INTRODUCERE

          Dezvoltarea in timpurile moderne a fibrelor ca armatura in compozitia betonului se poate considera ca a inceput in jurul anilor 60. Fibrele polimerice au fost comercializate in jurul anilor 70, cele de sticla in jurul anilor 80, iar cele de carbon in anii 1990.

Fibrele sunt in general utilizate in doua forme: ca fibre scurte dispersate in matrix sau continue sub forme de benzi de armatura.

Desi productia de fibre a crescut vertiginos pe plan mondial (pe baza unor surse industriale, productia lor este de 300000t/an), deocamdata doar o mica parte din acestea sunt folosite la realizarea betonului.

Studiile efectuate pana in prezent au evidentiat efectul benefic al adaosului de fibre in compozitia matrixului cimentos, transformand astfel un material fragil (matrixul, betonul) intr-un material ductil, influentand deasemea si in mod favorabil procesul de fisurare al betonului.

Pana in prezent, cele mai frecvente utilizari ale betoanelor cu fibre sunt la elemente nestructurale sau semistructurale. In ultimul timp insa, pe plan mondial se remarca extinderea folosirii betoanelor cu fibre pentru realizarea de elemente structurale, dar si aparitia betoanelor cu fibre de ultrainalta rezistenta.

Dezvoltarea industriei constructiilor intr-un ritm accelerat necesita o corelare cu industria materialelor de constructii, cu industria prefabircarii. In consecinta implicarea materialelor de constructie moderne in lumea economica este imerios necesara, urmarindu-se:

- costuri reduse

- un volum mare al productiei de beton (6 miliarde de tone de beton si ½ miliarde tone de otel sunt utilizate anual in constructii)

- o durabilitate ridicata – structurile de beton sunt proiectate cu o durata de viata de zeci de an (poduri de beton armat – 75 ani)

- siguranta in exploatare (realizarea de constructii sigure la solicitarea seismului)

O selectie corespunzatoare la fibrelor si matrixului este cheia realizarii unor elemente si structuri durabile. Pe de alta parte inlocuirea armaturilor traditionale cu fibre conduce la o economie sustantiala de manopera.

De asemenea, utilizarea la realizarea la realizarea betonului a unor materiale cu impact negativ asupra mediului (materiale mari consumatoare de energie si poluante – cimentul) reclama inlocuirea unei parti din dozajul de ciment cu materiale liante reciclate ca de exemplu: praful de silice, cenusile zburatoare, etc.)

Din punct de vedere al raportului cost/beneficiu, betoanele performante realizate cu fibre recomanda acest material pentru folosirea lui la realizarea structurilor din beton armat. Pe langa aceasta calitate se mai pot evidentia:

- reducerea substantiala a deformatiilor specifice de contractie

- rezistenta la impact

- ductilitate sporita – energie mare de absorbtie

- durabilitate marita (impermeabilitate, rezistenta la inghet-dezghet, la coroziune, etc.)

In ceea ce priveste betoanele de ultra inalta rezistenta BUIR – realizate cu prafuri foarte fine cu granulatia de maxim 800-1000micrometri, cercetarile sunt inca relativ reduse. In absenta agregatelor obisnuite prezente la betoanele obisnuite si de inalta rezistenta, BUIR se caracterizeaza prin continutul ridicat de praf de silice si raport redus apa/liant (Cheyrezy et. al. 1995). Datorita raportului apa/liant mic, aceste betoane necesita o noua generatie de superplastifianti intr-un dozaj marit, de regula peste 20l/mc, pentru a le conferi lucrabilitate.

In general, aceste betoane (BUIR) depasesc rezistenta la compresiune de 150Mpa, o rezistenta la intindere din incovoiere de 20-50Mpa si un modul de elasticitate de 45-65MPa. Prin includerea de fibre de otel, acest beton devine ductil, depasind ductilitatea betoanelor de inalta performanta.

Prezinta, de asemenea o porozitate foarte redusa, devenind astfel un material foarte durabil. Datorita finetii constituentilor si a lucrabilitatii, BUIR prezinta suprafete cu grad mare de finisare (Dauriac, 1997).

Cei care au dezvoltat conceptul de BUIR sunt cei de la firma Bouyges din Franta. Cercetarile au inceput in 1994 (Richard si Cheyrezy) studiindu-se doua clase de beton 200Mpa si 800Mpa cu diferite procese de fabricatie.

Este foarte clar ca, prin constituenti, BUIR difera de betonul conventional. Proprietatile mecanice superioare se datoreaza:

- omogenitatii

- densitatii

- microstructurii

- ductilitatii

Proprietati care il indica ca un material de constructie deosebit, necesar a fi extins la realizarea structurilor de beton.

In cazul betoanelor obisnuite si de inalta rezistenta, dimensiunile maxime ale agregatelor sunt 20-30mm.

In cazul BUIR, nisipul folosit are maxim 600-800micrometri. Prin aceasta reducere de circa 50ori a dimensiunilor agregatelor, se produce o reducere substantiala a microfisurilor. Cimentul ales trebuie sa aiba continut redus de C3A si sa fie in stransa legatura cu alegerea superplastifiantilor.

