămînă goluri de aer în el. Cele mai răspîndite sunt vibratoareleelectromagnetice. Ele se împart în vibratoare de adîncime, desuprafaţă şi exterioare (suspendate), portative şi staţionare.

Vibratoarele transmit amestecurilor de beton vibraţii de înaltăfrecvenţă pînă la 7000 de oscilaţii pe minută cu amplitudinea de0,3- 0,8 mm. Betonul capătă proprietăţile unui lichid greu, seîntinde şi umple compact cofrajul sau formele.

Vacuumarea betonuluiRidică consistenţa betonului şi se înlătură o parte din

surplusul de apă din amestecul de beton, care devine mai compact.Tehnologia vacuumării este scumpă cu (consum) volum mare demuncă . Betonul turnat în timpul verii trebuie apărat de uscare, iariarna - de îngheţ.

108

7.8. Betoane grele cu destinaţie specială. Betoane pentruconstrucţii hidrotehnice şi subteranePentru prepararea betonului hidrotehnic se recomandă cimenturilePortland rezistente la sulfaţi, cu puzolană, sau cimentul Portland cuzgură. În urmă reac ţiei adaosului hidraulic cu hidroxidul de calciuCa(OH)2 adaosurile se umflă, îndesînd betonul, iar starea coezivă avarului liber măreşte capacitatea anticorozivă a cimentului.

Proprietăţile principale constructiv-tehnice ale betonuluihidrotehnic sunt urmă toarele: impermeabilitatea, rezistenţa laîngheţ, absorbţia de apă, contracţia şi umflarea, duritatea, rezistenţaşi altele.

Betonul acidorezistent (rezistă la acizi). Se întrebuinţeazăciment acidorezistent şi agregate din materiale compacteacidorezistente - nisip cuarţos, piatră spartă din beştaunit, cuarţ.

Betonul termorezistent se distruge la t = 1600 - 1700 0C. Elpoate fi preparat din ciment aluminos şi agregate refractare(şamotă, zguri metalurgice). El se întrebuinţează pentru căptuşireafurnalelor, focarelor etc.

Betoanele pentru protecţia contra radiaţiei - radioactive(betoane hidrate) contra razelor gama şi radiaţiei neutronice. Seîntrebuinţează agregate foarte grele din care se prepară betoane cuproprietăţi izolante superioare faţă de razele gama şi radiaţianeutronică.

Betoane uşoare pe bază de agregate poroase.Masa lor trebuie să fie mai mare de 1800 kg/m3. Betonul cu

rezistenţă înaltă de agregate poroase. Masa lor se poate obţine,întrebuinţînd agregate uşoare sau înlocuindu-le pe acestea cu celuleaeriene. Din agregate poroase uşoare se obţin betoane uşoare, iarprin înlocuirea agregatelor cu cele aeriene se obţin betoane foarteuşoare şi betoane celulare termoizolante.

Betonul macroporos - este o variaţie a betoanelor uşoare. Eleste compus din ciment, apă şi agregat măşcat. Agregate poroase(uşoare) pot fi obţinute din roci naturale uşoare, piatr ă ponce, tuf,calcar cochilifer, sau din materiale artificiale - zgură dincombustibil, zgură metalurgică, materiale argiloase, expandate

109

(umflate) prin ardere, cheramzit agloporit.Betonul celular - se obţine din amestec de beton celular fără

agregat măşcat şi în majoritatea cazurilor, nisip.Betoanele celulare după procedeul formării structurii se

împart în:- gazobetoane, obţinute prin introducerea unui gazogen în

amestecul compus din substanţă liantă, apă şi siliciu;- spumobetoane , obţinute prin introducerea unui spumant în

amestecul compus din substanţă liantă, apă şi siliciu.Se mai clasifică după agregatul conţinut: nisip măcinat sau

cenuşă de la termocentrale. Din prima grupă (conţinut de nisip)fac parte spumobetoanele şi gazobetoanele preparate cu cimentPortland, sau spumosilicaţii şi gazosilicaţii, preparaţi pe baz[ de var,din a doua grupă (conţinut de cenuşă) fac parte spumobetonele cucenuşă şi gazobetoanele cu cenuşă.

Pentru prepararea spumobetonului, pasta de ciment seamestecă cu o spumă specială stabil ă. Gazobetonul se prepară dinpastă de ciment, la care se adaogă nisip măcinat, zgură sau alteagregate. Pentru formarea gazelor, în pasta de ciment se introducadaosuri - praf de var şi aluminiu, var nestins măcinat. În apă, întreaceşti componenţi se produce reacţia:

3Ca(OH)2 + 6H2O + 2Al = 3CaO · Al2O3 · 6 + 3H2. Hidrogenul degajat creează umflături în pasta de ciment care

după întărire îşi păstrează structura sa poroasă.Gazoipsosul este o variantă a betonului celular, el se obţine

adăogînd la materialele liante de ipsos gazogeni, care umflă pastade ipsos.

110

Întrebări pentru repetare1.Ce se numeşte mortar de construcţie şi cîte feluri de

mortare cunoaştem?2.Care sunt principalele proprietăţi ale mortarelor? 3.Numiţi proprietăţile principale ale amestecului de mortar?4.Ce se numeşte marca mortarului de construcţie şi cum se

determină ea?5.Cum se poate mări mobilitatea amestecului de mortar şi

capacitatea lui de a reţine apa?6.Care sunt cerinţele faţă de mortarele de construcţie?

Betoane , beton hidrotehnic, betoane speciale.7. Ce se numeşte beton şi cîte feluri de beton ştiţi? 8. Care sunt cerinţele faţă de nisipul pentru betonul greu? 9. Care sunt cerinţele faţă de agregatul măşcat pentru betonul

greu şi betonul hidraulic. 10. Ce se numeşte marca betonului? De ce factori depinde

rezistenţa lui? 11. Cum influenţează raportul ciment-apă asupra rezistenţei

betonului? 12. Cu ce scop se alege dozajul betonului? 13.Care sunt cele mai bune condiţii pentru întărirea betonului? 14.Ce proprietăţi ale amestecului de beton cunoaşteţi?15.Ce factori influenţează asupra proprietăţilor amestecului de

beton (mobilitatea, consistenţa)?16.Cum se poate mări mobilitatea amestecului de beton? 17.Ce betoane uşoare cunoaşteţi şi cum se obţin ele?18.Cum se obţine spumobenonul şi gazobetonul? Numiţi

proprietăţile lor principale.?19.Ce betoane grele speciale cunoaşteţi? Prin ce se deosebesc

ele de betonul obişnuit?

111

TEMA 8PRODUSE DE BETON ARMAT

8.1. Scurte informaţii despre betonul armat 8.2. Clasificarea produselor prefabricate de beton şi

cerinţele generale faţă de ele 8.3. Nomenclatura produselor de beton armat 8.4. Metode industriale de producere a elementelor de

beton armat 8.5. Construcţii de ciment armat ( P.D.B.A.) 8.6. Transportarea şi păstrarea produselor de beton armat

Scopul: familiarizarea studenţilor cu elementele de betonarmat.

8.1. Scurte informaţii despre betonul armat

Produsele de beton armat au fost aplicate în practică lasfîrşitul secolului trecut, cînd pentru experimentare au început să sefolosească buiandrugi de beton armat pentru goluri de ferestre,plăci şi grinzi cu dimensiuni nu prea mare etc.

Multă vreme dezvoltarea şi introducerea pe larg a betonuluiarmat nu prea era posibilă din cauza lipsei de mecanisme necesare .

Betonul armat este un material de construcţie constituit dinbeton şi armatură de oţel, unite monolit, care în construcţii rezistăla solicitări ca element unitar.

Rezistenţa betonului la întindere este aproximativ de 10 - 15ori mai mică decît la compresiune. Cea mai convenabilă estefolosirea betonului armat pentru elementele de construcţie, carelucrează la încovoiere. La încovoiere se nasc două feluri de tensiunicontrare - de întindere şi de comprimare.

Să examinăm lucrul unei grinzi, aşezate pe două reazeme şiaflate sub acţiunea unei sarcini de încovoiere.

Din fig.8.1se vede, că zona superioară a grinzii, situată mai

112

sus de stratul neutru 0 - 0, este comprimată, iar zona inferioară esteîntinsă.

În cazul de faţă materialul grinzii de beton are diferiterezistenţe la compresie şi întindere. Din această cauză formarea crăpăturilor în zona întinsă se va produce mult mai devreme de cît înacea comprimată.

În grinda de beton cu arm[tură, betonul cu armătura formeazăo aderenţă puternică şi, la apariţia tensiunilor în construcţia debeton armat, ambele materiale lucrează în comun; ambele materialeau acelaşi coeficient de dilatare termică; metalul nu rugineşte înbeton. În produsele de beton armat cu armătură obişnuită şiarmătură pretensionată (intinsă în prealabil) . Betonul se întinde cu1 - 2 mm la 1m, iar oţelulu se întinde de 5 - 6 ori mai mult. Caurmare se ivesc crăpături.

Crăpăturile influenţează rău asupra calităţii: se măreştesăgeata de incovoiere; în crăpături pătrunde umezeală şi gaze.

Prin comprimarea prealabilă a betonului în locurile supuseîntinderii se pot înlătura crăpăturile; tensiunea de comprimaretrebuie să fie mai mare decît tensiunea de întindere.

Comprimarea betonului se realizează prin pretensionareaarmăturii (întinderea ei prealabilă).

Se deosebesc două categorii de construcţii precomprimate: pînă la întărirea betonului;după întărirea betonului.

Se deosebesc două feluri de construcţii de beton armat:monolite şi prefabricate. Construc ţiile monolite se execută dupăurmătoarea tehnologie: se execută cofrajul, în care se monteazăarmătura şi se toarnă apoi amestecul de beton; peste 7 zile dupăîntărirea betonului, cofrajul se desface.

Această tehnologie are următoarele neajunsuri:executarea acestor construcţ ii este deosebit de complicată; pentru întărirea normală a betonului este necesară

temperatura pozitivă;din această cauză , iarna betonul trebuie încălzit şi acoperit;

dacă temperatura betonului este mai mică de +50 C, întărirea

113

lui practic încetează;îngheţarea betonului proaspăt duce la pierderea completă

sau parţială a rezistenţei acestuia.Construcţiile din elementele prefabricare se execută altfel.Pe şantier se transportă elementele gata: coloane, grinzi,

planşee (plăci) şi tot lucrul constă în montarea acestor elemente.Acest procedeu de lucru accelerează şi simplifică mult

executarea construcţiei, ceea ce determină superioritatea tehnico-economică a betonului armat prefabricat faţă de cel monolit.

8.2. Clasificarea produselor prefabricate de beton şicerinţele generale faţă de acestea

ClasificareaLa baza clasificării produselor prefabricate de beton armat

stau următoarele criterii:felul armă turii; densitatea aparentă сa; felulul betonului; structura interioară; destinaţia.

După felul armăturii produsele pot fi precomprimate şi cuarmătură obişnuită. După densitatea aparentă a betoanelorfolosite, produsele prefabricate pot fi:

din betoane speciale cu са > 2500 kg/m3 (foarte grele); din betoane grele са = 2200 - 2500 kg/m3;din betoane uşurate са = 1800 - 2200 kg/m3; din betoane uşoare са= 500 - 1800 kg/m3; din betoane foarte uşoare са < 500 kg/m3;

După felul betoanelor şi al lianţilor întrebuinţaţi în beton, produsele prefabricate pot fi:

- din betoane de ciment - pe bază de ciment Portland şi de varietăţile acestuia;

114

1- din betoane silicate - pe bază de var sau de lianţimicşti;

2- din betoane celulare - pe bază de ciment Portland,var sau lianţi micşti;

2- din betoane speciale - rezistente la temperaturi înalte,rezistente la acţiunea agenţilor chimici, decorative, hidratice (foartegrele).

După structura interioară - produsele pot fi cu goluri saucompacte, fabricate din acelaşi fel de beton - într-un strat sau cudouă şi mai multe straturi, fabricate din mai multe feluri debetoane, etc.

După destinaţie - se împart în următoerele grupe principale: 1- pentru clădiri publice şi de locuit; 2- pentru clădiri industriale; 3- diverse construcţii pentru transport; 4- diverse construcţii hidrotehnice; 5- diverse construcţii agricole; 6- diverse construcţii de destinaţie generală.

Cerinţele generale faţă de produsele prefabricate de betonarmat: ele trebuie să corespundă standardelor de stat şi condiţiilortehnice.

8.3. Nomenclatura produselor de beton armatProdusele de beton armat pot fi următoarele:

prefabricate pentru fundaţii şi părţile subterane ale clădirilor; plăci de fundaţie, blocuri de fundaţie;produse prefabricate pentru carcasele clădirilor; panouri şi blocuri pentru pereţi.elementele planşeelor intermediare (dintre etaje) cu goluri

rotunde şi ovale.panourile de planşeu - sunt mai late şi afară de goluri şi

ovale mai pot fi şi cu nervuri;elemente pentru scări, care conţin podeţele scărilor şi

rampele de scări.Elementele spaţiale - cameră, bucătărie, blocuri-

apartamente , blocuri tehnico-sanitare etc.

115

8.4. Metode industriale de producere a elementelor debeton armat

Scheme tehnologice de fabricare. Procesul fabricăriielementelor de beton armat conţine patru operaţii principale:

prepararea amestecului de beton;pregătirea armăturii;modelarea;tratamentul umedo-termic.

Astă zi pot fi evidenţiate trei scheme principale de organizarea procesului tehnologic de fabricare a elementelor din beton atmat:

1.fabricarea elementelor în forme staţionare, plasabile stend şicasetă;

2.fabricarea elementelor în forme care se deplasează la fiecarepost tehnologic.

Aici se deosebesc:metoda conveier (maxim eşolanat);metoda agregatelor în flux, în care mai multe operaţii se

execută la un singur post;3. fabricarea elementelor prin metoda modelării continue în

vibrolaminator.În cazul metodei stend - produsele rămîn pe un singur loc - pe

stend - în cursul întregului circuit tehnologic de fabricare.În cazul metodei casetă modelarea şi întărirea produselor au

loc într-o formă verticală mobilă-casetă , care prezintă un şir desecţii formate de pereţii verticali din oţel sau din beton. Caseta esteamenajată cu mantale speciale pentru aburi, pentru încălzireaproduselor în procesul umido-termic.

3a. La fabricarea elementelor prin metoda flux, montareaarmaturii, turnarea amestecului de beton în formă şi îndesarea sefac la un singur post tehnologic, iar întărirea produselor are loc înaparate speciale termice - camere de aburire sau aparate autoclave.

3b. în cazul conveier fiecare operaţie se execută la posturispeciale, separate, care în ansamblu formează o linie circuită închisă -conveier. Pe conveierul pulsar se mişcă de la un post la altul

116

(peste 15 min.) vagonete - poduri de turnare, pe care seconfecţionează produsele. Întărirea are loc în camere cu acţiunecontinuă.

4.Modelarea continuă prin vibrolaminare se realizează înlaminatoare speciale.

Laminatorul - reprezintă o bandă metalică în continuămişcare, compusă din plăci spaţiale sau plane; primele asigurăobţinerea suprafeţei cu nervuri a panoului, iar celelate - a suprafeţeinetede.

La începutul laminarului, se aşeaz ă pe banda în mişcarecontinuă mai întîi armătura, apoi se toarnă amestecul de beton, carese îndeasă prin vibraţie şi, parţial, prin laminare. Produsul modelat,pe măsură mişcării benzii, nimereşte în zona tratării umido-termice şi după ce se abureşte timp de două ore este scos în staregata de pe bandă (25 m/oră).

8.5. Construcţii de ciment armat

Se folosesc la elementele portante şi de protecţie ale clădirilorşi construcţiilor inginereşti, la executarea rezervuarelor, înconstrucţiile navale etc.

În comparaţie cu cele din beton armat, aceste construcţii aupereţi mai subţiri (15 - 20 mm), impermeabilitatea mai mare, fisurile(crăpăturile) - mai dispersate şi deschiderea acestora - mai lentă.Neajunsuri - rezistenţa la foc relativ mică şi necesitatea protecţieianticorozive a suprafeţei betonului şi armăturii.

Construcţiile de ciment armat se execută în cofraje de oţel,beton unilaterale - prin injectarea amestecului de beton.

8.6. Transportarea şi păstrarea produselor de beton armat(P.D.B.A.)

P.D.B.A., expediate consumatorului, trebuie să corespundăabsolut tuturor cerinţelor impuse de condiţiile tehnice. Mărimearezistenţei de livrare a betonului nu trebuie să fie mai mică de 70%din marca betonului.

