Universitatea Tehnică a Moldovei

Facultatea Cadastru, Geodezie şi Construcţii

Catedra Geodezie, Cadastru şi Geotehnică

ZĂCĂMINTE ŞI MATERIALE DE CONSTRUCŢIE

Ciclu de prelegeri

Chişinău U.T.M.

2008

2

CZU553+69( 075.8) Z 12 Prezentul ciclu de prelegeri „Zăcăminte şi materiale de construcţie”, este destinat studenţilor de la specialitatea Exploatări miniere (IMZM) pentru cunoaşterea şi însuşirea proprietăţilor fizico-chimice, mecanice şi tehnologice ale materialelor de construcţie pentru ca mai apoi să contribuie la analiza, conturarea, evaluarea şi soluţionarea problemelor de deschidere, pregătire şi extragere a materialelor de construcţie cu care se confruntă actualmente industria construcţiilor din Republicca Moldova şi să fie 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 CĂRŢII Zăcăminte şi materiale de construcţie: Ciclu de prelegeri/ Univ. Tehn. a Moldovei. Fac. Cadastru, Geodezie şi Construcţii. Catedra Geodezie, Cadastru şi Geotehnică ; elab. : Constantin Tarnovschi, Nina Corlăteanu ; red. resp. : Constantin Tarnovschi.- Ch. : UTM, 2008. – 184p. ISBN 978-9975-45-077-5 75ex.

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

3

Cuprins Prefaţă..............................................................................................7 Tema 1. Cunoştinţe generale despre materiale de construcţie şi clasificarea lor. .................................................8 1.1.Scurt istoric al dezvoltării materialelor de construcţie...............8 1.2.Obiectivul şi importanţa cursului materiale de construcţie...................................................................................9 1.3. Felurile materialelor naturale şi artificiale...............................10 1.4.Cunoştinţe despre structura materialelor...................................12 1.5.Clasificarea materialelor de construcţie....................................13 Tema2.Proprietăţile principale ale materialelor de construcţie......................................................................................15 2.1. Proprietăţile fizice ...................................................................15 2.2. Proprietăţile chimice................................................................24 2.3. Proprietăţile mecanice..............................................................26 Tema 3. Materiale de piatră naturală.........................................33 3. 1. Generalităţi..............................................................................33 3.2. Mineralele principale din care se formează rocile....................35 3.3. Clasificarea şi utilizarea rocilor ca material de construcţie...........................................................................39 3.4. Materiale şi produse din piatră naturală...................................50 3.5. Exploatarea şi prelucrarea materialelor de piatră naturală...........................................................................51 3.6. Măsuri de protecţie contra degrădării.......................................52 3.7. Transportarea şi păstrarea.........................................................53 Tema 4. Materiale ceramice.........................................................55 4.1 Generalităţi................................................................................55 4.2. Materii prime............................................................................56 4.3. Proprietăţile ceramice ale argilelor..........................................58 4.4. Fazele tehnologice ale produselor ceramice.............................62 4.5. Tratamente de suprafaţă...........................................................63 Tema 5. Materiale de construcţie din sticlă................................65 5.1. Generalităţi...............................................................................65 5.2. Fazele generale ale fabricării sticlei. (Produsele

4

din mase topite)........................................................................66 5.3. Materiale de construcţie din sticlă............................................67 5.4. Materiale termoizolante din sticlă............................................69 5.5 Sitale..........................................................................................70 Tema 6. Lianţi anorganici............................................................71 6.1. Noţiuni generale despre lianţi...................................................71 6.2. Lianţi de ipsos şi anhidrită........................................................73 6.3. Lianti de magnezie şi dolomit..................................................76 6.4. Sticla solubilă şi cimentul acido-rezitent..................................77 6.5. Varul aerian..............................................................................79 6.6. Varul hidraulic..........................................................................80 6.7. Cimentul Portland şi varietăţile lui...........................................82 6.8. Cimenturi cu adaosuri hidraulice..............................................86 6.9. Lianţi de var-puzolană şi de var-zgură.....................................88 6.10. Ciment aluminos....................................................................89 6.11. Cimenturi expansive...............................................................90 6.12.Transportarea şi păstrarea materialelor liante..........................90 6.13. Coroziunea cimentului Portland.............................................91 Tema 7. Mortare de construcţie şi betoane pe bază de substanţe anorganice.....................................................................95 7.1. Clasificarea mortarelor şi betoanelor........................................95 7.2. Materiale pentru prepararea mortarelor şi betoanelor grele, uşoare, celulare...............................................................98 7.3.Proprietăţile amestecului de mortar şi beton.............................99 7.4. Proprietăţile mortarelor şi betoanelor.....................................101 7.5. Alegerea dozajului pentru betoane şi mortare........................105 7.6. Prepararea şi transportarea mortarelor şi betoanelor..............107 7.7. Turnarea amestecului de beton şi întreţinerea acestuia..........108 7.8.Betoane grele cu destinaţie specială. Betoane pentru construcţii hidrotehnice şi subterane........................................109 Tema 8. Produse de beton armat...............................................112 8.1. Scurte informaţii despre betonul armat..................................112 8.2. Clasificarea produselor prefabricate de beton şi cerinţele generale faţă de ele...................................................114 8.3. Nomenclatura produselor de beton armat..............................115

5

8.4. Metode industriale de producere a elementelor de beton Armat ..................................................................................... 116 8.5. Construcţii de ciment armat....................................................117 8.6. Transportarea şi păstrarea produselor de beton armat.(P.D.B.A.)………………………………......…117 Tema 9. Materiale şi produse pietroase artificiale pe bază de substanţe…………………………………….....…119 9.1.Materiale şi produse pietroase artificiale.................................119 9.2.Produse pe bază de var............................................................120 9.3.Cărămidă de var- zgură şi var- cenuşă....................................123 9.4.Betoane şi prefabricate silico-calcare......................................123 9.5. Produse silico-calcare celulare...............................................124 9.6. Produse pe bază de ipsos........................................................125 9.7.Produse pe bază de azbociment...............................................126 Tema 10. Lemnul şi produsele din lemn....................................129 10.1 Cunoştinţe generale …………………………………...…...129 10.2. Speciile lemnoase locale folosite în construcţe ……..…….130 10.3. 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...........................................................................139 11.2. Clasificarea lucrărilor de colorare........................................139 11.3. Elementele compoziţiei de vopsit.........................................140 11.4. Lianţi.....................................................................................140 11.5. Pigmenţi................................................................................142 11.6. Solvenţi.................................................................................142 11.7. Chituri...................................................................................142 11.8. Vopsele.................................................................................143 Tema 12. Materiale termoizolante.............................................144 12.1. Generalităţi...........................................................................144 12.2. Clasificarea materialelor termoizolante...............................145 12.3. Structura şi însuşirile materialelor termoizolante...............148 12.4. Folosirea materialelor termoizolante...................................148 12.5. Produse termoizolante minerale...........................................149

6

Tema 13. Materiale bituminoase................................................152 13.1 Cunoştinţe de bază ................................................................152 13.2. Bitumuri de petrol şi naturale...............................................154 13.3. Gudroane şi smoală..............................................................155 13.4. Mortare şi betoane de asfalt şi de gudron.............................156 13.5. Noţiuni generale despre materiale bituminoase şi gudronoase pentru învelitori şi hidroizolaţii... ..........................157 13.6. Materiale de bitum hidroizolante..........................................160 Tema 14. Materiale de construcţie din polimeri şi mase plastice..........................................................................................162 14.1 Întroducere............................................................................162 14.2. Structura polimerilor .........................................................165 14.3. Comportarea polimerilor la tempera…………………...….166 14.4.Clasele polimerilor................................................................167 14.5. Mase plastice........................................................................168 14.6. Proprietăţile principale ale maselor plastice în construcţie…………………………………………………..........169 Tema15. Metalele .......................................................................172 15.1Cunoştinţe generale................................................................172 15.2.Elaborarea fontei……………………………………...…....176 15.3.Elaborarea oţelului……………...……………………...…..178 15.4. Proprietăţile metalelor…………………………………......181 15.5. Încercările mecanice ale metalelor…………………….…..182

7

Prefaţă

Prezentul ciclu de prelegeri “Zăcăminte şi materiale de construcţie” urmăreşte scopul de a-i ajuta pe studenţii de la specialitatea Exploatări miniere (IMZM) şi topografie minieră să cunoască principiile şi noţiunile conceptuale ale mineritului şi dobîndirii marerialelor de construcţie, să-şi formeze o gîndire inginerească complet coerentă şi critică în ceea ce priveşte certitudinea unei exploatări miniere econome şi fără pericol. În conformitate cu programa de învăţămînt, lucrarea cuprinde 15 teme care reflectă fundamentele teoretice şi practice ale activităţii inginereşti privind proprietăţile fizico-chimice, mecanice şi tehnologice ale materialelor de construcţie, dobîndirea, prepararea şi folosirea acestora. Fiecare temă a cursului debutează cu enunţarea planului şi a unui set de obiective de studiu, care scot în evidenţă concepţiile fundamentale asfel încît să ajute studentul la însuşirea materialului respectiv şi la pregătirea pentru susţinerea examenului. Prudenţa şi străduinţa la însuşirea acestui curs le va permite studenţilor cunoaşterea metodelor eficiente de utilizare a materialelor la construirea şi susţinerea lucrărilor miniere din subteran şi de la suprafaţă, la exploatarea rocilor minerale utile şi prepararea din acestea a materialelor de construcţie.

8

TEMA 1

CUNOŞTINŢE GENERALE DESPRE MATERIALELE DE CONSTRUCŢIE 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 au

fost: lemnul, piatra naturală şi argila. În regiunile unde nu există piatră se foloseau cărămizile din argilă uscată.

Cu timpul omul a descoperit fenomenul de ardere a argilelor şi 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 lianţi hidraulici (var cu cenuşă vulcanică, varul hidraulic etc).

Din documentele existente reiese că romanii cunoşteau secretul fabricării varului hidraulic pe care-l foloseau la pregătirea betoanelor pentru grandioasele lor lucrări de poduri, apeducte, bolţi cu deschideri mari etc.

În evul mediu, ca rezultat al fărвmiţării feudale, construcţiile mari din piatră naturală se reduc; în schimb iau o mare amploare construcţiile din cărămidă arsă.

Apariţia şi dezvoltarea capitalismului a determinat evoluţia industriei materialelor de construcţii deoarece acum apare necesitatea de a realiza construcţii civile, industriale şi militare de

9

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

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

Pentru obţinerea betonului şi mortarelor era nevoie de lianţi hidraulici (cimenturi), care au fost realizaţi în aceeaşi perioadă în Rusia şi Anglia. Din combinarea betonului cu oţelul s-a ajuns la fabricarea betonului armat, care a permis executarea diverselor tipuri de construcţii civile, industriale şi militare.

1.2. Obiectivul şi importanţa cursului de zăcăminte şi materiale de construcţie

Prin materiale de construcţie se înţelege totalitatea produselor

naturale sau artificiale folosite la executarea unei construcţii, de la fundaţii pвnă la finisare.

Studierea materiei prime, a proceselor de fabricaţie, a caracteristicilor fizico-mecanice şi chimice, precum şi a domeniilor de folosire fac ca proiectarea şi executarea lucrărilor de construcţie să se facă raţional şi să corespundă nivelului contemporan al tehnicii şi tehnologiilor econome. Cursul Zăcăminte şi materiale de construcţie se bazează pe: 1. Studierea materiei prime şi auxiliare care se folosesc la fabricărea materialelor de construcţie. Cunoaşterea lor este necesară pentru înlocuirea unor materii prime deficitare cu altele după necesitate. 2. Studiul proprietăţilor fizico-mecanice şi chimice în corelaţie cu compoziţia chimică şi structura fizică. Studiul şi cunoaşterea caracteristicilor fizico-mecanice şi chimice are o mare impotanţă la stabilirea domeniilor de utilizare ale materialelor de construcţie.

3. Studierea proceselor tehnologice de fabricaţie cu implicaţiile lor asupra proprietăţilor tehnice ale materialelor şi elementelor de construcţie. Se insistă în special asupra proceselor

10

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

4. Studiul comportării materialelor de construcţii la acţiunile distructive fizico-mecanice, chimice şi biologice ale mediului exterior şi elucidarea proceselor intime care guvernează aceste fenomene.

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

5. Studiul domeniilor de folosire ale materialelor de construcţie se stabilesc pe baza caracteristicilor fizico-mecanice şi chimice.

1.3. Felurile materialelor naturale şi artificiale Materialele naturale se obţin nemijlocit din materie primă

naturală prin prelucrare mecanizată fără modificarea compoziţiei şi structurii chimice iniţiale.

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

Materialele de construcţie naturale şi artificiale trebuie să reziste la diferite acţiuni de putere şi influenţă a fenomenelor din mediul ambiant. Din aceasta cauză materialele de construcţie trebuie să cumuleze un şir de calităţi şi mai ales rezistenţă la diferite puteri de forţă şi la factorii atmosferici: aerul cu o concentrare mare de gaze agresive, apa cu săruri agresive dizolvate în ea, schimbările de temperatură şi umiditatea, îngheţ - dezgheţul repetate de mai multe ori.

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

11

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

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

- fabricate din ceramică, plăci pentru placare, olane etc.; - lianţi anorganici (minerali) - var, ipsos, sticlă solubilă,

ciment etc.; - betoane şi mortare pentru construcţii, preparate dintr-un

amestec de nisip, pietriş (piatră spartă) şi lianţi anorganici; - prefabricate de beton armat, obţinute din beton şi armatură

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

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

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

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

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

prefabricatelor în clădiri, ele se împart în materiale care se intrebuinţează pentru construcţii portante şi pentru apărarea construcţiilor de influenţă negativă în condiţiile mediului încojurator - materiale pentru pereţi; materiale pentru acoperişuri, materiale termoizolante (care reţin bine căldura), materiale de finisaj - pentru finisarea interioară şi tapetat - vopsele şi lacuri, tapete.

O mare însemnătate are împărţirea materialelor în locale şi importate. În majoritatea cazurilor este mai avantajos să se întrebuinţeze materiale dobîndite sau produse pe loc. Cerinţele tehnice, tehnologia şi calitatea grupelor de produse şi materiale de construit sus arătate se conţin în normele şi regulele de construcţie

12

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

principalelor documente de normare, aplicate în construcţii Normele şi regulele de construcţie se extind asupra tuturor categoriilor de construcţii şi sunt obligatorii pretutindeni. Normele de construcţii stabilesc pentru unele categorii de lucrări regulele de întrebuinţare a materialelor 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 şi atomi, se caracterizează prin masă proprie. Molecula este cea mai mică particulă, care posedă particularităţile substanţei date. Molecula este compusă din atomi. Atomii în moleculă ocupă unul faţă de altul o poziţie bine determinată, statornică pentru substanţa dată.

După aşezarea moleculelor sau atomilor în molecule substanţele se împart în cristaline şi amorfe. În substanţele cristaline atomii şi moleculele sunt aşezate într-o anumită ordine, proprie cristalului dat, pe cînd la cele amorfe atomii sau moleculele au aşezare haotică. Materialele de construcţie se caracterizează prin proprietăţile chimice, minerale şi de fază. Compoziţia chimică ne permite 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 apreciate prin conţinutul lor de oxizi, acizi, baze şi săruri.

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

Componenţa de fază a materialului şi trecerea apei dintr-o fază în alta are o mare însemnătate la starea (lucrul) materialului în timpul exploatării acestuia. În corpurile solide se deosebesc părţile tari, care formează pereţii porilor, ori aşa-zis “scheletul” materialului şi porii, umpluţi cu aer sau apă. Structura materialelor se studiază la trei nivele:

1 primul - structura macrografică (macroporoasă), care se

13

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 care dimensiunele porilor sunt de sutimi sau miimi de milimetri, care se văd la microscopul optic;

3 al treilea - structura internă a substanţei ce constituie materialul la nivelul iono-molecular se studiază cu metodele de analiză structurală cu raze riontgăn (rentghen), microscopiei electronice, etc.

Microstructura materialelor de construcţie tari poate fi conglomerată, 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. De exemplu, spaţiul dintre materialele friabile - nisipul, pietrişul, piatra spartă, piatra brută în grămadă intre părticelele materialului formează goluri.

1.5. Clasificarea materialelor de construcţie Clasificarea materialelor de construcţie se face după mai

multe 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 regulă, de puritate tehnică, sau amestecuri de substanţe-omogene sau eterogene;

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

14

Cele solide se clasifică în materiale unitare, compozite şi asociate.

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 prin prescripţii tehnice.

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

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

23COCaOCaCO +=

. 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.

15

TEMA 2

PROPRIETĂŢILE PRINCIPALE ALE ZĂCĂMINTELOR ŞI

MATERIALELOR 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 construcţie se caracterizează

printr-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-i schimbă compoziţia chimică. Aceste proprietăţi determină domeniul de întrebuinţare a materialelor în construcţii. De multe ori în literatura tehnică se întîlneşte noţiunea “Greutate”. Greutatea G a unui corp reprezintă forţa cu care acesta este atras, în vacuum, spre centrul pămîntului. Greutatea aceluiaşi corp variază cu longitudinea şi latitudinea locului unde se află. Unitatea de măsură pentru greutate este Newtonul - N = 100 g. În legătura cu întroducerea sistemului internaţional de unităţi (SI) în toate cazurile de cîntărire e obligator ca să fie întrebuinţată noţiunea de “masa” materialului.

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

16

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 la 4 C.

Densitatea aparentă (medie, mijlocie) se numeşte masa unei unităţi de volum de material în stare naturală, adică împreună cu porii şi golurile. Ea se exprimă în g/cm3, kg/dm3, kg/m3. După densitatea aparentă se poate de judecat despre rezistenţă, însuşiri termotehnice, izolarea acustică etc. Densitatea aparentă se notează cu litera сa 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/m3 Densitatea 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

caracterizează prin gradul de completare a volumului cu substanţă solidă. El se caracterizează prin raportul volumului de material în stare presată V1 către volumul de material în stare naturală V.

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

densitatea reală (absolută).

17

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 raportul

dintre 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 de

100% datorită conţinutului mai mare sau mai mic de pori (goluri, fisuri).

Porozitatea unui material este gradul de completare a volumului acestuia cu pori, goluri, fisuri etc. Mărimea porozităţii (p) a unui material completează mărimea densităţii reale a lui pînă la 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 despre

densitatea lor aparentă, reală şi domeniile de folosire. La materialele de construcţie porozitatea variază în limite foarte mari. Aşa materiale ca sticla, oţelul, bitumul au porozitate egală cu zero porii lipsesc, granitul şi marmura - 0,22-0,84, cărămida – 25 - 35%, betoanele celulare - pînă la 85%, sunt unele materiale termoizolante foarte uşoare - 95% şi mai uşoare. Densitatea şi porozitatea materialelor au o mare influenţă asupra unor proprietăţi importante

18

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 rezistenţă mecanică înaltă şi permealibitatea la apă redusă.

Materialele cu porozitate mare au proprietăţi termoizolatoare înalte. Deci, pentru construirea clădirilor este bine să se întrebuinţeze materiale poroase care au în acelaşi timp o rezistenţă mecanică favorabilă. Cu acest scop se recomandă folosirea betoanelor uşoare. În prezent blocurile şi panourile din beton uşor se folosesc pe larg în construcţiile civile , industriale şi agricole.

Se deosebeşte porozitate închisă şi deschisă. Porozitatea deschisă este compusă din volumul porilor în formă de reţea de capilare, canale şi fisuri care comunică între ele şi cu suprafaţa corpului. Porii şi golurile închise în corpul materialelor nu comunică între ele.

Porozitatea deschisă Pd (%) se poate determina prin îmbibarea materialelor 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 cîntărirea

hidrostatică g. După valoarea porozităţii deschise se poate judeca despre

rezistenţa materialelor la îngheţ-dezgeţ, permealibilitate etc. În timpul transportului, păstrării, exploatării în construcţii de

multe 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 absorbi

umezeala din aer pe contul condensării capilare, adică a formării fazei lichide în capilare, pori, microfisurile absorbantului solid etc. Gradul de higroscopicitate depinde de mărimea porozităţii deschise,

19

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

Absorbire capilară - proprietatea materialului cu pori să absorbe în el apa, cînd întră în contact cu ea şi s-o ridice în sus prin capilare. Ridicarea capilară a apei are loc sub influenţa tensiunii suprafaţei vasului capilar, care se naşte la hotarul dintre fazele solidă şi lichidă. Înălţimea ridicării apei în capilare se poate afla din 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 = t⋅ξ unde: î - constanta absorbţiei; t - timpul . Umiditatea W(%) - cantitatea de apă conţinută într-un corp

solid sau într-o pulbere. În funcţie de criteriul de referinţă umiditatea poate fi relativă sau absolută.

Umiditatea absolută Wab - se numeşte proprietatea unui material de a conţine apă şi se determină prin raportul masei apei din material către masa lui în stare uscată:

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

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

20

Absorbţia de apă - se numeşte proprietatea unui material de a absorbi şi a reţine apa în porii şi capilarile care comunică cu exteriorul.

Determinarea absobţiei de apă se face în felul următor: proba de material uscat se cîntăreşte, apoi se introduce în apă şi se ţine acolo pînă ce masa ei devine constantă. După aceea se calculează diferenţa dintre masa probei îmbibate cu apă şi masa ei în stare uscată. Absorbţia de apă se exprimă în procente în raport cu masa probei de material uscat (absorbţia de apă în masă Wm) sau în procente în raport cu volumul ei (absorbţia de apă în volum Wv) şi se 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 trece de 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 şi la alte materiale foarte poroase).

Absorbţia de apă la diferite materiale de construcţie variază în limite foarte largi: granitul 0,5%, betonul greu 3%, cărămida de argilă 8%. Absorbţia de apă permite de a judeca despre porozitatea materialului, care determină într-o mare măsură conductibilitatea lui termică şi rezistenţa la îngheţ-dezgeţ.

Cedarea umidităţii - proprietatea unui material de a ceda apa este proprietatea contrară absorbţiei de apă. Cedarea umidităţii se caracterizează prin viteza de uscare a materialului, adică prin cantitatea de apă (în procente de masă sau volum) pe care o pierde materialul în timp de 24 ore, umiditatea relativă a aerului înconjurător fiind de 60% şi temperatura de +200 C + - 2° C.

Rezistenţa la apă - creşterea umidităţii materialelor, masa volumerică şi conductibilitatea termică se măreşte, iar rezistenţa mecanică se micşorează (în urma scăderii atracţiei intermoleculare).

Coeficientul de înmuiere - raportul dintre rezistenţa mecanică

21

a materialului saturat cu apă şi rezistenţa lui în stare uscată se numeşte coeficient de înmuiere. Acest coeficient caracterizează rezistenţa materialului la apă, valoarea lui numerică variind de la zero (materiale din argilă crudă, de exemplu la „lampaci,” blocuri de pămînt), pînă la unitate (oţel, sticlă, bitum). Materialele cu coeficientul la înmuiere mai mare de 0,8 fac parte din categoria materialelor rezistente la apă.

Materialele pietroase şi betoanele cu coeficientul de înmuiere mai mic de 0,8 nu pot fi întrebuinţate în construcţiile care în perioada exploatării se vor afla în apă sau în condiţii de umiditate. La multe materiale pe măsura uscării se restabilesc densitatea aparentă şi relativă, rezistenţa, conductibilitatea de căldură şi rezistenţa la îngheţ-dezgheţ.

K]n = Rum/Ruscat unde Rum şi Rusc -limitele rezistenţei la presiune a materialului

umed şi uscat. Permeabilitatea la apă - se numeşte proprietatea unui

material de a permite să treacă prin el apa sub presiune. Această proprietate este deosebit de importantă pentru materialele întrebuinţate în construcţii hidrotehnice şi în alte construcţii aflate sub presiunea apei. Gradul permeabilităţii se caracterizează prin coeficientul de filtrare - cantitatea de apă, Va, care trece în timp de o ora (t = 1) printr-un m2 (S =m2) al suprafeţei materialului, cu grosime d = 1m şi diferenţa presiunii ∆p = 133,3Pa.

Mărimea permeabilităţii se caracterizează prin coeficientul de filtrare 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 este mai mare; dacă porii sunt mai mici şi în marea lor majoritate închişi, permeabilitatea este mai mică. Materialele deosebit de compacte, de exemplu sticla, oţelul, bitumul, precum şi cele mai puţin compacte, cu porii închişi, de exemplu, betonul cu dozaj special ales, sunt practic impermeabile la apă. De obicei Kf - se exprimă în unitate de viteza M /24h, M/s.

22

2.1.3. Rezistenţa la îngheţ –dezgheţ Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ - se numeşte proprietatea unui

material îmbibat cu apă la saturaţie de a rezista la acţiunea relativă de îngheţ-dezgeţ, adică de a suporta variaţii bruşte de temperatură. La îngheţ apa se măreşte în volum pînă la 10%, iar gheaţa formîndu-se treptat apasă asupra pereţilor porilor materialului. Dacă apa umple complet porii deschişi ai materialului ea nu mai are posibilitate să se dilate liber la îngheţ, şi atunci gheaţa formată poate distruge pereţii porilor, iar rezistenţa materialului se micşorează.

Materialele poroase sunt rezistente la îngheţ numai în cazurile cînd 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 la saturaţie, apoi se introduc într-o cameră frigorifică, unde se supun îngheţului. Temperatura în camera frigorifică trebuie coborîtă pînă la -15 C. După aceea probele se scot din cameră şi se dezgheaţă în apă la temperatura camerei de locuit. În funcţie de condiţiile climaterice şi de clasa construcţiei, se efectuează de la 10 pînă la 200 de cicluri de îngheţ-dezgheţ.

Se consideră rezistente la îngheţ-dezgheţ materialele care după numărul de cicluri de îngheţ-dezgheţ stabilit pentru ele nu apar semne vizibile de distrugere (nu se fărîmă, nu crapă, nu se stratifică) şi pierd din masă cel mult 5%. Afară de aceasta, rezistenţa mecanică a probei supuse încercărilor de rezistenţă la îngheţ nu trebuie 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. Ea se caracterizează prin cantitatea de căldură care trece în timp de o oră prin 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

23

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

16,0)22,00196,0(16,1 2 −+= rρλ . 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 caracterizează prin capacitatea termică specifică egală cu cantitatea de căldură în Jouli, care trebuie consumată pentru a încălzi 1 kg de material dat cu 10C [J/(kg0 C)]. Capacitatea termică e necesară pentru aprecierea şi alegerea materialelor pentru construirea pereţilor din piatră, beton, beton-armat etc.

Deformaţia termică liniară a materialelor - proprietatea materialelor de a se dilata la încălzire. Această proprietate are o mare însemnătate la determinarea locului şi mărimii intervalelor între construcţii.

Refractaritatea - se numeşte proprietatea materialelor de a se opune acţiunii îndelungate a temperaturii înalte fără a-şi schimba forma.

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

24

nivelul tăriei zgomotelor care pătrund prin material. Capacitatea fonoizolantă a materialelor sau a construcţiilor din acestea se exprimă în decibeli (db), ori prin diferenţa de tărie a zgomotului în exteriorul şi interiorul construcţiei, tărie măsurată in foni. De exemplu, dacă tăria zgomotelor de pe stradă este de 80 foni, iar a zgomotului din interiorul locuinţei - 30 foni, izolaţia fonică a peretelui este egală cu 50 decibeli.

Materialele care posedă o absorbţie acustică înaltă şi conductibilitate fonică mică se numesc fonoizolante. De obicei materialele cu structura poroasă au înalte proprietăţi fonoizolante. Din ele fac parte materialele termoizolante cu densitatea aparentă 350 - 400 kg/m3 precum şi cele acustice destinate special pentru izolare acustică (vată minerală, pluta şi plăci de ardezie cu grosimea de 2 - 4 cm).