Praful de silice are menirea sa umple golurile intre particulele de ciment si sporeste caracteristicile reologice ale amestecului; rezultand particule perfect sferice.

Datorita compozitiei sale, BUIR rezulta ca un material de foarte inalta rezistenta, dar fragil. Pentru ca BUIR sa fie apt pentru utilizarea lui structurala trebuie sa i se asigure comportarea ductila. Aceasta se poate realiza prin adaosul de fibre de otel (sau alte tipuri de fibre) in masa matrixului imbunatatindu-se astfel comportarea din punct de vedere al aparitiei primei fisuri, a comportarii postelastice a betonului si deci, cresterea substantiala a ductilitatii acestui material (observatie facuta in 2002 de O’Neil s.a.).

O alta metoda este confinarea matrixului in tuburi de otel, modalitate de imbunatatire nu numai a ductilitatii dar si a rezistentei la compresiiune (efectul confinarii).

Posibilele avantaje ale BUIR cu fibre de otel sunt:

- rezistente ridicate la intindere si compresiune ceea ce induce acestui material urmatoarele:

           - posibilitatea realizarii elementelor zvelte si reducerea astfel a greutatii proprii

           - posibilitatea creeri unei deschideri mari la structurile civile inalte rezultatnd o descrestere a sectiunii transversale a stalpilor sau scaderea sectiunilor infrastructurilor de poduri

           - rezistenta ridicata conduce si la optimizarea materialelor utilizate (a sectiunilor transversale ale grinzilor de beton de aceeasi capacitate portanta)

           - rezistenta ridicata la intindere – poate conduce la eliminarea armaturilor obisnuite necesare preluarii fortelor taietoare. Prin aceasta se vor reduce cheltuielile de manopera si materiale (armaturi)

            - durabilitate ridicata:

           - reducandu-se foarte mult porozitatea betonului (matrixului), BUIR devine virtual impermeabil la lichide si gaze(verificari facute de Roux in 1996).Aceste considerente fac ca BUIR sa fie un material ideal de a fi utilizat in medii agresive, cu agresivitati chimice, marine, inghet-dezghet si la utilizarea in industria nucleara (depozitarea reziduurilor nucleare)

           - prezinta o rezistenta ridicata la abraziune, fapt ce-i confera o larga aplicabilitate la tabliere de pod sau la plasnsee industriale. Dintr-o analiza facuta de Roux in 1996 au rezultatu urmatoarele caractersitici:

 

Compararea BUIR cu un beton obisnuit (conventional)

INDICATORUL DE DURABILITATE                                            COMPARATIE

Porozitate                                                                                            4-6 ori mai mica

Permeabilitate la aer                                                                           20-50 ori mai mica

Absorbtie de apa                                                                                7-10 ori mai mica

Grad de corodare                                                                                10-25 ori mai mica

Grad de carbonatare                                                                           Nu s-a detectat la BUIR

 

Proprietatile BUIR sunt apropiate in unele privinte cu cele ale metalului.

Astfelm pentru o aceeasi capacitate portanta, sectiunea transversala a unui element realizat din BUIR este apropiata de o sectiune realizata din metal, dar la ceea ce priveste costul: 1mc de otel este de aproximativ de 10 ori mai scump decat 1mc de BUIR.

Dintre aplicatiile BIR (realizate deja) se pot aminti: podurile pietonale si pentru biciclete realizate in Sherbrook (fc=200MPa), podul pietonal din Seul (pe raul Han) realizat din 6 tronsoane de grinzi postintinse, podul Maeta din Japoinia de 50m lungime. Poduri auto realizate in Australia (New South Wales) din element prefabricate pretensionate. Alte aplicatii in domeniul structurilor civile se pot aminti:

- grinzi la o centrala nucleara in Franta (Cattenom Nuclear Power Plant)

- ziduri de sprijin in zona litorala a Portugaliei

Sugestii pentru aplicatiile viitoare:

- tuburi de inalta presiune pentru transport lichide si gaze

- izolarea si pastrarea deseurilor nucleare

- structuri rezistente la explozii (blast resistance structures)

- structuri in zone seismice (seismic applications)

- captuseala de inalta rezistenta pentru tuneluir si in minerit (high strength liners for tunnel and mining shafts)

- pardoseli industriale

BUIR este un material considerat a fi high-tech folosind la realizarea lui o noua tehnologie privind compozitia betonului, productia lui, proprietatile fizico-mecanice precum si metodologia de calcul a structurilor realizata cu astfel de betoane.

OBIECTIVELE PROIECTULUI

- Stabilirea compozitiei betoanelor BUIR utilizand diferite dimensiuni de fibre de otel, prin colaborare cu  cercetatori in domeniul materialelor de constructii (INCERC, filiala Cluj)

- Determinarea caracteristicilor fizico-mecanice de scurta si lunga durata a acestor tipuri de betoane

- Realizarea si incercarea unor elemente structurale la solicitari de scurta si lunga duata (solicitari de incovoiere, incovoiere cu forta taietoare, forta taietoare, etc.)

- Incercari de durabilitate