117

P.D.B.A. trebuie păstrate în depozite utilate special, sortatedupă categorii ş i tipodimensiuni şi stivuite îngrijit pe stinghii delemn. P.D.B.A. trebuie păstrate în aceeaşi poziţie, în care elesuportă încărc ătura în clă dire. P.D.B.A. se transport ă cuautocamioanele sau pe calea ferată, axele lor longitudinale fiindorientate în direcţia mişcării. P.D.B.A. trebuie descărcate pe şantierîn raza de acţiune a macaralelor de montare. Un mare avantaj areprocedeul montării prefabricatelor direct din mijloacele de transport(de pe vehicol).

Întrebări pentru repetare1.Care sunt avantajele elementelor prefabricate de beton

armat faţă de cele monolite?2.După ce criterii se clasifică prefabricatele de beton armat?3.De ce betonul se armează cu oţel şi ce procedee de armare

există?4.Cum se clasifică produsele de beton armat după destinaţie? 5.Care sunt metodele de fabricare ale elementelor de beton

armat?6.Ce reguli sunt stabilite pentru recepţionarea, transportarea

şi păstrarea produselor de beton armat?

118

TEMA 9

MATERIALE ŞI PRODUSE PIETROASEARTIFICIALE PE BAZĂ DE SUBSTANŢE

9.1. Materiale şi produse pietroase artificiale 9.2. Produse pe bază de var 9.3. Cărămidă de var- zgură şi var- cenuşă 9.4. Betoane şi prefabricate silico-calcare 9.5. Produse silico-calcare celulare 9.6. Produse pe bază de ipsos 9.7. Produse pe baă de azbociment

Scopul: a forma studenţilor cunoştinţe despre materialele şiprodusele pietroase artificiale

9.1. Materiale şi produse pietroase artificiale

Materialele şi produsele pietroase artificiale nearse se fabricădintr-un amestec de substanţe liante, apă ş i agregate turnate înforme şi prelucrate. Aceste materiale nu au nevoie de ardere. Înprocesul fabricării, ele capătă rezistenţă datorită întăririimaterialelor care intră în componenţ a lor. În calitate de agregate seîntrebuinţează nisip cuar ţos, zgură, cenuşă, rumeguş de lemn; încalitate de materiale de armare - azbest, cîlţ i de in, materialesintetice. Prefabricatele din aceste materiale se pot clasifica dupăfelul liantului pe bază de:

1- var-cărămidă, silico-calcare, calcar-zgură, calcar-cenuşă,produse de spumosilicat;

2- plăci-ipsos de panouri de ipsos, ipsobeton, plăci deplacare;

3- ciment portland-prefabricate de beton şi de betonarmat, plăci de asbociment şi plăci profilate pentru acoperiş, ţevide asbociment.

119

Materialele din var-nisip (var aerian şi nisip cuarţos) latemperatură obişnuită se întăresc încet şi au o rezistenţă redusă.Dacă însă amestecurile de var-nisip sau prefabricatele din ele sunttratate cu aburi, într-un mediu umed (100%, la temperatură înaltă -aburire, se obţine piatra artificială rezistentă. Tratarea termoumedăa produselor se face cu aburi sub presiune în autoclave.

9.2. Produse pe bază de var

Cărămida silico-calcară este o piatră artificială, preparatădintr-un amestec de lianţi (5-8%) şi nisip (92-95%) de presare şitratare ulterioară cu aburi în autoclave a produselor modelate.

Varul cu stingere rapidă (pвnă la 8 min). Varul trebuie să fiecurat, să nu conţină impurităţi, care încetinesc stingerea (bucăţi devar zgură arse excesiv ori nearse etc.)

În afară de var, în calitate de lianţi se utilizează amestecuri finmăcinate de var-nisip, var-zgură, var-cenuşă determoelectrocentrală şi ciment-nisip, care corespund cerinţelor dinstandardele respective.

Nisipul cuarţos se întrebuinţează nemăcinat sau într-unamestec de nisip nemăcinat în nisip măcinat fin cu conţinutul înaltde siliciu (cel puţin 70%). Nisipul nu trebuie să conţină impurităţide mină, incluziuni mari de argilă şi impurităţi organice, careprovoacă expandare şi reduc rezistenţa produsului. Conţinutulimpurităţilor sulfuroase trebuie limitat. Se admit cel puţin 10% deimpurităţi de argilă distribuite uniform.

Există două moduri de fabricare a cărămizii silico-calcare,care se deosebesc prin prepararea amestecului de var-nisip custingerea: a) în toba de stingere şi b) în silosuri.

a) La producerea cărămizii silico-calcare în toba de stingere -nisipul şi varul nestins fiind măcinat (varul în bulgări nestins,măcinat în mori cu bile) se încarcă la buncăre, situate deasupratobei stîngătorului.

Nisipul din buncăre dozat în volum, iar varul masă se toarnăperiodic în toba de stingere închisă ermetic. În tobă, materialele

120

uscate se amestecă timp de 3-5 min, apoi se introduce abur proaspătsub presiune 0,15 -0,2 Mpa şi varul se stinge. În acest timp toba seroteşte mereu. Stingerea varului durează pînă la 50 min.

b) La producerea cărămizii silico-calcare cu stingerea însilosuri, varul şi nisipul se umezeşte, iar apoi se toarnă în silosulstîngătorului.

Stingerea în silos decurge 7-12 ore, adică de 10-15 ori mai încetdecît în tobe. După stingerea în tobă sau silos masa de var şi nisip seîndreaptă într-un malaxor cu palete cu roţi pentru umezire şiamestecare suplimentară, după ce această masă este dusă la prese.

Modelarea cărămizii în prese mecanice are loc sub presiuneade 15-20 Mpa. Cărămida proaspăt modelată se încarcă în vagoneteşi se îndreaptă pentru întărire în autoclave.

Autoclava reprezintă un cilindru de oţel cu diametrul de 2-4mşi lungimea pînă la 20m, care se închide la capete cu capace. Îninterior, pe partea de jos a autoclavei, sunt prevăzute şine pentrudeplasarea vagonetelor cu produsele proaspăt modelate. Înautoclavă se introduce abur cu temperatura de 170-175 0 C subpresiunea de 8 atm. Sub acţiunea temperaturii înalte şi a umidităţii,se produce reacţia chimică între var şi bioxidul de siliciu în urmacăreia se formează hidro-silicaul de calciu.

Datorită acestei reacţii varul cimentează nisipul ş i seformează un material de piatră artificială, care atribuie cărămiziisilico-calcare o rezistenţă înalt ă. Silicul de pe suprafaţa granulelorde cuarţ interacţionează cu varul formînd hidrosilicat de calciu.

Ca(OH)2+SiO2=CaOSiO2•H2O

Hidrosilicaţii, cimentindu-se cu granulele de cuarţ, formeazăo substanţă pietroasă cu rezistenţă înalt ă, care continuă să creascăîn aer pe contul moleculelor de var, care n-au intrat în reacţie

Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O.

121

Dacă se măreşte presiunea şi temperatura în autoclavă, sescurtează timpul de întărire a cărămizii. La fabricarea cărămiziisilico-calcare se cheltuieş te de două ori mai puţin combustibil, detrei ori mai puţină energie electrică şi de 2 ori se simplifică lucrările manuale, iar costul ei (cărămizii silico- calcare) este cu 25-30% mai redus faţă de costul cărămizii obişnuite de argilă.

Cărămida silico-calcară (STAS 370-70) se fabrică de douăfeluri:

1. ordinară cu dimensiunile 250*120*66 mm şi 2. modelară cu dimensiunile 250*120*88 mm. Cărămida modulară se confecţionează cu goluri tehnologice:

masa ei în stare uscată 4,3 kg. Golurile tehnologice se dispun îndirecţia perpendiculară patului cărămizii. Mărimea golurilornestrăpunse nu se reglează. Se admit următoarele abateri aledimensiunii cărămizii în lungime +3mm şi grosime +2mm.

După limita de rezistenţă la compresiune (75-250/10 Pa)există cărămidă silico-calcară de şase mărci: 75, 100, 125, 200,250/10 Pa. Cărămida aleasă pentru placarea pereţilor trebuie săaibă marca cel puţin 125/10 Pa. Absorbţia de apă este 8-16%.

Rezistenţ a la îngheţ Rîng 15. Densitatea aparentă сa=1750-1900 kg/m3 în funcţie de componenţa granulometrică a nisipuluiutilizat şi de gradul de presare. Conductibilitatea termică 0,81-0,87Vt /(m k ) care aproape sunt egale cu a cărămizii de argilă. Aceastăcă rămidă nu se poate întrebuinţa la construcţiile cu mareumiditate, la zidirea sobelor, coşurilor de fum etc.

În ultimul timp în loc de cărămidă mică, care se aşeazămanual, se utilizează blocuri mari cu goluri şi panouri silico-calcare. În afară de aceasta se dezvoltă producţia panourilor pentruplanşee dintre etaje şi a diferitor prefabricate din amestecuri silico-calcare. Tehnologia lor este aceeaşi ca şi a cărămizii. Cărămidasilico-calcară se transportă la şantiere pe platformă de acelaşi felca şi cărămida de argilă. Între pachetele descărcate trebuieprevăzute interspaţii pentru circulaţie de 50-75cm.

122

9.3. Cărămida de var - zgură şi var - cenuşă

Cărămida de var-zgur ă se fabrică din amestec de var şizgură de furnal granulat ă. Varul constituie 3...12% din amestec,zgura constituie 88-97%.

Căr ămida de var-cenuşă se obţine din amestec de var 20-25% şi cenuşă 75-80%. Cenuşa ca şi varul este un material localieftin. În procesul arderii combustibilului în cazaneletermocentralelor, o parte din cenuşă, sub formă de praf, rămîne înfocar (cenuşă remanentă), iar particulele sunt duse de gaze înhornuri, unde se captează şi se reţin de către cuptoarele de cenuşă,iar apoi se transportă în afara sălii cazanelo - în halde de cenuşă(cenuşare). Cenuşa antrenată, fiind mai măruntă decît cearemanentă , nu trebuie măcinată. Majoritatea cenuşelor conţin ocantitate mică de oxid de calciu (pînă la 5%) şi în timpulamestecului cu apă nu se înt ăresc. Dacă însă li se adaugă var (sauciment Portland), ele încep să se întărească. Tratarea ulterioară cuaburi a amestecului în autoclav dă posibilitatea de a obţine produsecu rezistenţă suficientă. Densitatea lor aparentă сa= 1400-1600kg/m3, conductibilitatea termică 0,5-0,6 Vt /(m.k.). După limita derezistenţă la compresiune ele se împart în trei mărci 25, 50, 75 şieste mai mică decît a celor de silico-calcar. Din această că rămidăse pot executa pereţii clădirilor cu înălţimea pînă la 3 etaje.

9.4. Betoane şi prefabricate silico-calcare

Betonul silico-calcar este un beton fără ciment, care se obţineprin întărire în autoclave a unui amestec compact compus din 70-80% de nisip cuarţos, 8-15% de nisip măcinat şi 6-10 % var nestinsmacinat. Ca adaosuri, care pot mări rezistenţa mecanică la îngheţ,se întrebuinţează zgure de furnal, cenuşe fin măcinate şi altele.

Tehnologia de producţie a prefabricatelor în autoclave constădin următoarele operaţii:

4 amestecul fin măcinat din var-nisip se încarcă în malaxorulde beton şi se amestecă cu nisip măcinat şi apă;

123

5 din acest amestec se modelează prefabricate; 6 întărirea prefabricatelor se produce în autoclave la

temperatura aburului saturat pînă la 1800 C şi presiune pînă la 8atm şi mai mult.

7 Silicatul - este o varietate a betonului autoclav, numai căîn componenţa lui se întrebuinţează nisip, unde la o parte de nisipgranulele se macină în praf, iar altă parte se zgîrîe şi se formeazăsuprafeţe noi curate (feţe proaspete) permiţîndu-i nisipului să serealizeze mai activ în procesul fizico-chimic.

8 Produsele de silicalcit sunt mai tari şi mai rezistente laapă. Prefabricatele din aceste betoane nu rezistă la umezeală şi potfi întrebuinţate la construcţie cu tehnologie "uscată".

9.5. Produse silico-calcare celulare

În momentul de fa ţă sunt cunoscute două feluri de produsesilico-calcare: gazosilicat şi spumosilicat.

Prin introducerea şi amestecarea în masele plastice de var-nisip a unei spume special preparate se obţine piatră artificială, carese numeşte spumosilicată, iar prin introducerea şi amestecarea într-o asemenea masă a unei substanţe gazogene (pudură de aluminiu),uneori cu adausuri de 60-80 kg de ciment la 1m3 de prefabricare, seobţine piatra artificială, care se numeşte gazosilicat. Procesul deobţinere a produselor silico-calcare celulare conţine următoareleoperaţii:

Prepararea liantului din var-nisip prin măcinareaîmpreună a varului şi a unei părţi de nisip.

Prepararea masei de gazobeton sau spumobeton.Modelarea prefabricatului.

Produsele silico-calcare celulare se confecţionează în felulurmător:

Mai întîi se prepară amestecul de var-nisip, care se compunedin 15-20% var şi nisip măcinat, uneori cu adaos de nisipnemăcinat.

124

Apoi, în amestecul de var-nisip se adaugă substanţ elegeneratoare de spumă ori gaz, clei de calofoniu, obţinut din clei deoase sau de piele, colofoniu, hidroxid de sodiu şi apă, săpun vegetaldin rădăcini şi apă, precum şi generatorul de spumă.

Masa proaspătă se toarnă în forme, care au profilul şidimensiunile viitorului prefabricat.

Tiparele, care se păstrează în prealabil timp de 2-4 ore, setransportă cu vagonetele în autoclavă, unde se tratează cu aburi.

Produsele silico-calcare celulare au densitate aparentă 300-1200 kg/m3 şi rezistenţă la compresie 1,5-15.0 Mpa şi mai mult.

Gazo-şi spumosilicatul celular cu densitatea aparentă de 350-500 kg/m3 se numeşte termoizolant, iar mai sus de 500 kg/m3 -constructiv.

Din amestecuri silico-calcare celulare termoizolante se fabricădiferite elemente de construcţie pentru izolarea termică a pereţilor,pardoselelor, învelişurilor şi pentru executarea pereţilor interiori şiexteriori ai diferitor clădiri.

9.6. Produse pe bază de ipsos

Atunci cînd ipsosul se amestecă numai cu apă, seconfecţionează prefabricate din ipsos, iar cînd se amestecă ipsosulcu apă cu agregate, se confecţionează beton de ipsos.

Din beton de ipsos se fabrică panouri pentru pereţiidispărţitori. Tehnologia modernă conţine următoarele operaţii:

9 prepararea amestecului; 10 executarea carcaselor din şipci; 11 laminarea şi uscarea prefabricatelor. Există şi metoda de fabricare în casete, care are indicii mai

scăzuţi faţă de cei ai metodei laminare. Rezistenţa la apă şi alţi indicise pot regla prin adaosuri plastificante speciale. Grosimea panourilor 8-12cm, limita de rezistenţă mecanică 3,5 Mpa, densitatea aparentă

1250-1700 kg/m3 sunt suficiente pentru izolarea fonică şi mecanică apereţilor despărţitori. Umiditatea aerului încăperilor trebuie să nudepăşească 60%; conductibilitatea termică

125

e redusă; cuiele bătute în panou se ţin bine. Foile de ipsos pentrucăptuşeeală sau tencueală uscată de ipsos sunt un material definisare (în foi) fabricat din ipsos de construcţii înarmat cu fibrevegetale şi acoperit de ambele părţi cu carton.

9.7. Produse de azbociment

Ca materiale iniţiale pentru fabicarea produselor dinazbociment servesc azbestul, cimentul Portland şi apa. Azbestul esteun material fibros fin, cu proprietatea de a se desface (după olucrare corespunzătoare) în fire flexibile şi subţiri pînă la 0,5 mk.

Procesul tehnologic constă din următoarele etape:12 desfacerea azbestului îmbogăţit; 13 prepararea masei de azbociment; 14 formarea produselor din masă azbociment; 15 întărirea produselor formate; 16 prelucrarea mecanică a produselor. Proprietăţile azbestului sunt următoarele: 17 rezistenţă le foc; 18 rezistenţă la putrezire şi îngheţ; 19 permiabilitate mică la apă; 20 rezistenţă mecanică înaltă şi durabilă. Din azbociment se fabrică: învelitori - plăci plane presate, foi

profilate şi plane:21 conducte de apă şi tuburi de canalizare şi mufte pentru ele; 22 coşuri de ventilaţie etc. Plăcile plane presate pentru învelitori se clasifică după

destinaţ ia lor în ordinare (400/400 mm), marginale (400/333 mm)şi de friză (400/200 mm), grosimea lor e de 4 mm.