2.2. Proprietăţile chimice Proprietăţile chimice ale materialelor de construcţie

caracterizează stabilitatea la acţiunea agenţilor chimici din mediul înconjurător. Astfel, sărurile conţinute în apele subterane acţionează chimic cu unele elemente din piatra sau betonul fundaţiilor, provocînd dezagregarea acestora. Bioxidul de carbon şi mai ales bioxidul de sulf (din atmosfera centrelor industriale) atacă pînă la dezagregare piatra de la zidăria exterioară a clădirilor. Oxigenul din aer în mediul umed provoacă oxidarea materialelor. Unele săruri ale acidului sulfuric (sulfaţii) conţinute în apa de mare, ori în apele subterane, au o acţiune agresivă asupra betoanelor obişnuite. Apele acidulate atacă pietrele de calcar din construcţii producînd degajarea de bioxid de carbon (efervescenţă), iar apele alcaline atacă materialele de sticlă.

Pentru preîntîmpinarea acţiunii negative al agenţilor chimici din mediul înconjurător fiecare material se protejează prin anumite metode. Dintre cele mai principale proprietăţi chimice ale materialelor fac parte: solubilitatea, adeziunea, rezistenţa la corozie etc.

25

Solubilitatea (dizolvarea) - proprietatea unui material de a se dezagrega 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; este condiţionată de interacţiunile intermoleculare. Se foloseşte pe larg în construcţii la lucrările de zidărie, de tencuire, vopsire, sudare, spoire, acoperire, izolare etc.

Coeziunea - atracţia dintre particulele unuia şi aceluiaşi corp solid sau lichid, care duce la unirea acestor particule într-un corp unic. Se datorează forţelor de interacţiune intermoleculară. Viscozitatea - proprietatea fluidelor, lichidelor şi gazelor de a opune rezistenţă la deplasarea unei părţi a lor faţă de alta. La curgerea laminară a unui lichid vîscos printr-un tub, viteza lichidului creşte de la zero lîngă pereţii tubului pînă la valoarea maximală pe axă. Între straturile care se mişcă cu viteză diferită acţionează forţe tangenţiale de frecare internă.

Gradul viscosităţii materialelor lichide şi semilichide este determinat de puterea de coeziune intermoleculară şi depinde de temperatură şi presiune (cu căderea temperaturii şi presiunii viscozitatea creşte).

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

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

Rezistenţa la împrejurări agresive - capacitatea materialului de a rezista la acţiunea apelor agresive (de mare, minerale şi alte ape). Această rezistenţă este foarte importantă la construcţiile hidrotehnice, unde adesea apele pentru irigare, de la asecarea

26

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 atacă pînă la dezagregare materialele de piatră naturală şi artificială, oxigenul din aer, în mediul, provoacă oxidarea materialelor.

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

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

Putrezire - proprietatea materialelor de a-şi pierde structura iniţială în rezultatul discompunerii (a deveni putred) sub acţiunea unor microorganisme, de exemplu lemnul, etc.

Contractare - capacitatea materialelor de a-şi micşora dimensiunile şi micşora volumul în urma unor procese fizice sau chimice (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 schimba forma sub acţiunea sarcinii, fără semne de distrugere, si de a-şi păstra în întregime această formă iniţială după înlăturarea sarcinii. Materiale elastice, de exemplu, sunt: lemnul, oţelul etc.

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

Fragilitatea - este proprietatea materialului de a se distruge

27

brusc sub apariţia eforturilor aplicate, fără apariţia deformărilor evidente. Materialele fragile rezistă slab la lovituri, de aceea ele nu pot fi folosite acolo unde acţionează sarcini de şoc. Drept exemplu de material fragil poate servi sticla şi multe materiale de piatră.

Modul de elasticitate este o caracteristică a rezistenţei unui material la deformaţii elastice. Este o mărime egală cu raportul dintre tensiune şi deformaţia elastică relativă pe care o produce. Se deosebesc mai multe modurui de elasticitate: la întindere - comprimare axială (modul de forfecare); la comprimarea triaxială (modul de elasticitate volumerică). Modul de elasticitate joacă un rol important la calculul rezistenţei, rigidităţii, stabilităţii, precum şi ca măsura a forţei legăturilor interatomice.

Coeficientul Poisson (după numele savantului francez S. D. Poisson) - este valoarea absolută a raportului dintre deformaţia transversală relativă şi deformaţia longitudinală relativă a unei bare supuse întinderii sau comprimării longitudinale. Coeficientul Poisson caracterizează proprietăţile elastice ale materialelor.

Rezistenţa. Materialele şi detaliile în construcţii sunt supuse

unor încărcaturi care pot fi diferite după valorile şi modul de acţiune asupra materialului. Încărcăturile exterioare asupra materialului provoacă tensiunii interioare în material. În dependenţă de 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 mai dese ori la compresie sau la întindere.

Rezistenţa materialelor de construcţie la aceste sarcini se caracterizează prin limita de rezistenţă, adică tensiunea în material, corespunzător sarcinii, sub acţiunea căreia se produce distrugerea probei. Tensiunea, corespunzătoare încărcaturii datorită cărei materialul se distruge - se numeşte limita de rezistenţă şi se exprimă în Pa, Mpa (în unele cărţi vechi se mai întîlnesc kg/cm2 (105 Pa). Pentru determinarea limitei de rezistenţă la compresie sau la întinderea materialelor se pregătesc probe în formă de cuburi de diferite dimensiuni (cu muchia de la 3 pînă la 30 cm) în

28

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

sau deformaţie (schimbarea formei şi dimensiunilor) sub acţiunea diferitor încărcături, se numeşte verificarea rezistenţei materialului la aceste încărcături.

Rezistenţa mecanică este capacitatea materialelor de a se

opune tensiunilor interioare, care apar în rezultatul acţiunii sarcinilor exterioare. În orice clădire aproape toate construcţiile ei sunt supuse diferitor sarcini (masa elementelor clădirii, utilajului, mobilei, oamenilor care se află în clădire, acţiunea vîntului etc.) datorită cărui fapt în elementele construcţiei apar diferite deformaţii. În urma cercetărilor s-a stabilit că: deformaţia depinde de mărimea forţei exterioare şi anume cu cît este mai mare efortul, cu atît este mai mare şi deformaţia; deformaţiile pot fi elastice, care dispar după înlăturarea sarcinii şi remanente (reziduale), care rămîn după înlăturarea sarcinii; deformaţiile depind nu numai de forţele care le-au provocat, dar şi de materiale; dacă eforturile ating valori considerabile, materialul se distruge, de aceea, pentru a păstra calităţile de exploatare ale clădirii, eforturile şi deformaţiile diferitelor părţi nu trebuie să depăşească anumite limite; sarcina exterioară creează în material forţe interioare, care se opun deformării şi distrugerii lui. Aceste forţe se numesc tensiuni şi se notează cu litera sigma у.

Rezistenţa mecanică a materialelor se caracterizează prin rezistenţa de rupere sau rezistenţa maximă. Rezistenţa de rupere se numeşte tensiune maximă, corespunzătoare sarcinii, sub acţiunea căreia materialul se distruge. Pentru a calcula rezistenţa de rupere la compresiune R (compr.), în MPa (sau la întindere R înt.) trebuie să împărţim forţa de rupere P în kg la suprafaţa iniţială a secţiunii transversale a epruvetei (probei de încercare) Fo cm2.

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

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

29

compresiune epruvete în forma de cilindru, prisme şi jumătăţi de bare. Rezistenţa de rupere la întindere se determină cu ajutorul maşinilor de rupere, prin încercarea epruvetelor preparate special, iar rezistenţa de rupere la încovoiere - cu ajutorul unor instalaţii speciale prin încercarea epruvetelor în formă de bare ( Fig.2.1). Pentru o bară cu secţiune dreptunghiulară tensiuile normale maxime la incoviere у în kg/cm2 se determină după formulele: în cazul 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 prin

limita de rezistenţa. Aceasta reprezintă rezistenţa de rupere la compresiune şi încovoiere, obţinută în urma încercării epruvetelor de formă şi dimensiuni standarde. Pentru materialele de construcţie, obţinute pe bază de lianţi anorganici, limita de rezistenţă se determină la vîrsta, prevăzută de STAS.

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

30

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

Tabelul 2.1. Scara durităţii mineralelor (după Moos).

MINERALUL Indicele durităţii

Caracteristica durităţii

Talc sau cretă

1 Se zgîrie uşor cu unghia.

Ghipsul bihidrut

2 Se zgîrie cu unghia.

Calcit sau anhidrit

3 Se zgîrie uşor cu un cutit de oţel.

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

Apatit 5 Se zgîrie cu un cuţit de oţel prin Apăsare puternică. Nu zgîrie 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 a

durităţii. Fiecare următor mineral poate trasa o linie pe mineralul precedent. Dacă la determinarea durităţii unui oarecare material se constată că proba lui lasă urmă pe ghips, iar acest material poate fi

31

zgîriat cu calcit, duritatea acestui material este egală cu 2,5. La unele materiale există o oarecare interdependenţă între duritate şi rezistenţă. Metodele aproximative de verificare a rezistenţei betonului sau metalului în construcţie se bazează pe măsurarea durităţii lor.

Abraziunea (roaderea) şi uzura. Abraziunea este capacitatea materialului de a-şi micşora volumul şi masa sub acţiunea forţelor abrazive (de roadere). Abraziunea se determină în laboratoare cu ajutorul 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 este

egală cu 0,08 g/cm2. Abraziunea depinde în mare măsură de rezistenţă. Dacă în afară de abraziune asupra construcţiei acţionează şi sarcini de şoc, ea este supusă uzurii. Din astfel de construcţii fac parte, de exemplu, pardoselele intreprindelor industriale, îmbrăcămintea rutieră. Încercarea materialelor la uzură se face în tobe rotative, unde bucăţile de material, aflîndu-se în permanentă mişcare, se lovesc una de alta şi se distrug parţial.

Întrebări pentru repetare 1. Ce ştiţi din istoria dezvoltării materialeor de construcţie din

antichitate pînă în zilele noastre? 2. Ce înseamnătate au materialele de construcţie în

dezvoltarea economiei naţionale? 3. Cum înţelegeţi funcţionarea materialelor în construcţii,

legătura dintre compoziţie, structură şi proprietăţile lor? 4. Ce deosebire este între densitatea aparentă, reală în

grămadă şi relativă? Scrieţi şi explicaţi formulele. 5. Numiţi proprietăţile generale ale materialelor de

32

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 şi întindere, încovoiere şi torsiune, rupere, tăiere prin îndensare şi forfecare?

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” şi lucrabilitate (atitudine de fasonare)?

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

33

TEMA 3

ZĂCĂMINTE ŞI MATERIALE DIN PIATRĂ NATURALĂ

3. 1. Generalităţi 3.2. 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 construcţie 3.3.1. Generalităţi 3.3.2. Rocile eruptive masive intruzive (de adîncime) 3.3.3. Rocile masive eruptive de suprafaţă 3.3.4. Rocile detritice 3.3.5. Rocile sedimentare 3.3.6. Rocile metamorfice 3.4. Materiale şi produse din piatră naturală 3.5. Exploatarea şi prelucrarea materialelor de piatră naturală 3.6. Măsuri de protecţie contra degrădării 3.7. Transportarea şi păstrarea Scopul: a da studenţilor cunoştine despre roci şi clasificarea

lor; materiale şi produse din piatră naturală. 3. 1. Generalităţi Rocile sunt materialele cele mai principale folosite în

construcţii. Rocile se folosesc ca materiale de construcţie în formă naturală (nisip, pietriş, piatră spartă etc), aşa cum au fost extrase din zăcăminte, sau după o prelucrare mecanică coresponzătoare (taiere, cioplire, şlefuire, concasare, sortare, spălare etc.). Ele se folosesc şi în calitate de materie primă pentru obţinerea materialelor de construcţie artificiale - după o prelucrare termică sau chimică, care

34

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

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

- argila şi nisipul sunt utilizate pentru fabricarea cărămizilor, olanelor şi altor pietre artificiale;

- nisipul şi pietrişul sunt utilizate pentru mortare şi betoane; - diatomitul, tripolul sunt utilizate sub formă de cărămizi

poroase şi ca material termoizolant monolit; - ardezia se foloseşte ca materie primă pentru fabricarea

produselor de azbociment etc. Rocă este un agregat mineral natural sau o combinaţie

naturală de minerale, care au luat naştere în urma proceselor geologice. Rocile alcătuesc scoarţa terestră, partea dură (tare) a pămîntului numită litosferă. La adîncimi variabile sub scoarţa pămîntului se găseşte materie în stare topită, care se numeşte magmă. Magma este un amestec de diferiţi oxizi, silicaţi, vapori de apă şi gaze. In decursul miilor de ani magma erupe, adică iese la suprafaţa pămîntului sau în litosferă prin craterele vulcanelor. Magma ieşită la suprafaţa pămîntului se numeşte lavă. Cu timpul lava Sub acţiunea agenţilor atmosferici, cu timpul, lava se solidifică, contopindu-se cu scoarţa pămîntului.

Prin roci se înţelege masele minerale formate din unul sau mai multe minerale. Mineralele ce alcătuesc rocile sunt substanţe formate 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. Roca formată dintr-un singur mineral se numeşte simplă. De exemplu, ghipsul (CaSO4 • 2H2O), compus dintr-un mineral cu aceeaşi denumire.

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

35

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

mineralelor în ea. Forma, mărimea şi aşezarea mineralelor în rocă determină structura şi textura ei. Compoziţia mineralogică şi structura rocii determină proprietăţile ei fizico-chimice. În dependenţă de condiţiile formării, rocile se împart în trei grupe genetice:

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

2. rocile sedimentare (secundare), formate în straturile de suprafaţă a pămîntului din produsele de virtifecare ale rocilor eruptive;

3. rocile metamorfice sunt produse le cristalizării şi adaptării rocilor (eruptive şi sedimentare) la schimbările fizico-chimice în scoarţa terestră (tabelul 3.1).

3.2. Mineralele principale din care se formează rocile 3.2.1. Generalităţi Mineral (din lat. mineră-minereu) - compus chimic, natural,

reprezentat printr-un corp aproape omogen din punct de vedere al compoziţiei chimice şi al proprietăţilor fizice. În scoarţa pămîntului sunt cunoscute circa 3000 tipuri de minerale, dintre care cele mai răspîndite sunt: silicaţii (constituie aproape 25% din numărul total de minerale), fosfaţii şi analogii lor (aproximativ 18%), oxizii şi hidroxizii (aproape 12,5%). Mineralele de asemenea întră în componenţa meteoriţilor şi altor obiecte cereşti-Lunii, Martie etc.

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

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

36

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

specifice: componenţa chimică, densitate, proprietăţi mecanice (duritate, rezistenţa), coeziune, însuşiri optice (luciu, culoare, transparenţă, refracţia luminii etc.), însuşirile termice, electrice şi magnetice. Aceste însuşiri se şi iau în consideraţie la stabilirea mineralelor.

Una dintre cele mai importante proprietăţi ale mineralelor este duritatea. În mineralogie cel mai des la determinarea durităţii se foloseşte metoda după scara durităţii mineralelor, propusă în 1811 de savantul neamţ F. Moos (vezi tabelul 2.1).

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

Opalul (SiO2 · mH2O) - hidroxidul se siliciu, conţinutul de apă în mediu de la 2 pînă la 14%, mai rar pînă la 34%, după masă. Opalul este un hidrogeu amorf şi solid; în el se mai pot conţine şi impurităţi MgO, CaO, Al2O2 şi Fe2O3; culoare albă-lăptoasă (opalul arzător), verde (prozopal) etc.; poate fi incolor (hialit) şi depinde de felul impurităţilor; după scara mineralogică are duritatea 5,5-6,5; densitatea 1900 - 2500 Kg/m3. În decursul evoluţiei geologice opalul îşi pierde apa şi se transformă în calgedon, iar apoi în cuarţ. Se întîlneşte atît în formaţii de roci curate (dar nu prea mari) opalul nobil cu un joc de culori de curcubeu (opalescenţă), cît şi în componentul util (varietatea chimic activă a bioxidului de siliciu) al rocilor organogene-diatomitului, tripolului, gaizitului.

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

37

impurităţi mici de fier şi aluminiu. Culoare albă, sură, galben-deschisă, brun-cenuşie, verde. Densitatea 2,5 - 2,6 g/cm3 duritatea - 6. Calcedonul este produsul cristalizării opalului sau este precipitat din soluţii suprasaturate, depunîndu-se împreună cu opalul şi cuarţul.

Cuarţul (SiO2) - este o modificare în formă cristalină, întră în componenţa multelor roci (granitului, cuarţului, nisipului etc.).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. După scara mineralogică are duritatea 7. Densitatea 2650 kg/m3. Rezistenţa chimică este foarte înaltă. Reacţionează numai cu acidul clorhidric şi cu baze fierbinţi. Limita de rezistenţă la compresie este mare - pînă la 1000-2000 MPa. Datorită durităţii înalte şi rezistenţei chimice, cuarţul la discompunerea rocilor cuarţoase, de exemplu, granitul nu-şi schimbă nici componenţa chimică, nici mărimea cristalelor şi formează nisipuri cu granule măşcate. În roci sedimentare se întîlneşte cuarţ de provenienţă sedimentară. Cuarţul sedimentar se formează direct din soluţii suprasaturate şi din perecristalizarea opalului şi calcedonului. El umple fisurile, golurile, porii şi spaţiile în gresii şi calcare.

Grupa feldspaţilor - grupa de minerale, care sunt cele mai răspîndite dintre mineralele constituiente de roci şi alcătuesc circa 60% din volumul rocilor magmatice sau aproape 50% din masa scoarţei terestre. Feldspaţii sunt minerale, care după compoziţia chimică fac parte din alumosilicaţii de potasiu şi sodiu (feldspaţii alcalini sau feldspaţii potasici şi sodici), de calciu şi sodiu (plagioclazi sau feldspaţii calcaro-sodici), mai rar se întîlnesc alumosilicaţi de potasiu şi bariu (feldspaţii barici). Din feldspaţi sunt compuse majoritatea rocilor eruptive: granitul, sienitul, gabroul, andezitul, dioritul.

În mineralogie se deosebesc ortoclazul (din gr. orthos-drept şi clasis-despicare, rupere)- mineral principal constituent de roci, feldspat de potasiu K2O.Al2O3.6SiO2 are două suprafeţe plane, aşezate sub unghi drept una faţă de alta, de aici şi denumirea de

38

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

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

Unii feldspaţi frumos coloraţi şi cu irizaţie sunt pietre semipreţioase (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 mai mică (120-170 MPa, la compresie). Dezagregarea feldspaţilor are oc sub acţiunea apei care conţine bioxidul de carbon. Ca urmare a dezagregării se formează minerale noi: caolinul, montmorilonitul etc.

Caolinul- mineral argilos, silicat bazic de aluminiu Al4[Si4O10](OH) Are culoarea albă de diferite nuanţe; este principalul constituient al argilelor caolinice şi al caolinului; montmorilonitul este tot un mineral argilos alumosilicat hidratat de magneziu, aluminiu, fier trivalent, sodiu. În apă se umflă foarte tare, formează suspensii stabile şi o masă vîscoasă.

Montmorilonitul - este mineral constituent principal al argilelor montmorilonitice sau bentonitice (decolorate) folosite în diferite ramuri ale industriei. Către mineralele colorate (închis colorate), care se întîlnesc în rocile magmatice, se referă şi silicaţii de fier- magneziu şi de magneziu. În grupa silicaţilor de fier-magneziu mai răspîndiţi sunt olivinul, piroxenele ( de exemplu augitul).

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

39

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

3.2.2. Mineralele care formează rocile sedimentare Calcitul - carbonat de calciu (CaCO3), care formează diferite

varietăţi de calcar. Caolinul - alumosilicat-hidrat (Al2O3.2SiO2H2O) format prin

alterare Ca feldspaţilor. Magnezitul - carbonat de magneziu (MgCO3) a cărui duritate

este mai mare decît al calcitului. Dolomitul - carbonat dublu de calciu şi magneziu

(CaCO3.MgCO3). După proprietăţile fizice el ocupă un loc mijlociu între calcit şi magnezit.

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

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

3.3. Clasificarea şi utilizarea rocilor ca material de construcţie 3.3.1.Generalităţi După modul cum iau naştere rocile se clasifică în roci

eruptive, roci sedimentare şi roci metamorfice. Toate aceste roci se utilizează în construcţii sub formă de blocuri sau plăci pentru zidirea pereţilor şi finisare, sub formă de agregate friabile (nisip, pietriş, piatră spartă) pentru pregătirea mortarelor şi betoanelor, ca materiale pentru drumuri etc.

40

Materialele de piatră naturală din roci sunt utilizate pe larg ca materiale 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, durabilitate mare etc.

Rocile eruptive (magmatice) sau formate în urma răcirii şi consolidării maselor topite (magmelor) ieşite din adîncul pămîntului. Ele constituie cea mai mare parte a scoarţei terestre. Aceasta este neomogen compusă din următoarele trei straturi interioare: 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 la fundul oceanelor pot fi cercetate nemijlocit. Stratul de granit este compus în deosebi din roci acide (SiO2<50%) şi din diferite roci metamorfice. Rocile magmatice după conţinutul de siliciu se împart în acide (SiO2>65%), neutre (SiO2=50-65%) şi bazice (SiO2<50%). Rocile magmatice se clasifică după componenţa mineralogică şi după structura lor. Se deosebesc trei tipuri de structuri principale:

structura holocristalină are toate mineralele cu structura cristalizată. Această structură s-a format atunci cînd magma s-a răcit încet şi la presiune mare, la adîncimi mari sub scoarţa terestră;

structura hipocristalină - are o parte din minerale sub formă de cristale mari, iar alta - sub formă de microcristale sau chiar în stare amorfă (sticloasă). Această structură s-a format atunci cînd magma 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, nimerind la suprafaţa pămîntului, se răceşte brusc sub acţiunea presiunii atmosferice sau la adîncimi mici.

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

41

Din acest punct de vedere rocile eruptive se împart în masive şi detritice. Rocile masive de adîncime sau intruzive, s-au format în adîncimea scoarţei terestre, au structură holocristalină, formînd masive compacte. Datorită eroziunii, în rezultatul acţiunii apei şi vîntului, ele au apărut la suprafaţă sau se găsesc la adîncimi nu prea mari. Rocile masive de suprafaţă sau efuzive au ieşit la suprafaţă prin canalele vulcanilor, străpunse în grosimea scoarţei. Magma ieşită la suprafaţă uneori se scurgea laminar în formă de lavă pe suprafaţa pămîntului formînd masive importante. Rocile de suprafaţă ieşite prin canale (craterele vulcanice) de multe ori erau aruncate la înălţimi mari unde, întîlnind rezistenţa aerului, se sfarîmau, căzînd pe suprafaţă în formă de bulgări, bolovani şi nisip (porizaţi) avînd structură poroasă, care se mai numesc roci detritice. Aceste sfărîmături, căzînd pe suprafaţa uscată, formează straturi de roci detritice afînate, iar dacă nimeresc în lavă, se amestecă cu ea, la răcire se cimentează, formînd roci detritice consolidate (cimentate).

Luînd în consideraţie etapele mişcării magmei erupte, s-a constatat 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 scoarţa terestră şi rocile care au ieşit la suprafaţă şi s-au scurs în formă de lavă răcindu-se în mase compacte, au primit denumirea de roci masive întruzive sau de adîncime şi roci masive efuzive sau de suprafaţă.

2. Rocile detritice - cum s-a constatant mai sus, se împart în roci 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 conţinutul bioxidului 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 construcţiile industriale, civile şi agricole. Din cele expuse mai sus reiese că familia acestor roci cuprinde rocile masive intruzive şi efuzive de

42

aceeaşi componenţă mineralogică şi rocile detritice afînate şi cimentate.

3.3.2. Roci eruptive masive intruzive (de adîncime) Rocile eruptive masive intruzive se caracterizează prin

structură cristalin-granulară bine pronunţată şi au următoarele însuşiri:

a). Granitul este o rocă acidă cu structură holocristalină granulară; este compus din cuarţ, feldspat şi mică. Granitul are cea mai diferită întrebuinţare în construcţii datorită înaltelor proprietăţi tehnice. Are densitatea aparentă de 2,3-2,7 g/cm3. Rezistenţa de rupere la compresiune 120-200 MPa, dar uneori poate ajunge pînă la 300-400 MPa. Culoarea este cenuşie, neagră, roză sau roşietică, poate avea puncte albe, negre, roşii sau verzi. Este rezistent la acţiunile bruşte de temperatură, dar din cauza dilataţiei şi contracţiei neegale a mineralelor componente se comportă foarte rău la foc. Granitul se întrebuinţează la placarea clădirilor, cheiurilor, confecţionarea treptelor de scări, plăcilor pentru trotuare precum şi piatră spartă la construcţie.

b) Sienitul la aspect se aseamănă cu granitul, însă nu conţine cuarţ. În afară de feldspat şi mică, sienitul conţine minerale de culoare închisă (augit, harnblendă). În dependenţă de culoarea feldspatului, sienitul poate avea nuanţă roză, sură şi verzue. Dacă sienitul conţine cuarţ 10-15%, (de culoare sură şi verzue) atunci roca se numeşte sienit cuarţos. Proprietăţile lui tehnice sunt foarte aproape de ale granitului, dar rezistenţa este mai mică din cauza lipsei cuarţului.

c) Dioritul - este mai puţin răspîndit decît granitul şi se deosebeşte de acesta prin conţinutul mai mic de cuarţ (20-25%). Dioritul este compus din feldspat şi minerale de culoare închisă (de cele mai dese ori harblendă). El are culoare închisă cu nuanţe verzui, limita de rezistenţă la compresiune – 150-200MPa densitatea aparentă 2800-3000 kg/m3. Se întrebuinţează pentru îmbrăcăminte la drumuri şi placare.

43

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

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

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

3.3.3. Rocile masive eruptive de suprafaţă Au structura hipocristalină, deoarece răcirea magmei s-a

produs repede şi mineralele n-au reuşit să se cristalizeze complet. Compoziţia chimică şi mineralogică a rocilor de suprafaţă şi de adîncime este aceeaşi.

a). Porfirul - este o rocă cu structură hipocristalină: feldspaţii formează cristale mari, iar cuarţul şi mica ocupă spaţiul rămas sub formă de cristale mici sau chiar de piatră amorfă. Structura rocii determină proprietăţile fizico-mecanice ale porfirului. Are densitatea aparentă 2500 - 2650 kg/m3. Coloritul variază de la cenuşiu-albaştriu la roşietic sau verde. Există trei feluri 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 compoziţie sunt apropiaţi de granit, iar rezistenţa, porozitatea, absopbţia de apă sunt ca şi la rocile de adîncime, însă din cauza fenocristalelor ele degradează mai uşor.

Se deosebesc roci efuzive: lava revărsată compact şi lava revarsată afînat. La rocile compacte, în afară de porfiri, se raportă: trahitul, andezitul, bazaltul, diabazul, liparitul. Rocile revărsate analoge granitului sunt reprezentate de liparite, în masa sticloasă a cărora se conţin fenocristale de cuarţ şi feldspat.

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

44

au suprafaţa poroasă şi par aspre la pipăit) - rocă etruzivă constituită din 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 şi durabil, frumos colorat în culori cenuşii de diferite nuanţe. Se foloseşte ca piatră de construcţie (material pentru pereţi, agregate pentru beton) şi decorativă. Trahitele modificate (ortofirele sau porfirele trahitece) sunt folosite uneori ca pietre semipreţioase.

d). Diabaz (din gr. diabasis, literar-trecere) - rocă magmatică, bazică, cu structura holocristalină corespunde rocii de adîncime gabro, 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 sunt fenocristale 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 material pietros la pietruirea drumurilor (piatră de pavaj) şi ca agregate pentru beton în formă de piatră spartă.

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

Rocile detritice

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

45

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 erupţiei vulcanilor.

Aceste depuneri, fie că s-au păstrat în stare afînată, fie ca în prezenţa substanţelor de cimentare şi sub presiunea straturilor superioare s-au transformat în roci cimentate.