Foile profilate pentru învelitori pot fi ondulate (cu profilobişnuit şi consolidat) şi semiondulate necolorate şi colorate. Foileondulate cu profil obiş nuit au lungimea de 1200 mm, lăţimea de700 mm şi grosimea pînă la 5,5 mm, iar cele cu profil consolidat aulungimea 1750 mm şi 2800 mm, lăţimea aproximativă de 994 mm,

126

grosimea de 8 mm. Foile semiondulate au grosime de 6-7 mm,lungime de 2500 sau 1250 mm şi lăţimea de 1535 mm.

Plăcile plane de placare se produc de 3 mărci: NP- nepresate; P - presate şi PF - presate-finisate.Plăcile nepresate au lăţimea de la 600 pînă la 1200 mm,

lăţimea de 300-800 mm, grosimea 6-10 mm.Plăcile presate au lungimea de 600-1600 mm, lăţimea de 300-

1200 mm, grosimea de 4-10 mm.Absorbţia de apă a plăcilor nepresate nu trebuie să fie mai

mare de 25 %, iar a celor presate - 18 % (după masă). Rezistenţa laîngheţ-dezgheţ - nu mai mică de M îng.25.

Plăcile plane de azbociment servesc pentru placarea pereţilordespărţitori şi tavanelor diferitor clădiri. Toate produsele deazbociment se păstrează în clă diri închise sau sub ş oproane. Setransport ă în stare orizontală în stive, fixate în aş a fel ca să nu selovească una de alta. Încărcatul şi descărcatul - manual - cîte obucată,iar cel mecanizat în stive, să nu fie lovite.

Panourile de azbociment reprezint ă o construcţie dedimensiuni mari, compusă din două plăci de azbociment, între carese află un strat temoizolator (pîslă minerală). Panourile auînălţimea de 2700mm, lăţimea de 3200mm şi grosimea de 100-120mm (depinde de materialul termoizolant). Ele se întrebuinţeazăpentru executarea pereţilor exteriori (şi interiori) ai clădirilor delocuit şi administrative.

127

Întrebări pentru repetare

1.Cum se clasifică materialele pietroase artificiale pe bază de lianţi?

2.Ce este cărămida silico-calcară şi cum se obţine ea? 3.Care sunt calităţile ş i neajunsurile cărămizii silico-calcare? 4.Ce feluri de produse silico-calcare cunoaşteţi?5.Ce produse se obţin din ipsos şi unde se întrebuinţează ele?

6.Numiţi materialele iniţiale pentru fabricarea produselor de azbociment.

7.Numiţi etapele procesului tehnologic de fabricare a produselor de azbociment.

8.Ce produse de azbociment cunoaşteţi?

128

Tema 10

LEMNUL ŞI PRODUSELE DIN LEMN

10.1 Cunoştinţe generale10.2. Speciile lemnoase locale folosite în construcţie 10.3. Structura lemnului 10.4. Proprietăţile fizice ale lemnului 10.5. Produsele din lemn folosite în construcţie

10.1. Cunoştinţe generale

Datorită marii răspîndiri a lemnului în natură, precum ş i aposibilităţii de a fi uşor dobîndit şi prelucrat, lemnul este folosit pela larg la tot felul de constucţii. De exemplu, el este folosit laobiecte din lemn (case din lemn, poduri, garduri, depozite etc.).Lemnul este folosit pe larg la construirea tuturor clădirilor unde seîntrebuinţează în calitate de prefabricate - uşi, ferestre, căpriori laacoperişuri, scînduri pentru podele etc.Lemnul ca material deconstrucţie are următoarele avantaje : se poate obţine în piese lungişi destul de groase, cu o anumită limită de rezistenţă; seprelucrează uşor cu mecanizme- unelte cît şi cu mecanizme demînă; are o densitate redusă 800kg/ m3; se asamblează uşor prinîmbinări, prin prindere cu scoabe, cuie, buloane sau prin încleiere.

Lemnul are însă şi diferite neajunsuri prin faptul că seaprinde şi arde uşor, este puţin rezistent la acţiunea agenţilorexterni, uşor putrezeşte, fiind atacat de insecte ; are o rezistenţămecanică mică.

La construcţie se folosesc de cele mai multe ori răşinoasele –bradul şi molidul au trunchi lung, drept şi gros; uşor seprelucrează. Se folosesc ş i foioasele: stejarul, fagul, teiul etc. Înconstrucţii materialul se foloseşte brut – material rotund sauprelucrat – cioplitură sau cherestea.

Prin lemnul rotund se înţelege materialul lemnos brut,

129

cu secţiune rotundă, cojit sau necojit, curăţit de crengi şi de cioturi.

Prin cioplitură se în ţelege orice piesă cu muchiile ascuţite sau teşite, prelucrate din lemn rotund prin cioplire cu barda.

Prin cherestea (materialul fasonat sau ecarisat) se înţelegematerialul lemnos parvenit din lemnul brut, tăiat în direcţielogitudinală şi avînd cel puţin două feţe plane şi paralele.

10.2 Speciile lemnoase locale folosite în construcţie

Cele mai principale specii de lemn care cresc şi sunt folositeca materiale de construcţie sunt următoarele: dintre răşinoase:pinul, bradul şi molidul, iar dintre foioase – stejarul,fagul, teiul,mesteacănul alb, plopul etc.

Pinul - înălţimea 1,5 – 50 m, uneori -75m.Se întrebuinţeazăca material de construcţie şi de finisaj.

Bradul - are lemnul de culoare galben – deschisă pînă laroşcată, cu inele anuale foarte vizibile (pronunţate); este elastic şise despică foarte bine. Spre deosebire de celelalte răşinoase, bradulnu conţine răşină în lemn, ci numai în coajă şi din această cauză înaer liber fiind supus variaţiilor mari de umiditate se alterează(putrezeşte) destul de repede. Ca durabilitate bradul stă în urmacelorlalte răşinoase şi trebue folosit în medii uscate. El seîntrebuinţează pentru duşumele, astereală, grinzi de acoperit,poduri, schele, cofraje etc.

Molidul – este cea mai răspîndită şi, totodată, cea maivaloroasă specie de răşinoase. Este mai deschis la culoare decîtbradul, are structură mai fină şi mai omogenă, se despică uşor şise prelucează bine (în atelier şi pe şantier) dînd suprafeţe netede şi

130

mătăsoase. Are r ăşină de lemn şi este mai durabil decît bradul,mai ales dacă nu este supus alternativ la umezeală şi uscare.

Stejarul are lemnul are culoare galben- închisă, aproapeuniformă, dar cu trecerea timpului se închide. Lemnul de stejar estegreu, dens, foarte trainic. În aer liber.se foloseşte ca lemn decherestea: grinzi, piloni de poduri, stîlpi de telecomunicaţii etc.

Tufanul nu putrezeşte sub apă, ci dinpotrivă se întăreşte cutimpul şi din această cauză, se folose şte la lucrări hidrotehnice şiîn general la construcţii de lemn expuse umidităţii.

Fagul este specia forestieră, culoarea lemnului este alb –gălbuie, bătînd în roz. Lemnul fiind tare, este puţin trainic,putrezeşte uşor în aer liber. Se folosrşte în special pentru fabricareafurniturii,placajelor.

Teiul are o culoare aproape albă şi o structură aproapeuniformă; marginile inelelor anuale şi razele medulare abia sedisting. Lemnul are fibre groase, este uşor şi moale. Se foloseştemai ales la fabricarea furniturii de bază şi panourilor.

10.3 Structura lemnului

Structura lemnului poate fi studiată examinînd sec ţiuneafăcută prin trunchiul unui arbore după trei direcţii principale (fig.10.1) şi anume: transversală, radială şi tangenţială.

1 - secţiunea transversală din tăierea executată perpendicular peaxa longitudinială a trunchilui;

2 - secţiunea radială din tăierea longitudinală prin trunchi şianume prin axa lui;

3 - secţiunea tangenţialătot dintr-o tăiere lonjitudinială, însăperpendicular pe rază, recpectiv perpendicular pe una dintresecţiunile radiane.

131

După modul de debitare (t ăiere) a buşteanului, feţ ele scîndurilorpot fi sau secţiuni radiale, sau secţiuni tangenţiale, pe cînd capetelesunt totdeauna secţiuni transversale.

Fig. 10.1. Secţiuni principale prin buştean.

Lemnul este o grupare de celule care împreună sau diferenţiat înceea ce priveşte forma şi funcţiunea, dau naştere la un numărrestrîns de elemente anatomice.

Vasele sunt formate din ş iruri lungi de celule, aşezate cap lacap, prin care circulă substanţele nutritive.

Fibrele sunt celule moarte, foarte alungite, subţiri, strînslegate între ele în formă de spori, astfel încît constitue armatura desusţinere şi de rezistenţă a arborelui. Fibrele pot reprezenta 60 – 70% din masa lemnnoasă.

Ţesutul lemons . Paremchimul este un ţesut format dincelule vii care serveşte la depozitarea substanţelor nutritive.

Gruparea acestor elemente anatomice determină structuralemnului.

. Dacă se examinează o secţiune transversală făcută printrunchiul unui arbore, se vede că acesta este format, de la exteriorspre centru , din trei zone concentrice principale, avînd aspectdiferit: scoarţa, cambiul şi lemnul (partea lemnoasă) (fig 10.2).

Scoarţa sau coaja formează învelişul apărător al arborelui.

132

Creşterea arborilor în grosime se datoreşte multiplică riicelulelor unui ţesut generator numit cambiu, aflat între scoarţă şilemn. În fiecare an, cambiul dă naştere unui singur inelar de lemn,care se adaugă spre exerior la strcturi inelare mai vechi.

Lemnul,sau partea lemnoasă, este format dintr-un ţesutcelular rezistent, de structură complexă, repartizat în zone circulareconcentrice, care apar în secţiune transversală sub formă de ineleanuale, iar în secţiune longitudinală, ca fîşii mai mult sau mai puţindrepe şi paralele cu axa.

Din descrierea de mai sus se vede că lemnul nu are ostructură omogenă, la fel în toate direcţiile, ci o structură celularăşi fibroasă, organizată în mod diferit pe anumite direcţii, carecorespud axei, razelor şi conturului circular al trunchiului lemnos.Din cauza acestei structuri, proprietăţile lemnului diferă şi ele, îngeneal, după aceleaşi direcţii.

Fig.10.2 Secţiune trasversală prin truchiul unui arbore.

133

10.4. Proprietăţile lemnului

Cele mai principale proprietăţi ale lemnului, ca material deconstrucţie, sunt următoarele.

Datorită sructurii sale celulare, lemnul este un materialporos. Prin porozitatea lemnului se înţelege volumul porilor,exprimat în procente în raport cu volumul total al lemnuluiconsiderat în stare absolut uscată. Porozitatea lemnului sedetermină obişnuit.

După dobîndire, lemnul începe să se usuce, prin evaporareaapei pe care o conţine. Lemnul păstrat în aer liber se considerăuscat atunci cînd umiditatea lui a scăzut la aproximativ 15-18%, iarpăstrat în încăperi închise şi încălzite, se consideră uscat atuncicînd umiditatea este de aproximativ 7-10%.

Practica a stabilit următoarele procente maxime de umiditateindustrială: 8-10% pentru lemnul de mobilier şi de căptuş eliinterioare la ziduri şi 12% pentru lemnul din care se execută uşi şicercevele.

În mediul umed se dezvoltă bine ciupercile şi putregaiul careatacă şi distrug substanţa lemnoasă.Pentru a feri lemnul de oriceatac el trebuie folosit şi menţinut bine uscat.Variaţia conţinutului deapă atrag după sine variaţia volumului şi dă naştere “jocului”lemnului, ducînd asfel la deformare – poate slăbi rezistenţa îmbinărilor-uşilor, ferestrelor, fermelor de acoperire etc. Cu cît lemnul estemai uscat cu atît el este mai rezistent la solicitări mecanice.

Prin uscare lemnul îşi micşorează volumul. Aceastămicşorare a volumului se numeşte contragere, care are următoarelevalori medii: circa 0,1% în sensul fibrelor (longitudinii arborelui),3-6% pe direcţia radială şi 6-2% pe direcţia tangenţială.

La o scîndură tăiată tangenţial în raport de inelele anuale, faţadinspre inimă se contrage mai puţin decît cea opusă şi din ceastăcauză , prin uscare, scîndura capătă o curbă cu convexitate spreinimă (fig.10.3,a). Acest fel de scînduri pot fi folosite în bunecondiţii pentru confecţionarea plintelor şi a ramelor nu prea late.

La o scîndură tăiată radial, deformaţiile se produc numai pecanturi şi în măsură neînsemnată; scîndura rămîne plană şi estebună pentru confecţionarea tăblilor (fig.10.3,b ).

134

Contragerea este o proprietate negativă a lemnului, ea fiindcauza principală a crăpăturilor şi deformaţiilor pieselor de cherestea.

Umflarea lemnului este fenomenul invers contragerii şiconstă în mărirea volumului acestuia prin absorbţia de apă. Ca şicontragerea, umflarea se produce neuniform pe cele trei direcţ iiprincipale şi în aceleaş i propor ţii ca şi contragerea. Umflarea esteo proprietate negativă la piesele de lemn, deoarece, pe lîngă variaţiadimensiunilor, mai provoacă şi micşorarea rezistenţ elor mecanice.Umflarea are un efect favorabil, de exemplu, la etanşareajgheaburilor de lemn pentru scurgera apei.

Higroscopicitatea lemnului. Lemnul fiind higroscopic, areproprietatea de a absorbi vaporii de apă din atmosferă, echilibrîndu-şiumiditatea interioară în raport cu cea a atmosferei înconjurătoare.

.Unei anumite st ări de temperatură şi de umiditate aatmosferii îi corespunde o anumită umiditate a lemnului, care senumeşte umiditate de echilibru a lemnului.

Deoarece umiditatea aerului este schimbătoare,higroscopicitatea duce fie la contragere, fie la umflarea lemnului,după cum atmosfera este uscată sau saturată cu vapori; aceastaconstituie “jocul” lemnului. Jocul lemnului este o proprietatenegativă a acestuia pe care tehnica tinde pe cît e posibil s-o înlăture.

Fig. 10.3.Deformarea scîndurilor debitate din buştean. a)- tangenţială; b)- radială.

135

10.5. Materiale şi piese din lemn

Tăierea lemnului în pădure, penru al transforma în materialde construc ţie, se execută atunci cînd arborii au atins vîrsta de 80-100 de ani. După ce au fost tăiaţi şi doborîţi la pămînt, arborii securăţă pe loc de crengi şi se păstrează în buşteni de diferitedimensiuni, care se cojesc imediat; numai unele specii se pot lăsanecojite un anumit timp, pentru a evita crăpăturile care s-ar puteaproduce în urma unei uscări prea bruşte. După retezarea lemnuluicatarg în dependinţă de diametrul buşteanului la vîrf se deosebesc:

buşteni cu grosime la vîrf mai mare de 120mm; buşteni, butuci cu grosime maximum de de 200mm;scurturi, butuci;lemn rotund, cu grosime de la 8 pînă la 11cm.; prăjini cu grosime 3-7cm.

După însemnătate lemnul rotund (cu grosime mai mare de 12cm) seîmparte în lemn rotund şi se produce din pini, foioase, cedru şicîteodată din brad şi stejar. El este întrebuinţat pentru construcţiiportante: piloni, piloţi, stîlpi pentru linii aeriene, pentru poduri, obiectehidotehnice avînd lungimea 3-6,5m cu scara peste 0,5m. În dependenţăde calitate şi defecte, lemnul se împarte în patru calităţi. În construcţiise întrebuiţează lemnul de calitatea a doua şi a treia.

La orice piesă de cherestea, suprafeţele longitudinale suntcele mai late; faţa dinspre axa buşteanului se numeş te faţa interioară,iar cea opusă – faţa exterioară; scîndurile au două feţe,iargrinzile, la care feţele au aproximativ aceeaşi lăţime, sunt socotitecă au patru feţe;

-canturile, sunt suprafeţe înguste din lungul scîndurilor; -capetele, sunt cele două suprafeţe dispuse transversal pe

lungimea piesei;- muchiile sunt ceea ce rezultă din intersecţia feţelor cu

canturile şi cu capetele, precum şi a canturilor cu capetele.

136

Lemnul de cherestea se confecţionează prin debitareabuştenilor în longitudine cu ajutorul maşinilor- unelte, care pot fi:ferăstraie circulare şi ferăstraie-panglică.

Prin debitare buştenii sunt transformaţi în jumăt ăţi, sferturi,grinzi, dulapuri, scînduri, lătunoaie, rigle şi ş ipci, care la un loc ,poartă numele de cherestea sau lemnărie ecarisată, conformurmătoarelor operaţii.

1. Jumătăţile se confecţionează prin debitarea buşteanuluiîn două părţi egale, tăietura se face pe diametru şi axă.

2. Sferturile se confecţionează prin debitarea buşteanului însferturi în lungime.

3.Grinzele sunt piese de cherestea cu feţele şi canturile planeşi paralele între ele, avînd grosimea şi lăţimea de cel puţin 100mmşi lungimea egală sau mai mare decît grosimea.

4.Dulapurile sunt piese de cherestea cu grosimea mai marede 40mm, însă cel mult 100mm, cu lăţimea nu mai mare decîtdublul grosimii.

5.Scîndurile sunt piese de cherestea cu grosimea pînă la100mm şi lăţimea mai mult decît dublul grosimii.

După caracterul prelucrării, materialele de cherestea seîmpart în tivite şi netivite. Scîndurile şi dulapii după felul cumsunt prelucrate pot fi:

- tivite în cazlul cînd au marginile longitudinale tăiate dreptcu ferestrăul, astfel încît să formeze canturi perpendiculare pe feţe,pe cel puţin jumătate din lugimea lor;

- tivite curat, în cazul cînd tivirea se obţine fără teşituri şicu muchii drepte şi paralele pe toată lungimea;

- semitivite, în cazul cînd au numai una dintre marginilelongitudinale tăiată drept şi numai unul dintre canturi perpendicularpe feţe;

- netivite, în cazul cînd au canturile teşite pe o lungime maimare decît jumătate din lugimea lor.

6. Lătunoaiele reprezintă piese de cherestea tăiată înlongitudine din partea exterioară a buşteanului cu o faţă (dreaptă)netedă iar alta netivită. Lătunoi este prima scîndură tăiată în lungul

137

unui trunchi (buştean) de copac şi care are numai o plată (faţă) ,cealaltă fiind rotunjită.

După gradul de prelucrare lemnul de cherestea poate figeluit şi ne geluit (rindeluit). Cînd grosimea e pînă la 32 mm senumeşte subţire, iar cînd grosimea e mai mare – se numeşte gros.

Cheresteaua de răşinoase se produce de la 1 pînă la 6,5 mlungime cu scara de 0,25 m. Scîndurile şi dulapii se sortează încinci clase de calitate 1,2,3 şi al 4-lea.

Grinzile n-au sort selecţionat. În construcţii seîntrebuinţează toate sorturile, iar în tîmplărie 1-ul şi al 2-lea sort.Lăţimea cherestelei depinde de grosime şi poate fi maximal: lascînduri – 250 mm, dulapi - 200 mm, grinzi- 250 mm.

Pavele din lemn. La pavarea atelierelor şi altor încăperi seîntrebuinţază pavele din lemn (cu fibrele verticale).

Duşumele cu lambă şi uluc. Pentru pardositul camerelor delocuit se folosesc duş umele cu lambă şi uluc, fabricate din scîndurirăşinoase. Scîndurile şi dulapii pentru pardosele se fabrică cucanturi profile (lambă şi uluc) în vederea îmbinării, care se prind încuie pe duşumea oarbă sau pe grinzişoare Pervazurile se executăcu grosime şi lăţime egale , sau neegale, vînd profil diferit şiservesc pentru unirea la colţi dintre pardosele şi pereţi.

Chenar (ancadrament) de uşă, de fereastră pentru(finisarea) ancadrarea uşilor şi ferestrelor, pentru a închide rosturileşi crăpăturile dintre uşă şi perete.

Parchetele sunt lamele prevăzute cu lambă şi uluc deformă paralelipipedică care, aşezate după anumite modele, servescla pardositul locuinţelor.

Produse industriale din lemn. Panouri din lamele pentrupardosele (parchet lamelar). Acest parchet este constituit din lameleneprofilate pe canturri şi la capete, asamblate în panouri prin lipirecu clei pe hîrtie.

Placajele de lemn sunt panouri alcătuite prin încleiereaunor foi subţiri de furnir, aşezate cu fibrele încrucişate.

138

Tema 11

MATERIALE PENTRU COLORĂRI

11.1. Generalităţi 11.2. Clasificarea lucrărilor de colorare 11.3. Elementele compoziţiei de vopsit 11.4. Lianţi 11.5. Pigmenţi 11.6. Solvenţi 11.7. Chituri 11.8. Vopsele

Scopul lecţiei: însuşirea de către studenţi a materialelor pentrucolorări.

11.1. GeneralităţiPentru a apăra construcţiile de acţiunea mediului ambiant

suprafa ţa lor se acoperă cu un strat subţire protector.Aplicareaacestui strat se face prin zugrăvire sau vopsire (manual saumecanizat)

Prin vopsire se obţine o peliculă subţire aderentă, elastică,care poate fi şi colorată, netedă hidro -, acido – rezistentă şirezistentă la uzură etc.Ea se întăreşte pe suprafaţa materialului,datorită contactului ei cu aerul, printr-un dublu proces de naturăfizică şi chimică: procesul fizic – evaporarea apei şi a unor părţi decompoziţie; chimică – prin oxidare sau carbonizare.

11.2. Clasificarea lucrărilor de colorareÎn construcţii lucrările de colorate se împart în două clase mari:zugrăveli şi vopsitorii.

Zugrăvelile sunt efectuate din compoziţii cu apă. Vopsitoriile sunt efectuate cu orice alte compoziţii în afară

de apă.După lianţii folosiţi, zugrăvelile se impart în:

139

-zugrăveli cu lianţi anorganici:1) cu sticlă solubilă, cu var şi adaos de ciment; se aplică la interiorşi exterior. 2) zugrăvelile cu lianţi organici: zugrăveli cu clei de provenienţăanimală – numai la interior; cele cu clei de cazeină sau vegetal seîntrebuinţeaă şi la faţade.

Vopsitoriile după materialul pelicogen pot fi : vopsitorii cuulei, lăcuiri, emailări, ceruiri şi băiţuiri.

Uleiurile pot fi: vegetale, naturale sau înlocuitorii lor sintetici şiemulsii.

11.3. Elementele compoziţiei de vopsit

Lăcuirile se execută cu compoziţii care au ca lianţi diferiterăşini naturale sau sintetice dizolvate în solvenţi volatili(lacuri). Peliculele sunt incolore sau uşor colorate, transparente,lucioase şi dure.Emailările se execută cu compoziţii de lacuri în care se adaogăpigmenţi formînd emailuri.

Ceruirile se execută cu compoziţii în care liantul este cearanaturală de albini, iar solventul este terebentina, uait-spiritul saubenzina.

Băiţ uirile se execută cu materii colorate vegetale, solubile înapă sau în alcool (baiţuri) . Ele se întrebuinţează numai pe lemn, pecare îl colorează, fără să-i acopere textura, deoarece sunttransparente.

11.4. Lianţi. Clasificarea

Lianţii pot fi de provenien ţă organică sau anorganică. Ceiorganici sunt extaş i din sucuri de copaci şi seminţe, din cereale,animale etc.,iar cei anorganici – naturali sau sintetici.

În construcţii se folosesc:lianţi de apă organici ş i anorganici care sunt înmuiaţi şi diluaţi cu apă pentru a putea fi folosiţi;

140

uleiuri- lichide grase extrase din seminţe de plante sau înlocuitorii lor sintetici –pentru vopsiri cu ulei.răşini (polimeri) care sunt substanţ e cu compoziţie chimicăcomplexă , de provenienţă naturală şi sintetică – în vopsele depolimeri, lăcuiri, emailări;cauciucurile – în vopsele de cauciuc; bitumuri naturale sau din distilarea ţiţeiurilor;ceara naturală – la băiţuiri, coloranţ i de proveninţă naturală; derivaţi celulozici – diferiţi compuşi ai celulozei.

11.4.1. Lianţi de apă organici (cleiuri animale)

Sunt extraşi din oase, din răzături din piele, din lapte etc. Cleiul din oase se extrage din oase degresate, tratate în autoclave cu abur şi cu apă.Produsul în formă de plăci.Cleiul de piele se extrage din răzături de piei crude, care se fierb în apă , apoi se usucă şi se macină sau se toarnă în plăci. Cazeina se fabrică din lapte de vacă smîntînit care se îngheaţă şi se prelucrează. Produsul- în formă de granule uscate compacte sau poroase.Gelatina se produce tot din răzături de piele,prin tratare cu apă

la anumite temperaturi. Produsul se livrează măcinat sau în plăci.

Dextrina se fabrică din cartofi sau din cereale (porumb, grîu) sub formă de pubere fină alb – gălbuie în saci de hîrtie.

Amidonul – tot ca şi Dextrina mai fin măcinat

11.4.2. Lianţi de apă anorganici

Varul. Laptele de var întins pe pereţi, avînd grosime mică, în contact cu bioxidul de carbon din aer se carbonizează uşor.

Sticla solubilă se foloseşte ca liant.Uleiurie – pot fi naturale şi seminaturale (oxoli).

141

11.5. Pigmenţi

Pigmenţ ii sunt prafuri fin măcinate de diferite culori şi deurmătoarele feluri: minerali – naturali şi artificiali ; coloranţiorganici depuşi pe suport mineral.

Pigmenţii naturali: ocrul, creta şi caolinul. Ocrurile suntargile feruginale de culoare galbenă.

Ca pigmenţi minerali naturali artificiali se folosesc mai alessărurile insolubile:pentru alb: sulfura de zinc (SZn) şi litoponul (amestec desulfură de zinc şi sulfat de bariu);pentru negru: negru de fum şi negru de metan;pentru cenuşiu: amestecuri de pigmenţi albi şi negru de metan; pentru roşu: miniu de plumb (Pb3O4) sau trioxid de fier (FeO3);pentru albastru şi verde: ultramarinele;pentru galben: sulfură de cadmiu (CdS) sau cromat de plumb

(PlCrO4).Ca pigmenţi cu coloranţi se folosesc pulberi minerale

albe - creta, caolinul, ghipsul, colorate superficial cu coloranţIorganici. Ei au o stabilitate foarte scăzută.

11.6. Solvenţi şi diluanţiSolvenţii şi diluanţii servesc la pregătirea vopselelor de

polimeri şi cauciuc, lacurilor, emailurilor. Au capacitatea de adizolva polimerii, cauciucul şi uleiul. Au în conţinut aceton,schipidar, benzol, gaz de lac, uait-spirit, solvent – nafte ,dizolvantul combinat R-4.

11.7. ChituriChiturile sunt substanţe care servesc la finisarea pieselor de

lemn, astuparea cr ăpăturilor şi netezirea suprafeţelor înainteaaplicătii peliculei de lac sau de vopsea .

142

Chitul este un material cu aspect de pastă , din pulbere finămăcinată (cretă,var, ghips etc.) şi lianţi de ulei, clei etc, folosităpentru îndreptarea unei suprafeţ e ce se supune finisării (vopsirii,polizării). Procesul de aplicare a chitului pe o suprafaţă se numeştechituire.

11.8. VopseleVopselele propriu zise sunt suspensii omogene de pigmenţi

în substanţe pelicogene (liante). Pot conţine materiale de umplutură,substanţe de maticare, plastifianţi, coloranţi şi alte suplimente. Calianţi pentru vopsele servesc uleiurile, lacurile, dispersiile apoase alepolimerilor, soluţiile apoase ale polimerilor organici, sticla solubilăetc.

La aplicarea pe o sprafaţă a unui strat subţire de vopseaaceasta formează pelicole de acoperire rezistente şi netrasparente,ce conferă suprafeţei un aspect frumos şi o protejază de acţiuneadăunătoare a mediului.

143

TEMA 12

MATERIALE TERMOIZOLANTE

12.1. Generalităţi 12.2. Clasificarea materialelor termoizolante 12.3. Structura şi însuşirile materialelor termoizolante 12.4. Folosirea materialelor termoizolante 12.5. Produse termoizolante minerale

12.1.Generalităţi

Pentru asigurarea durabilităţii şi confortului clădirilor şiinstala ţiilor termice se efectuează lucrări de izola ţie. După scopulpentru care servesc, izolaţiile pot fi: termice, acustice, hidrofugeetc.

Izolaţiile termice servesc pentru protecţia clădirilor,instalaţiilor termice industriale, camerelor refrigerente, conductelorşi altor obiecte contra schimbului de căldură nedorit între acestea şimediul ambiant.

Izolaţiile termice se realizează prin efectuarea unor îngrădirispeciale de protec ţie în formă de straturi izolatoare, învelişuri etc.din materiale termoizolante.

Materialele termoizolante au conductibilitate termică nu maimare de 0,18Wt/(m 0С) şi densitate mică (nu mai mare de 600kg/m3 ).

Folosirea materialelor termoizolante în construcţ ii dăposibilitate să se fac ă economie de c ărămidă de 2-2,5 ori, ciment,var etc. să se uşureze de 3 ori masa construcţiilor şi cheltuielele latransportul materialelor.

Din materiale termoizolante se pot confecţiona panouriuşoare, prefabricate pentru clădiri industriale şi agricole, pelarg se folosesc la izolarea aparatelor termice, unde la fiecare

144

tonă de material termoizolant se poate economisi pînă la 200 tonede combustibil convenţional.

La izolarea camerelor frigorifice, un moment esenţial estecostul producerii unei unităţi de frig, care-i de 20 ori mai mare decîta unei unităţi de căldură.

12.2. Clasificarea materialelor termoizolante

Materialele termoizolantee se clasifică:După natura materiei prime de bază se împart în: materialele

termoizolante organice (placi de fibre de lemn şi de turbă, fibrolit,materiale plastice poroase şi materiale termoizolante minerale (vataminerală, sticla spongioasă, beton uşor etc.).

Se mai produc şi materiale combinate (mixte), compuse dinmaterie primă organică şi minerală (fibrolitul, arbolit, fibreminerale cu lianţi organici.

După înfăţişare şi form ă, materialele termoizolante se împartîn: friabile, în rulouri şi bucăţi.

Materialele friabile se împart în pulverulente, granulare,fibroase (poroase sau celulare). În stare uscată se folosesc pentruumplerea golurilor din pereţi, spa ţiilor dintre planşee şi tavane(vata minerală, granule de ceramzit). Pulberile minerale seamestecă cu apă şi în formă de paste se depun în formă detencuială pe suprafaţa ţevilor şi utilajului fierbinte (azbozurit,sovelit etc).

Materialele în bucăţi au formă şi poartă denumirea deelemente termoizolante. Se produc în formă de placi, foi, blocuri,cără mizi, coji, segmente, găoace, pîslă, rulouri, şnuroace etc.Folosirea materialelor în bucăţi măreşte calitatea izolaţiilor,productivitatea muncii şi gradul industrializării lucrărilor deconstrucţie.

Materialele termoizolante se clasifică după densitate,însemnătatea căreia ne dă informaţie despre conductibilitateatermică a materialului.

145

Toate materialele termoizolante după densitate (kg/m3 ) seîmpart în foarte uşoare (f.u.) cu marca: 15, 25, 35, 50,75, 100.

1- uşoare (uş.) – 125, 150, 175, 200,250,300,350. 2- grele (G) - 400,450,500,600. Materialele densitatea cărora nu coincide cu cele arătate mai

sus, se raportă la cea mai mare dintre două.În dependenţă de rigiditate ( deformaţie relativă la compresie)

sub presiune specifică 2 kPa materialele termoizolante se împart în:moi (M) –comprimare mai mult de 30%), semirigide (SR) –coresponzător 6-30%, rigide (R) – mai puţin de 6%, rigiditateridicată – pînă 10% (cînd presiunea specifică e de 4 kPa) şi dure –tot cu comprimare pînă la 10% (cînd încărcătura specifică –10kPa).

După conductibilitatea termică materialele termoizolantese împart în trei clase:

puţin conductoare de căldură clasa A, mai puţinde 0,058 Wt/m0C);сu conductibilitate mijlocie de clasa B, =0,058…0,116 Wt/(m0C);cu conductibilitate înaltă clasa C (B) =0,116…0,18 Wt/(m0C).

După caracterul folosirii, se deosebesc materialetermoizolante pentru izolarea construcţiilor care lucrează în condiţiitermice obişnuite (materiale de construc ţie termice) şi pentruizolarea suprafeţelor fierbinţi (materiale termoizolante de montaj).

Unele materiale sunt folosite pentru izolarea construcţiilor obişnuite şi suprafeţelor fierbinţi (vata minerală şi de sticlă, sticlăspumoasă, betoane porizate etc).