Particulele fine (de lavă solidificată, din grupa afinate) formează cenuşa vulcanică, iar particulele cu dimensiune pînă la 5 mm - nisip vulcanic.

a) Cenuşa vulcanică - rocă detritică fină, afînată (dimensiunile granurelor 0,5 - 2 mm), în componenţa căreia întră fragmente de sticlă vulcanică, cristale de minerale constituiente de roci şi fragmente de diferite roci care au fost aruncate din coşul vulcanic. Densitatea aparentă (medie) 500 - 1800 kg/m3, porozitatea 20 - 70%. Cenuşa vulcanică se foloseşte ca material fin de umplutură la betoanele uşoare şi la materiale pentru tencueli. Cenuşa vulcanică măcinată se utilizează ca adous la cimenturile hidraulice cu puzolană şi la cele rezistente la acţiunea sulfaţilor, ca şi degresant la producerea cărămizilor de ceramică, a sticlei, a glazurilor etc.

b) Nisipul vulcanic - este alcătuit din particule cu dimensiuni pînă la 5 mm (necimentate).

c) Piatră ponce - bucăţi de rocă poroasă formată prin solidificarea lavei vulcanice avînd de obicei dimensiuni pînă la 40 cm. Piatra ponce s-a format în urma răcirii bruşte cu degajarea gazelor din lavele acide şi neutre, cu aceeaşi compoziţie mineralogică ca şi granitul şi porfirul, dar cu structură amorfă sticloasă. Porozitatea ei atinge - 80% ; pereţii porilor sunt compuşi din 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 … 0,9 g/cm3. Porozitatea înaltă condiţionează folosirea ei ca material termoizolant, iar majoritatea porilor închişi îi asigură rezistenţă la

46

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

2. Rocile detritice consolidate (cimentate)- tuful vulcanic şi trasul

a) Tuful vulcanic - (it. tufo-rocă poroasă formată din acumulările de produse solide ale erupţiilor vulcanice, ulterior compactizate şi cimentate. Tuful are compoziţie chimică variată şi corespunde compoziţiei lavei erupte; el se prelucrează uşor, se foloseşte зу дфкп ca material pentru pereţi şi pentru faţadare (de exemplu tuful artic din Armenia), în stare măcinată ca adaus activ la substanţele liante (puzolană, tras); se întrebuinţează şi pentru căptuşirea agregatelor termice ale cuptoarelor îndustriale şi ale coşurilor ce funcţionează la temperatura pînă la 800 C. Cele mai compacte tufuri se numesc trasuri.

b) Trasul (germ. tras, din it. terro duşumea, podină, pardoseală) - rocă din grupul tufurilor vulcanice. Prezintă o masă poroasă, dură de culoare verde, albasră, galbenă şi de alte culori cu un conţinut înalt de siliciu activ. După o măcinare cu o fineţe înaltă, fiind amestecat 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 în magma 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 de rezistenţa у=6,0…10,0MPa se foloseşte sub formă de piatra tăiată pentru 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

a factorulor exteriori - apei, vîntului, variaţilor de temperatură

47

(îngheţ-dezgeţ), bioxidului de carbon din aer, oxigenului, luminii etc. Sfărîmăturile şi sărurile rezultate sub acţiunea apei şi vînturilor au fost transportate la distanţe mari şi treptat depuse pe cîmpuri, pe fundurile lacurilor, mărilor şi oceanelor. Aceste depuneri (sedimente) din roci au format straturi şi se numesc roci sedimentare. Rocile sedimentare au o răspîndire mare pe suprafaţa pămîntului, fundul mărilor şi oceanelor. Rocile sedimentare după condiţiile şi materialul din care s-au format se împart în trei grupe mari: roci detritice, roci de precipitaţie chimică şi roci organogene sau biogene.

I. Rocile sedimentare detritice s-au format prin depunerea sfărîmăturilor rezultate în urma procesului de eroziune şi aduse de vînturi sau de ape curgătoare. Aceste roci se împart în afînate şi cimentate şi au o deosebire principală între ele. La rocile detritice mobile neconsolidate (necimentate) bucăţile de sfărîmături sunt libere, nelipite între ele, se mai numesc afînate. Depunerile detritice afînate iau naştere sub formă de argilă, nisip cu granule de la 0,14 - 5 mm, sub formă de pietriş rotungit ori piatră spartă naturală cu fragmentele de 5 - 70 mm.

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

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

a) Gresiile sunt nisipuri de cuarţ cimentate. b) Conglomeratele şi brecia sunt formate prin cimentarea

pietrişului sau a pietrei naturale sparte. Proprietăţile rocilor enumerate depind de tipul rocii cimentate şi de tipul substanţei liante. Astfel, cele mai pronunţate calităţi le posedă gresiile silicioase, 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 prin depunerea şi cristalizarea pe fundul apelor a sărurilor din soluţii suprasaturate. Din ele fac parte: ghipsul; anhidritul; magnezitul; calcarele. Magnezitul şi dolomitul sunt compuşi de minerale cu

48

aceeaşi denumire. În genere aceste roci servesc ca materie primă pentru fabricarea lianţilor minerali. Afară de aceasta, magneziul şi dolonitul se întrebuinţează la fabricarea materialelor refractare.

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

Calcarul compact face parte din depunerele chimice. Roca compusă din amestec de calcar şi argilă, se numeşte marnă. Dacă în rocă predomină calcarul, ea se numeşte marnă calcaroasă, iar dacă predomină argila - se numeşte marnă argiloasă. La construcţii cel mai des sunt folosite calcarele compacte, calcarul cochilifer şi creta.

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

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

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

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

descompunerea în decursul erelor geologice a resturilor de natură organică ( animale, vieţuitoare de apă, schelete şi cochilii) a plantelor şi animalelor acvatice. Din aceste roci fac parte: calcarul cochilifer, creta, diatomitul, tripolul etc.

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

49

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

Calcarul cochilifer are conductibilitate termică mică, se prelucrează uşor, este rezistent la îngheţ-dezgheţ şi reţine bine cuiele bătute în el. Datorită acestor proprietăţi, el este un bun material local de zidire pentru construcţiile cu puţine etaje. El se mai întrebuinţează şi ca component (agregat) pentru betonul uşor.

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

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

3.3.6. Rocile metamorfice

Cutremurile de pămînt, erupţia vulcanilor, mişcările tectonice

(încreţituri de straturi, scufundări şi ridicări mari etc) sunt însoţite ca regulă de scimbări mari a presiunilor şi temperaturilor rocilor magmatice şi celor sedimentare care, datorită acestor factori, pot suferi transformări profunde ale proprietăţilor fizice şi chimice. Fenomenul care aduce la transformarea rocilor se numeşte metamorfism, iar rocile care iau naştere astfel se numesc roci metamorfice sau modificate. În urma acestui proces, roca de bază îşi scimbă atît structura, compoziţia chimică cît şi textura, formînd o roca nouă, cu caracteristici diferite. Astfel din rocile eruptive se formează gnaisul şi mica, şisturile; din gresiile silicioase se formează cuarţitele, care au o duritate foarte mare; din calcar se formează marmura: din argilă se formează ardezia, rocă ce se desface cu uşurinţă în plăci subţiri.

50

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

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

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

Marmurile reprezintă calcare metamorfice deosebindu-se de acestea prin structura cristalin granulară, densitatea 2400 - 2800 kg/m3 şi rezistenţa înaltă. Limita de rezistenţă la compresiune atinge cîteodată 300,0Mpa, dar obişnuită σ = 100 … 200 MPa. Marmura se şlefuieşte şi se lustruieşte bine. Marmura se întrebuinţează sub formă de plăci pentru placarea clădirilor în înterior, pentru confecţionarea treptelor de scări, balustradelor, pervazurilor. Ea nu se recomandă pentru placare exterioară, deoarece degradează uşor şi, sub acţiunea bioxidului de sulf degajat din coşurile de fum ale uzinelor, îşi schimbă culoarea.

Cuarţitul - este o gresie silicioasă metamorfică. Are o înaltă duritate şi rezistenţă, dar se prelucrează greu. Cuarţitul se întrebuinţează sub forma de piatră cioplită şi plăci pentru placare exterioare sau piatră spartă pentru betoane. El este folosit de asemenea pentru executarea stîlpilor de susţinere a unor sarcini mari la construcţii de răspundere (de exemplu, la poduri).

3.4. Materiale şi produse din piatră naturală Materialele şi produsele din piatră naturală se clasifică după

destinaţie, limită de rezistenţă la compresiune şi rezistenţă la îngheţ-dezgheţ. După destinaţie ele se împart în materiale interioare şi exterioare şi plăci pentru învelitori. După limita de rezistenţă la compresuine în kg/cm2, materialele şi produsele din piatra naturală

51

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 la exploatarea rocilor locale, mai ales a celor sedimentare (calcar, dolomit, gresie). Masa bucăţilor de piatră variază între 20 - 40 kg.

Piatra spartă (pietrişul) se numesc fragmente de rocă de formă rotundă, colţuroasă, formate în perioada descompunerii rocilor erupte ori sedimentare cu diametrul de 5 - 70 mm.

Nisip se numesc depunerile detritice afînate, cu granulele de 0,14 - 5 mm. Mai poate fi produs la spargerea mecanică a pietrei naturale compacte.

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

- greu,densitatea în gramada mai mare de 1200 kg/m3; - uşor,densitatea în vrac mai mică de 1200 kg/m3. După provenienţă nisipul se împarte în: - nisipul de munte (risipituri) colţuros; - 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 de

construcţie sunt foarte diferite şi depind de condiţiile de zăcămînt ale rocilor, de duritatea şi rezistenţă lor, precum şi de formele viitorului fabricat. Dacă rocile sunt aşezate la adîncime mică sau la suprafaţa pămîntului, exploatarea lor se face prin metoda deschisă, în cariere. Rocile aşezate la adîncimi mari se exploatează prin metoda subterană, în cariere de piatră sau în mină. Exploatarea rocilor compacte, din care se obţine piatra spartă, nisipul artificial sau piatra brută (granituri, calcare compacte) se efectuează după următoarele operaţiuni: a) Tehnologia dobîndirii pietrei sparte 1. Sonda se sfredeleşte

2. Se curaţă 3. Se aşează praful 4. Se fac lucrările de explozie

52

5. Spargerea pietriei mari compacte brute 6. Incărcarea 7.Transportarea pietrei la sectorul de spargere 8. Spargerea pietriei în fracţii 9.Fracţionarea pietriei sparte şi nisipului artificial 10. Aşezarea în vracuri după fracţii, transportarea producţiei

gata la obiectele de construcţie. b) 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 negabarite 6.Transportul pietrei la construcţie. c) 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. d) 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 orizontale sau verticale, instalate pe un cărucior, ce se deplasează pe şine în lungul abatajului.

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

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

3.6. Măsuri de protecţie contra degradării Pentru a proteja marerialele de piatră din construcţie contra

degradării, proces în urma căruia ele se distrug şi-şi schimbă aspectul exterior, se aplică măsuri constructive ce creează pe

53

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

polarizare a suprafeţelor. b) 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 se

îmbibă cu fluanţi-soluţii de săruri ale acidului fluo-silicic (de exemplu fluosilicat de magneziu sau de aluminiu). Fluanţii reacţionează cu CaCO3 (calcitul) formînd silicite şi fluoruri însolubile 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 cu avanfluant - soluţie de sare de calciu (de exemplu, clorură de calciu ), iar apoi - cu fluant.

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

3.7. Transportarea şi păstrarea În timpul transportării şi păstrării materialele şi produsele din

piatră trebue ferite de deteriorări (lovituri) mecanice şi de murdărie. Materialele de placare trebuie transportate cu mijloace de

transport speciale, acoperite şi păstrate în încăperi închise sau sub şoproane. În timpul transportării pietrele tăiate ori cioplite să fie aşezate în stive regulate.

Întrebări de autocontrol 1.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 în construcţii.

54

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?

55

TEMA 4 MATERIALE CERAMICE 4.1 Generalităţi 4.2. 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 despre

materialele ceramice folosite în construcţie 4.1 Generalităţi

Ceramica (din greceşte keramica - arta olăritului, de la keramos - argilă) - articole şi materiale obţinute prin modelarea şi arderea ulterioară a argilei şi a amestecurilor de argilă cu adaosuri de minerale 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 compoziţia chimică a materiei prime şi temperaturii de ardere se împart după porozitate în două clase: arse parţial sau poroase şi arse complet sau compacte. De aici şi-au primit denumirea de materiale poroase (dintre care cele mai importante sunt cărămida poroasă şi cea cu goluri, 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 (clincher de 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 structură macrogranulară neomogenă a facturii (de exemplu cărămida de

56

construcţii şi de şamotă). Produsele fine se produc din materii prime, prelucrate îngrijit, au o structură microgranulară omogenă a facturii şi colorată uniform (de exemplu faianţa, porţelanul, gresiile). În construcţii, pe larg se folosesc următoarele materiale ceramice:

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 (ţevi); 5.pentru izolanţii acido-rezistenţi; 6.materiale cu destinaţie specială. 4.2. Materii prime

După cum s-a arătat mai sus, la fabricarea produselor ceramice se foloseşte argilă ca materie primă de bază, la care se mai adaogă şi materiale auxiliare.

Argilele se formează în natură prin dezagregarea rocilor eruptive-prime-granitului, porfirului, sienitului, etc. Rocile eruptive degradează sub acţiunea intemperiilor, apei şi a dioxidului de carbon şi a apelor carbonatate, precum şi a activităţii vitale ale animalelor şi plantelor. În procesul dezagregării rocilor eruptive are loc fărîmiţarea lor, însoţită de schimbări chimice ale unor componenţi. Însă granulele cuarţului în acest proces nu-şi schimbă proprietăţile chimice. În mică se observă schimbări neînsemnate. Dimpotrivă, feldspatul suferă schimbări chimice complete. Această parte a rocii prime degradîndu-se se transformă în hidroalumosilicaţi-caolinit şi alte minerale după compoziţie aproape 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)

57

Aceste transformări nu se conţin în cantităţi de 100% în componenţa argilei. Produsele dezagregării rocilor rămîn pe loc sau se transportă prin intermediul apelor, vîntului şi gheţarilor şi se depun în locuri noi, formînd zăcăminte de argilă. În natură, în zăcămintele de argilă coexistă ca impurităţi: cuarţ (SiO2), mică, oxid de fier (Fe2O3) carbonaţi de calciu (CaCO3) etc, care sunt aduse de ape, vînt , gheţari etc.

Argilele rămase pe locul formării se numesc reziduale, iar cele care au fost transportate - sedimentare sau transportate.

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

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

Argilele sunt formate preponderent din amestecuri de hidroaluminosilicaţi 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; componentul principal aici este caolinitul (2SiO2 · Al2O3 · 2H2O);

Argilele montmorilonitice ( m/n=4) au plasticitate ridicată, schimbări de volum la schimbarea umidităţii, contracţie pronunţată la uscare etc. Aceste argile sunt mai active, au o capacitate mare de cimentare, se pot folosi ca lianţi, care la umiditate îşi pierd aceste proprietăţi. În argile, pe lîngă rămăşiţele de roci prime în formă de feldspat, se conţin şi rămăsiţe organice de provenienţă animală şi vegetală. Compoziţia chimică a argilei pentru cărămidă ( tabelul 4.1. ) oscilează în limite mari.

58

Tabelul 4.1.Compoziţia chimică a argilei pentru cărămidă Denumirea componenţilor Conţinutul în

%

Denumirea componenţilor

Conţinutul în %

de la pînă la

de la pînă la

SiO2 60 80 MgO 0 3 Al2O3 5 20 SO3 0 3

Fe2O3 3 15 Pierderi de la ardere

3 15

CaO 0 25

Rămăşiţele în argile determină proprietăţile lor principale şi domeniile folosirii. Argilele, în componenţa cărora se conţin cantităţi mari de nisip cuarţos, chiar şi foarte mărunt (mai mult de 85% din masa argilei) nu sunt valabile la producerea materialelor poroase - cărămizi şi îndeosebi ţigla. Articolele produse din aceste argile au o porozitate înaltă, absorb o cantitate mare de apă şi nu sunt rezistente la îngheţ-dezgheţ, au rezistenţă mică.

4.3. Proprietăţile ceramice ale argilelor Argilele, deosebindu-se după compoziţia mineralogică şi

chimică, au şi un şir de proprietăţi fizice comune. Dintre acestea fac parte plasticitatea, modul de a se contracta la uscare şi a se vitrifica la ardere, rezistenţa mecanică la uscare şi ardere, culoarea la uscare şi ardere. Aceste proprietăţi numite ceramice, joacă un rol important în producere.

Argilele capătă plasticitate necesară numai după ce se amestecă cu o cantitate anumită de apă. Prof. P. A. Znametinschi determină plasticitatea ca proprietatea argilelor la amestecare cu apă să formeze un aluat, care se modelează fără întreruperi şi fisurări. După uscare acest aluat îşi păstrează forma dată, iar după ardere dă o piatră cu aceeaşi formă şi trăsături. Diferite argile au diferite grade de plasticitate.

59

La umezirea argilei uscate cu apă, în jurul particulelor de argilă se formează pelicule de apă, care sunt atrase energic de particulele de argilă. Aceste pelicule (de apă) joacă un rol important de unsoare, datorită cărui fapt particulele de argilă, îmbibate cu apă, pierd capacitatea de frecare intimă şi se mişcă una faţă de alta apropiindu-se între ele, mărind plasticitatea argilei. Mecanismul formării plasticităţii argilei şi absorbţiei de apă se poate explica luînd în consideraţie particularităţile structurale ale argilelor. Cristalul de caolin, datorită structurii sale clivează lamelar în plăcuţe, grosimile cărora sunt de cîţiva microni. Fiecare particulă de argilă este o frîntură din reţeaua cristalină a rocii-mamă. Pe suprafaţa particulelor, pe muchii şi pe suprafeţele rupte, vîrfuri, se găsesc anioni cu valenţe nesatisfăcute, datorită cărora argila capătă un potenţial electric negativ.

În rezultatul amestecului argilei cu apă se formează o soluţie de electrolit din care particulele de argilă cu potenţial negativ absorb 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 pe cei cu capacitate de absorbţie mică.

Cationii absorbiţi în “norul ionic” tind să se hidrateze atrăgînd moleculele apei din soluţie. Moleculele de apă absorbite formează în jurul particulelor cel de-al doilea strat difuzional, în formă de peliculă.

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

La mărimea peliculelor de apă are o influenţă determinantă structura cristalo-chimică a argilei şi capacitatea de hidratare a cationilor din prima peliculă.

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

60

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

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

Dacă cantitatea de apă este puţină, peliculele de apă nu se formează în jurul tuturor particulelor. În acest caz apa pentru lunecarea particulelor nu ajunge, forţele de atracţie nu au valori maximale 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 de atracţie se micşorează. Masa capătă o mobilitate înaltă şi curgătoare; în procesul fasonării ea se lipeşte de utilaj.

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

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

- foarte plastice (af 28% şi C 10%); - plastice (af = 20 - 28% şi C = 7- 10%); - cu plasticitate redusă (af 20% şi C 7%). Proprietăţile plastice ale argilelor pot fi schimbate prin

introducerea în amestec a materialelor auxiliare. Pentru reducerea plasticităţii şi contracţiei mari la uscare şi evitarea apariţiei de tensiuni interne şi fisuri în amestec se introduc materiale numite degresanţi: nisipul, praful de şamotă etc. Aceste materiale, nimerind între particulele argilei, le îndepărtează, micşorînd plasticitatea. Comportarea argilelor la ardere este deosebit de importantă, deoarece la ardere acestea se transformă într-o masă rigidă cu proprietăţi mecanice ridicate. Sub acţiunea temperaturii, argila suferă următoarele modificări:

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

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

61

(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 şi chimică, stabilitate la apă;

4) la temperaturi mai mari de 10000 C se produce topirea parţială a unor amestecuri (eutectice ( argile + impurităţi)) cu formare de topituri; la răcire topitura se solidifică în porii produsului, micşorînd porozitatea. Cînd porozitatea este mai mică de 8% produsele se numesc clinchirizate, iar cînd este mai mică decît 2% - vitrifiate. Produsele clincherizate şi vitrifiate au rezistenţe mecanice foarte mari;

5) la temperaturi mai mari decît punctul de vitrificare, argila se înmoaie sub propria-i masă. Această temperatură se numeşte punct 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 (Pf 15800C).

De aici se vede că în funcţie de natura argilei şi temperatura de ardere se pot obţine produse poroase, clincherizate, vitrifiabile şi refractare.

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

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

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

62

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

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

Adaosurile refractare - ridică t0 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 aplicarea

următoarelor tratamente: spălare, concasare, macerare etc. Macerarea are scopul ca argila depozitată în aer pe un termen determinat, părticelele acesteia se umezesc complet, iar rămăsiţele organice de plante şi rădăcini putrezesc; tot în această fază se înlătură substanţele străine: siliciul şi calcarul.

Alegerea impurităţilor se face prin concasare în valţuri cu şanţuri elicoidale, prin măcinare în colergand sau cu curăţire de pastă.

2. Fasonarea - umplerea formelor a diferite produse ceramice cu amestecul de materii prime.Fasonarea pieselor ceramice se poate efectua manual sau mecanic. Fasonarea manuală se efectuează în forme (tipare) şi netezire, din materiale de lemn, tinichea etc., cu presare (vibrare) şi netezire. Fasonarea mecanizată se efectuează cu dispozitive cu melc, unde pasta (amestecul de materie primă) este comprimată de un mecanism elicoidal şi este împinsă (prin comprimare) şi silită să treacă printr-o filieră de formă şi dimensiuni necesare. Unele piese de construcţii se presează cu forţe diferite prevăzute în proiectul şi standardele pentru aceste produse. Presarea se face în forme speciale pentru plăci de faţade, ţigle, plăci de pardoseală, cărămizi etc.

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

63

încăperi (şoproane) cu acoperiş, cu sau fără pereţi, unde agentul de uscare este aerul şi mediul înconjurător. Acest tip de uscare are unele neajunsuri - necesită suprafeţe mari; este sezonier cu un timp îndelungat (5 - 20 de zile). Uscarea artificială - se efectuează în uscătorii de diferite tipuri, instalate în apropierea cazangeriilor sau a cuptoarelor de ardere cu folosirea gazelor fierbinţi sau a aerului cald.

4. Arderea produselr se efectuează în diferite tipuri de cuptoare cu funcţionare continuă sau intermitentă, folosind diferite tipuri de combustibil (cărbuni, deşeuri industriale, combustibili lichizi sau gazoşi etc). Cuptoarele cu funcţionare continuă pot fi: circulare şi tunel. În ele focul arde neîntrerupt, iar încărcarea şi descărcarea se face concomitent în acelaşi timp. În cuptoarele circulare focul circulă, iar produsele stau pe loc. În cuptoarele-tunel este invers - focul cu diferite temperaturi stă pe loc, iar produsele se mişcă într-o anumită direcţie. Cuptoarele cu funcţionare continuă au cîteva zone : de preîncălzire, ardere şi răcire.

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

Cuptoarele tunel - au zonă de ardere fixă, iar produsele aşezate pe o vagonetă (cărucior) străbat succesiv zonele de uscare - preîncălzire - ardere şi răcire. Cuptoarele cu funcţionare discontinuă au numai camera de ardere. Ele se opresc pentru încărcare şi descărcare. Efectul negativ este pierderea temperaturii de la un ciclu la altul şi consumul mărit de combustibil. Aceste cuptoare sunt indispensabile pentru produsele de ceramică fină, intrucît permit dirijarea şi controlul arderii în dependenţă de calitatea produselor.

4.5. Tratamente de suprafaţă Tratamentele de suprafaţă se fac nu la toate tipurile de

produse ceramice. Ele cuprind urmatoarele etape: anglobarea, smălţuirea sau glazurarea, care au ca scop acoperirea produselor cu peliculă care îmbunătăţeşte calitatea şi aspectul estetic.

64

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

Glazurile sau smălţuirile (emaliu) sunt pelicule sticloase, compacte, impermeabile, opace sau transparente. Ele se formează dintr-un amestec de substanţe care la temperatura de ardere se topesc şi la răcire se transformă în sticlă. Glazurile se pot obţine din sare de bucătărie care prin ardere la temperatură ridicată se transformă în Na2O. Oxidul de sodiu reactionează cu SiO2, Al2O3. Fe2O3, dînd substanţe solide complexe cu punct de topire scăzut. Produsele glazurate se ard în două etape: în prima etapă se arde produsul crud şi angloba, obţinîndu-se un material poros numit biscuit. Acesta se acoperă cu smalţ şi se arde în faza a doua, la temperatura 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?

65

TEMA 5 MATERIALE DE CONSTRUCŢIE DIN STICLĂ 5.1. Generalităţi 5.2. Fazele generale ale fabricării sticlei (Produsele din

mase topite) 5.3. Materiale de construcţie din sticlă 5.4. Materiale termoizolante din sticlă 5.5 Sitale Scopul: a promova studenţilor cunoştinţe despre materiale

din sticlă folosite în construcţie. 5.1. Generalităţi Prin materiale din sticlă se înţeleg toate corpurile amorfe

obţinute pe calea răcirii bruşte a topiturii, care treptat răcindu-se, se întăreşte. Sticla este un material izotrop, adică proprietăţile (fizice, chimice, mecanice) sunt aceleaşi în toate direcţiile.

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

Na2CO3 +SiO2 = Na2SiO3 +CO2 = Na2O nSiO2 sau silicatul de potasiu K2CO3 +SiO2 = K2SiO3 + CO2 = K2O nSiO2 Însă produsele acestor reacţii sunt instabile la acţiunea apei.

66

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

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

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

Sticlă calco-sodică,- SiO2 + CaSiO3 +Na2SiO3 - folosită în construcţii;

Sticlă calco-potasică, - SiO2 + CaSiO3 + K2SiO3 - folosită în laborator şi vase chimice;

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

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

Ca adaosuri se folosesc diverşi oxizi metalici pentru a obţine sticlă colorată.

Fosfat de calciu - pentru fabricarea sticlei opalizate şi trioxidul de alumininiu (Al2O3) sau oxidul de magneziu (MgO) pentru a-i mări vîscozitatea. Sticla pentru construcţii are următorii indici:

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

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

sticla pentru geamuri pînă la 1000,0 MPa; - densitatea aparentă 2450 - 2550 Kg/cm3;

- 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;

67

3.- fasonarea obiectelor; 4.- recoacerea; 5.- finisarea sau decorarea obiectelor. Faza I-a: SiO2 + CaCO3 + Na2CO3 + adaosurile necesare, în

anumite cantităţi se macină fin şi se amestecă pînă la omogenizare perfectă.

Faza II-a: Topirea amestecului de materii prime se face la t = 14500 C în cuptoare sub formă de bazin, construite din materiale refractare. Dimensiunele unui aşa cuptor: lungimea pînă la 30m, lăţimea pînă la 6m, înălţimea utilă este de 1,5m. La topirea amestecului se degajă bioxidul de carbon (CO2), care afînează şi omogenizează amestecul. Topitura afînată trece din zona de topire a cuptorului în zona de răcire, unde temperatura scade treptat pînă la 10000 C şi devine vîscoasă, bună pentru fasonare.

Faza III-a: Fasonarea obiectelor din sticlă se face prin următoarele procedee: suflare, tragere şi laminare, turnare etc., în dependenţă de produsul respectiv. Materialele de construcţie se fasonează prin tragere şi laminare sau turnare.

Faza IV-a: Recoacerea: se face în scopul anulării tensiunilor interioare cauzate de răcirea bruscă a sticlei. Fasonarea produselor se face după scoaterea topiturii de la t = 10000 C la t = 20 - 250C cînd diferite straturi de sticlă se răcesc neuniform, iar ca rezultat se ivesc 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 sau gravare, ori pictare.

5.3. Materiale de construcţie din sticlă a) Produse din sticlă pentru ferestre şi luminatoare. Geamuri

trase, geamuri riglate, geamuri armate, geamuri triplex din 2 - 3 foi şi geamuri securit.

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

68

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

Geamurile armate - sunt foi de sticlă care au înglobate în masa lor o reţea de sîrmă. Se folosesc pentru lunimatoare la construcţiile industriale.

Geamurile triplex - sunt formate din două sau trei foi subţiri de 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 şi nerecoapte; au mare elasticitate şi duritate. Ele trebuie să se producă după anumite dimensiuni. Se folosesc la ferestre de siguranţă (la auto etc.).

Geamurile pentru vitrine - se fabrică asemănător cu geamurile obişnuite, însă cu suprafaţa plană sau ondulată şi cu dimensiuni mai mari: lungimea, lăţimea de la 2300 - 1700 la 3000 - 4000 mm, grosimea cuprinsă între 6 şi 12 mm; se folosesc pentru vitrine 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 pentru faţade etc.

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

Placile de sticlă cristalizată - în masa sticlei se conţine o cristalizare uniformă, care o face opacă, foarte rezistentă la solicitările mecanice şi la acţiunea agenţilor agresivi. Ele se folosesc 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;

69

22 Ч22 Ч 4 mm şi 23 Ч 23 Ч4 mm. Se folosesc la placarea pereţilor exteriori şi interiori, panouri de beton armat, sunt mai 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 forma rotundă.

Dalele de sticlă pentru pereţi - se folosese la executarea pereţilor luminoşi în holurile clădirilor publice, cinematografe, case de cultură, aerogări, gări, hoteluri etc. Blocurile de sticlă - de formă pătrată şi 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 Ч60mm

Sticlă 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, pentru transportul soluţiilor agresive şi al gazelor.

5.4. Materiale termoizolante din sticlă Din sticlă se obţin două tipuri de produse, care se folosesc ca

materiale termoizolante în construcţii: a) vata de sticlă ; b) sticla poroasă. Vata de sticlă - este un material sub formă de fibre, obţinut

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

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

70

Vata minerală şi produsele din ea se obţin prin topirea rocilor sau 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 se numeşte adesea vată minerală (din roci), iar cel obţinut din zgură - vata de zgură.

5.5 Sitale Sital - material de sticlă cristalizată obţinut prin introducerea

în sticla topită a unor agenţi de cristalizare (cristalizatori), care creează în volumul sticlei centre de cristalizare pe care cresc cristale din faza de bază. Variind compoziţia sticlei, tipul cristalizatorului şi regimul tratamentului termic se pot obţine sitale cu anumite proprietăţi.

Sitalele au rezistenţă şi duritate înaltă, stabilitate termică şi dilataţie mică. În dependenţă de materia primă există:

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

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

combustibil). Tehnologia este aceeaşi ca şi la fabricarea articolelor din sticlă

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

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

71

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 ghips 6.3. 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 hidraulice 6.8.1.Generalităţi 6.8.2.Ciment Portland cu puzolană şi ciment Portland de

zgură 6.9. 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 construcţiile

hidrotehnice moderne se execută din cărămidă, piatră albă, blocuri complexe, panouri şi alte prefabricate de dimensiuni mari. Pentru a lega materialele şi piesele într-o construcţie monolită a pereţilor exteriori şi interiori, precum şi pentru a fabrica blocuri, panouri şi planşee, pentru a executa construcţii monolite de beton armat se întrebuinţează lianţi (substanţe liante anorganice).

Clasificarea lianţilor Substanţele liante anorganice (minerale) sunt nişte prafuri fin

72

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

A.Lianţii aerieni După 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 şi treptat se dizolvă pierzindu-şi rezistenţa parţial sau complet. De aceea ei se întrebuinţează numai pentru construcţii sau prefabricate care au menirea să fie exploatate numai în condiţiile aeriene uscate. Lianţii aerieni, în dependenţă de materia primă folosită, sunt următorii:

I. Lianţi de ipsos, ars la temperaturi joase. Se obţin la arderea ghipsului natural CaSO4 2H2O pînă la temperatura t = 100 - 1800 C. Se produc de următoarele feluri:

a) ipsosul de construcţie b) ipsosul de înaltă rezistenţă c) ipsosul de modelare. Ipsosul ars la temperaturi înalte se obţine din piatră de

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

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

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

MgCO3 b) 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,

73

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: a) varul calcaros b) varul puţin magnezian c) varul magnezian d) varul dolomitic. B) Lianţii hidraulici: varul hidraulic şi cimentul roman; cimentul Portland şi varietăţile lui; 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 produsul

obţinut prin arderea pietrei de ghips naturală la temperatură joasă de 150 - 1700C şi măcinarea fină înainte sau după această prelucrare sau împreună.

Obţinerea ipsosului Pentru obţinerea ipsosului piatra de ghips naturală se arde în fierbătoare de ghips, cuptoare verticale, tobe de uscare într-un curent de aer fierbinte, în autoclave sub presiunea şi temperatura aburilor de apă. În procesul încălzirii, piatra de ghips se descompune. La temperatura de 100 - 1700C ghipsul dihidrat cedează uşor o parte din apă, şi se transformă în sulfat de calciu semihidrat CaSO4 0,5H2O după schema următoare:

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

pastă plastică ce se întăreşte repede, prefăcîndu-se în piatră. În acest timp are loc procesul hidratării: ipsosul semihidrat absoarbe apa 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

74

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 aproape de cele ale varului.

Ipsosul de modelat (MPTU 21-31-67) serveşte pentru confecţionarea elementelor arhitectonice. Pentru producerea ipsosului de modelat, materia primă trebuie să conţină cel puţin 96% CaSO4 · 2H2O. Materia primă se macină mult mai fin decît pentru ipsosul de construcţie, de aceea ipsosul de modelat face priză mai repede şi posedă o rezistenţă mecanică mai înaltă у = 30,0 - 50,0 MPa. Ipsosul de modelat se foloseşte în deosebi pentru turnarea diferitor forme în îndustria porţelanului şi a faianţei, precum şi pentru confecţionarea elementelor arhitectonice şi sculpturale.

Ipsosul de înaltă rezistenţă (ipsosul tehnic) se obţine prin tratarea cu aburi a pietriei fărămiţate de ghips la temperatură de 1240 C şi presiunea de 0,13 MPa cu uscarea ulterioară la temperatură de 140 - 1600 C şi măcinarea în praf. Cristalele obţinute au dimensiuni mai mari decît la ipsosul de construcţie. La întărirea acestui ipsos se consumă apă mai puţină (40 - 45%) şi ca urmare se obţin mortare mai compacte cu o rezistenţă care atinge peste 7 zile 15,0 - 40,0 MPa. Acest ipsos se întrebuinţează în industria metalurgică. Ipsosul anhidru-Liantul anhidric. În urma arderii ghipsului natural (CaSO4 · 2H2O) la temperatura de 600 - 8000 C se obţine anhidritul insolubil (CaSO4) lipsit de capacitatea de a face priză. După măcinare, împreună cu adaosuri, aşa-numiţi catalizatori ai întăririi, el capătă proprietăţi liante. În calitate de adaosuri mai des se foloseşte var de 2 -5% , sulfat sau sulfat de sodiu Na2SO4 în amestec cu sulfat de fier sau de cupru CuSO4 cîte 0,5-1% fiecare, dolomit ars la temperatura de 800-9000 C – 3- 8%, cenuşă de şisturi bituminoase sau zgură de furnal 10 -15%.

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

75

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 măcinarea şi amestecul cu adaosul. Aceşti lianţi se întăresc încet (lent), începutul prizei - nu mai devreme de 30 minute, iar sfîrşitul - nu mai tîrziu decît 24 ore. După limita de rezistenţă la compresiune se produc 4 mărci: 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 MPa.

Aceşti lianţi se folosesc la executarea pardoselelor fără rusturi, a straturilor pregătitoare sub pardoselele de linoleum, la pregătirea mortarelor pentru tencuieli etc.

Ipsosul calcinat. Se obţine la temperaturi înalte prin arderea pietrei de ghips naturală ori a anhidritului la temperaturi de 800 - 10000 C în cuptoare verticale sau rotative şi măcinarea fină a produselor calcinate. În legătură cu aşa temperatură înaltă acest ipsos se deosebeşte de ipsosul de construcţie deoarece ghipsul dihidrat (CaSO4 · 2H2O) trece complet în ghips anhidrit (CuSO4) şi totodată o parte a acestuia din urmă se descompune şi se formează varul liber.

Priza ipsosului calcinat începe nu mai devreme decît peste 2 ore după tratarea cu apă. Întărirea acestui ipsos durează cîteva luni. În această vreme ipsosul anhidru trece direct în ghips dihidrat CaSO4 · 2H2O fără a trece prin stadiul de ipsos semihidrat (CuSO4 · 0,5H2O). Paralel are loc hidratarea varului (CaO) cu absorbţia dioxidului de carbon din aer şi se preface în carbonat de calciu CaCO3. Se produc trei mărci de acest ipsos: 100; 150 şi 200. După întărire acest ipsos capătă o rezistenţă mărită la acţiunea apei (uneori din această cauză el se mai numeşte ghips hidraulic) şi rezistent la uzură.

Avînd aşa proprietăţi el se foloseşte la executarea pardoselelor de mozaic şi a stratului pregătitor sub pardoselele de linoleum, la prepararea mortarelor de zidărie şi tencuieli, precum şi la fabricarea marmurei artificiale.

76

6.2.1. Lianţii din roci cu conţinut de ghips În Transcaucazia şi Asia Mijlocie pe larg se folosesc lianţi

locali - gaja, gangul (argila-ghips), care se aseamănă după proprietăţile lor cu ghipsul pur. Aceşti lianţi se obţin prin arderea la o temperatură de 1700 C şi măcinare ulterioară a amestecului ghipsului (20 -80) şi argilă (80 -20%), sau prin arderea la temperatură de 160 - 2600 C a amestecului lor natural, care se numeşte marnă ghipsoasă. Termenele prizei: începutul de la 5 min. pînă la 4 ore, sfîrşitul de la 7 min. pînă la 4 ore 30 min. Aceste termene pot fi schimbate sub acţiunea diferitor adaosuri. Densitatea aparentă a acestor lianţi în stare afinată este de 760 - 950 kg/m3, iar în stare îndesată de 1000 - 1200 kg/m3. Cînd gaja conţine mai mult de 30% de argilă, mortarele de gaja se prepară fară adaosuri.

Lianţii pe bază de ipsos-ciment cu puzolană (LGCP) se obţin 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 mineral trebuie măcinat, iar resturile rămase pe sita N = 0,08 să nu depăşească 20%. Prin reglarea cantităţii adaosului, se pot regla termenele 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 chimice răspîndite în scoarţa pămîntului. Aceste roci se ard la temperatura 650 - 8000 C. Cei mai răspîndiţi lianţi magnezieni sunt: magnezitul caustic, dolomitul caustic.

a) Magnezitul caustic sau praful magnezian caustic se obţine prin arderea specială a magneziului natural (MgCO3) la temperatura 700 - 8000 C în cuptoare verticale sau rotative şi macinarea fină în mori rotative.

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

77

MgO2 + CO2. Oxidul de magneziu MgO este o substanţă liantă. b. Dolomitul caustic se obţine prin arderea mineralului

natural MgCO3 · CaCO3 dolomit la temperatura 650 - 7500 C şi măcinarea lui într-un praf fin. Carbonatul de calciu CaCO3, conţinut în 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. Întărirea lianţilor magnezieni. Rezistenţa lianţilor magnezieni trataţi cu apă este mică. Pentru a obţine o rezistenţă mai mare, ei se tratează cu soluţii apoase de clorură şi sulfat de magneziu.

Începutul prizei magnezitului caustic începe nu mai devreme de 20 min., se termină nu mai tîrziu de 6 ore din momentul preparării.

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

Aceşti lianţi se întrebuinţează în construcţii pentru prepararea xilolitului (amestec de liant cu talaş industrial).

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

6.4. Sticla solubilă şi cimentul acido-rezitent Sticla solubilă se obţine după următoarea tehnologie: nisipul

de cuarţ (bioxid de siliciu) SiO2 măcinat fin şi amesticat bine cu sodă Na2CO3 ori potasiu K2CO3 se topeşte la temperatura de 14000C. În urma reacţiei între nisip şi sodă la această temperatură se formează silicat de sodiu Na2O nSiO2, iar a nisipului şi potasiului se formează silicat de potasiu K2OnSO2; după dizolvarea silicatului de sodiu sau potasiu în autoclave sub presiunea aburului

78

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

protector, mortare şi betoane refractoare, izolante, rezistente la temperaturi înalte şi acizi. Pe bază de sticlă solubilă se obţine cimentul acido-rezistent. Modul sticlei solubile (M) caracterizează calitatea ei. Modul arată raportul dintre conţinutul oxidului de siliciu şi conţinutul oxidului de sodiu sau de potasiu.

SiO2 M = ------------------ Na2O (K2O) Solidificarea sticlei solubile În urma evaporării apei se formează siliciu amorf, iar prin

reacţia cu bioxidul de carbon CO2 din aer formează carbonat de sodiu sau carbonat de potasiu cristalin. Solidificarea sticlei solubile se accelerează prin adăugarea fluosilicatului de sodiu Na2Si F6. Modul sticlei solubile de sodiu variază între 2,5 - 3 şi densitatea aparentă de 1,43 - 1,55 g/cm3 în amestec cu fluosilicatul de sodiu Na2SiF6 şi agregate măcinate.

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

Modul sticlei solubile de potasiu variază între 3 - 4 cu densitatea aparentă de 1,4 - 1,42 g/cm3. Sticla de potasiu solubilă se foloseşte ca liant în vopsele, în chituri, masticuri de silicaţi şi la prepararea betoanelor şi mortarelor acidorezistente.

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

Acest ciment se produce de 2 feluri:

79

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

al doilea - la prepararea betoanelor şi mortarelor acidorezistente.

Acest ciment nu poate fi întrebuinţat la obiecte cu umiditate înaltă, deoarece, în urma dizolvării cimentului, construcţia poate să se prăbuşească. Cimentul acidorezistent se întăreşte datorită formării în el a gelului de acid ortosilicic, care se cristalizează. Priza acestui ciment: tipul I trebuie să înceapă peste 40 min., iar tipul II - la 20 min. după pregătirea amestecului. Pentru ambele tipuri priza trebuie să se termine nu mai tîrziu de 7 ore. La lucrările cu acest ciment trebuie să se folosească respiratoare, încăperile să fie bine ventilate.

6.5. Varul aerian Varul aerian este unul din cei mai vechi lianţi. El se

întrebuinţa încă 2000 - 3000 ani pînă la era noastră pentru legarea pietrei la diferite construcţii, pentru prepararea mortarului, pentru tencuieli şi la diferite vopseli. Varul aerian se obţine prin arderea la temperatura de 1000 - 12000 C a rocilor calcare compacte (carbonate de calciu şi magneziu) – cretei, calcarului, calcarurilor dolomitice, marnelor calcaroase cu conţinut de impurităţi de argilă de cel mult 6 - 8%.

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

CaCO3 →CaO + CO2; MgCO3 → MgO + CO2 Stingerea 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

80

hidroxidului de calciu cu dioxidul de carbon din aer: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O După scoaterea din cuptor, după ardere, varul aerian se

numeşte var-bulgări nestins şi încă nu este o substanţă liantă. Numai după fărămiţare el capătă însuşirile liante: fărîmiţarea varului poate fi mecanică, pe calea măcinării în mori cu bile etc. şi prin stingerea CaO prin acţiunea anumitei cantinăţi de apă asupra bulgărilor de var, în urma căreia el se fărîmă în particule mici.

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

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

2. Pasta de var, obţinută prin stringerea varului-bulgări cu o cantinate 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 apă care este aproape de 10 ori mai mare decît cantitatea necesară teoretic.

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

6.6. Varul hidraulic Lianţii 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 măcinate, formate în cea mai mare parte din combinaţii de oxid de calciu (CaO) şi 6 …20% de argilă, care conţine bioxid de siliciu (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 (nCaO Al2O3 Fe2O3).

Există două procese de obţinere a acestor combinaţii hidraulice:

81

a) arderea amestecului de calcar natural (sau artificial) şi argilă; în procesul arderii calcarul se descompune (CaCO3 CaO) şi se formează oxid de calciu CaO, care apoi reacţionează cu oxizii argilei.

b) amestecarea varului cu substanţele care conţin oxizii menţionaţi în formă activă (adică reacţionează uşor cu varul).

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

a) varul hidraulic - slab hidraulic b) cimentul roman c) 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, şi liantului produs din ele, de obicei se caracterizează prin modul hidraulic sau modul principal, care se determină după formula:

( )32322

OFeOAlSiO%CaO%

DAm

++==

unde 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 la oacere.El trebuie să conţină nu mai puţin de 25% argilă. Pentru reglarea proprietăţilor cimentului roman, înainte de măcinare, la

82

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

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

6.7. Cimentul Portland şi varietăţile lui În construcţie cel mai răspîndit este cimentul Portland şi

varietăţile lui. Cimentul Portland se obţine dintr-un amestec de materie primă (marnă), compusă din calcar şi argilă, luate într-o anumită proporţie. După arderea acestui amestec se obţine clincherul.

Compoziţia mineralogică a clincherului depinde de cantitatea oxizilor de bază CaO; SiO2; Al2O3; Fe2O3, care se conţin în marnă şi întră în reacţie în formă uscată în procesul arderii, fiind mărunt măcinaţi, 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 uscată sau în prezenţa apei. De aici au luat naştere două procedee tehnologice principale de fabricare a cimentului Portland : “uscat” şi “umed”.

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

83

3CaO · SiO2 + (n + 1) H2O → 2CaOSiO2 · nH2O + Ca(OH)2 2CaO · SiO2 + nH2O → 2CaO · SiO2 nH2O 3CaO · Al2O2 + 6H2O → 3CaOAl2O3 · 6H2O 4CaO.0Al2O3 · Fe2O3 + nH2O → 3CaOAl2O3 · 6H2O +

CaOFe2O3 (2-6)H2O Hidrosilicatul 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 pe contul Ca(OH)2 şi hirosilicatul, ce se depun sub formă de microparticule, posedă capacităţi cleioase (adevize) (mase caloidale, care îi comunică aluatului de ciment plasticitate). Perioada a treia (cristalizarea) Ca(OH)2 şi aluminitul tricalcic sedimentate încep să treacă în stare cristalină.

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

Fineţea cimentului caracterizeaă gradul de măcinare a lui şi se stabileşte cu ajutorul analizei granulometrice (cu site). Printr-o sită N 008 trebuie să treacă nu mai puţin de 85% din masa probei de ciment; cu cît este mai mărunt măcinat cu atît mai mult creşte rezistenţa mecanică. Priza - nu mai devreme de 45 minute, iar sfîrşitul - nu mai tîrziu de 24 ore. Betonul trebuie pus în operaţie pînă la începerea prizei, altfel se defectează structura.

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

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

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

84

sau în prezenţa apei. În legătură cu aceasta există două procedee tehnologice de fabricare a cimentului portland - umed şi uscat.

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

Fig 6.1. Tehnologia „umedă’’ de fabricare a cimentului Portland.

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

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

85

întîmpinarea materiei prime pe care o usucă la temperatura de 5000C care în diferite zone de ardere creşte pînă la 15000 C fiind însoţită de reacţii chimice de formare a silicaţiilor şi aluminaţilor, mineralul se pietrifică, formînd o masă cristalină.

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

plastificat; hidrofob; rezistent la suflaţi cu întărie rapidă, alb şi colorat. Cimentul Portland plastificat se obţine prin măcinare cu un

adaos plastifiant activ de suprafaţă (0,15 - 0,25 % din masa de ciment), care atribue amestecurilor de mortat şi beton o mobilitate şi lucrabilitate mai mare, rezistenţă mecanică, la îngheţ, impermeabilitatea la apă a betonului. Ca plastifianţi se întrebuinţează concentratele de borhot sulfatic de spirt (SSB , SĂB).

Cimentul hidrofob se obţine prin introducerea unor adaosuri hidrofobe 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 obţine

prin măcinarea cu adaosuri de sulfaţi: 5% CA; 50% C2S; 22% din suma C3A alumaferitului tetracalcic (C2AF). Se întrebuinţează pe larg pentru executatea construcţiilor hidrotehnice. Începutul prizei nu mai devreme de 45, sfîrşitul - cel mult 12 ore de la tratarea cu apă.

86

Cimentul cu întărire rapidă (BTC) atinge rezistenţa la 1 -3 zile. Aceasta se datorşte faptului - măcinarea mai fină şi alegerii speciale 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 cu pigmenţi minerali sau organici, nu mai mult de 15% din masa cimentului, iar a celor organici - 0,3%.

6.8. Cimenturi cu adaosuri hidraulice 6.8.1. Generalităţi Cimenturile cu adaosuri hidraulice (minerale active) se mai

numesc şi cimenturi cu puzolană. Aceste adaosuri nu se pot întări independent; fiind tratate cu apă ele nu fac priză şi nu se pietrifică. Însă amestecul acestor adaosuri cu unele substanţe liante, care conţin 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 în stare liberă, iar cimentul Portland îl degajă în timpul prizei. Pe baza aceasta se obţin două grupe de cimenturi cu puzolane: cimenturi Portland de zgură şi lianţi de var-puzolană.Adaosuri minerale active se numesc rocile sau deşeurile industriale măcinate, care fiind amestecate cu var aerian, îi comunică (transmit) acestuia proprietatea de a se întări în apă. Aceste adaosuri conţin în formă activă bioxid de siliciu SiO2 şi în acelaşi timp conţin adesea şi oxid de aluminiu Al2O3, formînd cu varul respectiv hidrosilicaţi şi hidroaluminaţi de calciu.Din adaosurile hidraulice naturale fac parte: cenuşa vulcanică, tuful, trasul, piatra ponce, tripolul, diatominul şi ganzitul, iar din cele artificiale - cenuşile şi zgurile de combustibile, zgurile de furnal granulate, argilele arse. Zgurile de furnal granulate şi cenuşile şisturilor bituminoase fin măcinate posedă o oarecare capacitate de întărire hidraulică independentă, fapt care le ridică valoarea ca adaosuri.

87

6.8.2 Ciment Portland cu puzolană şi ciment Portland de

zgură Cimentul Portland cu puzolană este un liant, obţinut prin

măcinarea fină a clincherului de ciment Portland cu adaos activ mineral. Adaosul trebuie să reprezinte nu mai puţin de 20% şi nu mai mult de 45% din masa cimentului: pentru reglarea termenilor prizei, în timpul măcinării se introduce în clincher pînă la 3,5% ghips recalculat la SO3. Cantitatea de adaos întrebuinţată depinde de activitatea lui (capacitatea de a fixa varul) şi de compoziţia clincherului. Cu cît activitatea adaosului este mai mare, cu atît conţinutul acestuia în ciment trebuie să fie mai mic. De exemplu tripolul 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 se elimină o cantitate strict determinată de var liber, pe care adaosul activ trebuie s-o fixeze în compuşii insolubili.

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

Rezistenţa şi termenii prizei acestor cimenturi nu se deosebesc de indicii cimentului Portland obişnuit. Însă alte proprietăţi ale lor au o deosebire principală.

La întărirea cimentului Portland mixt se produc două procese: întărirea clincherului de ciment Portland şi reacţia adaosului activ SiO2 cu varul. Primul proces nu se deosebeşte de întărirea cimentului Portland . În urma procesului al doilea se formează hidrosilicat 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 încet în primele zile, însă peste 28 zile rizistenţa lor atinge rezistenţa cimentului Portland, iar mai tîrziu chiar şi o depăşeşte. Aceasta se explică prin continuarea reacţiei dintre adaosul de siliciu şi var, în urma căreia se formează substanţele rezistente, pe cînd la cimentul Portland varul eliminat rămîne în stare liberă avînd rezistenţă neînsemnată.

88

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

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

Cimentul Portland cu puzolană şi cel cu zgură se întrebuinţează la construcţiile subterane şi subacvatice de beton şi de beton armat, supuse acţiunii apelor dulci, precum şi la construcţiile aflate în condiţii de umiditate înaltă. Se interzice întrebuinţarea acestor cimenturi în construcţiile supuse sistematic ingheţării 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 prin măcinarea fină a varului şi adaosului hidraulic în comun sau prin amestecarea minuţioasă a acestor componente măcinate separat. Componenţa liantului este de 10 -30% var şi 70 - 90% adaos. Se poate 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 de var-zgură au rezistenţă mecanică scăzută (de la 2,5 pînă la 15,0 MPa) în condiţii normale de întărire.

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

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

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

89

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% şi mai 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, (adaosuri minerale active) şi deşeuri de producţie (zgură, spărtură de cărămidă, cenuşă), datorită cărora lianţii de var-puzolană şi de var-zgură costă ieftin.

6.10. Cimentul aluminos Cimentul aluminos este un liant cu întărire rapidă, care se

obţine prin măcinarea fină a amestecului de var şi bauxită, ars pînă la topire.Bauxita onţine pînă la 80% oxid de aluminiu (Al2O3), care la topire reacţionează cu oxidul de calciu (varul). Ca rezultat se formează aluminat monocalcic CaO*Al2O3, care, în stare măcinată, intră în reacţie cu apa şi se întăreşte repede. Cimentul aluminos este liant cu întărire rapidă, dar cu priză relativ înceată. Conform STAS-ului 969 - priza cimentului aluminos trebuie să înceapă nu mai devreme decît peste 5 - 6 ore.

Ca indice al rezistenţei cimentului aluminos se consideră marca l- limita de rezistenţă la compresiune a probelor din mortor de ciment (în dozaj de 1 : 2), încercate timp de trei zile. Cimentul aluminos se produce în trei marci: 400, 500 şi 600, care se obţine prin încercarea cimentului în probe din mortar consistent. La încercarea cimentului aluminos în probe din mortar plastic mărcile lui vor fi egale respectiv cu 300, 400, 500.

Trebuie să ţinem minte, că ridicarea temperaturii influenţează negativ la rezistenţa cimentului aluminos în procesul întăririi. Spre deosebire de cimentul Portland, rezistenţa cimentului aluminos poate să scadă la ridicarea temperaturii peste 200 C. De aceea construcţiile de beton pe bază de ciment aluminos nu trebuie folosite în condiţii cînd temperatura în timpul întăriri betonului depăşeşte 250C.

90

6.11. Cimenturi expansive Cimentul expansiv este un liant hidraulic, care la întărirea în

apă îşi măreşte volumul, iar la întărirea în aer fie că nu se contractă, fie că-şi măreşte volumul, dar mai puţin decît în apă. Invenţia unui astfel de ciment a fost o mare realizare a ştiinţei contemporane.

Cimenturile expansive se fabrică pe bază de ciment aluminos şi ciment Portland. Îîn general se întrebuinţează ciment aluminos din care se obţine ciment de o calitate mai stabilă. În componenţa cimentului expansiv întră: ciment aluminos (70%), ipsos (20%) şi hidroaluminat tetralcic (10%).

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

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

- cimenturi cu priză lentă - începutul - nu mai devreme de 20 min. şi sfîrşitul peste 4 ore după tratarea cimentului cu apă;

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

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

- 6.12.Transportarea şi păstrarea materialelor liante Materialele liante se transportă în saci de hîrtie sau în vrac (în

grămadă). Unii lianţi, în special varul magnezian şi cel nestins măcinat, se transportă în containere metalice închise ermetic sau în saci de hîrtie imbibaţi cu smoală, avînd în vedere hidroscopicitatea lor înaltă. Transportarea cimentului în vrac se poate face numai în vagoane închise, special utilate pentru acest scop, în containere şi autocamioane speciale.

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

91

se păstrează lianţii sau în care aceştia se întrebuinţează, trebuie să fie prevăzută cu o bună ventilaţie. Trebuie să se aibă în vedere, că la păstrarea îndelungată a lianţilor, rezistenţa lor scade în urma reacţiei cu umezeala din aer. Termenul de păstrare a varului macinat nestins ambalat în saci de hîrtie nu trebuie să depăşească 15 zile (din ziua arderii şi pînă în ziua întrebuinţării), însă în tară ermetic închisă el poate fi păstrat oricît de mult.

6.13. Coroziunea cimentului Portland Cimentul Portland este un liant hidraulic, dar în dependenţă

de calitatea apei, care acţionează asupra construcţiei de beton, el poate să se distrugă. Cele mai frecvente cazuri de distrugere sunt următorele:

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

b) Apa naturală conţine întotdeauna într-o cantitate mai mare sau mai mică săruri dizolvate, care pot intra în reacţie chimică cu Ca(OH)2, mărind şi mai mult solubilitatea varului. O astfel de substanţă, de exemplu, este clorura de magneziu. În urma reacţiei ei cu Ca(OH)2 se formează clorura de calciu uşor solubilă, care se spală foarte repede din beton şi hidroxid de magneziu, care reprezintă o masă lichidă de culoare albă.

c) În porii betonului se pot acumula substanţe cu solubilitatea redusă al căror volum se măreşte la cristalizare, distrugînd pereţii porilor.