Capacitatea termică a materialului are o însemnătate mare încondiţiile schimbării dese a temperaturii, fiindcă în aceste condiţii enecesar a ţine cont de căldura absorbită sau acumulată de cătrestratul termoizolant. Capacitatea termică a materialelor anorganiceoscilează de la 0,67 pînă la 1 [J(Kg

146

0C) ]. Cu mărirea umidităţii materialului conductibilitatea luitermică brusc se ridică. . Mărirea capacităţii termicese observă cînd se ridică temperatura materialului.

Stabilitatea chimică şi biologică a izolaţiei termice seridică, folosind diferite acoperişuri de protecţie, care trebuie săexcludă pătrunderea umezelii în porii materialului, să nu sedezvolte diferite microorganisme ş i să nu putrezească, să nu sedescompună ( aşa lianţi ca cleiul, amidonul etc.), iar izolaţiafrigoriferelor industriale să fie rezistentă la îngheţ-dezgheţ.

Conductibilitatea termică este cea mai importantăcaracteristică a materialelor termoizolante.

Materialele cu structură amorfă au conductibilitate termicămai mică decît cele cu structură cristalină. De exemplu, sticlaobişnuita în mediu - 0,76 Vt/ (m 0C) pe cîndcristalele de cuarţ -_7-8 Vt/(m 0C ),iar gresia cu împurităţi – 2,1-2,9 Vt/(m 0C).

Umiditatea şi cu atît mai mult îngheţul apei în poriimaterialului duc la mărirea bruscă a conductibilităţii termice,

fiindcă conductibilitatea termică a apei [ 0,58 Vt/(m 0C)]este

aproximativ de 25 ori, iar a gheţii [ 2,32 Vt/(m0C)] de 100 ori maimare decît a aerului. Din această cauză materialele termoizolantetrebuie ferite de umezeală . Conductibilitatea termica a materialelorfibroase şi în straturi depinde de direcţia şuvoiului de temperatură.De exemplu, lemnul are conductibilitate termică în lungul fibrelorde 2 ori mai înaltă decît de-a curmezişul acestora.

Rezistenţa materialelor termoizolante, datorită porilor, nu esterelativ mare. Limita de rezisten ţă la compresiune de obiceioscilează de la 0,2 pînă la 2,5 Mpa. Materialele cu limita derezistenţa la compresiune mai mare de 5Mpa se numesctermoizolante constructive şi se folosesc ca materiale pentru pereţiiportanţi ai clădirilor. Pentru unele materiale termoizolante secalculează limita de rezistenţă la încovoiere (pl ăci, segmen ţi etc.)sau- întindere (saltelele, pîsla, cartonul de azbest etc).

147

În toate cazurile materialele termoizolante e necesar să rezistela încărcăturile în timpul transportului, la depozitare şi în timpulexpluatării.

12.3. Structura şi însuşirile materialelor termoizolante

Aerul are cea mai mică conductibilitate termic ă, mai alesatunci cînd este inclus în porii materialului, adică este puţin mişcat[ 0,023 Vt/m 0C)].

Dacă porii materialului sunt măş caţi şi comunică între ei şicu mediul ambiant, atunci are loc mişcarea de convecţie a aeruluimărind conductibilitatea materialului. Datorită acestuifapt, materialele termoizolante se produc poroase, cu poriimărunţi şi, prin urmare, uşoare. Pereţii porilor, sau “carcasul”se recomandă să fie din substanţă cu structură amorfă ş i nucristalină, fiindcă materialele cu structură sticloasă conduc maipuţin căldura decît cele cristaline. De obicei porozitateamaterialelor termoizolante este mai înaltă de 50%, iar unelemateriale ca masele plastice spongioase au porozitate 90 – 98 %, iarpereţii porilor ocupă 2-10% din volumul total.

Materialele termoizolante pot avea structură celulară,fibroasă, grăunţoasă şi în placi.

Materialele cu structură celulară au porii sferici, răspîndiţ iuniform. Pentru producerea materialelor cu structură celulară:betoane celulare, sticlă spumoas ă, mase plastice cu gaz etc., sefolosesc metode de degajare a gazelor şi formarea spumei.

Materiale friabile cu structură grăun ţoasă. Porozitateaacestor meteriale depinde de componenţa granulelor. Cînd granuleleau diametre egale, volumul golurilor dintre ele este mai mare. Seproduc prin sfărîmarea şi măcinarea materiei prime, obţinînd unproduct cu granule uniforme.

12.4 Folosirea materialelor termoizolanteMaterialele termoizolante se împart în anorganice

(minerale) şi organice.

148

Materialele termoizolante organice şi minerale pot fi: friabile, în rulouri şi în bucăţi.

Materialele friabile (ceramzitul, perlita, zgura etc.) seîntrebuinţează pentru umplerea pereţilor cu goluri şi pentruprepararea betoanelor şi masticurilor.

Materialele în buc ăţi se întrebuinţează în formă de plăci, foi, învelişuri în formă de scorburi şi segmente.

12.5. Produse termoizolante minerale

Ca materie primă pentru fabricarea vatei minerale servescmarnele, şisturile, amestecurile de calcar ş i dolomit cu rocisilicioase precum şi zgurile (mai ales cele de furnal).

Materialul obţinut din roci se numeşte adesea vată minerală,iar cel obţinut din zgură – vată de zgură.

Fabricarea vatei minerale const ă din două procedeeprincipale: topirea masei de materie primă şi transferarea maseitopite în fibre.

Materia primă se topeşte de obicei în cuptoare cu cuve(cubilouri), avînd în ălţ imea de la 3 pînă la 6 m şi diametrulinterior între 0,75cm şi 1 m.

Masa topită, care curge din partea de jos a cuptorului, seîmprăştie sub presiunea jetului de abur sau aer comprimat înpicături separate, care zburînd în lungul camerei de formare afibrelor, se întind în fibre subţiri cu diametrul de la 2 pînă 20 Mkm.

Răcindu-se, fibrele cad pe pardoseala camerei, care reprezintăo bandă rulantă ce se mişc ă cu o anumit ă viteză. Pe bandarulantă se formează un strat de vat ă în formă de fîşie. La ieşireadin cameră fîşia de vată trece printre valţuri şi se îndeasă.

Densitatea vatei minerale 75-150 kg/ m3, conductibilitateatermică 0,042 - 0,046 Vt/(m 0C). Vata nu arde, nu putrezeşte, estepuţin higroscopică, rezistentă la îngheţ-dezgheţ şi temperaturiridicate. Se folosesc în formă de

149

elemente: pîslă, coajă, găoace, segmente, cîteodată se granuleazăpentru a fi turnată în golurile pereţilor îngrăditori.

Structura fibroasă e caracteristică materialelor minerale şiorganice fibroase (azbestul, vata minerală şi de sticlă, fibrevegetale etc). Fibrele minerale se obţin prin topirea materiei primeanorganice cu prelucrarea şi transformarea ulterioară în fibre.

Fibrele organice se obţin prin despicarea mecanică a lemnuluisi altor materiale organice.

Structura în formă de plăci e caracteristică pentru materialelecare conţin în componenţ a lor foi de mică, care la încălzire rapid ăîn prealabil, se umflă pe contul desprinderii de la mică a apei legate(cristaline). Vermiculitul spongios - prin amestec cu o cantitateînaltă de apă.

În amestecul de formare (de exemplu din tripol, diatomit) seadaugă în prealabil o cantitate mare de ap ă, care ulterior seînlătură prin uscare şi ardere a elementelor, lăsînd în locul ei pori.Această metod ă se îmbin ă cu introducerea adaosurilor, arzătoare(rumeguş de lemn, paie tăiate mărunt etc) la producereaelementelor termoizolante ceramice.

Porozitatea determină proprietăţile principale ale materialelortermoizolante: densitate, conductibilitate termică, rezistenţă,permeabilitate la gaz etc. O mare însemn ătate mare are răspîndireaunuformă a porilor în material, forma şi caracterul acestora,componenţa chimică şi structura moleculară a carcasului şicondiţiile de folosire a materialului.

Pîsla minerală reprezintă un material în rulouri sau în foi,obţinut prin îndesarea vatei minerale, îmbibate cu polimeri saubitum.

Densitatea pîslei este de 100-150 kg/m3, conductibilitateatermică – de 0,046- 0,052 Vt/(m 0C). Se întrebuinţează pentruizolarea termic ă a elementelor de construcţie îngrăditoare (pereţi,planşee de pod), a conductelor, precum şi a utilajului tehnologic aleînterprindelor industriale.

150

Saltelele de vată minerală reprezintă un strat de vatăminerală, acoperită dintr-o parte sau din ambele cu hîrtiebituminoasă şi cusută cu aţă sau sîrmă.

Lungimea saltelelor - pînă la 500 cm, lăţimea - pînă la 150cm, grosimea - 10 cm.

Densitatea aparentă 100- 200 kg/m 3, conductibilitateatermică 0,046- 0,058 Vt/m0C). Saltelele se întrebuinţează pentruizolarea construc ţiilor îngrăditoare ale clădirilor de locuit şi celorindustriale.Plăcle minerale semirigide se cofecţionează din fibre minerale pecalea pulverizării pe ele a liantului (smoală sintetică sau bitum) cucomprimarea şi prelucrarea termică ulterioară.

Întrebări penru repetare1.Care materiale se numesc termoizolante?. 2.Cum se clasifică materialele termoizolante?3.Care sunt materialele termoizolante organice, proprietăţile lor principale şi condiţiile de utilizare?4.Care sunt materialele termoizolante anorganice?5.Cum se obţine vata minerală?6.Numiţi produsele din vată minerală ş i din vată de sticlă. Care sunt proprietăţile şi domeniile lor de întrebuinţare? 7.Numiţi materialele termoizolante pe bază de azbest şi domeniile lor de întrebuinţare.

151

Tema 13

MATERIALE BITUMINOASE

13.1. Cunoştinţe de bază 13.2. Bitumuri de petrol şi naturale 13.3. Gudroane şi smoală 13.4. Mortare şi betoane de asfalt şi de gudron 13.5. Noţiuni generale despre materiale bituminoaseşi gudronoase pentru învelitori şi hidroizolaţii 13.6. Materiale de bitum hidroizolante

Scopul: a forma la studenţi cunoştinţe de bază despre bitumuri şi materiale bituminoase.

13.1. Cunoştinţe de bază

Materiale bituminoase de construcţie se numesc materialele,care conţin în compoziţia lor lianţi organici, pe bază de bitum şi/sau gudron.Se deosebesc bitumuri: naturale, de petrol şi roci asfaltice.Bitumurile naturale sunt substanţe solide vîscoase; se întîlnesc înnatură în stare pură sau se conţin în roci.Bitumurile de petrol sunt substanţe solide sau semisolide (la otemperatură normală) obţinute din petrol.Rocile asfaltice sunt roci îmbibate cu bitum natural. Din ele facparte gresiile ş i calcarele bituminoase. Din rocile asfaltice seextrage bitumul natural pur; ele se folosesc de asemenea măcinateîn calitate de praf asfaltic.Lianţi pe bază de gudron: gudroane brute , uleiurile gudronoase şismoala.Gudroanele brute (de cărbune) sunt produse lichide, obţinute subformă de reziduuri prin descompunerea unor substanţe organice:cărbune brun sau cărbune de piatră , lemn, turbă etc. la temperaturăînaltă fără accesul aerului cu scopul de a căpăta gaz sau cox.

152

Uleiurile gudronoase sunt produse, obţinute prin distilareafracţionată a gudroanelor.Smoala reprezintă reziduuri solide de la distilarea gudronului p =1,25-1,28 g/cm3 . Este o substanţă neagră solidă. Dintre materialelemenţionate, cel mai larg se folosesc în construcţ ie şi îndustriamaterialelor de construcţiecţie bitumurile de petrol, gudroanele decărbune de piatră şi smoala.Aceste materiale au unele proprietăţi comune, datorită cărora pot fiunite într-o grupă de bituminoase.Proprietăţile bituminoaselor:1- la încălzire se înmoae, iar la răcire devin vîscoase sau sesolidifică; 2- au proprietăţi liante; 3- în apă nu se dizolvă (aproape nu se dizolvă); 4- uşor se dizolvă în solvenţi organici - benzen, sulfură decarbon, cloroform, benzină; 5- au culoare neagră sau brun-închisă, de aceea ele se numesclianţi negri; 6- sub acţiunea aerului şi luminii îmbătrînesc mai taregudroanele şi smoala, mai puţin, bitumurile; 7- au impermeabilitate la apă; 8- au rezistenţă la acţiunea acizilor şi a bazelor; 9- au capacitatea de aderenţă puternică cu lemnul, pietrele şimetalele, creşterea rapidă a viscozităţii la răcire, plasticitate latemperaturi pozitive.

Din lianţi bituminoşi se prepară:1- mortare şi betoane de asfalt şi de gudron pentru

îmbrăcămintea şoselelor şi trotuarelor, executarea pardoselelor şi ahidroizolanţilor;

2- materiale bituminoase şi gudronoase pentru învelitori şihidroizolaţii;

3- soluţii pentru încleierea şi vopsirea materialelor voluminoaseîn rulouri, la învelirea şi hidroizolarea acoperişurilor; lacuri de bitum şi de gudron.

153

13.2. Bitumuri de petrol şi naturale

1) Bitumuri de petrol .După metoda de obţinere sedeosebesc: Bitumuri reziduale; Bitumuri oxidate;Bitumuri cracate.

Bitumurile reziduale se obţin în cuptoare tubulare cu acţiune continuă după ce din petrol s-a separat prin distilarebenzina, gazul ş i o parte de uleiuri. La temperaturi normale ele suntsubstanţe solide sau aproape solide de culoare neagră.

Bitumurile oxidate (sau suflate) se obţin prin suflareaaerului în rezidurile de petrol.

Bitumurile cracate reprezintă reziduuri, obţinute prin cracare– descompunerea petrolului şi a uleiurilor de petrol la temperaturiînalte pentru mărirea extracţiei de benzină.Suflînd aer prin aceste reziduuri, se obţ in bitumuri oxidate cracate. Bitumurile de petrol se toarnă în stare încălzită în ambare (butoaie) de oţel sau de lemn şi la răcire se expediază la destinaţie.Se transportă pe şantiere şi la fabricile care produc materiale debitum în cisterne-termos speciale în stare încălzită sau în containerecu cămaşă de abur.

Bitumul solidificat se expediază în vagoane fără ambalaj sauîn ambalaj de hîrtie. La baza clasifică rii bitumurilor de petrol înmărci se află adîncimea de pătrundere în ele (penetraţ ia) a aculuipenetrometrului, sub acţiunea încălzirii la 100oC., timp de 5 sec. la200C.

Bitumuri naturale. Bitumul natural este o substanţăneagră sau brun închisă, aproape lipsită de miros, în stare încălzităposedă o plasticitate înaltă, nu se dizolvă în apă; se dizolvă uşor însulfură de carbon, cloroform, terebentină, benzină.Bitumul natural s-a format în straturile superioare ale scoarţeipămîntului din petrol în urma eliminării foarte încete din ele auleiurilor uşoare şi mijlocii, prin compactizare şi oxidare. De celemai dese ori s-au format în roci calcare şi gresii, iar în stare naturalăse întîlnesc rar.

154

Din gresii bitumul se extrage prin fierberea acestora încazane cu apă, în care bitumul topit se ridică la suprafaţa apei, iarparticulele de nisip se depun la fund.

Din calcare bitumoase nu se extrage bitum. Ele setransformă în praf de asfalt prin măcinare fină. Praful de asfalt seîntrebuinţează ca cea mai fină parte componentă în betoane şimortare de asfalt şi la prepararea masticului de asfalt.

Masticul, preparat prin amestecul prafului de asfalt cubitumul de petrol în cazane de fiert, se întrebuinţează pentrufabricarea betonului asfaltic.

Bitumurile naturale sunt pu ţine în natură şi-s scumpe, deaceea în construcţii se întrebuinţează rar.

13.3. Gudroane şi smoală

Gudronul de cărbune brut este un lichid negru uleios cu ocompoziţie foarte complicată cu densitatea aparentă peste 1,12g/cm3. Din ele se îndepărtează prin destilare apa, toate uleiurileuşoare şi o parte din cele mijlocii şi se obţine aşa-numitul gudronde distilare.

Uleiul de antrocen este un ulei de culoare verde-gălbuie cuun miros caracteristic pătrunzător, care se datoreşte prezenţeifenolurilor şi sulfurilor. În urma distilării uleiurilor se obţine (dupărăcire) o substanţă solidă numită smoală. Deseori smoala setopeşte cu ulei de antrocen sau gudron distilat, formîndu-se gudronreconstituit, care se foloseşte pe larg în construcţii.Smoala de cărbune este o substanţă de culoare neagră , solidă, latemperatură normală, cu densitatea aparentă de 1.25-1.28 g/cm3.