Cea mai caracteristică coroziune de acest fel o reprezintă acţiunea 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

92

hidrosulfoaluminat de calciu. 3CaO · Al2O3 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 se aseamănă cu bacilii, de aceea el este numit adesea “bacil de ciment”.

d). Acţiunea apelor acide şi alcaline asupra pietrei de ciment este diferită. Apele acide au o acţiune distrugătoare chiar dacă concentraţia acizilor în ele este slabă,. Alcalinele slabe n-au influenţă dăunătoare asupra pietrei de ciment, în schimb, alcalinele tari o distrug. Produsele petroliere (benzina, gazul lampant) nu sunt periculoase pentru betonul de ciment Portland.

Măsura de protecţie contra primelor două cazuri de coroziune constă în introducerea de adaosuri hidraulice, care fixează varul. În urma reacţiei dintre Ca(OH)2 şi adaos, care este compus din siliciu activ, se formează hidrosilicat de calciu insolubil.

Ca(OH)2 + SiO2 + (n - 1 ) H2O = CaO · SiO2 · nH2O Pentru protecţia betonului contra coroziunii sulfatice se

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

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

93

50%), pe cînd cimentul Portland obişnuit conţine 3CaOSiO2 pînă la 55 - 60%, ba chiar şi mai mult. Acest mineral, după cum s-a menţionat, posedă rezistenţă la acţiunea apei datorită separării Ca(OH)2 şi spălării lui din beton.

Întrebări pentu repetare

1.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 măsuri de securitate se iau în timpul lucrului cu varul

măcinat nestins? 21.Caracterizaţi varul carbonat.

94

22.Comparaţi metodele obţinerii varului hidraulic şi al celui aerian.

23.Caracterizaţi condiţiile întăririi mortarelor pe bază de var hidraulic.

24.Cum se obţine cimentul Portland şi ce proprietăţi 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.

95

TEMA 7 MORTARE DE CONSTRUCŢIE ŞI BETOANE PE BAZĂ

DE 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 şi

betoane 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.

96

Dacă în amestecul de ciment şi apă (pasta de ciment) vom adăuga şi un oarecare plastificator, de exemplu var sau argilă, vom obţine pastă sau amestec de mortar, care după întărire se transformă în piatră de mortar.

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

7.1.2. Mortare de construcţie Mortarele se clasifică după următoarele criterii: densitatea

aparentă, felul liantului şi destinaţie. I.După densitatea aparentă: - obişnuite (grele) cu densitate aparentă mai mare de 1500

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

preparate cu agregate poroase; ele se mai numesc şi “calde”. II. După felul liantului: - de ciment, preparat pe bază de lianţi de ciment; - de var aerian sau hidraulic; - de ipsos - pe bază de lianţi de ghips; - 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 în apă. III. După destinaţie deosebim următoarele mortare: - pentru zidărie - utilizate pentru zidirea din cărămidă, blocuri

mici şi mari; - pentru finisaj - tencuieli întrebuinţate pentru tencuirea

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

spaţiile acestota; - mortare de injectare; - mortare acustice; - mortare de protecţie contra razelor de rentghen întrebuinţate

97

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

7.1.3. Clasificarea betoanelor În calitate de liant se întrebuinţează cimenturile. Betoanele

folosite în construcţie se clasifică, ca şi mortarele, după următoarele criterii: densitatea aparentă, tipul liantului şi destinaţia.

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

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

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

3. Betonul uşurat са = 1800 - 2200 kg/m3 se prepară din nisip, pietriş (piatră spartă) din roci obişnuite; se întrebuinţează mai 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 şi formatorul de celule;

betoanele cu goluri (fără nisip); betoanele cu densitatea aparentă pînă la 1600 kg/m3 se

întrebuinţează 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;

98

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 construcţiilor hidrotehnice (baraje,ecluze, debarcadere). Acest beton are o compacticitate mare, impermeabilitate, rezistenţă înaltă la coroziune în apă şi alte medii;

3. De drumuri pentru căile auto, îmbrăcămintea aerodromurilor, se deosebeşte prin rezistenţă înaltă la încvoiere şi la îngheţ - dezgheţ;

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

5. Rezistente la acţiunea chimică a acizilor şi alcaliilor; ele se întrebuinţează pentru protejarea construcţiilor aparatajului de producţie chimică.

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

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

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

7.2. Materiale pentru prepararea mortarelor şi betoanelor

grele, uşoare, celulare

Agregate pentru betoane şi mortare pot fi naturale şi artificiale.

99

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

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

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

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

Amestec de pietriş şi nisip - amestec cu mărimea granulelor de 0,14 - 70 mm. După densitatea aparentă în vrac agregatele uscate se clasifică 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 sunt de exemplu acizii, sulfaţii, grăsimile, uleiurile, zahărul etc.

Se interzice întrebuinţarea apelor mlăştinoase, de canalizare, murdărite cu reziduuri industriale. Se admit săruri de acid sulfuric nu 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 a se întinde uşor pe suprafaţa obiectelor într-un strat uniform după grosime 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 se întinde sub acţiunea masei proprii sau a compresiei exterioare, care acţionează asupra lui.

100

Mobilitatea pastei de mortar se stabileşte cu ajutorul aparatului (special) standard. Ca indice al mobilităţii serveşte mărimea adîncimii cufundării în amestecul de mortar a conului apatatului standard care are masa de 300 g şi unghiul de la vîrf 300.

Se recomandă următoarele mărimi ale mobilităţii determinate cu 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 şi de a păstra umezela într-un strat subţire, întins pe suport poros.

Capacitatea de reţinere a apei se stabileşte cu ajutorul unui aparat special.

Rezistenţa mecanică a mortarului (întărit) se caracterizează prin marca lui. Marca mortarului se determină prin limita de rezistenţă 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; păstrarea omogenităţii betonului.

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

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

101

tabelul 7.1.

Tabelul 7.1. Lucrabilitatea betonului

Amestecul de beton

Arătătorul lucrabilităţii

Consistenţa în sec. Tasarea conului, cm 1. Foarte aspră 13 0 2. Consistenţa 5 … 12 0 3. Slab mobilă 5 2 … 4 4. Mobilă “-“-“ 4 … 12 5. Turnat “-“-“ 12 şi mai

7.4. Proprietăţile mortarelor şi betoanelor 7.4.1. Proprietăţile betoanelor Proprietăţile betoanelor (amestecul de beton întărit) sunt:

rezistenţa şi durabilitatea, care depind de calitatea materialelor şi tehnologia turnării lui în forme sau cofraj.

Rezistenţa.Betonul rezistă bine la compresie, uneori este

necesar de cunoscut rezistenţa betonului la întindere, care de obicei este de 10 - 15 ori mai mică decît rezistenţa lui la compresie. Valoarea rezistenţei la compresie stă la baza clasificării betonului în mărci. Marca betonului se stabileşte după limita de rezistenţă la compresie a probelor în formă de cuburi cu muchia de 200 mm, confecţionate din amestecul 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 de 0,4);

102

;5,0ACKRRb ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −==

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 agregatelor şi liantului.

Valorile lui K în formulă 1

Valorile lui K1în formula a doua

De calitate superioară

0,65

0,43

Obişnuite 0,60

0,40

De calitate inferioară

0,55

0,37

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

spartă din roci compacte cu rezistenţă înaltă, nisipul cu granulaţie optimă şi cimentul Portland cu adaos hidraulic de minimă activitate ;agregatele curate şi fracţionate.

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

103

3. Din materialele de calitate inferioară fac parte: agregatele măşcate cu rezistenţă inferioară, nisipurile mărunte, cimenturile cu activitate redusă, precum şi agregatele corespunzătoare unor cerinţe inferioare ale STAS-ului.

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

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

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

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

Influenţa duratei şi condiţiilor de întărire asupra rezistenţei betonului.

Rezistenţa betonului în condiţii normale creşte în primele 7 - 10 zile destul de repede şi atinge 60 - 70% din marca sa, iar după aceea ea creşte din ce în ce mai încet. Peste trei luni rezistenţa probelor întrece cu 25%, peste 12 luni - 75% , iar peste 2 ani - peste 200% rezistenţa de 28 zile la temperatura de 25 C şi umiditate mare.

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

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

Odată cu mărirea compacităţii se îmbunătăţesc calităţile betonului - impermeabilitatea la apă, rezistenţa la îngheţ-dezgheţ, rezistenţa mecanică.

Compactitatea betonului se ridică prin vibrarea intensivă a amestecului turnat, alegerea potrivită a componenţei granulometrice a agregatelor, micşorarea raportului apă-ciment, întrebuinţarea plastificatorilor, care reduc cantitatea apei în amestec, fără să i se schimbe plasticitatea.

104

Contracţia şi umflarea În procesul întăririi betonul îşi schimbă volumul. La întărirea

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

Rezistenţa la îngheţ După gradul rezistenţei la îngheţ se clasifică în mărci Mîg de

la 50 pînă la 300. Pentru construcţiile civile şi de locuit Mîg trebuie să fie nu mai mare de Mrz 50 - barajele, ecluzele, îmbrăcămintele rutiere, fundaţiile, suprafaţa exterioară a pereţilor ş.a.

Rezistenţa la temperaturi înalte Sub acţiunea îndelungată a temperaturii înalte betonul îşi

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

Rezistenţa la apă Corozia betonului sub acţiunea apelor cu diferite săruri şi gaze

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

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

7.4.2. Proprietăţile mortarelor (amestecului de mortar

întărit) Rezistenţa şi durabilitatea.Factorii, care determină durabilitatea mortarelor de construcţie sunt aceiaşi ca şi la betoane.

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

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= 4,0

ACR25,0Rm

unde Rm este limita de rezistenţă la compresiune a mortarului

în vîrstă de 28 de zile (în kg/cm2); Rc - activitatea cimentului, în kg/cm2; C/A - raportul ciment-apă.

105

Rezistenţa mortarului se caracterizează prin marca lui. Marca mortarului se stabileşte după limita de rezistenţă la compresiune a unui cub cu muchia de 70,7 mm, confecţionat din amestec de mortar de lucru pe un suport cu suprafaţa poroasă, care absoarbe umezeala şi 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 zidăriei cu mortar proaspăt încă neîntărit şi a zidăriei dezgheţate, executate prin metoda congelării (îngheţării) şi marca 2 pentru determinarea rezistenţei zidăriei cu mortare de toate tipurile, care au căpătat întărirea iniţială (zidărie de iarnă, zidărie în vîrstă timpurie).

7.5. Alegerea dozajului pentru betoane şi mortare 7.5.1. 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 cantitate se ia drept unitate, nisip şi pietriş.

Prin urmare dozajul betonului poate fi exprimat astfel 1 : x : y şi 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, calculat pentru materiale uscate şi de lucru în care se ia în consideraţie umiditatea naturală a materialelor.

Pentru a obţine un beton de masă cerută şi mobilitate necesară, 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 indicate dimensiunile agregatelor;

se calculează proporţia de apă necesară, adică consumul de apă în 1 la 1 m3 amestec de beton;

106

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

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

7.5.2. Dozajele mortarelor de zidire Dozajul mortarelor ca şi a betoanelor se exprimă prin raportul

în masă sau în volum dintre materialele iniţiale uscate - substanţă liantă, adaos mineral (argilă, var) şi nisip.

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

Pentru mortarele mixte consumul de ciment este de 75 - 125 kg/m3. Pentru mortarele cu var: varul conţine 60 … 80%, adaosuri - 35 - 20%. Iarna se adaogă clorură de calciu CaCl2 sau clorură de sodiu NaCl în proporţii 2 - 10% din masa cimentului. Rezistenţa mortarului în funcţie de marca cimentului şi de mărimea granulelor nisipului 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 şi este egal cu 1,0 cînd nisipul este măcinat, cu 0,8 pentru nisipul cu granule medii; cu 0,6 pentru nisipul cu granule mărunte; cu 0,4 pentru nisipul cu granule foarte mărunte.

Din această formulă se determină aproximativ consumul de ciment la 1m3 de nisip.

;5,0RK

4RmCc+

⋅−

=

107

7.6. Prepararea şi transportarea mortarelor şi betoanelor Amestecul de mortar se prepară cu ajutorul malaxorului.

Acesta reprezintă o tobă metalică prevăzută în interior cu un ax cu palete, care, rotindu-se, amestecă mortarul. Malaxoarele de mortar pot fi mobile şi staţionare cu capacitatea de la 40 pînă la 1500,0 l. Mortarele se prepară la fabrici centralizate sau în condiţii de şantier.

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

Amestecul de beton Prepararea amestecului de beton constă în dozarea (măsurarea

capacităţii materialului şi amestecarea lor pînă la obţinerea 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 cu funcţionare periodică sau continuă.

Betonierele pot fi cu amestecare prin cădere liberă a materialelor şi cu amestecare forţată. În betonierele cu căderele liberă se amestecă betoane mobile; în betoniere cu funcţionare forţată se pregătesc betoane vîrtoase. Betonierele au capacitatea de încărcare a tobei de la 100 pînă la 4500,0 L, au funcţionare periodică şi amestecare prin cădere liberă. Ele se împart în mobile - cu capacitatea pînă la 250 L - şi staţionare - cu capacitatea mai mare de 250 L.

Betoniera cu funcţionare continuă este compusă dintr-o tobă cilindrică prevăzută cu palete în interior. Paletele sunt aşezate în formă de şurub dătorită cărui fapt în timpul rotirii tobei materialele se deplasează în lungul ei şi se amestecă. Productivitatea lor e pînă la 150 - 200 m3 de amestec pe oră, pe cînd cea mai mare betonieră cu funcţionare periodică cu capacitatea de 45001 are productivitatea

108

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 umplerii cu granule mărunte a golurilor dintre granulue mai mari.

Volumul amestecului de beton obţinut se caracterizează prin randamentul betonului β (beta), egal cu raportul dintre volumul amestecului de veton Vb şi suma volumelor materialelor uscate consumate.

VpVnVcVb

++=β

unde 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 cale

mecanică cu vibratoare electromecanice, electromagnetice, pneumatice.

Amestecul de beton turnat în cofraj sau formă se îndeasă să nu rămînă goluri de aer în el. Cele mai răspîndite sunt vibratoarele electromagnetice. Ele se împart în vibratoare de adîncime, de suprafaţă şi exterioare (suspendate), portative şi staţionare.

Vibratoarele transmit amestecurilor de beton vibraţii de înaltă frecvenţă pînă la 7000 de oscilaţii pe minută cu amplitudinea de 0,3- 0,8 mm. Betonul capătă proprietăţile unui lichid greu, se întinde şi umple compact cofrajul sau formele.

Vacuumarea betonului Ridică 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 de muncă. Betonul turnat în timpul verii trebuie apărat de uscare, iar iarna - de îngheţ.

109

7.8. Betoane grele cu destinaţie specială. Betoane pentru construcţii hidrotehnice şi subterane Pentru prepararea betonului hidrotehnic se recomandă cimenturile Portland rezistente la sulfaţi, cu puzolană, sau cimentul Portland cu zgură. În urmă reacţiei adaosului hidraulic cu hidroxidul de calciu Ca(OH)2 adaosurile se umflă, îndesînd betonul, iar starea coezivă a varului liber măreşte capacitatea anticorozivă a cimentului.

Proprietăţile principale constructiv-tehnice ale betonului hidrotehnic sunt următoarele: impermeabilitatea, rezistenţa la îngheţ, absorbţia de apă, contracţia şi umflarea, duritatea, rezistenţa şi altele.

Betonul acidorezistent (rezistă la acizi). Se întrebuinţează ciment acidorezistent şi agregate din materiale compacte acidorezistente - nisip cuarţos, piatră spartă din beştaunit, cuarţ.

Betonul termorezistent se distruge la t = 1600 - 1700 0C. El poate fi preparat din ciment aluminos şi agregate refractare (şamotă, zguri metalurgice). El se întrebuinţează pentru căptuşirea furnalelor, focarelor etc.

Betoanele pentru protecţia contra radiaţiei - radioactive (betoane hidrate) contra razelor gama şi radiaţiei neutronice. Se întrebuinţează agregate foarte grele din care se prepară betoane cu proprietăţi izolante superioare faţă de razele gama şi radiaţia neutronică.

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 celule aeriene. Din agregate poroase uşoare se obţin betoane uşoare, iar prin înlocuirea agregatelor cu cele aeriene se obţin betoane foarte uşoare şi betoane celulare termoizolante.

Betonul macroporos - este o variaţie a betoanelor uşoare. El este compus din ciment, apă şi agregat măşcat. Agregate poroase (uşoare) pot fi obţinute din roci naturale uşoare, piatră ponce, tuf, calcar cochilifer, sau din materiale artificiale - zgură din combustibil, zgură metalurgică, materiale argiloase, expandate

110

(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 ciment Portland, sau spumosilicaţii şi gazosilicaţii, preparaţi pe baz[ de var, din a doua grupă (conţinut de cenuşă) fac parte spumobetonele cu cenuşă şi gazobetoanele cu cenuşă.

Pentru prepararea spumobetonului, pasta de ciment se amestecă cu o spumă specială stabilă. Gazobetonul se prepară din pastă de ciment, la care se adaogă nisip măcinat, zgură sau alte agregate. Pentru formarea gazelor, în pasta de ciment se introduc adaosuri - praf de var şi aluminiu, var nestins măcinat. În apă, între aceşti 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 pasta de ipsos.

111

Întrebări pentru repetare 1.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?

112

TEMA 8 PRODUSE 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 beton armat. 8.1. Scurte informaţii despre betonul armat

Produsele de beton armat au fost aplicate în practică la

sfîrşitul secolului trecut, cînd pentru experimentare au început să se folosească 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 betonului armat nu prea era posibilă din cauza lipsei de mecanisme necesare .

Betonul armat este un material de construcţie constituit din

beton şi armatură de oţel, unite monolit, care în construcţii rezistă la solicitări ca element unitar.

Rezistenţa betonului la întindere este aproximativ de 10 - 15 ori mai mică decît la compresiune. Cea mai convenabilă este folosirea betonului armat pentru elementele de construcţie, care lucrează la încovoiere. La încovoiere se nasc două feluri de tensiuni contrare - de întindere şi de comprimare.

Să examinăm lucrul unei grinzi, aşezate pe două reazeme şi aflate sub acţiunea unei sarcini de încovoiere.

Din fig.8.1se vede, că zona superioară a grinzii, situată mai

113

sus de stratul neutru 0 - 0, este comprimată, iar zona inferioară este întinsă.

În cazul de faţă materialul grinzii de beton are diferite rezistenţe la compresie şi întindere. Din această cauză formarea crăpăturilor în zona întinsă se va produce mult mai devreme de cît în acea comprimată.

În grinda de beton cu arm[tură, betonul cu armătura formează o aderenţă puternică şi, la apariţia tensiunilor în construcţia de beton armat, ambele materiale lucrează în comun; ambele materiale au acelaşi coeficient de dilatare termică; metalul nu rugineşte în beton. În produsele de beton armat cu armătură obişnuită şi armătură pretensionată (intinsă în prealabil). Betonul se întinde cu 1 - 2 mm la 1m, iar oţelulu se întinde de 5 - 6 ori mai mult. Ca urmare se ivesc crăpături.

Crăpăturile influenţează rău asupra calităţii: se măreşte săgeata de incovoiere; în crăpături pătrunde umezeală şi gaze.

Prin comprimarea prealabilă a betonului în locurile supuse întinderii se pot înlătura crăpăturile; tensiunea de comprimare trebuie să fie mai mare decît tensiunea de întindere.

Comprimarea betonului se realizează prin pretensionarea armăturii (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. Construcţiile monolite se execută după următoarea tehnologie: se execută cofrajul, în care se montează armătura şi se toarnă apoi amestecul de beton; peste 7 zile după întărirea betonului, cofrajul se desface.

Această tehnologie are următoarele neajunsuri: executarea acestor construcţii 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

114

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 şi

cerinţele generale faţă de acestea Clasificarea La baza clasificării produselor prefabricate de beton armat

stau următoarele criterii: felul armăturii; densitatea aparentă сa; felulul betonului; structura interioară; destinaţia.

După felul armăturii produsele pot fi precomprimate şi cu armătură obişnuită. După densitatea aparentă a betoanelor folosite, 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;

115

- din betoane silicate - pe bază de var sau de lianţi micşti; - din betoane celulare - pe bază de ciment Portland, var sau

lianţi micşti; - din betoane speciale - rezistente la temperaturi înalte, rezistente la acţiunea agenţilor chimici, decorative, hidratice (foarte grele).

După structura interioară - produsele pot fi cu goluri sau compacte, fabricate din acelaşi fel de beton - într-un strat sau cu două şi mai multe straturi, fabricate din mai multe feluri de betoane, etc.

După destinaţie - se împart în următoerele grupe principale: - pentru clădiri publice şi de locuit; - pentru clădiri industriale; - diverse construcţii pentru transport; - diverse construcţii hidrotehnice; - diverse construcţii agricole; - diverse construcţii de destinaţie generală. Cerinţele generale faţă de produsele prefabricate de beton

armat: ele trebuie să corespundă standardelor de stat şi condiţiilor tehnice.

8.3. Nomenclatura produselor de beton armat

Produsele 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.

116

8.4. Metode industriale de producere a elementelor de beton armat

Scheme tehnologice de fabricare. Procesul fabricării

elementelor de beton armat conţine patru operaţii principale: prepararea amestecului de beton; pregătirea armăturii; modelarea; tratamentul umedo-termic. Astăzi pot fi evidenţiate trei scheme principale de organizare a

procesului tehnologic de fabricare a elementelor din beton atmat: 1.fabricarea elementelor în forme staţionare, plasabile stend şi

casetă; 2.fabricarea elementelor în forme care se deplasează la fiecare

post 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 de secţii formate de pereţii verticali din oţel sau din beton. Caseta este amenajată cu mantale speciale pentru aburi, pentru încălzirea produselor în procesul umido-termic.

3a. La fabricarea elementelor prin metoda flux, montarea armaturii, turnarea amestecului de beton în formă şi îndesarea se fac la un singur post tehnologic, iar întărirea produselor are loc în aparate speciale termice - camere de aburire sau aparate autoclave.

3b. în cazul conveier fiecare operaţie se execută la posturi speciale, separate, care în ansamblu formează o linie circuită închisă - conveier. Pe conveierul pulsar se mişcă de la un post la altul

117

(peste 15 min.) vagonete - poduri de turnare, pe care se confecţionează produsele. Întărirea are loc în camere cu acţiune continuă.

4.Modelarea continuă prin vibrolaminare se realizează în laminatoare speciale.

Laminatorul - reprezintă o bandă metalică în continuă mişcare, compusă din plăci spaţiale sau plane; primele asigură obţinerea suprafeţei cu nervuri a panoului, iar celelate - a suprafeţei netede.

La începutul laminarului, se aşează pe banda în mişcare continuă mai întîi armătura, apoi se toarnă amestecul de beton, care se 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 stare gata de pe bandă (25 m/oră).

8.5. Construcţii de ciment armat Se folosesc la elementele portante şi de protecţie ale clădirilor

şi construcţiilor inginereşti, la executarea rezervuarelor, în construcţiile navale etc.

În comparaţie cu cele din beton armat, aceste construcţii au pereţi 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 protecţiei anticorozive 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 corespundă absolut tuturor cerinţelor impuse de condiţiile tehnice. Mărimea rezistenţei de livrare a betonului nu trebuie să fie mai mică de 70% din marca betonului.

118

P.D.B.A. trebuie păstrate în depozite utilate special, sortate după categorii şi tipodimensiuni şi stivuite îngrijit pe stinghii de lemn. P.D.B.A. trebuie păstrate în aceeaşi poziţie, în care ele suportă încărcătura în clădire. P.D.B.A. se transportă cu autocamioanele sau pe calea ferată, axele lor longitudinale fiind orientate în direcţia mişcării. P.D.B.A. trebuie descărcate pe şantier în raza de acţiune a macaralelor de montare. Un mare avantaj are procedeul montării prefabricatelor direct din mijloacele de transport (de pe vehicol).

Întrebări pentru repetare 1.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?

119

TEMA 9

MATERIALE ŞI PRODUSE PIETROASE ARTIFICIALE 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 şi

produsele pietroase artificiale 9.1. Materiale şi produse pietroase artificiale Materialele şi produsele pietroase artificiale nearse se fabrică

dintr-un amestec de substanţe liante, apă şi agregate turnate în forme şi prelucrate. Aceste materiale nu au nevoie de ardere. În procesul fabricării, ele capătă rezistenţă datorită întăririi materialelor care intră în componenţa lor. În calitate de agregate se întrebuinţează nisip cuarţos, zgură, cenuşă, rumeguş de lemn; în calitate de materiale de armare - azbest, cîlţi de in, materiale sintetice. Prefabricatele din aceste materiale se pot clasifica după felul liantului pe bază de:

- var-cărămidă, silico-calcare, calcar-zgură, calcar-cenuşă, produse de spumosilicat;

- plăci-ipsos de panouri de ipsos, ipsobeton, plăci de placare; - ciment portland-prefabricate de beton şi de beton armat,

plăci de asbociment şi plăci profilate pentru acoperiş, ţevi de asbociment.

120

Materialele din var-nisip (var aerian şi nisip cuarţos) la temperatură obişnuită se întăresc încet şi au o rezistenţă redusă. Dacă însă amestecurile de var-nisip sau prefabricatele din ele sunt tratate cu aburi, într-un mediu umed (100%, la temperatură înaltă - aburire, se obţine piatra artificială rezistentă. Tratarea termoumedă a produselor se face cu aburi sub presiune în autoclave.

9.2. Produse pe bază de var Cărămida silico-calcară este o piatră artificială, preparată

dintr-un amestec de lianţi (5-8%) şi nisip (92-95%) de presare şi tratare ulterioară cu aburi în autoclave a produselor modelate.

Varul cu stingere rapidă (pвnă la 8 min). Varul trebuie să fie curat, să nu conţină impurităţi, care încetinesc stingerea (bucăţi de var zgură arse excesiv ori nearse etc.)

În afară de var, în calitate de lianţi se utilizează amestecuri fin măcinate de var-nisip, var-zgură, var-cenuşă de termoelectrocentrală şi ciment-nisip, care corespund cerinţelor din standardele respective.

Nisipul cuarţos se întrebuinţează nemăcinat sau într-un amestec de nisip nemăcinat în nisip măcinat fin cu conţinutul înalt de siliciu (cel puţin 70%). Nisipul nu trebuie să conţină impurităţi de mină, incluziuni mari de argilă şi impurităţi organice, care provoacă expandare şi reduc rezistenţa produsului. Conţinutul impurităţilor sulfuroase trebuie limitat. Se admit cel puţin 10% de impurităţi de argilă distribuite uniform.

Există două moduri de fabricare a cărămizii silico-calcare, care se deosebesc prin prepararea amestecului de var-nisip cu stingerea: 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 deasupra tobei stîngătorului.

Nisipul din buncăre dozat în volum, iar varul masă se toarnă periodic în toba de stingere închisă ermetic. În tobă, materialele

121

uscate se amestecă timp de 3-5 min, apoi se introduce abur proaspăt sub presiune 0,15 -0,2 Mpa şi varul se stinge. În acest timp toba se roteşte mereu. Stingerea varului durează pînă la 50 min.

b) La producerea cărămizii silico-calcare cu stingerea în silosuri, varul şi nisipul se umezeşte, iar apoi se toarnă în silosul stîngătorului.

Stingerea în silos decurge 7-12 ore, adică de 10-15 ori mai încet decît în tobe. După stingerea în tobă sau silos masa de var şi nisip se îndreaptă într-un malaxor cu palete cu roţi pentru umezire şi amestecare suplimentară, după ce această masă este dusă la prese.

Modelarea cărămizii în prese mecanice are loc sub presiunea de 15-20 Mpa. Cărămida proaspăt modelată se încarcă în vagonete şi se îndreaptă pentru întărire în autoclave.