Smoala se produce de trei mărci, care diferă dupătemperatura de înmuiere. Amestecul de smoală cu gudron sau cuulei de antrocen este o substanţă cu înalte proprietăţi liante şiadezive, nefragilă, care se înmoaie slab sub razele solare. Acesteamestecuri se întrebuinţează la fabricarea betonului de gudron, carese foloseşte pentru îmbrăcăminte rutieră, la acoperirea şi îmbibareamaterialelor pentru învelitori: cartonul asfaltat acoperit şi

155

neacoperit, precum ş i a masticurilor de încleiere. Schimbîndraportul dintre smoală şi gudron (sau ulei de antocen), se pot obţinecompoziţii cu diferite temperaturi de înmuiere şi grade devîscozitate. Cu cît amestecul conţine mai multă smoală, cu atîttemperatura lui de înmuiere este mai înaltă şi fragilitatea mai mare.Acest raport se alege în dependenţă de condiţiile de întrebuinţare amaterialului respectiv.

13.4. Mortare şi betoane de asfalt şi de gudron

Mortar de asfalt se numeşte amestecul rezistent de liant asfaltic(bitum amestecat cu praf şi mineral fin) şi nisip.Betoanele de asfalt şi de gudron sunt amestecuri compacte decomponenţi minerali (piatră spartă sau pietriş, nisip şi praf mineralcu lianţi bitumoşi) bitumuri, gudroane şi smoală.

Mortarele de asfalt se întrebuinţează larg în construcţiipentru executarea hidroizolaţ iilor; ele se aplică pe suprafeţele deizolare în formă de straturi de tencuială (şi a pardoselei).

Mortarele de gudron sunt mai puţin durabile şi de aceea seîntrebuinţează mai rar în construcţie.Nisipul pentru mortarul de asfalt trebuie să fie curat şi uscat, cuvolumul de goluri minimal şi granulele cu diametrul nu mai marede 0,5mm.Cantitatea bitumului în mortar trebuie să conţină 9-11%.

Mortarul de asfalt se prepară la fabrici sau direct peşantiere. Amestecul de umpluturi minerale (uscate sau încălzite) seîncarcă împreună cu bitumul în cazanul de fiert, unde se amestecăîn permanenţă şi se încălzeşte pînă la t=1800 C pentru a atingeomogenitatea completă. Apoi mortarul în stare fierbinte setransportă la locul de turnare. El se aşterne pe suprafaţa bazeiuscate şi îndesate într-un strat gros de 2-2,5cm şi se netezeşte cunetezitoare manuale sau se îndeasă cu cilindri-compresori mecanici.

Betoanele de asfalt şi de gudron se deosebesc dupădurabilitatea, gradul mobilităţii, mărimea granulelor şiprocedeele de întrebuinţare.

156

După gradul de mobilitate ele pot fi vîrtoase şi plastice.După procedeul de întrebuinţare ele se clasifică în betoane turnateîn stare fierbinte şi betoane turnate în stare rece.

După mărimea minimă a granulelor componentului mineralse deosebesc betoane macrogranulare (d=35mm), cu granule medii(25mm), microgranulare (15mm) şi nisipoase (d=5mm).Pentru învelişuri se întrebuinţează betoane asfaltice nisipoase. Betonul din lianţi de asfalt este mai durabil decît cel de gudron.

Betoanele asfaltice se prepară la fabrici unde bitumul setopeşte în cazane (se încălzeşte pînă la 175-1800 C). Agregatele(nisipul, piatra spartă ) se încarcă în prima secţie a tamburului deuscare, unde se usucă şi se încălzesc pînă la 180-2000C după aceeanimeresce în a doua secţie a tamburului, unde se amestecă cu bitumtopit, care se injectează cu ajutorul pompei. După amestecare, timpde 5-8 min, amestecul de beton asfaltic fierbinte se transportă cuautocamioanele la locul de turnare.

Se întrebuinţ ează şi betoane de asfalt „reci” preparate pe bazade bitumuri şi gudroane lichide. Betonul „rece”, în urma oxidării şievaporării diluanţilor, se întăreş te în curs de cîteva zile după ce seîntrebuinţează pentru executarea îmbrăcămintelor rutiere. Acest betoneste mai ieften şi se prepară mai uşor, se toarnă mai bine, însă are orezistenţă mai mică decît betoanele fierbinţi.

13.5. Noţiuni generale despre materialele bituminoase şigudronoase pentru învelitori

După tipul lianţilor, materialele bituminoase pentru învelitorişi hidroizolaţii se clasifică în materiale bituminoase şigudronoase.

Materialele pentru învelitori şi hidroizolaţii se obţin prinîmbibarea unui material-urzeală special cu bitumuri de petrol saugudroane şi acoperirea lui cu o substanţă greu fuzibilă ori numaidin bitumuri.

157

Materialele bituminoase sunt mai durabile decît celegudronoase. Prin urmare, materialele gudronoase se întrebuinţeazăpentru învelirea clădirilor necapitale.

Proprietăţile pozitive ale materialelor bituminoase:-sunt uşoare;-permit executarea acoperişurilor cu pantă mică,

se reduce astfel costul acoperişului şi se economiseşte consumul demateriale (este mai mică suprafaţa acoperişului);

-sunt rezistente la acţiunea agenţilor chimici (se întrebuinţeazăla uzinele chimice şi metalurgice);

-cheltuielile de exploatare sunt mult mai mici decît laînvelitorile de tablă ş i oţel.

Neajunsurile materialelor bituminoase pentru învelitori:-sunt mai puţin durabile (mai ales cele de gudron) decît, de

exemplu, ţigla şi materialele de azbociment;- ard şi pentru executarea acoperişului necesită astereală

compactă.Materialele pentru învelitori în rulouri se produc din carton

special pentru învelitori. Acesta se fabrică la maş ini de fabricatcarton din amestecuri de cîrpe mă cinate, maculatură şi celuloză.El poate să conţină şi fibre de azbest; se produce de 6-mărci dupămasa 1m2 în grame: A-500; A-700; B-400; B-350; B-300; V-400; V-350; V-300. Se recomandă pentru producerea cartonului îmbibat cugudron cu lăţimea 100; 1025; 1050mm (STAS 3135-75).

13.5.1. Materiale bituminoase pentru învelitori

Ruberoidul se numeşte materialul pentru învelitori şihidroizolaţii, obţinut prin îmbibarea cartonului de învelitori cubitum moale de petrol, acoperirea lui din ambele părţi sau numaidintr-o parte cu bitum de petrol, refractar, şi presărarea pe suprafaţalui a unui strat subţire de substanţă minerală fin măcinată (deobicei talc).

Ruberoidul este presărat cu pudră macrogranulară sausubstanţă solzoasă, care protejează bitumul de acţiunea

158

distrugătoare a factorilor atmosferici. Substanţele pentru presărare pot fi de diferite culori.

În tăietură ruberoidul trebue să aibă: -culoare neagră;-fără intercalaţii deschise de carton neîmbibat; -capetele drepte;- fiind înfăşurat strîns în rulou să nu se încleie; -lăţimea benzii este de 1000, 1025, 1050mm; -suprafaţa totală a benzii în rulou de 7,5 şi

15m2.

Ruberoidul se întrebuinţează ca material învelitor pentrustraturile superioare ale acoperişurilor.

Acoperişurile pot fi plane sau înclinate cu pantă normală 7-150C.

13.5.2. Mărcile ruberoidului, domeniul folosirii

Ruberoidul se fabrică de mai multe mărci în corespundere cuSTAS 10923-76:

1. Ruberoid pentru acopreriş , presă rat cu substanţă (pudră)macrogranulară pe fa ţă şi pudră din partea de desubt. Pentru rîndulcela de afară (de sus) se întrebuinţează următoarele mărci: RCC-500 A, RCC-400 A, RCC-400 B, RCC-400 V.

2. Ruberoid pentru acoperiş, presărat cu substanţă măruntăde nisip cuarţos din ambele părţi ale pînzei (RCM-350B;RCM-350V), se întrebuinţează pentru rîndurile de sus , de jos şi pentruhidroizolaţii.

3. Ruberoid-suport presărat cu nisip mărunt dintr-o partesau din ambele părţi; se întrebuinţează pentru straturile de desubt şipentru hidroizolaţiile construcţiilor RPM-300 A, RPM-300 B, RPM-300 V.

4. Ruberoid-suport presărat cu nisip colţuros din ambele părţi.

159

El se întrebuinţează : pentru straturile interioare şi pentruhidroizolarea construcţiilor; pentru stratul de deasupra, presărat cuun strat de apărare – RPP-350 B, RPP-350 V.

5. Ruberoid-suport presărat cu praf din ambele părţi pentrustraturile de desubt – RPP-300 A, RPP-300 V, RPP-300 V.

NOTĂ: Se admite producerea ruberoidului presărat cusubstanţă solzoasă de mărcile RCCe-350 B, RCCe 350 V, caredupă proprietăţile calitative corespunde mă rcilor RCM-350 B şiRCM-350 V şi fiind destinat pentru stratul de deasupra.

Literele R înseamnă ruberoid;C şi P – pentru acoperiş şi suport; C,M,P,Ce- felurile de presărare;

C- (măşcat) felurile de presă rare, macogranulaţie; M- (mărunt) granulaţie fină;P- prăfoasă; Ce-solzoasă. (r)

Cartonul îmbibat cu bitum- este un material de învelitori dincarton, îmbibat cu bitum de petrol moale (BNC 45/180). El sedeosebeş te de ruberoid prin aceea că: nu este acoperit cu bitum şinici nu-i presărat cu substanţă minerală. La fabricarea cartonuluiîmbibat se întrebuinţează bitum de petrol cu temperatura deînmuiere nu mai mică de 42 după metoda IB – (inel şi bilă).

După condiţiile tehnice cartonul îmbibat se fabrică de douămărci: P-350, P-300, cu lăţimea 1000 şi 1025mm cu suprafaţa 20 şi40m2.

Cartonul îmbibat cu bitum se întrebuinţ ează ca material-suport sub foile de beton fasonate sub plăcile de azbociment şi subţiglă, olane.

13.6. Materiale de bitum hidroizolante

Hidroizolul reprezintă hîrtie de azbest, îmbibată cu bitum depetrol cu temperatura de înmuiere nu mai mică de 500C dupămetoda IB.

160

El se fabrică de două mărci: Gi-1 şi Gi-2, care se deosebescprin raportul dintre cantitatea de masă îmbibată în ţesăturacartonului.

Hidroizolul se fabrică cu lăţimea de 950mm şi lungimea de20m.

Raportul dintre greutatea masei îmbibate şi greutateaabsolută a hîrtiei uscate în hidroizolul de marcă Gi-2 de 0-55; 1,0.

Acest indice are mare importanţă: cu cît materialul conţinemai mult bitum, cu atît capacitatea lui hidroizolantă este mai mare.

Limita de rezistenţă la rupere a probei cu dimensiuni de50x220mm pentru mărcile Gi-1 este cel puţin de 30 kg.

Hidroizolul se întrebuinţează pentru executareahidroizolaţiilor prin încleiere, folosindu-se pentru încleieremasticuri de bitum cînd se impun cerinţe faţă de rezistenţă laputrezire şi pentru hidroizolarea acoperişurilor plane.

Întrebări de autoconrol

1. Care materiale se numesc lianţi bitumoşi? 2. Cum se obţin bitumurile de petrol şi ce proprietăţi posedă ele? 3. Care materiale fac parte din grupa bituminoaselor, învelitoarelorşi hidroizolaţiilor? 4. Cum se obţin gudroanele şi smoala şi ce proprietăţi posedă ele? 5. Cum se obţin mortarele de asfalt şi de gudron? 6. Cum se obţin betoanele de asfalt şi de gudron? 7. Care materiale fac parte din grupa învelitoarelor? 8. Care materiale fac parte din grupa hidroizolanţilor? 9. Cum se obţin masticurile de bitum şi de gudron şi unde se aplicăele? 10. Numiţi proprietăţile pozitive şi negative ale materialelorbituminoase. 11. Enumeraţi varietăţile de mastici bituminoase, folosite înconstrucţii

161

TEMA 14

MATERIALE DE CONSTRUCŢIE DIN POLIMERI ŞIMASE PLASTICE

14.1. Introducere14.1.1. Polimeri de polemiyare14.2. Structura polimerilor 14.3. Comportarea polimerilor la temperi 14.4. Clasele polimerilor 14.5. Mase plastice 14.6. Proprietăţile principale ale maselor plastice folosite în

construcţie

14.1. Introducere

Masele plastice alcătuiesc o grup ă mare de materiale şiarticole cu diferite însuşiri folosite în construcţie pentrufinisare,termo-,fono- şi hidroizolaţii.

În calitate de lianţi în masele plastice sunt folosi ţipolimerii,care, în procesul formă rii articolelor, sunt plastic -curgători,iar în elementele gata - în stare solidă.

Polimerii se numesc substanţe organice cu masămoleculară din sute şi mii de atomi uni ţi între ei prin legăturichimice (macromolecule). Polimerii, după provenienţă, se împartîn polimeri naturali (vegetali) şi sintetici (articificiali). Dupănatura lor, compuşii macromoleculari pot fi anorganici, organicişi micşti .După structură, pot fi cristalini şi amorfi.

Polimerii naturali - cauciucul, amidonul, celuloza, albuminaetc., dar majoritatea polimerilor, folosiţi ca lianţi pentru producereamaselor plastice sunt sintetici.

Substanţele iniţiale din care se extrag polimerii sintetici senumesc monomeri. Monomerii – sunt substanţe simple extrase dinţiţei, gaz natural, cărbune etc. Macromoleculele polimerilorsintetici se produc în urma

162

proceselor de polimerizare şi policondensare.Polimerizarea este procesul în care moleculele (monomerii)

unei şi aceeaşi substanţe se unesc între ele şi formeazămacromolecule. Astfel decurge polimerizarea etenei cu formarea depolietilenă.

CH2 = CH2 - n [ - CH2 – CH2 -] – [- CH2 – CH2-]n

Molecula de bază CH 2= CH 2 se numeşte monomer, iarelementul structural care se repetă –CH2 – CH2 - ,-mer.

Molecula rezultată [ -CH2 – CH 2 - ] n poartă denumirea depolimer, iar numărul de repetiţii n, grad de polimerizare.

Polimerizarea se poate produce sub efectul căldurii, presiuniisau a unor adaosuri care intervin în reacţie.

Reac ţiile de polimerizare se pot desfăşura printr -unmecanism ionic, radicalic sau prin reacţia de cataliză. În rezultat, seobţine (fă ră eliminarea produselor secundare ale reacţiei) osubstanţă nouă numit ă polimer, a cărei masă moleculară esteegală cu suma maselor moleculare ale moleculelor participante lareacţ ie. În moleculă şi în macromolecula formată se păstreazăconstant felul atomilor şi raporturile dintre ei.

Policondensarea este o metodă de sinteză a polimerilor încazul căreia interacţiunea monomerilor este însoţită, ca regul ă, deeliminarea unui produs secundar micromolecular (apă, alcool, etc).

Policondensarea se poate produce ca şi polimerizarea subinfluenţ a că ldurii, presiunii sau a unor catalizatori. În decursulreacţiei de policondensare fiecare treaptă a reacţiei este analog ăprecedentei. Este necesară eliminarea permanentă din sistem amoleculelor simple (apă, amoniac, etc). În caz contrar, moleculelesimple, rămase în amestec, împiedică transformarea totală într-osingură macromoleculă a componenţilor iniţiali (a reactanţilor).

163

Polimeri de polimerizare

Polietilena reprezintă un produs solid alb - gălbui şi esteunul din cei mai uşori polimeri (densitatea aparentă 0,92-0,95).Temperatura de topire a polietilenei macromoleculare esteaproximativ de 1150C.

În prezen, din polietilenă se produc pelicule cu diferitegrosimi pentru izolarea construcţiilor şi conductelor contra apei,gazelor şi aburilor, pentru acoperirea serelor etc.

Clorura de polivinil (Polivinilhloridul).Este un polimerrăspîndit, care se foloseş te pe larg în tehnologia maselor plasticedin care se fabrică linoleum pentru pardosele, pelicule hidro-şigazoizolatoare, canale de ventilaţie etc.