Autoclava reprezintă un cilindru de oţel cu diametrul de 2-4m şi lungimea pînă la 20m, care se închide la capete cu capace. În interior, pe partea de jos a autoclavei, sunt prevăzute şine pentru deplasarea vagonetelor cu produsele proaspăt modelate. În autoclavă se introduce abur cu temperatura de 170-175 0 C sub presiunea de 8 atm. Sub acţiunea temperaturii înalte şi a umidităţii, se produce reacţia chimică între var şi bioxidul de siliciu în urma căreia se formează hidro-silicaul de calciu.

Datorită acestei reacţii varul cimentează nisipul şi se formează un material de piatră artificială, care atribuie cărămizii silico-calcare o rezistenţă înaltă. Silicul de pe suprafaţa granulelor de cuarţ interacţionează cu varul formînd hidrosilicat de calciu.

Ca(OH)2+SiO2=CaOSiO2•H2O Hidrosilicaţii, cimentindu-se cu granulele de cuarţ, formează o

substanţă pietroasă cu rezistenţă înaltă, care continuă să crească în aer pe contul moleculelor de var, care n-au intrat în reacţie

Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O.

122

Dacă se măreşte presiunea şi temperatura în autoclavă, se scurtează timpul de întărire a cărămizii. La fabricarea cărămizii silico-calcare se cheltuieşte de două ori mai puţin combustibil, de trei 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 două feluri: 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 în direcţia perpendiculară patului cărămizii. Mărimea golurilor nestrăpunse nu se reglează. Se admit următoarele abateri ale dimensiunii 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 să aibă marca cel puţin 125/10 Pa. Absorbţia de apă este 8-16%.

Rezistenţa la îngheţ Rîng 15. Densitatea aparentă сa=1750-1900 kg/m3 în funcţie de componenţa granulometrică a nisipului utilizat şi de gradul de presare. Conductibilitatea termică 0,81-0,87 Vt /(m k ) care aproape sunt egale cu a cărămizii de argilă. Această cărămidă nu se poate întrebuinţa la construcţiile cu mare umiditate, la zidirea sobelor, coşurilor de fum etc.

În ultimul timp în loc de cărămidă mică, care se aşează manual, se utilizează blocuri mari cu goluri şi panouri silico-calcare. În afară de aceasta se dezvoltă producţia panourilor pentru planşee dintre etaje şi a diferitor prefabricate din amestecuri silico-calcare. Tehnologia lor este aceeaşi ca şi a cărămizii. Cărămida silico-calcară se transportă la şantiere pe platformă de acelaşi fel ca şi cărămida de argilă. Între pachetele descărcate trebuie prevăzute interspaţii pentru circulaţie de 50-75cm.

123

9.3. Cărămida de var - zgură şi var - cenuşă Cărămida de var-zgură se fabrică din amestec de var şi zgură

de furnal granulată. Varul constituie 3...12% din amestec, zgura constituie 88-97%.

Cărămida de var-cenuşă se obţine din amestec de var 20-25% şi cenuşă 75-80%. Cenuşa ca şi varul este un material local ieftin. În procesul arderii combustibilului în cazanele termocentralelor, o parte din cenuşă, sub formă de praf, rămîne în focar (cenuşă remanentă), iar particulele sunt duse de gaze în hornuri, 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 cea remanentă, nu trebuie măcinată. Majoritatea cenuşelor conţin o cantitate mică de oxid de calciu (pînă la 5%) şi în timpul amestecului cu apă nu se întăresc. Dacă însă li se adaugă var (sau ciment Portland), ele încep să se întărească. Tratarea ulterioară cu aburi a amestecului în autoclav dă posibilitatea de a obţine produse cu rezistenţă suficientă. Densitatea lor aparentă сa= 1400-1600 kg/m3, conductibilitatea termică 0,5-0,6 Vt /(m.k.). După limita de rezistenţă la compresiune ele se împart în trei mărci 25, 50, 75 şi este mai mică decît a celor de silico-calcar. Din această cărămidă se 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 obţine prin întărire în autoclave a unui amestec compact compus din 70-80% de nisip cuarţos, 8-15% de nisip măcinat şi 6-10 % var nestins macinat. 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 constă din următoarele operaţii:

4 amestecul fin măcinat din var-nisip se încarcă în malaxorul de beton şi se amestecă cu nisip măcinat şi apă;

124

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 8 atm şi mai mult.

7 Silicatul - este o varietate a betonului autoclav, numai că în componenţa lui se întrebuinţează nisip, unde la o parte de nisip granulele se macină în praf, iar altă parte se zgîrîe şi se formează suprafeţe noi curate (feţe proaspete) permiţîndu-i nisipului să se realizeze mai activ în procesul fizico-chimic.

8 Produsele de silicalcit sunt mai tari şi mai rezistente la apă. Prefabricatele din aceste betoane nu rezistă la umezeală şi pot fi întrebuinţate la construcţie cu tehnologie "uscată".

9.5. Produse silico-calcare celulare În momentul de faţă sunt cunoscute două feluri de produse

silico-calcare: gazosilicat şi spumosilicat. Prin introducerea şi amestecarea în masele plastice de var-

nisip a unei spume special preparate se obţine piatră artificială, care se 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, se obţine piatra artificială, care se numeşte gazosilicat. Procesul de obţinere a produselor silico-calcare celulare conţine următoarele operaţii:

Prepararea liantului din var-nisip prin măcinarea împreună a varului şi a unei părţi de nisip.

Prepararea masei de gazobeton sau spumobeton. Modelarea prefabricatului. Produsele silico-calcare celulare se confecţionează în felul

următor: Mai întîi se prepară amestecul de var-nisip, care se compune

din 15-20% var şi nisip măcinat, uneori cu adaos de nisip nemăcinat.

125

Apoi, în amestecul de var-nisip se adaugă substanţele generatoare de spumă ori gaz, clei de calofoniu, obţinut din clei de oase sau de piele, colofoniu, hidroxid de sodiu şi apă, săpun vegetal din rădăcini şi apă, precum şi generatorul de spumă.

Masa proaspătă se toarnă în forme, care au profilul şi dimensiunile viitorului prefabricat.

Tiparele, care se păstrează în prealabil timp de 2-4 ore, se transportă 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 fabrică diferite elemente de construcţie pentru izolarea termică a pereţilor, pardoselelor, învelişurilor şi pentru executarea pereţilor interiori şi exteriori ai diferitor clădiri.

9.6. Produse pe bază de ipsos Atunci cînd ipsosul se amestecă numai cu apă, se

confecţionează prefabricate din ipsos, iar cînd se amestecă ipsosul cu apă cu agregate, se confecţionează beton de ipsos.

Din beton de ipsos se fabrică panouri pentru pereţii dispărţitori. 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 indici se 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 a pereţilor despărţitori. Umiditatea aerului încăperilor trebuie să nu depăşească 60%; conductibilitatea termică

126

e redusă; cuiele bătute în panou se ţin bine. Foile de ipsos pentru căptuşeeală sau tencueală uscată de ipsos sunt un material de finisare (în foi) fabricat din ipsos de construcţii înarmat cu fibre vegetale şi acoperit de ambele părţi cu carton.

9.7. Produse de azbociment Ca materiale iniţiale pentru fabicarea produselor din

azbociment servesc azbestul, cimentul Portland şi apa. Azbestul este un material fibros fin, cu proprietatea de a se desface (după o lucrare 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

destinaţia 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 profil obişnuit şi consolidat) şi semiondulate necolorate şi colorate. Foile ondulate cu profil obişnuit au lungimea de 1200 mm, lăţimea de 700 mm şi grosimea pînă la 5,5 mm, iar cele cu profil consolidat au lungimea 1750 mm şi 2800 mm, lăţimea aproximativă de 994 mm,

127

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 la îngheţ-dezgheţ - nu mai mică de M îng.25.

Plăcile plane de azbociment servesc pentru placarea pereţilor despărţitori şi tavanelor diferitor clădiri. Toate produsele de azbociment se păstrează în clădiri închise sau sub şoproane. Se transportă în stare orizontală în stive, fixate în aşa fel ca să nu se lovească una de alta. Încărcatul şi descărcatul - manual - cîte o bucată,iar cel mecanizat în stive, să nu fie lovite.

Panourile de azbociment reprezintă o construcţie de dimensiuni mari, compusă din două plăci de azbociment, între care se află un strat temoizolator (pîslă minerală). Panourile au înălţimea de 2700mm, lăţimea de 3200mm şi grosimea de 100-120mm (depinde de materialul termoizolant). Ele se întrebuinţează pentru executarea pereţilor exteriori (şi interiori) ai clădirilor de locuit şi administrative.

128

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 şi 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?

129

Tema 10

LEMNUL ŞI PRODUSELE DIN LEMN

10.1 Cunoştinţe generale 10.2. 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 şi a

posibilităţii de a fi uşor dobîndit şi prelucrat, lemnul este folosit pe la larg la tot felul de constucţii. De exemplu, el este folosit la obiecte din lemn (case din lemn, poduri, garduri, depozite etc.). Lemnul este folosit pe larg la construirea tuturor clădirilor unde se întrebuinţează în calitate de prefabricate - uşi, ferestre, căpriori la acoperişuri, scînduri pentru podele etc.Lemnul ca material de construcţie are următoarele avantaje : se poate obţine în piese lungi şi destul de groase, cu o anumită limită de rezistenţă; se prelucrează uşor cu mecanizme- unelte cît şi cu mecanizme de mînă; are o densitate redusă 800kg/ m3; se asamblează uşor prin îmbinări, prin prindere cu scoabe, cuie, buloane sau prin încleiere.

Lemnul are însă şi diferite neajunsuri prin faptul că se aprinde şi arde uşor, este puţin rezistent la acţiunea agenţilor externi, uşor putrezeşte, fiind atacat de insecte ; are o rezistenţă mecanică mică.

La construcţie se folosesc de cele mai multe ori răşinoasele – bradul şi molidul au trunchi lung, drept şi gros; uşor se prelucrează. Se folosesc şi foioasele: stejarul, fagul, teiul etc. În construcţii materialul se foloseşte brut – material rotund sau prelucrat – cioplitură sau cherestea.

Prin lemnul rotund se înţelege materialul lemnos brut,

130

cu secţiune rotundă, cojit sau necojit, curăţit de crengi şi de cioturi.

Prin cioplitură se înţelege orice piesă cu muchiile ascuţite sau teşite, prelucrate din lemn rotund prin cioplire cu barda.

Prin cherestea (materialul fasonat sau ecarisat) se înţelege materialul lemnos parvenit din lemnul brut, tăiat în direcţie logitudinală 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 folosite ca 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 întrebuinţează ca material de construcţie şi de finisaj.

Bradul - are lemnul de culoare galben – deschisă pînă la roşcată, cu inele anuale foarte vizibile (pronunţate); este elastic şi se despică foarte bine. Spre deosebire de celelalte răşinoase, bradul nu conţine răşină în lemn, ci numai în coajă şi din această cauză în aer liber fiind supus variaţiilor mari de umiditate se alterează (putrezeşte) destul de repede. Ca durabilitate bradul stă în urma celorlalte răşinoase şi trebue folosit în medii uscate. El se întrebuinţează pentru duşumele, astereală, grinzi de acoperit, poduri, schele, cofraje etc.

Molidul – este cea mai răspîndită şi, totodată, cea mai valoroasă specie de răşinoase. Este mai deschis la culoare decît bradul, are structură mai fină şi mai omogenă, se despică uşor şi se prelucează bine (în atelier şi pe şantier) dînd suprafeţe netede şi

131

mătăsoase. Are răşină 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, aproape uniformă, dar cu trecerea timpului se închide. Lemnul de stejar este greu, dens, foarte trainic. În aer liber.se foloseşte ca lemn de cherestea: grinzi, piloni de poduri, stîlpi de telecomunicaţii etc.

Tufanul nu putrezeşte sub apă, ci dinpotrivă se întăreşte cu timpul şi din această cauză, se foloseşte la lucrări hidrotehnice şi în 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 fabricarea furniturii,placajelor.

Teiul are o culoare aproape albă şi o structură aproape uniformă; marginile inelelor anuale şi razele medulare abia se disting. Lemnul are fibre groase, este uşor şi moale. Se foloseşte mai ales la fabricarea furniturii de bază şi panourilor.

10.3 Structura lemnului

Structura lemnului poate fi studiată examinînd secţiunea făcută prin trunchiul unui arbore după trei direcţii principale (fig. 10.1) şi anume: transversală, radială şi tangenţială. 1 - secţiunea transversală din tăierea executată perpendicular pe axa longitudinială a trunchilui; 2 - secţiunea radială din tăierea longitudinală prin trunchi şi anume prin axa lui; 3 - secţiunea tangenţialătot dintr-o tăiere lonjitudinială, însă perpendicular pe rază, recpectiv perpendicular pe una dintre secţiunile radiane.

132

După modul de debitare (tăiere) a buşteanului, feţele scîndurilor pot fi sau secţiuni radiale, sau secţiuni tangenţiale, pe cînd capetele sunt totdeauna secţiuni transversale.

Fig. 10.1. Secţiuni principale prin buştean. Lemnul este o grupare de celule care împreună sau diferenţiat în ceea ce priveşte forma şi funcţiunea, dau naştere la un număr restrîns de elemente anatomice. Vasele sunt formate din şiruri lungi de celule, aşezate cap la cap, prin care circulă substanţele nutritive. Fibrele sunt celule moarte, foarte alungite, subţiri, strîns legate între ele în formă de spori, astfel încît constitue armatura de susţinere şi de rezistenţă a arborelui. Fibrele pot reprezenta 60 – 70 % din masa lemnnoasă. Ţesutul lemons. Paremchimul este un ţesut format din celule vii care serveşte la depozitarea substanţelor nutritive. Gruparea acestor elemente anatomice determină structura lemnului. . Dacă se examinează o secţiune transversală făcută prin trunchiul unui arbore, se vede că acesta este format, de la exterior spre centru , din trei zone concentrice principale, avînd aspect diferit: scoarţa, cambiul şi lemnul (partea lemnoasă) (fig 10.2). Scoarţa sau coaja formează învelişul apărător al arborelui.

133

Creşterea arborilor în grosime se datoreşte multiplicării celulelor unui ţesut generator numit cambiu, aflat între scoarţă şi lemn. 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 ţesut celular rezistent, de structură complexă, repartizat în zone circulare concentrice, care apar în secţiune transversală sub formă de inele anuale, iar în secţiune longitudinală, ca fîşii mai mult sau mai puţin drepe şi paralele cu axa. Din descrierea de mai sus se vede că lemnul nu are o structură omogenă, la fel în toate direcţiile, ci o structură celulară şi fibroasă, organizată în mod diferit pe anumite direcţii, care corespud axei, razelor şi conturului circular al trunchiului lemnos. Din cauza acestei structuri, proprietăţile lemnului diferă şi ele, în geneal, după aceleaşi direcţii.

Fig.10.2 Secţiune trasversală prin truchiul unui arbore.

134

10.4. Proprietăţile lemnului Cele mai principale proprietăţi ale lemnului, ca material de construcţie, sunt următoarele. Datorită sructurii sale celulare, lemnul este un material poros. Prin porozitatea lemnului se înţelege volumul porilor, exprimat în procente în raport cu volumul total al lemnului considerat în stare absolut uscată. Porozitatea lemnului se determină obişnuit. După dobîndire, lemnul începe să se usuce, prin evaporarea apei pe care o conţine. Lemnul păstrat în aer liber se consideră uscat atunci cînd umiditatea lui a scăzut la aproximativ 15-18%, iar păstrat în încăperi închise şi încălzite, se consideră uscat atunci cînd umiditatea este de aproximativ 7-10%. Practica a stabilit următoarele procente maxime de umiditate industrială: 8-10% pentru lemnul de mobilier şi de căptuşeli interioare la ziduri şi 12% pentru lemnul din care se execută uşi şi cercevele. În mediul umed se dezvoltă bine ciupercile şi putregaiul care atacă şi distrug substanţa lemnoasă.Pentru a feri lemnul de orice atac el trebuie folosit şi menţinut bine uscat.Variaţia conţinutului de apă 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 este mai uscat cu atît el este mai rezistent la solicitări mecanice.

Prin uscare lemnul îşi micşorează volumul. Această micşorare a volumului se numeşte contragere, care are următoarele valori 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, faţa dinspre inimă se contrage mai puţin decît cea opusă şi din ceastă cauză, prin uscare, scîndura capătă o curbă cu convexitate spre inimă (fig.10.3,a). Acest fel de scînduri pot fi folosite în bune condiţii pentru confecţionarea plintelor şi a ramelor nu prea late.

La o scîndură tăiată radial, deformaţiile se produc numai pe canturi şi în măsură neînsemnată; scîndura rămîne plană şi este bună pentru confecţionarea tăblilor (fig.10.3,b ).

135

Contragerea este o proprietate negativă a lemnului, ea fiind cauza principală a crăpăturilor şi deformaţiilor pieselor de cherestea. Umflarea lemnului este fenomenul invers contragerii şi constă în mărirea volumului acestuia prin absorbţia de apă. Ca şi contragerea, umflarea se produce neuniform pe cele trei direcţii principale şi în aceleaşi proporţii ca şi contragerea. Umflarea este o proprietate negativă la piesele de lemn, deoarece, pe lîngă variaţia dimensiunilor, mai provoacă şi micşorarea rezistenţelor mecanice. Umflarea are un efect favorabil, de exemplu, la etanşarea jgheaburilor de lemn pentru scurgera apei. Higroscopicitatea lemnului. Lemnul fiind higroscopic, are proprietatea de a absorbi vaporii de apă din atmosferă, echilibrîndu-şi umiditatea interioară în raport cu cea a atmosferei înconjurătoare. .Unei anumite stări de temperatură şi de umiditate a atmosferii îi corespunde o anumită umiditate a lemnului, care se numeşte 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; aceasta constituie “jocul” lemnului. Jocul lemnului este o proprietate negativă 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.

136

10.5. Materiale şi piese din lemn

Tăierea lemnului în pădure, penru al transforma în material de construcţie, se execută atunci cînd arborii au atins vîrsta de 80-100 de ani. După ce au fost tăiaţi şi doborîţi la pămînt, arborii se curăţă pe loc de crengi şi se păstrează în buşteni de diferite dimensiuni, care se cojesc imediat; numai unele specii se pot lăsa necojite un anumit timp, pentru a evita crăpăturile care s-ar putea produce în urma unei uscări prea bruşte. După retezarea lemnului catarg 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) se împarte în lemn rotund şi se produce din pini, foioase, cedru şi cîteodată din brad şi stejar. El este întrebuinţat pentru construcţii portante: piloni, piloţi, stîlpi pentru linii aeriene, pentru poduri, obiecte hidotehnice avînd lungimea 3-6,5m cu scara peste 0,5m. În dependenţă de calitate şi defecte, lemnul se împarte în patru calităţi. În construcţii se întrebuiţează lemnul de calitatea a doua şi a treia. La orice piesă de cherestea, suprafeţele longitudinale sunt cele mai late; faţa dinspre axa buşteanului se numeşte faţa interioară,iar cea opusă – faţa exterioară; scîndurile au două feţe,iar grinzile, la care feţele au aproximativ aceeaşi lăţime, sunt socotite că 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.

137

Lemnul de cherestea se confecţionează prin debitarea buştenilor în longitudine cu ajutorul maşinilor- unelte, care pot fi: ferăstraie circulare şi ferăstraie-panglică. Prin debitare buştenii sunt transformaţi în jumătăţi, sferturi, grinzi, dulapuri, scînduri, lătunoaie, rigle şi şipci, care la un loc , poartă numele de cherestea sau lemnărie ecarisată, conform următoarelor operaţii. 1. Jumătăţile se confecţionează prin debitarea buşteanului în două părţi egale, tăietura se face pe diametru şi axă. 2. Sferturile se confecţionează prin debitarea buşteanului în sferturi în lungime. 3.Grinzele sunt piese de cherestea cu feţele şi canturile plane şi paralele între ele, avînd grosimea şi lăţimea de cel puţin 100mm şi lungimea egală sau mai mare decît grosimea. 4.Dulapurile sunt piese de cherestea cu grosimea mai mare de 40mm, însă cel mult 100mm, cu lăţimea nu mai mare decît dublul grosimii. 5.Scîndurile sunt piese de cherestea cu grosimea pînă la 100mm şi lăţimea mai mult decît dublul grosimii. După caracterul prelucrării, materialele de cherestea se împart în tivite şi netivite. Scîndurile şi dulapii după felul cum sunt prelucrate pot fi: - tivite în cazlul cînd au marginile longitudinale tăiate drept cu 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 şi cu muchii drepte şi paralele pe toată lungimea; - semitivite, în cazul cînd au numai una dintre marginile longitudinale tăiată drept şi numai unul dintre canturi perpendicular pe feţe; - netivite, în cazul cînd au canturile teşite pe o lungime mai mare decît jumătate din lugimea lor. 6. Lătunoaiele reprezintă piese de cherestea tăiată în longitudine din partea exterioară a buşteanului cu o faţă (dreaptă) netedă iar alta netivită. Lătunoi este prima scîndură tăiată în lungul

138

unui trunchi (buştean) de copac şi care are numai o plată (faţă) , cealaltă fiind rotunjită. După gradul de prelucrare lemnul de cherestea poate fi geluit şi ne geluit (rindeluit). Cînd grosimea e pînă la 32 mm se numeşte subţire, iar cînd grosimea e mai mare – se numeşte gros. Cheresteaua de răşinoase se produce de la 1 pînă la 6,5 m lungime cu scara de 0,25 m. Scîndurile şi dulapii se sortează în cinci clase de calitate 1,2,3 şi al 4-lea. Grinzile n-au sort selecţionat. În construcţii se întrebuinţează toate sorturile, iar în tîmplărie 1-ul şi al 2-lea sort. Lăţimea cherestelei depinde de grosime şi poate fi maximal: la scînduri – 250 mm, dulapi - 200 mm, grinzi- 250 mm. Pavele din lemn. La pavarea atelierelor şi altor încăperi se întrebuinţază pavele din lemn (cu fibrele verticale).

Duşumele cu lambă şi uluc. Pentru pardositul camerelor de locuit se folosesc duşumele cu lambă şi uluc, fabricate din scînduri răşinoase. Scîndurile şi dulapii pentru pardosele se fabrică cu canturi profile (lambă şi uluc) în vederea îmbinării, care se prind în cuie pe duşumea oarbă sau pe grinzişoare Pervazurile se execută cu grosime şi lăţime egale , sau neegale, vînd profil diferit şi servesc pentru unirea la colţi dintre pardosele şi pereţi. Chenar (ancadrament) de uşă, de fereastră pentru (finisarea) ancadrarea uşilor şi ferestrelor, pentru a închide rosturile şi crăpăturile dintre uşă şi perete.

Parchetele sunt lamele prevăzute cu lambă şi uluc de formă paralelipipedică care, aşezate după anumite modele, servesc la pardositul locuinţelor.

Produse industriale din lemn. Panouri din lamele pentru pardosele (parchet lamelar). Acest parchet este constituit din lamele neprofilate pe canturri şi la capete, asamblate în panouri prin lipire cu clei pe hîrtie.

Placajele de lemn sunt panouri alcătuite prin încleierea unor foi subţiri de furnir, aşezate cu fibrele încrucişate.

139

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 pentru colorări. 11.1. Generalităţi Pentru a apăra construcţiile de acţiunea mediului ambiant suprafaţa lor se acoperă cu un strat subţire protector.Aplicarea acestui strat se face prin zugrăvire sau vopsire (manual sau mecanizat) Prin vopsire se obţine o peliculă subţire aderentă, elastică, care poate fi şi colorată, netedă hidro -, acido – rezistentă şi rezistentă la uzură etc.Ea se întăreşte pe suprafaţa materialului, datorită contactului ei cu aerul, printr-un dublu proces de natură fizică şi chimică: procesul fizic – evaporarea apei şi a unor părţi de compoziţie; chimică – prin oxidare sau carbonizare. 11.2. Clasificarea lucrărilor de colorare În 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:

140

-zugrăveli cu lianţi anorganici: a) cu sticlă solubilă, cu var şi adaos de ciment; se aplică la interior şi exterior. b) zugrăvelile cu lianţi organici: zugrăveli cu clei de provenienţă animală – numai la interior; cele cu clei de cazeină sau vegetal se întrebuinţeaă şi la faţade. Vopsitoriile după materialul pelicogen pot fi : vopsitorii cu ulei, lăcuiri, emailări, ceruiri şi băiţuiri.

Uleiurile pot fi: vegetale, naturale sau înlocuitorii lor sintetici şi emulsii. 11.3. Elementele compoziţiei de vopsit

Lăcuirile se execută cu compoziţii care au ca lianţi diferite răşini 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 adaogă pigmenţi formînd emailuri.

Ceruirile se execută cu compoziţii în care liantul este ceara naturală de albini, iar solventul este terebentina, uait-spiritul sau benzina. Băiţuirile se execută cu materii colorate vegetale, solubile în apă sau în alcool (baiţuri) . Ele se întrebuinţează numai pe lemn, pe care îl colorează, fără să-i acopere textura, deoarece sunt transparente.

11.4. Lianţi. Clasificarea

Lianţii pot fi de provenienţă organică sau anorganică. Cei organici sunt extaşi din sucuri de copaci şi seminţe, din cereale, animale etc.,iar cei anorganici – naturali sau sintetici. În construcţii se folosesc: lianţi de apă organici şi anorganici care sunt înmuiaţi şi diluaţi

cu apă pentru a putea fi folosiţi;

141

uleiuri- lichide grase extrase din seminţe de plante sau înlocui torii lor sintetici –pentru vopsiri cu ulei.

răşini (polimeri) care sunt substanţe cu compoziţie chimică complexă, de provenienţă naturală şi sintetică – în vopsele de polimeri, lăcuiri, emailări;

cauciucurile – în vopsele de cauciuc; bitumuri naturale sau din distilarea ţiţeiurilor; ceara naturală – la băiţuiri, coloranţi 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).

142

11.5. Pigmenţi Pigmenţii sunt prafuri fin măcinate de diferite culori şi de următoarele feluri: minerali – naturali şi artificiali ; coloranţi organici depuşi pe suport mineral. Pigmenţii naturali: ocrul, creta şi caolinul. Ocrurile sunt argile feruginale de culoare galbenă. Ca pigmenţi minerali naturali artificiali se folosesc mai ales sărurile insolubile:

pentru alb: sulfura de zinc (SZn) şi litoponul (amestec de sulfură 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 coloranţI organici. Ei au o stabilitate foarte scăzută.

11.6. Solvenţi şi diluanţi Solvenţii şi diluanţii servesc la pregătirea vopselelor de

polimeri şi cauciuc, lacurilor, emailurilor. Au capacitatea de a dizolva polimerii, cauciucul şi uleiul. Au în conţinut aceton, schipidar, benzol, gaz de lac, uait-spirit, solvent – nafte , dizolvantul combinat R-4.

11.7. Chituri Chiturile sunt substanţe care servesc la finisarea pieselor de lemn, astuparea crăpăturilor şi netezirea suprafeţelor înaintea aplicătii peliculei de lac sau de vopsea .

143

Chitul este un material cu aspect de pastă, din pulbere fină măcinată (cretă,var, ghips etc.) şi lianţi de ulei, clei etc, folosită pentru îndreptarea unei suprafeţe ce se supune finisării (vopsirii, polizării). Procesul de aplicare a chitului pe o suprafaţă se numeşte chituire. 11.8. Vopsele Vopselele propriu zise sunt suspensii omogene de pigmenţi în substanţe pelicogene (liante). Pot conţine materiale de umplutură, substanţe de maticare, plastifianţi, coloranţi şi alte suplimente. Ca lianţi pentru vopsele servesc uleiurile, lacurile, dispersiile apoase ale polimerilor, soluţiile apoase ale polimerilor organici, sticla solubilă etc. La aplicarea pe o sprafaţă a unui strat subţire de vopsea aceasta formează pelicole de acoperire rezistente şi netrasparente, ce conferă suprafeţei un aspect frumos şi o protejază de acţiunea dăunătoare a mediului.

144

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 şi

instalaţiilor termice se efectuează lucrări de izolaţie. După scopul pentru care servesc, izolaţiile pot fi: termice, acustice, hidrofuge etc.