Poliizobutilena. Poliizobutilena este un material elastic,asemănător cu cauciucul. Ea se obţine prin polimerizareaizobutilenei.Izobutilena CH2=C(CH3)2 se separ ă din produselesecundare ale cracării petrolului, are caracteristici asemănătoarepolietilenei, dar este mai elastică şi mai puţin susceptibilă laîmbătrînire Este fabricată, ca regulă, cu adaos de negru de fum,căpătînd culoare neagră.

Se foloseşte, în formă de folii pentru hidroizolaţii,impermeabilizarea unor ţesături, izolarea anticorosivă alerezervuarelor din industria chimică, canalelor, digurilor dinsistemele de hidomelioraţie etc.

Polistirenul se prepară prin polimerizarea stirenului, care sepolimerizeauă lent, de sine stăt ător (încălzirea accelereazăreacţia), sau prin polimerizarea în emulsie. Al doilea procedeu acăp ătat o răspăndire largă. La temperatură obişnuită polistirenuleste solid termoplastic, incolor şi transparent, cu densitate reală de

1,05g/cm. Rezistenţa la compresiune depăşeşte 80N/mm2. În stare.

densă poate fi colorat; se întrebuin ţează în următoarele materialede costrucţie: plăci pentru acoperirea pereţilor blocurilor sanitare,bucătăriilor spitalelor; plăci poroase pentru izolaţii termice şiizolare acustică (poroplaste), vopsele şi emailuri pentru

164

finisări interioare.Neajunsurile polistirenului ca material de construcţie sunt

fragilitatea înaltă, indicele redus al tenacit ăţii dinamice, precum şirezistenţă scăzută la acţiunea agenţilor atmosferici.

Acetatul de polivinil (polivinilacetatul). Această substanţă

este polimerul de vinil CH 2=CHOCOCH3. Acetatul de vinilreprezintă un lichid incolor, uşor mobil cu miros de eter.

Acetatul de polivinil se întrebuinţează în producerealacurilor, datorită proprietăţilor înalte de încleiere (adeziune),plasticităţ ii, rezistenţă la lumină şi lipsă de culoare, poate fifolosit şi la încleierea lemnului. Sub formă de emulsie acetatul depolivinil se foloseş te pentru pardoseli de masticuri, care nu suntsupuse umezelii, şi pentru producerea betoanelor de polimeri.

14.2. Structura polimerilor

Structura macromoleculelor polimerizate sau policondensatepoate fi mono-, bi -, sau tridimensională.

Macromoleculele monodimensionale se caracterizează printr-o structură filiformă dezvoltată în zigzag fig.14.a.

a)Aceşti polimeri se mai numesc elastomeri; se pot întinde în

fire paralele sub efectul unei forţe;la încetarea efortului firele sestrîng sub formă de gheme.

Macromoleculele pot fi ramificate (fig.14,b)

b)

sau ramificate cu altoirea altor monomeri (fig.14,c).

165

c)

Macromoleculele bidimensionale au structură lamelară şi seobţin în urma legării macromoleculelor monodimensionale, prinvalenţe sau punţi de legătură (fig.14, d )

d) . Polimerii, cu structură bidimensională, nu se dizolvă în

solvenţi, ci se umflă dînd o masă plastică; se mai numescplastomeri.

Macromoleculele cu structură tridimensională au formăspaţială cu coordonatele X, Y şi Z. Aici moleculele bidimensionalesunt legate între ele prin legături chimice perpendiculare, formîndîn spaţiu molecule gigante.

14.3. Comportarea polimerilor la temperatură

După modul cum se comportă la acţiunea temperaturii,plastomerii sunt de două tipuri: termoplastici şi termoreactivi.

Polimerii termoplastici pot fi încălziţi de multe ori fărădistrugerea polimerului: polietilena, polivinilhloridul, polistiroluletc. Aceşti polimeri, cu structură liniară sau ramificat ă amoleculelor, sunt capabili s ă se înmoaie la încălzire şi să sesolidifice la r ăcire. Ei se numesc termoplastici şi sunt cristalini, deexemplu, polietilena, polistirenul, polivinilclorura de vinil etc..

Macromoleculele tridimensionale se obţin din plastomeri

166

termorigizi sau termoactivi care la încălzire devin activi, iar întremoleculele lor bidimensionale se stabilesc legături sau punţiperpendiculare în plan, determinînd apariţia unei structuritridimensionale (fenolformaldehide, carbamide, poliefire etc.); elenu-ş i pot schimba proprietăţile la încălzire repetată. La încălzirese transformă în substanţe netopite nedizolvabile şi nu se potmodela din nou; la încă lzire nu se pot topi şi se solidifica în modreversibil. Ei poartă denumirea de termoreactivi.

14.4.Clasele polimerilor

Numărul polimerilor în natură este mare şi continuă săcrească datorită descoperirii ş i obţinerii a mai multor tipuri depolimeri noi. Dar pentru producerea materialelor deconstrucţie se întrebuinţază un număr redus de substanţemacromoleculare.

Conform clasificării existente, toate substanţelemacromoleculare se împart în patru clase, după procedeul lor depreparare:

A – prin polimerizare, B - prin policondensare,C - prin modificarea polimerilor naturali,Din grupa D a substanţelor macromoleculare fac parte

bitumurile naturale ş i de petrol, gudroanele de cocserie, smoala şiuleiuri D - formaţi în condiţii naturale, precum şi obţinuţi prinmodificarea simplă şi distructivă a substanţelor organice.

le,adică materia primă iniţială,pe baza căreia se fabrică aşa-numitele materiale de construcţie bituminoase.

Polimerii din clasa C, care se obţin prin modificarea(schimbarea) polimerilor naturali, au întrebuinţare foarte limitată înconstrucţie ( în industria lacurilor şi a vopselelor).

Dezvoltarea industriei moderne a materialelor de construcţiepe bază de polimeri se bazează pe întrebuinţarea

167

sbstanţelor macromoleculare din clasa A şi B, obţinute prin metodapolimerizării şi policondensării.

14.5. Mase plastice

Mase plastice se numesc materialele în compoziţia căroraîntră, ca lianţi, polimerii – substanţe cu masă moleculară înaltă.

Polimerii amestecaţi cu plastificatori, catalizatori,stabilizatori, umpluturi, coloranţi şi alte substanţe formează maseleplastice.

Plastificatorii îmbunătăţesc propriet ăţile maselor plastice,mărindu-le plasticitatea, şi uşurează prelucrarea lor în produsegata.

Catalizatorii accelerează procesele chimice. Stabilizatorii ridică rezistenţa maselor plastice contra

îmbătrînirii şi le asigură păstrarea îndelungată a proprietăţilor loriniţiale.

Umpluturile măresc duritatea, le micşorează masa şiconductibilitatea termică, le reduc esenţial costul.

Coloranţii sau pigmenţii se folosesc pentru colorarea maselorplastice.

În calitate de umpluturi se întrebuinţează substanţepulverulente, fibroase şi foliforme (în formă de foi).

Substanţele pulverulente minerale-mica,nisipul,calcarul cretaetc.- măresc duritatea şi durabilitatea maselor plastice şi leieftinesc.

Folosind în calitate de umplutură praf mineral sau făină delemn, se obţin aş a-numitele pulberi de presare,din care prinmetoda presării în forme se fabrică diferite feluri de produse –plăci pentru pardoseli, de finisare etc.

Umpluturile fibroase - fibrele de azbest, cîlţii de bumbac,fibrele de lemn etc. măresc rezistenţa maselor plastie şi lemicşorează fragilitatea.

Fibrele de sticlă comunică maselor plastice proprietăţi

168

mecanice înalte, necesare materialelor de construc ţie. Umpluturilefoliforme-hîrtia ţesăturile de bumbac de

sticlă, cartonul de azbest şi furnirul lemnos.Foile de umplutură ,acoperite sau îmbibate cu polimer, se aşează în pachete şi sepresează în pl ăci sau elemente de alt ă formă. Se produc aşa-numiţii plastici stratificaţi din care se pot fabrica elemente deconstrucţ, capabile să suporte încărcături mari.

Formatori de pori (formopori) sunt substanţe speciale care înprocesul producerii asigură crearea porilor în material, de exemlu,bicarbonat de sodiu, carbonat de amoniu etc.

Pentru a preîntîmpina încleierea maseor plastice în timpul presării produselor, formele se ung cu acid oleic, steariă etc.

Substanţele solidificatoare, de exemlu urotropina se întroduc înmasele plastice în calitate de adaus la aşa-numiţii polimeri novolacipentru trasformarea lor în stare infuzibilă (în care nu se topesc) şiinsolubilă în procesul presării produselor.

14.6. Proprietăţile principale ale maselor plastice folositeîn construcţii

Densitatea aparentă Pa este una din proprietăţile principaleale maselor plastice.Ea variază de la 15 pînă la 2200 kg /m3.

Caracteristicile de rezistenţă.O rezistenţă deosebit de înaltă au masele plastice cu umplutur ă foliformă (în formă de foi). Deexemplu, rezistenţa de rupere la trac ţiune a textolitului atinge1500kg / cm2, pe cînd a oţelului Oţ -3 este de 3800-4500 kg/cm2, alemnului lamelat -3500kg/cm2.

Limita de rezistenţă la încovoiere a maselor plastice-400-600kg/cm2.

Сonductibilitatea termică redusă a maselor plastice este deasemenea o calitate pozitivă ca material de construcţ ie. Diapazonulconductibilităţ ii lor termice ecte foarte mare ; la masele plasticecompacte ecte de la 0,2 pînă la 0,6 Vt /(

169

moC).Cele mai uşoare mase plastice poroase au conductibilitatetermică egală doar cu 0,026Vt(moC).

Masele plastice au rezistenţă chimică la acţiunea apei, lasoluţii de săruri, la dizolvanţi organici (benzină,benzen etc.). Laacţiunea acizilor şi soluţiilor de să ruri sunt rezistente mai alesmasele plastice pe bază de polietilenă, poliizobutilenă, polistirol ş iclorură de polivinil. Aceste mase plastice se întrebuinţează lafabricarea elementelor pentru canalizare, izolarea rezervuarelorpentru substanţe agresive.

Masele plastice au capacitatea de a se colora în diferite culoripe întreaga grosime; rezisten ţa la coroziune exclude necesitateavopsirii lor periodice; au uzură mică şi pot să fie întrebuinţate camaterial pentru pardoseli.

Masele plastice(fă ră umpluturi) sunt foarte preţioasedatorită trasparenţei lor şi proprietăţilor optice.

Uşurinţa prelucrării maselor plastice permite confecţionareadin ele a diferite piese ; se încleie şi se sudează bine, de exemplu,sudarea ţevilor în curent de aer fierbinte; au capacitate deermetizare, ceea ce permite să fie întrebuinţate în diferiteconstrucţii, de exemplu, în consrucţii hidrotehnice.

Proprietăţile negative ale maselor plastice:- au rezistenţă termică redusă (de la + 70 pînă la + 200

C);1- au duritate mică a suprafeţei lor,de exemplu, plasticii

polistireni şi acrilici au duritate de suprafaţă pînă la 15 kg/ cm2, lametale aceşti indici-450 kg/cm2 ;

2- au coeficientul de dilatare termică înalt. El oscileazăîn limitele 25- 120 x 10 -6, adică de 2,5-10 ori mai mare decît laoţel. Ca neajuns constructiv al maselor plastice –fluajul sau curgerealentă ridicată; un neajuns important al maselor plastice esteinflamabilitatea.

170

Întrebări pentru repetare1.Care materiale se numesc bituminoase?2.Cum se obţin bitumurile de petrol şi ce proprietăţi posedă ele?

3.Care materiale fac parte din grupa bituminoaselor, învelitorilor şi hidroizolaţiilr?4 Cum se obţin gudroanele şi smoala şi ce proprietăţi posedă ele?

5.Cum se obţin mortarele de asfalt şi de gudron? 6.Cum se obţin betoanele de asfalt şi de gudron?7. Ce materiale fac parte din grupa învelitoarelor? 8. Ce materiale fac parte din grupa hidroizolaţiilor? 9.Cum se obţin masticurile de bitum şi de gudron şi unde se aplică ele?10.Numiţi proprietăţile pozitive şi negative ale materialelor bituminoase.11.Enumeraţi varietăţile de masticuri bituminoase, folosite în contrucţie.

171

TEMA 15

METALELE

15.1. Cunoştinţe generale 15.1.1. Metalele feroase 15.1.2. Metale neferoase 15.2. Elaborarea fontei 15.3. Elaborarea oţelului 15.3.1. Procedeul Bessemer 15.3.2. Procedeul Marten 15.3.3. Procedeul topirii electrice 15.4. Proprietăţile metalelor 15.5. Încercările mecanice ale metalelor

15.1. Cunoştinţe generale

Metalele şi aliajele sunt foarte variate. Toate metalele seîmpart în două grupe – metale feroase şi metale neferoase.

15.1.1. Metalele feroaseMetalele feroase reprezintă aliaje de fer (Fe) cu o cantitate

mică de carbon (C). În afară de carbon metalele feroase pot conţinesiliciu, mangan, fosfor, sulf etc. Pentru a le îmbunătăţi calitatea saua le comunica proprietăţi specifice, în componenţa metalelorferoase se introduc aşa-numitele adaosuri de aliere – cupru (Сu),nichel (Ni), crom (Cr) etc.

În dependinţă de conţinutul de carbon, metalele feroase seîmpart în fonte şi oţeluri; metalele feroase se folosesc pe larg înconstrucţii pentru confecţionarea diferitor elemente ca: armaturapentru produse de beton armat, ferme, carcasele clădirilor,turnurilor, ţevilor etc.

Fonta prezită un aliaj de fier şi carbon conţinutul căruia

172

depăşe şte 2%, iar în fontele speciale (aliaje feroase) cantitatea decarbon poate atinge 5% şi mai mult, iar în cele obişnuite -4%.Prezenţa siliciului, manganului, fosforului şi sulfului în fontăinfluenţează esenţial asupra proprietăţilor ei, în special sulful şifosforul, care-i măresc fragilitatea. Însă adaosul de crom, nichel,magneziu, aluminiu, siliciu îi comunică fontei o rezistenţă maiinaltă la temperaturi, la uzură, la coroziune ş i-i măreştecapacitatea de a nu se magnetiza. Fontele care conţin ca adaussubstanţele menţionate se numesc aliate.

În dependenţă de conţinutul carbonului în fontă, ea se împarte în trei categorii:fonte cenuşii (de turnătorie) c are au în ruptură această culoare datorită grafitului, sunt relativ moi, se toarnă bine şi se prelucrează prin aşchiere;fonte albe (de afinare), care au în ruptură culoare albă, culoarea cementitei (carbură de fier), sunt foarte dure şi servesc pentru elaborarea oţelului;fonte speciale, care conţin în diferite propoţii unul sau mai muleelemente de aliere (siliciu, aluminiu, mangan, crom, titan etc.) şi auproprietăţi şi destinaţii speciale (fonte anticorozive, fonterefractare, fonte antifricţiune etc.)

În fontele cenuşii carbonul se află în stare liberă subformă de grafit, iar cele albe - în stare legată, sub formă de Fe3 C.Prezenţa grafitului sub formă de plăci, care întretaie baza metalicăa structurii fontei, micşorează rezistenţa acesteia.

Fonta cenuşie modificată are proprietăţi mecanice mai înaltedatorită formei sferice a grafitului.

Fonta cenuş ie este folosită pentru diferite produse şi secaracterizează prin rezistenţă mare la uzură şi gripare (datorităprezenţei grafitului), prelucrabilitate la aşchiere bună, sudabilitateslabă la rece, dar bună la cald. Datorită rezstenţei mici la întindereşi la şoc, folosirea fontei este limitată la elementele de construcţiicare lucrează la compresiune (arce, coloane, stîlpi, balcoane,parapete de scări, garduri decorative etc.). la elemente de instalaţii

173

(radiatoare,căzi de baie, sifoane de pardoseală, lavoare etc.), laelemente de maşini (batiuri, volanturi etc.).

Oţelul prezintă un aliaj de fier şi carbon cantitatea căruia nudepăş eşte 2%. Spre deosebire de fontă , care este un metal frajil,oţelul posedă înalte proprietăţi mecanice şi tehnologice.

După destina ţie se deosebesc oţeluri de construcţ ie, cuconţinut de carbon de la 0,02 pînă la 0,6%, şi oţeluri de scule,conţinînd carbon de la 0,65 pînă la 1,4%.

După conţ inutul carbonului se deosebesc oţeluri: slab aliate (carbon pînă la 0,25%);carbure (carbon 0,25 – 0,6%);înalt aliate (carbon >_ 0,6%)În construcţii cel mai des se folosesc tipul 1 şi 11.Pentru îmbunătăţirea proprieţăţ ilor tehnice (rezistenţă la

coroziune, elasticitate, etc.) la oţeluri se adaugă diferite substanţede aliere: marganeţ, crom, nichel, aluminiu, aramă, molibden etc.

După cantitatea adaosurilor de aliere se deosebesc oţeluri slabaliate ( pînă la 2,5% de impurităţi de aliere), mijlociu aliate (2,5-10%) şi bogat aliate (peste 10% de impurităţi de aliere). Oţelulinoxidabil, de exemplu, este bogat aliat. În construcţie se utilizeazăde obicei oţelul slab aliat.

15.1.2. Metalele neferoase

Metalele neferoase se clasifică, după greutatea specifică, înuş oare şi grele. Din primele fac parte aliajele pe bază de aluminiuşi magneziu, iar din celelalte – aliajele pe bază de cupru, nichel,zinc, cositor,plumb.

Aliaje pe bază de aluminiu. Aluminul curat posedă multeproprietăţi tehnice superioare. Neajunsul esenţial al aluminiului estereustenţa mică, în total de 7-10 kg/mm2, ceea ce nu permite să fieîntrebuinţat pentru construcţii portante. Însă prin adăugarea înaluminiu a altor metale – cupru, mangan, magneziu – i se măreştebrusc indicii mecanici. Aluminiul în formă de aliaje cu acestemetale şi-a găsit o largă întrebuinţare în construcţii. De exemplu,

174

duraluminiul -reprezintă un aliaj de alumuniu (92-95%) cu cupru,magneziu şi silice(5-8%). Duraluminiul se întrebuinţează largpentru fabricarea profilurilor laminate: corniere, profiluri U, dubluT, ţevi cu secţiune rotundă şi drepunghiulară, la fabricarea niturilor,şuruburilor.

Aliaje pe bază de cupru. Cuprul pur nu-şi găseşte practicaplicare în construcţie. El se întrebuiţ ează în formă de alamă şibronz. Alama este un aliaj de cupru cu zinc (pînă la 40%), iarbronzul –aliaj de cupru cu cositor sau cu un oarecare alt metal, înafară de zinc.Cele mai răspîndite sunt bronzurile de cositor (staniu),care conţin 10-20% cositor,.Se întrebuinţ ează de asemenea bronzuride aluminiu, de mangan, de plumb şi alte feluri de bronz.

Din motive economice, aliajele pe bază de cupru seîntrebuinţează în consrucţie doar pentru fabricarea echipamentuluitehnico-sanitar (robinete, supape), în unele cazuri pentru finisare şiscopuri decorative.

Pe bază de cositor sau de plumb cu adaos de cupru şi destaniu se obţin aşa-numitele babituri, întrebuinţate larg pentrurulmenţi. Ele au un coeficient de frecare nu prea mare, sedeformează uşor dacă sarcina pe arbore creşe brusc şi în acest caznu distruge arborele, nu-l uzează.

Babiturile sunt relativ scumpe şi din această cauză se potînlocui cu fontă gri, aliajele pe bază de aluminiu, aliajemetaloceramice. Ultimele se obţin prin topirea prafului de mineralefin mă cinate şi presate puternc (grafit,siliciu etc.) cu praf metallic(cupru, fier, bismut, molibden etc.)

Zincul şi plumbul. Zincul este folosit în construcţie cel maimult pentru învelitori, acoperişuri, cornişe şi bulane de ploaie.

Plumbul se întrebuinţează pentru executarea căptuşelilorinstalaţiilor acidorezistente ale aparatelor chimice, pentruhidroizolaţii speciale, pentru ştemuirea rosturilor şi îmbinărilordintre elementele construcţiilor, de exemplu, a rosţurilor dintrecuvelaje în tunelurile unui metrou.

175

15.2. Elaborarea fontei

Elaborarea fontei este procesul primar de obţinere a metaluluidin materia primă naturală – minereuri de fier. Fonta se topeşte înfurnal. Ca materiale iniţiale în acest scop servesc minereurile defier, carburanţii sub formă de cox şi fondanţii, necesari pentrumicşorarea temperaturii de topire a minereului şi transformarea înzgură a cenuşii de combustibil.

Fig.15.1. Furnal.Furnalul, schema căruia este prezentată pe fig. 15.1 constă

dintr-o cuvă de formă tronconică pentru mişcarea mai uşoară amaterialului, care trece apoi în partea cilindrică – (burta furnalului)-5. Ca parte inferioară a furnalului, unde se acumulează în starelichidă fonta şi zgura, serveşte creuzetul 8. Partea de trecere de la

176

burta furnalului spre creuzet se numeşte etalaj 6.În interior furnalul este căptuşit cu materiale refractare.

Pentru căptuşirea cuvei se foloseşte cărămidă din şamotă cuconţinut înalt de aluminiu.

Vatra şi creuzetul se căptuşesc cu cărămidă din blocuri pebază de carbonaţi.Gura de alimentare a furnalului se căptuşeşte cuplăci metalice pentru a o apăra de distrugere la încărcareamaterialelor.

Materialele (minereul, coxul şi fondanţii) se încarcă în porţiiprin partea de sus a furnalului şi sub propria masă ele se mişcătreptat, încălzindu- se în drumul lor pînă la topire, datorită călduriidegajate la arderea coxului. Masa topită sub formă de fontă şizgură se scurge în creuzet. Din creuzet zgura se scurge prin gura deevacuare a zgurii, aşezată mai sus decît gura de evacuare a fontei.

Datorită oxigenului din aer, care ptrunde din parta inferioară afurnalului, se produce arderea coxului în urma reacţiei C + O2 =2CO. Sub influenţ a oxizilor de fier, precum şi a carbonului curat,are loc reducerea fierului din oxizi. În acest caz fierul curat seformează din oxidul de minereu nu dinr-o dată, ci în etape dupăschema:

Fe2 O3 >Fe3 O4 >FeO >Fe.

La rînd cu fierul se reduc: sulful, fosforul, manganul şisiliciul, conţinuţi în minereu sub formă de oxizi şi care setransformă apoi în fontă.Fierul redus la temperatura de 900-1100 Cinteracţionează adesea cu oxidul de carbon (3Fe + 2CO2 = F3 C +CO2), formîndu-se carbură de fier Fe3 C. Acest proces poartădenumirea de carburare. Fierul carburat începe să se topească latemperatua de aproximativ 1150o C cînd conţinutul de carbon în elatinge 4,3%. Fonta formată se scurge în creuzetul furnalului.

Conţ inutul final de carbon în fontă depinde de conţinutul deimpurităţi – siliciu, fosfor, sulf. Trecînd în fontă, ele micşoreazăcantitatea de fier liber, care dizolvă carbonatul.

După terminarea procesului de carburare, începe procesul

177

zgurificării, adică procesul topirii sterilului cu fondanţi. Vitrificareaşi înmuierea sterilului începe la temperatura de 1200o C, iartrecerea în stare lichidă - la 1400oC ş i mai sus. Produsele de furnalsunt fonta, gazele de furnal şi zgura.Gazele de furnal seîntrebuinţează în calitate de combustibil pentru necesităţile uzinelormetalurgice.Zgura serveşte ca materie primă preţioasă pentruindustria materialelor de construcţie – lianţi, piatră turnată,materiale termoizolante (piatră ponce de zgură,).

15.3. Elaborarea oţelului

Drept materiale iniţiale pentru elaborarea oţelului servescfonta de afinare şi oţelul vechi. La temperaturi înalte, în fontă semicşorează conţinutul de carbon, siliciu, mangan, fosfor şi sulf. Înrezultat, fonta se transformă într-un aliaj fier-carbon mai plastic,mai rezistent şi mai puţin fragil – oţelul.

Procedeele moderne de elaborare a oţelului sunt: Bessemer(prin convertizare), Marten şi prin topire electrică

15.3.1. Procedeul Bessemer

Elaborarea oţelului prin acest procedeu se realizează înconvertizoare (fig.15.2.), sau se mai numeşte procedeu deconvertizare.

178

Fig.15.2. Convertizor.Fonta lichidă ce conţine siliciu (pînă la 2%), mangan (pînă la

1,3%) şi fosfor (pînă la 0,07%) se toarnă prin gura de încărcare înconvertizor, apoi se introduce aer prin gurile de aer 4 de la fundulconvertizorului. Sub acţiunea oxigenului din aer, începe oxidareafierului, carbonului , siliciului şi manganului, ca rezultat fierul treceîn oxid de fier FeO, iar carbonul, siliciul şi manganul ard. Laoxidarea siliciului şi manganului participă şi oxidul de fier, care înacest caz se transformă în fier curat.Căldura degajată la reacţia deoxidare menţine metalul în stare topită. Oxidul de carbon COformat la arderea carbonuli reduce apoi oxidul de fier pînă la fiercurat. Acest procedeu are productivitate înaltă, deoarece procesultopirii în convertizor durează în total 15 – 30 min, în comparaţie cualte procedee care durează cîteva ore.

15.3.2. Procedeul Marten

Topirea oţelului prin procedeul Marten se produce pe vatra

179

cuptorului cu generator, numit cuptor Marten (fig. 15.3). Cuptorulare o boltă, care reflectă fluxul de căldură asupra materialului.Drept combustibil se întrebuinţează gaz, încălzit în prealabil înregeneratoare; în acestea se încălzeşte şi aerul, necesar pentruîncălzirea gazului. Pînă la aprindere gazul se amestecă cu aer. Camaterie primă serveşte fonta , fier vechi şi minereu.

Fig.15.3.Cuptor Marten.

Oţelul Marten are o întrebuinţ are universală: pentruconstrucţii responsabile (ferme, grinzi ale căilor de rulare, poduri,şine), pentru fabricarea armaturii de rezisenţă superioară.

15.3.3. Procedeul topirii electrice

Topirea electrică se realizează în cuptoare electrice cu arc (fig.15.4) cu capacitate pînă la 100 şi 200 tone. Încălzirea metalului înaceste cuptoare se produce sub acţiunea căldurii, degajate de arculelectic, care se formează între electrozii 1 şi metalul topit 2 în bae.Procedeul topirii electrice nu se deosebeşte de procedeul Marten.Impurităţile dăunătoare ale fontei se oxidează de asemenea cu oxidferos, trecînd sub formă de oxizi în zgură.

180

Fig.15.4 Cuptor electric.

Prin topire electrică se obţin oţeluri aliate de caliatesuperioară.

Oţeluri aliate cu calităţi deosebit de înalte se obţin în cuptoarede inducţie. În aceste cuptoare încălzirea metalului se face cu curentelectric de înaltă frecvenţă.

15.4. Proprietăţile metalelor

Se deosebesc următoarele proprietăţi ale metalelor: fizice,chimice, mecanice şi tehnologice.

Propriet ăţile fizice. Propietăţile fizice ale metalelor secaracterizează prin culoare, densitate, temperatura de topire,capacitate termică , conductibilitate termică şi electrică, coeficientde dilatare la încălzire.

Propriet ăţile mecanice. Proprietăţile mecanice secaracterizează prin rezistenţă, duritate, elasticitate şi tenacitatedinamică sau rezilienţă, oboseală, fluaj sau curgere lentă.

Proprietăţile tehnologice.Aceste proprietăţi caracterizeazăcapacitatea metalului de a se supune prelucrării prin presare, tăiere,

181

sudare , precum şi rezistenţă la uzură şi la coroziune.Capacitatea metalului de a se supune prelucrării cu ajutorul

diferitor scule aşchietoare se numeşte prelucrabilitate.Ea depindede temperatura metalului, de plasticitatea şi de duritatea lui.

Turnarea metalelor se caracterizează prin fluiditate şicontracţie.

Fluiditatea este capacitatea metalului în stare topită de aumplea bine forma în care se toarnă, obţinîndu-se piese compactecu forme exacte.

Contracţia se numeşte micşorarea volumului metalului topitprin răcire pînă la temperatura încăperii.

Sudabilitatea este capacitatea metalelor de a se îmbina rigidprin încălzirea lor locală pвnă în stare plastică sau lichidă. Unelemetale, de exemplu oţelul, se sudează bine, iar altele , de exemlufontele – rău.

Rezistenţa la uzură este capacitatea metalului de a seîmpotrivi solicitărilor la uzură.

Rezistenţa la coroziune este capacitatea metalului de a seîmpotrivi acţiunii de distrugere a mediului înconjurător.Coroziuneametalului se produce în urma proceselor chimice sauelectrochimice.

15.5. Încercările mecanice ale metalelorPentru calculul construcţiilor şi pieselor de maşini trebuie să

cunoaştem proprietăţile mecanice ale metalelor, care se stabilescprin încercări mecanice speciale – statice şi dinamice.Laîncercările statice sarcina pe epruveta metalică creşte lent, deexemplu, încercarea metalului la întindere, compresiune,încovoiere, răsucire, duritate. Încercările dinamice au loc cîndsarcina creşte rapid. Aşa se determină tenacitatea dinamică ametalului. Oboseala metalului se stabileşte prin solicitareaepruvetei cu sarcini variabile repetate statice sau dinamice.

Încercarea metalelor la întindereÎn cadrul acestor încercări se determină limita de

182

proporţionalitate, limita de curgere, rezistenţa de rupere şialungirea relativă.

Fig.15.5.Diagrama tensiunilor pentru oţel.

Fig. 15.5. reprezintă curba caracteristică de rupere a uneiepruvete de oţel. De la început pînă la punctual 1, alungireaepruvetei creşte propor ţional cu sarcina (porţiunea dreaptă adiagramei).Punctul 1 pe curba de întindere se numeşte limită deproporţionalitate; ea reprezintă tensiunea maximă, la careîntinderea metalului se produce direct proporţional.

Aşadar, pînă la sarcina P, metalul lucrează în stadiuldeformaţiilor elastice. De aceea tensiunea corespunzătoare limiteide proporţ ionalitate se numeş te limită de elasticitate e.(sigma).Aceşti doi indici ai metalului sunt deosebit de importanţi. Toateelementele de construcţie şi piesele de maşini se proiectează în aşafel, ca tensiunea în ele să nu depăşească limita de proporţionalitatesau de elasticitate.

Pînă la limita de proporţionalitate între tensiunea e (sigma) înepruvetă şi alungirea ei relativă б (delta) există relaţia următoare:

е (sigma) = E*б kg/cm2

Coeficientul de proporţionalitate E se numeşte modul deelasticitate; mărimea lui caracterizează rigiditatea metalului, adicăcapacitatea lui de a se deforma elastic sub acţiunea sarcinii. Deexemplu, E al oţelului este egal cu 2100 000kg /cm2, iar al

183

aluminiului – 720 000 kg/cm2, adică de 3 ori mai mic.La mărirea continuă a sarcinii (mai sus de P) lungimea

epruvetei începe să crească mai repede decît sarcina. Din acestmoment dispare proporţionalitatea şi porţiunea dreaptă a diagrameitrece în curbă, iar apoi în linie orizontală 2-3. Porţiunea orizontalăarată că epruveta se întinde (curge) în mod spontan, deşi sarcina Prămîne constantă.Tensiunea la care metalul începe să curgă , senumeşte limită de curgere.

Încercarea materialelor la duritate şi la tenacitatedinamică

Duritatea metalelor se determină prin apăsarea cu o anumităforţă în epruveta metalică a unei bile de oţel (metoda Brinel), aunui corp sau bile de diamant (metda Rocuell), sau a unei piramidede diamant (metoda Vicchers).

Încercările tehnologice ale metalelorPrin încercările tehnologice se stabileşte capacitatea metalului

de a se supune prelucrării necesare. Încercările tehnologice seefectuează la întindere, încovoiere şi îndoire.

Încercările la întindere sunt importante pentru metalul supusprelucrării prin matriţare, trefilare, întindere.

Prin încercarea la încovoiere se determină capacitateametalului de a se încovoia pînă la o anumită formă. Rezultateleîncercă rilor la îndoire exprimă capacitatea metalului de a rezista laîndoiri şi dezdoiri repetate.

184

ZĂCĂMINTE ŞIMATERIALE DE CONSTRUCŢIE

Ciclu de prelegeri

Autori: Constantin TarnovschiNina Corlăteanu

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Bun de tipar 11.04.08. Formatul hârtiei 60x84 1/16.

Hârtie ofset. Tipar RISO Tirajul 75 ex.Coli de tipar 11,5 Comanda nr. 37

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––U.T.M., 2004, Chişinău, bd. Ştefan cel Mare,

168. Secţia Redactare şi Editare a U.T.M. 2068,Chişinău, str. Studenţilor, 9/9

185

Universitatea Tehnică a Moldovei

ZĂCĂMINTE ŞI

MATERIALE DE CONSTRUCŢIE

Ciclu de prelegeri

Chişinău

2008

186