Izolaţiile termice servesc pentru protecţia clădirilor, instalaţiilor termice industriale, camerelor refrigerente, conductelor şi altor obiecte contra schimbului de căldură nedorit între acestea şi mediul ambiant.

Izolaţiile termice se realizează prin efectuarea unor îngrădiri speciale de protecţie în formă de straturi izolatoare, învelişuri etc. din materiale termoizolante.

Materialele termoizolante au conductibilitate termică nu mai mare de 0,18Wt/(m 0С) şi densitate mică (nu mai mare de 600 kg/m3 ).

Folosirea materialelor termoizolante în construcţii dă posibilitate să se facă economie de cărămidă de 2-2,5 ori, ciment, var etc. să se uşureze de 3 ori masa construcţiilor şi cheltuielele la transportul materialelor.

Din materiale termoizolante se pot confecţiona panouri uşoare, prefabricate pentru clădiri industriale şi agricole, pe larg se folosesc la izolarea aparatelor termice, unde la fiecare

145

tonă de material termoizolant se poate economisi pînă la 200 tone de combustibil convenţional.

La izolarea camerelor frigorifice, un moment esenţial este costul producerii unei unităţi de frig, care-i de 20 ori mai mare decît a 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 (vata minerală, sticla spongioasă, beton uşor etc.).

Se mai produc şi materiale combinate (mixte), compuse din materie primă organică şi minerală (fibrolitul, arbolit, fibre minerale cu lianţi organici.

După înfăţişare şi formă, materialele termoizolante se împart în: friabile, în rulouri şi bucăţi.

Materialele friabile se împart în pulverulente, granulare, fibroase (poroase sau celulare). În stare uscată se folosesc pentru umplerea golurilor din pereţi, spaţiilor dintre planşee şi tavane (vata minerală, granule de ceramzit). Pulberile minerale se amestecă cu apă şi în formă de paste se depun în formă de tencuială pe suprafaţa ţevilor şi utilajului fierbinte (azbozurit, sovelit etc).

Materialele în bucăţi au formă şi poartă denumirea de elemente termoizolante. Se produc în formă de placi, foi, blocuri, cărămizi, coji, segmente, găoace, pîslă, rulouri, şnuroace etc. Folosirea materialelor în bucăţi măreşte calitatea izolaţiilor, productivitatea muncii şi gradul industrializării lucrărilor de construcţie.

Materialele termoizolante se clasifică după densitate, însemnătatea căreia ne dă informaţie despre conductibilitatea termică a materialului.

146

Toate materialele termoizolante după densitate (kg/m3 ) se împart în foarte uşoare (f.u.) cu marca: 15, 25, 35, 50,75, 100.

- uşoare (uş.) – 125, 150, 175, 200,250,300,350. - 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%, rigiditate ridicată – 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 termoizolante se împart în trei clase:

puţin conductoare de căldură clasa A, mai puţin de 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 materiale termoizolante pentru izolarea construcţiilor care lucrează în condiţii termice obişnuite (materiale de construcţie termice) şi pentru izolarea suprafeţelor fierbinţi (materiale termoizolante de montaj).

Unele materiale sunt folosite pentru izolarea construcţiilor obişnuite şi suprafeţelor fierbinţi (vata minerală şi de sticlă, sticlă spumoasă, betoane porizate etc).

Capacitatea termică a materialului are o însemnătate mare în condiţiile schimbării dese a temperaturii, fiindcă în aceste condiţii e necesar a ţine cont de căldura absorbită sau acumulată de către stratul termoizolant. Capacitatea termică a materialelor anorganice oscilează de la 0,67 pînă la 1 [J(Kg

147

0C) ]. Cu mărirea umidităţii materialului conductibilitatea lui termică brusc se ridică. . Mărirea capacităţii termice se observă cînd se ridică temperatura materialului.

Stabilitatea chimică şi biologică a izolaţiei termice se ridică, folosind diferite acoperişuri de protecţie, care trebuie să excludă pătrunderea umezelii în porii materialului, să nu se dezvolte diferite microorganisme şi să nu putrezească, să nu se descompună ( aşa lianţi ca cleiul, amidonul etc.), iar izolaţia frigoriferelor industriale să fie rezistentă la îngheţ-dezgheţ.

Conductibilitatea termică este cea mai importantă caracteristică a materialelor termoizolante.

Materialele cu structură amorfă au conductibilitate termică mai mică decît cele cu structură cristalină. De exemplu, sticla obişnuita în mediu - 0,76 Vt/ (m 0C) pe cînd cristalele 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 porii materialului 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 mai mare decît a aerului. Din această cauză materialele termoizolante trebuie ferite de umezeală. Conductibilitatea termica a materialelor fibroase şi în straturi depinde de direcţia şuvoiului de temperatură. De exemplu, lemnul are conductibilitate termică în lungul fibrelor de 2 ori mai înaltă decît de-a curmezişul acestora.

Rezistenţa materialelor termoizolante, datorită porilor, nu este relativ mare. Limita de rezistenţă la compresiune de obicei oscilează de la 0,2 pînă la 2,5 Mpa. Materialele cu limita de rezistenţa la compresiune mai mare de 5Mpa se numesc termoizolante constructive şi se folosesc ca materiale pentru pereţii portanţi ai clădirilor. Pentru unele materiale termoizolante se calculează limita de rezistenţă la încovoiere (plăci, segmenţi etc.) sau- întindere (saltelele, pîsla, cartonul de azbest etc).

148

În toate cazurile materialele termoizolante e necesar să reziste la încărcăturile în timpul transportului, la depozitare şi în timpul expluatării. 12.3. Structura şi însuşirile materialelor termoizolante

Aerul are cea mai mică conductibilitate termică, mai ales

atunci cînd este inclus în porii materialului, adică este puţin mişcat [ 0,023 Vt/m 0C)].

Dacă porii materialului sunt măşcaţi şi comunică între ei şi cu mediul ambiant, atunci are loc mişcarea de convecţie a aerului mărind conductibilitatea materialului. Datorită acestui fapt, materialele termoizolante se produc poroase, cu porii mărunţi şi, prin urmare, uşoare. Pereţii porilor, sau “carcasul” se recomandă să fie din substanţă cu structură amorfă şi nu cristalină, fiindcă materialele cu structură sticloasă conduc mai puţin căldura decît cele cristaline. De obicei porozitatea materialelor termoizolante este mai înaltă de 50%, iar unele materiale ca masele plastice spongioase au porozitate 90 – 98 %, iar pereţii 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, răspîndiţi uniform. Pentru producerea materialelor cu structură celulară: betoane celulare, sticlă spumoasă, mase plastice cu gaz etc., se folosesc metode de degajare a gazelor şi formarea spumei.

Materiale friabile cu structură grăunţoasă. Porozitatea acestor meteriale depinde de componenţa granulelor. Cînd granulele au diametre egale, volumul golurilor dintre ele este mai mare. Se produc prin sfărîmarea şi măcinarea materiei prime, obţinînd un product cu granule uniforme.

12.4 Folosirea materialelor termoizolante Materialele termoizolante se împart în anorganice

(minerale) şi organice.

149

Materialele termoizolante organice şi minerale pot fi: friabile, în rulouri şi în bucăţi.

Materialele friabile (ceramzitul, perlita, zgura etc.) se întrebuinţează pentru umplerea pereţilor cu goluri şi pentru prepararea betoanelor şi masticurilor.

Materialele în bucăţi 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 servesc marnele, şisturile, amestecurile de calcar şi dolomit cu roci silicioase 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 constă din două procedee principale: topirea masei de materie primă şi transferarea masei topite în fibre.

Materia primă se topeşte de obicei în cuptoare cu cuve (cubilouri), avînd înălţimea de la 3 pînă la 6 m şi diametrul interior între 0,75cm şi 1 m.

Masa topită, care curge din partea de jos a cuptorului, se împrăştie sub presiunea jetului de abur sau aer comprimat în picături separate, care zburînd în lungul camerei de formare a fibrelor, se întind în fibre subţiri cu diametrul de la 2 pînă 20 Mkm.

Răcindu-se, fibrele cad pe pardoseala camerei, care reprezintă o bandă rulantă ce se mişcă cu o anumită viteză. Pe banda rulantă se formează un strat de vată în formă de fîşie. La ieşirea din cameră fîşia de vată trece printre valţuri şi se îndeasă.

Densitatea vatei minerale 75-150 kg/ m3, conductibilitatea termică 0,042- 0,046 Vt/(m 0C). Vata nu arde, nu putrezeşte, este puţin higroscopică, rezistentă la îngheţ-dezgheţ şi temperaturi ridicate. Se folosesc în formă de

150

elemente: pîslă, coajă, găoace, segmente, cîteodată se granulează pentru a fi turnată în golurile pereţilor îngrăditori.

Structura fibroasă e caracteristică materialelor minerale şi organice fibroase (azbestul, vata minerală şi de sticlă, fibre vegetale etc). Fibrele minerale se obţin prin topirea materiei prime anorganice cu prelucrarea şi transformarea ulterioară în fibre.

Fibrele organice se obţin prin despicarea mecanică a lemnului si altor materiale organice.

Structura în formă de plăci e caracteristică pentru materialele care conţin în componenţa lor foi de mică, care la încălzire rapidă în prealabil, se umflă pe contul desprinderii de la mică a apei legate (cristaline). Vermiculitul spongios - prin amestec cu o cantitate înaltă de apă. În amestecul de formare (de exemplu din tripol, diatomit) se adaugă în prealabil o cantitate mare de apă, care ulterior se înlătură prin uscare şi ardere a elementelor, lăsînd în locul ei pori. Această metodă se îmbină cu introducerea adaosurilor, arzătoare (rumeguş de lemn, paie tăiate mărunt etc) la producerea elementelor termoizolante ceramice.

Porozitatea determină proprietăţile principale ale materialelor termoizolante: densitate, conductibilitate termică, rezistenţă, permeabilitate la gaz etc. O mare însemnătate mare are răspîndirea unuformă a porilor în material, forma şi caracterul acestora, componenţa chimică şi structura moleculară a carcasului şi condiţiile de folosire a materialului.

Pîsla minerală reprezintă un material în rulouri sau în foi, obţinut prin îndesarea vatei minerale, îmbibate cu polimeri sau bitum.

Densitatea pîslei este de 100-150 kg/m3, conductibilitatea termică – de 0,046-0,052 Vt/(m 0C). Se întrebuinţează pentru izolarea termică a elementelor de construcţie îngrăditoare (pereţi, planşee de pod), a conductelor, precum şi a utilajului tehnologic ale înterprindelor industriale.

151

Saltelele de vată minerală reprezintă un strat de vată minerală, acoperită dintr-o parte sau din ambele cu hîrtie bituminoasă şi cusută cu aţă sau sîrmă.

Lungimea saltelelor - pînă la 500 cm, lăţimea - pînă la 150 cm, grosimea - 10 cm.

Densitatea aparentă 100-200 kg/m3, conductibilitatea termică 0,046-0,058 Vt/m0C). Saltelele se întrebuinţează pentru izolarea construcţiilor îngrăditoare ale clădirilor de locuit şi celor industriale. Plăcle minerale semirigide se cofecţionează din fibre minerale pe calea pulverizării pe ele a liantului (smoală sintetică sau bitum) cu comprimarea şi prelucrarea termică ulterioară. Întrebări penru repetare

1.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 şi 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.

152

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 bituminoase şi 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 în natură în stare pură sau se conţin în roci. Bitumurile de petrol sunt substanţe solide sau semisolide (la o temperatură normală) obţinute din petrol. Rocile asfaltice sunt roci îmbibate cu bitum natural. Din ele fac parte gresiile şi calcarele bituminoase. Din rocile asfaltice se extrage bitumul natural pur; ele se folosesc de asemenea măcinate în calitate de praf asfaltic. Lianţi pe bază de gudron: gudroane brute , uleiurile gudronoase şi smoala. Gudroanele brute (de cărbune) sunt produse lichide, obţinute sub formă de reziduuri prin descompunerea unor substanţe organice: cărbune brun sau cărbune de piatră, lemn, turbă etc. la temperatură înaltă fără accesul aerului cu scopul de a căpăta gaz sau cox.

153

Uleiurile gudronoase sunt produse, obţinute prin distilarea fracţionată a gudroanelor. Smoala reprezintă reziduuri solide de la distilarea gudronului p = 1,25-1,28 g/cm3. Este o substanţă neagră solidă. Dintre materialele menţionate, cel mai larg se folosesc în construcţie şi îndustria materialelor de construcţiecţie bitumurile de petrol, gudroanele de cărbune de piatră şi smoala. Aceste materiale au unele proprietăţi comune, datorită cărora pot fi unite într-o grupă de bituminoase. Proprietăţile bituminoaselor: - la încălzire se înmoae, iar la răcire devin vîscoase sau se solidifică; - au proprietăţi liante; - în apă nu se dizolvă (aproape nu se dizolvă); - uşor se dizolvă în solvenţi organici - benzen, sulfură de carbon, cloroform, benzină; - au culoare neagră sau brun-închisă, de aceea ele se numesc lianţi negri; - sub acţiunea aerului şi luminii îmbătrînesc mai tare gudroanele şi smoala, mai puţin, bitumurile; - au impermeabilitate la apă; - au rezistenţă la acţiunea acizilor şi a bazelor; - au capacitatea de aderenţă puternică cu lemnul, pietrele şi metalele, creşterea rapidă a viscozităţii la răcire, plasticitate la temperaturi pozitive. Din lianţi bituminoşi se prepară: - mortare şi betoane de asfalt şi de gudron pentru îmbrăcămintea şoselelor şi trotuarelor, executarea pardoselelor şi a hidroizolanţilor; - materiale bituminoase şi gudronoase pentru învelitori şi hidroizolaţii; - soluţii pentru încleierea şi vopsirea materialelor voluminoase în rulouri, la învelirea şi hidroizolarea acoperişurilor; lacuri de bitum şi de gudron.

154

13.2. Bitumuri de petrol şi naturale a) Bitumuri de petrol .După metoda de obţinere se deosebesc: Bitumuri reziduale; Bitumuri oxidate; Bitumuri cracate. Bitumurile reziduale se obţin în cuptoare tubulare cu acţiune continuă după ce din petrol s-a separat prin distilare benzina, gazul şi o parte de uleiuri. La temperaturi normale ele sunt substanţe solide sau aproape solide de culoare neagră. Bitumurile oxidate (sau suflate) se obţin prin suflarea aerului în rezidurile de petrol. Bitumurile cracate reprezintă reziduuri, obţinute prin cracare – descompunerea petrolului şi a uleiurilor de petrol la temperaturi înalte pentru mărirea extracţiei de benzină. Suflînd aer prin aceste reziduuri, se obţin 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 de bitum în cisterne-termos speciale în stare încălzită sau în containere cu cămaşă de abur. Bitumul solidificat se expediază în vagoane fără ambalaj sau în ambalaj de hîrtie. La baza clasificării bitumurilor de petrol în mărci se află adîncimea de pătrundere în ele (penetraţia) a acului penetrometrului, sub acţiunea încălzirii la 100oC., timp de 5 sec. la 200C. Bitumuri naturale. Bitumul natural este o substanţă neagră sau brun închisă, aproape lipsită de miros, în stare încălzită posedă o plasticitate înaltă, nu se dizolvă în apă; se dizolvă uşor în sulfură de carbon, cloroform, terebentină, benzină. Bitumul natural s-a format în straturile superioare ale scoarţei pămîntului din petrol în urma eliminării foarte încete din ele a uleiurilor uşoare şi mijlocii, prin compactizare şi oxidare. De cele mai dese ori s-au format în roci calcare şi gresii, iar în stare naturală se întîlnesc rar.

155

Din gresii bitumul se extrage prin fierberea acestora în cazane cu apă, în care bitumul topit se ridică la suprafaţa apei, iar particulele de nisip se depun la fund. Din calcare bitumoase nu se extrage bitum. Ele se transformă în praf de asfalt prin măcinare fină. Praful de asfalt se întrebuinţează ca cea mai fină parte componentă în betoane şi mortare de asfalt şi la prepararea masticului de asfalt. Masticul, preparat prin amestecul prafului de asfalt cu bitumul de petrol în cazane de fiert, se întrebuinţează pentru fabricarea betonului asfaltic. Bitumurile naturale sunt puţine în natură şi-s scumpe, de aceea în construcţii se întrebuinţează rar.

13.3. Gudroane şi smoală Gudronul de cărbune brut este un lichid negru uleios cu o compoziţie foarte complicată cu densitatea aparentă peste 1,12 g/cm3. Din ele se îndepărtează prin destilare apa, toate uleiurile uşoare şi o parte din cele mijlocii şi se obţine aşa-numitul gudron de distilare. Uleiul de antrocen este un ulei de culoare verde-gălbuie cu un miros caracteristic pătrunzător, care se datoreşte prezenţei fenolurilor şi sulfurilor. În urma distilării uleiurilor se obţine (după răcire) o substanţă solidă numită smoală. Deseori smoala se topeşte cu ulei de antrocen sau gudron distilat, formîndu-se gudron reconstituit, care se foloseşte pe larg în construcţii. Smoala de cărbune este o substanţă de culoare neagră, solidă, la temperatură normală, cu densitatea aparentă de 1.25-1.28 g/cm3. Smoala se produce de trei mărci, care diferă după temperatura de înmuiere. Amestecul de smoală cu gudron sau cu ulei de antrocen este o substanţă cu înalte proprietăţi liante şi adezive, nefragilă, care se înmoaie slab sub razele solare. Aceste amestecuri se întrebuinţează la fabricarea betonului de gudron, care se foloseşte pentru îmbrăcăminte rutieră, la acoperirea şi îmbibarea materialelor pentru învelitori: cartonul asfaltat acoperit şi

156

neacoperit, precum şi a masticurilor de încleiere. Schimbînd raportul dintre smoală şi gudron (sau ulei de antocen), se pot obţine compoziţii cu diferite temperaturi de înmuiere şi grade de vîscozitate. Cu cît amestecul conţine mai multă smoală, cu atît temperatura lui de înmuiere este mai înaltă şi fragilitatea mai mare. Acest raport se alege în dependenţă de condiţiile de întrebuinţare a materialului 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 de componenţi minerali (piatră spartă sau pietriş, nisip şi praf mineral cu lianţi bitumoşi) bitumuri, gudroane şi smoală. Mortarele de asfalt se întrebuinţează larg în construcţii pentru executarea hidroizolaţiilor; ele se aplică pe suprafeţele de izolare în formă de straturi de tencuială (şi a pardoselei). Mortarele de gudron sunt mai puţin durabile şi de aceea se întrebuinţează mai rar în construcţie. Nisipul pentru mortarul de asfalt trebuie să fie curat şi uscat, cu volumul de goluri minimal şi granulele cu diametrul nu mai mare de 0,5mm. Cantitatea bitumului în mortar trebuie să conţină 9-11%. Mortarul de asfalt se prepară la fabrici sau direct pe şantiere. Amestecul de umpluturi minerale (uscate sau încălzite) se încarcă împreună cu bitumul în cazanul de fiert, unde se amestecă în permanenţă şi se încălzeşte pînă la t=1800 C pentru a atinge omogenitatea completă. Apoi mortarul în stare fierbinte se transportă la locul de turnare. El se aşterne pe suprafaţa bazei uscate şi îndesate într-un strat gros de 2-2,5cm şi se netezeşte cu netezitoare manuale sau se îndeasă cu cilindri-compresori mecanici. Betoanele de asfalt şi de gudron se deosebesc după durabilitatea, gradul mobilităţii, mărimea granulelor şi procedeele de întrebuinţare.

157

După gradul de mobilitate ele pot fi vîrtoase şi plastice. După procedeul de întrebuinţare ele se clasifică în betoane turnate în stare fierbinte şi betoane turnate în stare rece. După mărimea minimă a granulelor componentului mineral se 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 se topeşte în cazane (se încălzeşte pînă la 175-1800C). Agregatele (nisipul, piatra spartă) se încarcă în prima secţie a tamburului de uscare, unde se usucă şi se încălzesc pînă la 180-2000C după aceea nimeresce în a doua secţie a tamburului, unde se amestecă cu bitum topit, care se injectează cu ajutorul pompei. După amestecare, timp de 5-8 min, amestecul de beton asfaltic fierbinte se transportă cu autocamioanele la locul de turnare. Se întrebuinţează şi betoane de asfalt „reci” preparate pe baza de bitumuri şi gudroane lichide. Betonul „rece”, în urma oxidării şi evaporării diluanţilor, se întăreşte în curs de cîteva zile după ce se întrebuinţează pentru executarea îmbrăcămintelor rutiere. Acest beton este mai ieften şi se prepară mai uşor, se toarnă mai bine, însă are o rezistenţă mai mică decît betoanele fierbinţi.

13.5. Noţiuni generale despre materialele bituminoase şi gudronoase pentru învelitori După tipul lianţilor, materialele bituminoase pentru învelitori şi hidroizolaţii se clasifică în materiale bituminoase şi gudronoase. Materialele pentru învelitori şi hidroizolaţii se obţin prin îmbibarea unui material-urzeală special cu bitumuri de petrol sau gudroane şi acoperirea lui cu o substanţă greu fuzibilă ori numai din bitumuri.

158

Materialele bituminoase sunt mai durabile decît cele gudronoase. Prin urmare, materialele gudronoase se întrebuinţează pentru 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 de materiale (este mai mică suprafaţa acoperişului); -sunt rezistente la acţiunea agenţilor chimici (se întrebuinţează la uzinele chimice şi metalurgice); -cheltuielile de exploatare sunt mult mai mici decît la învelitorile de tablă şi 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 asterealăală compactă. Materialele pentru învelitori în rulouri se produc din carton special pentru învelitori. Acesta se fabrică la maşini de fabricat carton din amestecuri de cîrpe măcinate, maculatură şi celuloză. El poate să conţină şi fibre de azbest; se produce de 6-mărci după masa 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 cu gudron cu lăţimea 100; 1025; 1050mm (STAS 3135-75). 13.5.1. Materiale bituminoase pentru învelitori

Ruberoidul se numeşte materialul pentru învelitori şi hidroizolaţii, obţinut prin îmbibarea cartonului de învelitori cu bitum moale de petrol, acoperirea lui din ambele părţi sau numai dintr-o parte cu bitum de petrol, refractar, şi presărarea pe suprafaţa lui a unui strat subţire de substanţă minerală fin măcinată (de obicei talc). Ruberoidul este presărat cu pudră macrogranulară sau substanţă solzoasă, care protejează bitumul de acţiunea

159

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 pentru straturile 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 cu STAS 10923-76: 1. Ruberoid pentru acopreriş, presărat cu substanţă (pudră) macrogranulară pe faţă şi pudră din partea de desubt. Pentru rîndul cela 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 măruntă de nisip cuarţos din ambele părţi ale pînzei (RCM-350B;RCM-350V), se întrebuinţează pentru rîndurile de sus , de jos şi pentru hidroizolaţii. 3. Ruberoid-suport presărat cu nisip mărunt dintr-o parte sau din ambele părţi; se întrebuinţează pentru straturile de desubt şi pentru hidroizolaţiile construcţiilor RPM-300 A, RPM-300 B, RPM-300 V. 4. Ruberoid-suport presărat cu nisip colţuros din ambele părţi.

160

El se întrebuinţează: pentru straturile interioare şi pentru hidroizolarea construcţiilor; pentru stratul de deasupra, presărat cu un strat de apărare – RPP-350 B, RPP-350 V. 5. Ruberoid-suport presărat cu praf din ambele părţi pentru straturile de desubt – RPP-300 A, RPP-300 V, RPP-300 V. NOTĂ: Se admite producerea ruberoidului presărat cu substanţă solzoasă de mărcile RCCe-350 B, RCCe 350 V, care după proprietăţile calitative corespunde mărcilor RCM-350 B şi RCM-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 presărare, macogranulaţie; M- (mărunt) granulaţie fină; P- prăfoasă; Ce- solzoasă. (r) Cartonul îmbibat cu bitum- este un material de învelitori din carton, îmbibat cu bitum de petrol moale (BNC 45/180). El se deosebeşte de ruberoid prin aceea că: nu este acoperit cu bitum şi nici nu-i presărat cu substanţă minerală. La fabricarea cartonului îmbibat se întrebuinţează bitum de petrol cu temperatura de înmuiere nu mai mică de 42 după metoda IB – (inel şi bilă). După condiţiile tehnice cartonul îmbibat se fabrică de două mărci: P-350, P-300, cu lăţimea 1000 şi 1025mm cu suprafaţa 20 şi 40m2. Cartonul îmbibat cu bitum se întrebuinţează ca material-suport sub foile de beton fasonate sub plăcile de azbociment şi sub ţiglă, olane. 13.6. Materiale de bitum hidroizolante Hidroizolul reprezintă hîrtie de azbest, îmbibată cu bitum de petrol cu temperatura de înmuiere nu mai mică de 500C după metoda IB.

161

El se fabrică de două mărci: Gi-1 şi Gi-2, care se deosebesc prin raportul dintre cantitatea de masă îmbibată în ţesătura cartonului. Hidroizolul se fabrică cu lăţimea de 950mm şi lungimea de 20m. Raportul dintre greutatea masei îmbibate şi greutatea absolută a hîrtiei uscate în hidroizolul de marcă Gi-2 de 0-55; 1,0. Acest indice are mare importanţă: cu cît materialul conţine mai mult bitum, cu atît capacitatea lui hidroizolantă este mai mare. Limita de rezistenţă la rupere a probei cu dimensiuni de 50x220mm pentru mărcile Gi-1 este cel puţin de 30 kg. Hidroizolul se întrebuinţează pentru executarea hidroizolaţiilor prin încleiere, folosindu-se pentru încleiere masticuri de bitum cînd se impun cerinţe faţă de rezistenţă la putrezire 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, învelitoarelor şi 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 aplică ele? 10. Numiţi proprietăţile pozitive şi negative ale materialelor bituminoase. 11. Enumeraţi varietăţile de mastici bituminoase, folosite în construcţii

162

TEMA 14

MATERIALE DE CONSTRUCŢIE DIN POLIMERI ŞI MASE PLASTICE

14.1. Introducere 14.1.1. Polimeri de polemiyare 14.2. 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 grupă mare de materiale şi articole cu diferite însuşiri folosite în construcţie pentru finisare,termo-,fono- şi hidroizolaţii.

În calitate de lianţi în masele plastice sunt folosiţi polimerii,care, în procesul formării articolelor, sunt plastic - curgători,iar în elementele gata - în stare solidă.

Polimerii se numesc substanţe organice cu masă moleculară din sute şi mii de atomi uniţi între ei prin legături chimice (macromolecule). Polimerii, după provenienţă, se împart în polimeri naturali (vegetali) şi sintetici (articificiali). După natura lor, compuşii macromoleculari pot fi anorganici, organici şi micşti .După structură, pot fi cristalini şi amorfi.

Polimerii naturali - cauciucul, amidonul, celuloza, albumina etc., dar majoritatea polimerilor, folosiţi ca lianţi pentru producerea maselor plastice sunt sintetici.

Substanţele iniţiale din care se extrag polimerii sintetici se numesc monomeri. Monomerii – sunt substanţe simple extrase din ţiţei, gaz natural, cărbune etc. Macromoleculele polimerilor sintetici se produc în urma

163

proceselor de polimerizare şi policondensare. Polimerizarea este procesul în care moleculele (monomerii) unei şi aceeaşi substanţe se unesc între ele şi formează macromolecule. Astfel decurge polimerizarea etenei cu formarea de polietilenă.

CH2 = CH2 - n [ - CH2 – CH2 -] – [- CH2 – CH2-]n Molecula de bază CH2= CH2 se numeşte monomer, iar

elementul structural care se repetă –CH2 – CH2 - ,-mer. Molecula rezultată [-CH2 – CH2 - ] n poartă denumirea

de polimer, iar numărul de repetiţii n, grad de polimerizare. Polimerizarea se poate produce sub efectul căldurii,

presiunii sau a unor adaosuri care intervin în reacţie. Reacţiile de polimerizare se pot desfăşura printr-un

mecanism ionic, radicalic sau prin reacţia de cataliză. În rezultat, se obţine (fără eliminarea produselor secundare ale reacţiei) o substanţă nouă numită polimer, a cărei masă moleculară este egală cu suma maselor moleculare ale moleculelor participante la reacţie. În moleculă şi în macromolecula formată se păstrează constant felul atomilor şi raporturile dintre ei.

Policondensarea este o metodă de sinteză a polimerilor în cazul căreia interacţiunea monomerilor este însoţită, ca regulă, de eliminarea unui produs secundar micromolecular (apă, alcool, etc).

Policondensarea se poate produce ca şi polimerizarea sub influenţa căldurii, presiunii sau a unor catalizatori. În decursul reacţiei de policondensare fiecare treaptă a reacţiei este analogă precedentei. Este necesară eliminarea permanentă din sistem a moleculelor simple (apă, amoniac, etc). În caz contrar, moleculele simple, rămase în amestec, împiedică transformarea totală într-o singură macromoleculă a componenţilor iniţiali (a reactanţilor).

164

Polimeri de polimerizare Polietilena reprezintă un produs solid alb - gălbui şi

este unul din cei mai uşori polimeri (densitatea aparentă 0,92-0,95).Temperatura de topire a polietilenei macromoleculare este aproximativ de 1150C.

În prezen, din polietilenă se produc pelicule cu diferite grosimi pentru izolarea construcţiilor şi conductelor contra apei ,gazelor şi aburilor, pentru acoperirea serelor etc.

Clorura de polivinil (Polivinilhloridul).Este un polimer răspîndit, care se foloseşte pe larg în tehnologia maselor plastice din care se fabrică linoleum pentru pardosele, pelicule hidro-şi gazoizolatoare, canale de ventilaţie etc.

Poliizobutilena. Poliizobutilena este un material elastic, asemănător cu cauciucul. Ea se obţine prin polimerizarea izobutilenei.Izobutilena CH2=C(CH3)2 se separă din produsele secundare ale cracării petrolului, are caracteristici asemănătoare polietilenei, dar este mai elastică şi mai puţin susceptibilă la îmbătrînire 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 ale rezervuarelor din industria chimică, canalelor, digurilor din sistemele de hidomelioraţie etc. Polistirenul se prepară prin polimerizarea stirenului, care se polimerizeauă lent, de sine stătător (încălzirea accelerează reacţia), sau prin polimerizarea în emulsie. Al doilea procedeu a căpătat o răspăndire largă. La temperatură obişnuită polistirenul este 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 întrebuinţează în următoarele materiale de costrucţie: plăci pentru acoperirea pereţilor blocurilor sanitare, bucătăriilor spitalelor; plăci poroase pentru izolaţii termice şi izolare acustică (poroplaste), vopsele şi emailuri pentru

165

finisări interioare. Neajunsurile polistirenului ca material de construcţie sunt fragilitatea înaltă, indicele redus al tenacităţii dinamice, precum şi rezistenţă scăzută la acţiunea agenţilor atmosferici. Acetatul de polivinil (polivinilacetatul). Această substanţă este polimerul de vinil CH2=CHOCOCH3. Acetatul de vinil reprezintă un lichid incolor, uşor mobil cu miros de eter. Acetatul de polivinil se întrebuinţează în producerea lacurilor, datorită proprietăţilor înalte de încleiere (adeziune), plasticităţii, rezistenţă la lumină şi lipsă de culoare, poate fi folosit şi la încleierea lemnului. Sub formă de emulsie acetatul de polivinil se foloseşte pentru pardoseli de masticuri, care nu sunt supuse umezelii, şi pentru producerea betoanelor de polimeri. 14.2. Structura polimerilor

Structura macromoleculelor polimerizate sau

policondensate poate 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 se strîng sub formă de gheme.

Macromoleculele pot fi ramificate (fig.14,b)

b) sau ramificate cu altoirea altor monomeri (fig.14,c).

166

c) Macromoleculele bidimensionale au structură lamelară şi se

obţin în urma legării macromoleculelor monodimensionale, prin valenţe 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 numesc plastomeri.

Macromoleculele cu structură tridimensională au formă spaţială cu coordonatele X, Y şi Z. Aici moleculele bidimensionale sunt legate între ele prin legături chimice perpendiculare, formînd în 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 fără

distrugerea polimerului: polietilena, polivinilhloridul, polistirolul etc. Aceşti polimeri, cu structură liniară sau ramificată a moleculelor, sunt capabili să se înmoaie la încălzire şi să se solidifice la răcire. Ei se numesc termoplastici şi sunt cristalini, de exemplu, polietilena, polistirenul, polivinilclorura de vinil etc..

Macromoleculele tridimensionale se obţin din plastomeri

167

termorigizi sau termoactivi care la încălzire devin activi, iar între moleculele lor bidimensionale se stabilesc legături sau punţi perpendiculare în plan, determinînd apariţia unei structuri tridimensionale (fenolformaldehide, carbamide, poliefire etc.); ele nu-şi pot schimba proprietăţile la încălzire repetată. La încălzire se transformă în substanţe netopite nedizolvabile şi nu se pot modela din nou; la încălzire nu se pot topi şi se solidifica în mod reversibil. Ei poartă denumirea de termoreactivi.

14.4.Clasele polimerilor

Numărul polimerilor în natură este mare şi continuă să crească datorită descoperirii şi obţinerii a mai multor tipuri de polimeri noi. Dar pentru producerea materialelor de construcţie se întrebuinţază un număr redus de substanţe macromoleculare.

Conform clasificării existente, toate substanţele macromoleculare se împart în patru clase, după procedeul lor de preparare:

A – prin polimerizare, B - prin policondensare, C - prin modificarea polimerilor naturali, Din grupa D a substanţelor macromoleculare fac parte

bitumurile naturale şi de petrol, gudroanele de cocserie, smoala şi uleiuri D - formaţi în condiţii naturale, precum şi obţinuţi prin modificarea 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 în construcţie ( în industria lacurilor şi a vopselelor).

Dezvoltarea industriei moderne a materialelor de construcţie pe bază de polimeri se bazează pe întrebuinţarea

168

sbstanţelor macromoleculare din clasa A şi B, obţinute prin metoda polimerizării şi policondensării.

14.5. Mase plastice Mase plastice se numesc materialele în compoziţia cărora

întră, ca lianţi, polimerii – substanţe cu masă moleculară înaltă.

Polimerii amestecaţi cu plastificatori, catalizatori, stabilizatori, umpluturi, coloranţi şi alte substanţe formează masele plastice.

Plastificatorii îmbunătăţesc proprietăţile maselor plastice, mărindu-le plasticitatea, şi uşurează prelucrarea lor în produse gata.

Catalizatorii accelerează procesele chimice. Stabilizatorii ridică rezistenţa maselor plastice contra

îmbătrînirii şi le asigură păstrarea îndelungată a proprietăţilor lor iniţiale.

Umpluturile măresc duritatea, le micşorează masa şi conductibilitatea termică, le reduc esenţial costul.

Coloranţii sau pigmenţii se folosesc pentru colorarea maselor plastice.

În calitate de umpluturi se întrebuinţează substanţe pulverulente, fibroase şi foliforme (în formă de foi).

Substanţele pulverulente minerale-mica,nisipul,calcarul creta etc.- măresc duritatea şi durabilitatea maselor plastice şi le ieftinesc.

Folosind în calitate de umplutură praf mineral sau făină de lemn, se obţin aşa-numitele pulberi de presare,din care prin metoda 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 le micşorează fragilitatea.

Fibrele de sticlă comunică maselor plastice proprietăţi

169

mecanice înalte, necesare materialelor de construcţie. Umpluturile foliforme-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 se presează în plăci sau elemente de altă formă. Se produc aşa-numiţii plastici stratificaţi din care se pot fabrica elemente de construcţ, capabile să suporte încărcături mari. Formatori de pori (formopori) sunt substanţe speciale care în procesul 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 în masele plastice în calitate de adaus la aşa-numiţii polimeri novolaci pentru trasformarea lor în stare infuzibilă (în care nu se topesc) şi insolubilă în procesul presării produselor. 14.6. Proprietăţile principale ale maselor plastice folosite în construcţii Densitatea aparentă Pa este una din proprietăţile principale ale maselor plastice.Ea variază de la 15 pînă la 2200 kg /m3. Caracteristicile de rezistenţă.O rezistenţă deosebit de înaltă au masele plastice cu umplutură foliformă (în formă de foi). De exemplu, rezistenţa de rupere la tracţiune a textolitului atinge 1500kg / cm2, pe cînd a oţelului Oţ-3 este de 3800-4500 kg/cm2, a lemnului lamelat -3500kg/cm2.

Limita de rezistenţă la încovoiere a maselor plastice-400-600kg/cm2.

Сonductibilitatea termică redusă a maselor plastice este de asemenea o calitate pozitivă ca material de construcţie. Diapazonul conductibilităţii lor termice ecte foarte mare ; la masele plastice compacte ecte de la 0,2 pînă la 0,6 Vt /(

170

moC).Cele mai uşoare mase plastice poroase au conductibilitate termică egală doar cu 0,026Vt(moC). Masele plastice au rezistenţă chimică la acţiunea apei, la soluţii de săruri, la dizolvanţi organici (benzină,benzen etc.). La acţiunea acizilor şi soluţiilor de săruri sunt rezistente mai ales masele plastice pe bază de polietilenă, poliizobutilenă, polistirol şi clorură de polivinil. Aceste mase plastice se întrebuinţează la fabricarea elementelor pentru canalizare, izolarea rezervuarelor pentru substanţe agresive. Masele plastice au capacitatea de a se colora în diferite culori pe întreaga grosime; rezistenţa la coroziune exclude necesitatea vopsirii lor periodice; au uzură mică şi pot să fie întrebuinţate ca material pentru pardoseli. Masele plastice(fără umpluturi) sunt foarte preţioase datorită trasparenţei lor şi proprietăţilor optice. Uşurinţa prelucrării maselor plastice permite confecţionarea din ele a diferite piese ; se încleie şi se sudează bine, de exemplu, sudarea ţevilor în curent de aer fierbinte; au capacitate de ermetizare, ceea ce permite să fie întrebuinţate în diferite construcţii, de exemplu, în consrucţii hidrotehnice. Proprietăţile negative ale maselor plastice: - au rezistenţă termică redusă (de la + 70 pînă la + 200 C); - au duritate mică a suprafeţei lor,de exemplu, plasticii polistireni şi acrilici au duritate de suprafaţă pînă la 15 kg/ cm2, la metale aceşti indici-450 kg/cm2 ; - au coeficientul de dilatare termică înalt. El oscilează în limitele 25- 120 x 10 -6, adică de 2,5-10 ori mai mare decît la oţel. Ca neajuns constructiv al maselor plastice –fluajul sau curgerea lentă ridicată; un neajuns important al maselor plastice este inflamabilitatea.

171

Întrebări pentru repetare 1.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.

172

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 se

împart în două grupe – metale feroase şi metale neferoase. 15.1.1. Metalele feroase

Metalele feroase reprezintă aliaje de fer (Fe) cu o cantitate mică de carbon (C). În afară de carbon metalele feroase pot conţine siliciu, mangan, fosfor, sulf etc. Pentru a le îmbunătăţi calitatea sau a le comunica proprietăţi specifice, în componenţa metalelor feroase se introduc aşa-numitele adaosuri de aliere – cupru (Сu), nichel (Ni), crom (Cr) etc.

În dependinţă de conţinutul de carbon, metalele feroase se împart în fonte şi oţeluri; metalele feroase se folosesc pe larg în construcţii pentru confecţionarea diferitor elemente ca: armatura pentru produse de beton armat, ferme, carcasele clădirilor, turnurilor, ţevilor etc.

Fonta prezită un aliaj de fier şi carbon conţinutul căruia

173

depăşeşte 2%, iar în fontele speciale (aliaje feroase) cantitatea de carbon poate atinge 5% şi mai mult, iar în cele obişnuite -4%. Prezenţa siliciului, manganului, fosforului şi sulfului în fontă influenţează esenţial asupra proprietăţilor ei, în special sulful şi fosforul, care-i măresc fragilitatea. Însă adaosul de crom, nichel, magneziu, aluminiu, siliciu îi comunică fontei o rezistenţă mai inaltă la temperaturi, la uzură, la coroziune şi-i măreşte capacitatea de a nu se magnetiza. Fontele care conţin ca adaus substanţele menţionate se numesc aliate.

În dependenţă de conţinutul carbonului în fontă, ea se împarte în trei categorii: fonte cenuşii (de turnătorie) care 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 mule elemente de aliere (siliciu, aluminiu, mangan, crom, titan etc.) şi au proprietăţi şi destinaţii speciale (fonte anticorozive, fonte refractare, fonte antifricţiune etc.)

În fontele cenuşii carbonul se află în stare liberă sub formă de grafit, iar cele albe - în stare legată, sub formă de Fe3 C. Prezenţa grafitului sub formă de plăci, care întretaie baza metalică a structurii fontei, micşorează rezistenţa acesteia.

Fonta cenuşie modificată are proprietăţi mecanice mai înalte

datorită formei sferice a grafitului. Fonta cenuşie este folosită pentru diferite produse şi se

caracterizează prin rezistenţă mare la uzură şi gripare (datorită prezenţei grafitului), prelucrabilitate la aşchiere bună, sudabilitate slabă la rece, dar bună la cald. Datorită rezstenţei mici la întindere şi la şoc, folosirea fontei este limitată la elementele de construcţii care lucrează la compresiune (arce, coloane, stîlpi, balcoane, parapete de scări, garduri decorative etc.). la elemente de instalaţii

174

(radiatoare,căzi de baie, sifoane de pardoseală, lavoare etc.), la elemente de maşini (batiuri, volanturi etc.).

Oţelul prezintă un aliaj de fier şi carbon cantitatea căruia nu depăşeşte 2%. Spre deosebire de fontă, care este un metal frajil, oţelul posedă înalte proprietăţi mecanice şi tehnologice.

După destinaţie se deosebesc oţeluri de construcţie, cu conţinut 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 conţinutul 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 proprieţăţilor tehnice (rezistenţă la

coroziune, elasticitate, etc.) la oţeluri se adaugă diferite substanţe de aliere: marganeţ, crom, nichel, aluminiu, aramă, molibden etc.

După cantitatea adaosurilor de aliere se deosebesc oţeluri slab aliate ( pînă la 2,5% de impurităţi de aliere), mijlociu aliate (2,5-10%) şi bogat aliate (peste 10% de impurităţi de aliere). Oţelul inoxidabil, de exemplu, este bogat aliat. În construcţie se utilizează de obicei oţelul slab aliat.

15.1.2. Metalele neferoase Metalele neferoase se clasifică, după greutatea specifică, în

uşoare şi grele. Din primele fac parte aliajele pe bază de aluminiu şi magneziu, iar din celelalte – aliajele pe bază de cupru, nichel, zinc, cositor,plumb.

Aliaje pe bază de aluminiu. Aluminul curat posedă multe proprietăţi tehnice superioare. Neajunsul esenţial al aluminiului este reustenţa mică, în total de 7-10 kg/mm2, ceea ce nu permite să fie întrebuinţat pentru construcţii portante. Însă prin adăugarea în aluminiu a altor metale – cupru, mangan, magneziu – i se măreşte brusc indicii mecanici. Aluminiul în formă de aliaje cu aceste metale şi-a găsit o largă întrebuinţare în construcţii. De exemplu,

175

duraluminiul-reprezintă un aliaj de alumuniu (92-95%) cu cupru, magneziu şi silice(5-8%). Duraluminiul se întrebuinţează larg pentru fabricarea profilurilor laminate: corniere, profiluri U, dublu T, ţevi cu secţiune rotundă şi drepunghiulară, la fabricarea niturilor, şuruburilor.

Aliaje pe bază de cupru. Cuprul pur nu-şi găseşte practic aplicare în construcţie. El se întrebuiţează în formă de alamă şi bronz. Alama este un aliaj de cupru cu zinc (pînă la 40%), iar bronzul –aliaj de cupru cu cositor sau cu un oarecare alt metal, în afară de zinc.Cele mai răspîndite sunt bronzurile de cositor (staniu), care conţin 10-20% cositor,.Se întrebuinţează de asemenea bronzuri de aluminiu, de mangan, de plumb şi alte feluri de bronz.

Din motive economice, aliajele pe bază de cupru se întrebuinţează în consrucţie doar pentru fabricarea echipamentului tehnico-sanitar (robinete, supape), în unele cazuri pentru finisare şi scopuri decorative.

Pe bază de cositor sau de plumb cu adaos de cupru şi de staniu se obţin aşa-numitele babituri, întrebuinţate larg pentru rulmenţi. Ele au un coeficient de frecare nu prea mare, se deformează uşor dacă sarcina pe arbore creşe brusc şi în acest caz nu distruge arborele, nu-l uzează.

Babiturile sunt relativ scumpe şi din această cauză se pot înlocui cu fontă gri, aliajele pe bază de aluminiu, aliaje metaloceramice. Ultimele se obţin prin topirea prafului de minerale fin măcinate şi presate puternc (grafit,siliciu etc.) cu praf metallic (cupru, fier, bismut, molibden etc.)

Zincul şi plumbul. Zincul este folosit în construcţie cel mai mult pentru învelitori, acoperişuri, cornişe şi bulane de ploaie.

Plumbul se întrebuinţează pentru executarea căptuşelilor instalaţiilor acidorezistente ale aparatelor chimice, pentru hidroizolaţii speciale, pentru ştemuirea rosturilor şi îmbinărilor dintre elementele construcţiilor, de exemplu, a rosţurilor dintre cuvelaje în tunelurile unui metrou.

176

15.2. Elaborarea fontei Elaborarea fontei este procesul primar de obţinere a metalului

din materia primă naturală – minereuri de fier. Fonta se topeşte în furnal. Ca materiale iniţiale în acest scop servesc minereurile de fier, carburanţii sub formă de cox şi fondanţii, necesari pentru micşorarea temperaturii de topire a minereului şi transformarea în zgură 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 a materialului, care trece apoi în partea cilindrică – (burta furnalului) -5. Ca parte inferioară a furnalului, unde se acumulează în stare lichidă fonta şi zgura, serveşte creuzetul 8. Partea de trecere de la

177

burta furnalului spre creuzet se numeşte etalaj 6. În interior furnalul este căptuşit cu materiale refractare. Pentru

căptuşirea cuvei se foloseşte cărămidă din şamotă cu conţinut înalt de aluminiu.

Vatra şi creuzetul se căptuşesc cu cărămidă din blocuri pe bază de carbonaţi.Gura de alimentare a furnalului se căptuşeşte cu plăci metalice pentru a o apăra de distrugere la încărcarea materialelor.

Materialele (minereul, coxul şi fondanţii) se încarcă în porţii prin partea de sus a furnalului şi sub propria masă ele se mişcă treptat, încălzindu-se în drumul lor pînă la topire, datorită căldurii degajate la arderea coxului. Masa topită sub formă de fontă şi zgură se scurge în creuzet. Din creuzet zgura se scurge prin gura de evacuare a zgurii, aşezată mai sus decît gura de evacuare a fontei.

Datorită oxigenului din aer, care ptrunde din parta inferioară a furnalului, se produce arderea coxului în urma reacţiei C + O2 = 2CO. Sub influenţa oxizilor de fier, precum şi a carbonului curat, are loc reducerea fierului din oxizi. În acest caz fierul curat se formează din oxidul de minereu nu dinr-o dată, ci în etape după schema:

Fe2 O3 >Fe3 O4 >FeO >Fe. La rînd cu fierul se reduc: sulful, fosforul, manganul şi

siliciul, conţinuţi în minereu sub formă de oxizi şi care se transformă apoi în fontă.Fierul redus la temperatura de 900-1100 C interacţionează adesea cu oxidul de carbon (3Fe + 2CO2 = F3 C + CO2), formîndu-se carbură de fier Fe3 C. Acest proces poartă denumirea de carburare. Fierul carburat începe să se topească la temperatua de aproximativ 1150o C cînd conţinutul de carbon în el atinge 4,3%. Fonta formată se scurge în creuzetul furnalului.

Conţinutul final de carbon în fontă depinde de conţinutul de impurităţi – siliciu, fosfor, sulf. Trecînd în fontă, ele micşorează cantitatea de fier liber, care dizolvă carbonatul.

După terminarea procesului de carburare, începe procesul

178

zgurificării, adică procesul topirii sterilului cu fondanţi. Vitrificarea şi înmuierea sterilului începe la temperatura de 1200o C, iar trecerea în stare lichidă - la 1400oC şi mai sus. Produsele de furnal sunt fonta, gazele de furnal şi zgura.Gazele de furnal se întrebuinţează în calitate de combustibil pentru necesităţile uzinelor metalurgice.Zgura serveşte ca materie primă preţioasă pentru industria materialelor de construcţie – lianţi, piatră turnată, materiale termoizolante (piatră ponce de zgură,).

15.3. Elaborarea oţelului Drept materiale iniţiale pentru elaborarea oţelului servesc

fonta de afinare şi oţelul vechi. La temperaturi înalte, în fontă se micşorează conţinutul de carbon, siliciu, mangan, fosfor şi sulf. În rezultat, 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 în

convertizoare (fig.15.2.), sau se mai numeşte procedeu de convertizare.

179

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 în convertizor, apoi se introduce aer prin gurile de aer 4 de la fundul convertizorului. Sub acţiunea oxigenului din aer, începe oxidarea fierului, carbonului , siliciului şi manganului, ca rezultat fierul trece în oxid de fier FeO, iar carbonul, siliciul şi manganul ard. La oxidarea siliciului şi manganului participă şi oxidul de fier, care în acest caz se transformă în fier curat.Căldura degajată la reacţia de oxidare menţine metalul în stare topită. Oxidul de carbon CO format la arderea carbonuli reduce apoi oxidul de fier pînă la fier curat. Acest procedeu are productivitate înaltă, deoarece procesul topirii în convertizor durează în total 15 – 30 min, în comparaţie cu alte procedee care durează cîteva ore.

15.3.2. Procedeul Marten Topirea oţelului prin procedeul Marten se produce pe vatra

180

cuptorului cu generator, numit cuptor Marten (fig. 15.3). Cuptorul are o boltă, care reflectă fluxul de căldură asupra materialului. Drept combustibil se întrebuinţează gaz, încălzit în prealabil în regeneratoare; în acestea se încălzeşte şi aerul, necesar pentru încălzirea gazului. Pînă la aprindere gazul se amestecă cu aer. Ca materie primă serveşte fonta , fier vechi şi minereu.

Fig.15.3.Cuptor Marten.

Oţelul Marten are o întrebuinţare universală: pentru construcţii 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 în aceste cuptoare se produce sub acţiunea căldurii, degajate de arcul electic, 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 oxid feros, trecînd sub formă de oxizi în zgură.

181

Fig.15.4 Cuptor electric. Prin topire electrică se obţin oţeluri aliate de caliate

superioară. Oţeluri aliate cu calităţi deosebit de înalte se obţin în cuptoare

de inducţie. În aceste cuptoare încălzirea metalului se face cu curent electric de înaltă frecvenţă.

15.4. Proprietăţile metalelor Se deosebesc următoarele proprietăţi ale metalelor: fizice,

chimice, mecanice şi tehnologice. Proprietăţile fizice. Propietăţile fizice ale metalelor se

caracterizează prin culoare, densitate, temperatura de topire, capacitate termică , conductibilitate termică şi electrică, coeficient de dilatare la încălzire.

Proprietăţile mecanice. Proprietăţile mecanice se caracterizează prin rezistenţă, duritate, elasticitate şi tenacitate dinamică sau rezilienţă, oboseală, fluaj sau curgere lentă.

Proprietăţile tehnologice.Aceste proprietăţi caracterizează capacitatea metalului de a se supune prelucrării prin presare, tăiere,

182

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 depinde de temperatura metalului, de plasticitatea şi de duritatea lui.

Turnarea metalelor se caracterizează prin fluiditate şi contracţie.

Fluiditatea este capacitatea metalului în stare topită de a umplea bine forma în care se toarnă, obţinîndu-se piese compacte cu forme exacte.

Contracţia se numeşte micşorarea volumului metalului topit prin răcire pînă la temperatura încăperii.

Sudabilitatea este capacitatea metalelor de a se îmbina rigid prin încălzirea lor locală pвnă în stare plastică sau lichidă. Unele metale, de exemplu oţelul, se sudează bine, iar altele , de exemlu fontele – rău.

Rezistenţa la uzură este capacitatea metalului de a se împotrivi solicitărilor la uzură.

Rezistenţa la coroziune este capacitatea metalului de a se împotrivi acţiunii de distrugere a mediului înconjurător.Coroziunea metalului se produce în urma proceselor chimice sau electrochimice.

15.5. Încercările mecanice ale metalelor Pentru calculul construcţiilor şi pieselor de maşini trebuie să

cunoaştem proprietăţile mecanice ale metalelor, care se stabilesc prin încercări mecanice speciale – statice şi dinamice.La încercările statice sarcina pe epruveta metalică creşte lent, de exemplu, încercarea metalului la întindere, compresiune, încovoiere, răsucire, duritate. Încercările dinamice au loc cînd sarcina creşte rapid. Aşa se determină tenacitatea dinamică a metalului. Oboseala metalului se stabileşte prin solicitarea epruvetei cu sarcini variabile repetate statice sau dinamice.

Încercarea metalelor la întindere În cadrul acestor încercări se determină limita de

183

proporţionalitate, limita de curgere, rezistenţa de rupere şi alungirea relativă.

Fig.15.5.Diagrama tensiunilor pentru oţel. Fig. 15.5. reprezintă curba caracteristică de rupere a unei

epruvete de oţel. De la început pînă la punctual 1, alungirea epruvetei creşte proporţional cu sarcina (porţiunea dreaptă a diagramei).Punctul 1 pe curba de întindere se numeşte limită de proporţionalitate; ea reprezintă tensiunea maximă, la care întinderea metalului se produce direct proporţional.

Aşadar, pînă la sarcina P, metalul lucrează în stadiul deformaţiilor elastice. De aceea tensiunea corespunzătoare limitei de proporţionalitate se numeşte limită de elasticitate e.(sigma). Aceşti doi indici ai metalului sunt deosebit de importanţi. Toate elementele de construcţie şi piesele de maşini se proiectează în aşa fel, ca tensiunea în ele să nu depăşească limita de proporţionalitate sau de elasticitate.

Pînă la limita de proporţionalitate între tensiunea e (sigma) în epruvetă şi alungirea ei relativă б (delta) există relaţia următoare:

е (sigma) = E*б kg/cm2

Coeficientul de proporţionalitate E se numeşte modul de

elasticitate; mărimea lui caracterizează rigiditatea metalului, adică capacitatea lui de a se deforma elastic sub acţiunea sarcinii. De exemplu, E al oţelului este egal cu 2100 000kg /cm2, iar al

184

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 acest moment dispare proporţionalitatea şi porţiunea dreaptă a diagramei trece în curbă, iar apoi în linie orizontală 2-3. Porţiunea orizontală arată că epruveta se întinde (curge) în mod spontan, deşi sarcina P rămîne constantă.Tensiunea la care metalul începe să curgă , se numeşte limită de curgere.

Încercarea materialelor la duritate şi la tenacitate dinamică

Duritatea metalelor se determină prin apăsarea cu o anumită forţă în epruveta metalică a unei bile de oţel (metoda Brinel), a unui corp sau bile de diamant (metda Rocuell), sau a unei piramide de diamant (metoda Vicchers).

Încercările tehnologice ale metalelor Prin încercările tehnologice se stabileşte capacitatea metalului

de a se supune prelucrării necesare. Încercările tehnologice se efectuează la întindere, încovoiere şi îndoire.

Încercările la întindere sunt importante pentru metalul supus prelucrării prin matriţare, trefilare, întindere.

Prin încercarea la încovoiere se determină capacitatea metalului de a se încovoia pînă la o anumită formă. Rezultatele încercărilor la îndoire exprimă capacitatea metalului de a rezista la îndoiri şi dezdoiri repetate.

185

ZĂCĂMINTE ŞI MATERIALE DE CONSTRUCŢIE

Ciclu de prelegeri

Autori: Constantin Tarnovschi Nina 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

186

Universitatea Tehnică a Moldovei

ZĂCĂMINTE ŞI MATERIALE DE CONSTRUCŢIE

Ciclu de prelegeri

Chişinău 2008