2010-12-28

1

Dobór jako

ś

ciowy składników.

Zarys tradycyjnych metod projektowania składu

betonu zwykłego

(metoda trzech równa

ń

, istota metody otulenia i przepełnienia,

metoda do

ś

wiadczalna „znanego zaczynu”)

Programy komputerowe wspomagaj

ą

ce

projektowanie składu betonu

Projektowanie składu betonu i jego

podstawowe elementy

• ZEBRANIE INFORMACJI

O PRZEDMIOCIE PROJEKTOWANIA

• PROJEKTOWANIE JAKO

Ś

CIOWE

(jako

ś

ciowy dobór składników)

• PROJEKTOWANIE ILO

Ś

CIOWE

(ilo

ś

ciowy dobór składników)

• DO

Ś

WIADCZALNA WERYFIKACJA

WYNIKÓW PROJEKTOWANIA

2010-12-28

2

• Charakterystyka elementu:

- rola w konstrukcji (klasa betonu),
- wymiary przekroju poprzecznego,
- g

ę

sto

ść

i rozstaw zbrojenia.

• Technologia i warunki betonowania:

- transport,

- układanie,

- zag

ę

szczanie (ew.zmiana w/c),

- obróbka termiczna,
- temperatura otoczenia.

• Warunki przyszłej eksploatacji (trwało

ść

):

- zło

ż

one oddziaływanie

ś

rodowiska

(klasy ekspozycji wg PN-EN 206-1)

ZEBRANIE INFORMACJI O PRZEZNACZENIU

PROJEKTOWANEGO BETONU

W PEWNYCH PRZYPADKACH

NIE WYMAGANIA

KONSTRUKCYJNE,

LECZ

TRWAŁO

ŚĆ

B

Ę

DZIE DETERMINOWA

Ć

SKŁAD BETONU ORAZ

JEGO KLAS

Ę

Brak

oddz.

XC

(karbonatyzacja

)

XS

(woda

morska)

XD

(inne chlorki)

XF

(zamra

ż

anie/

rozmra

ż

anie)

XA

(agresja

chemiczna)

Klasa
betonu

C12/15

C20/25

C30/37

C25/30

C30/37

C

min

[kg/m

3

]

---

260

300

(w/c)

max

---

0,65

0,50

0,55

p

min

[%]

---

4,0

(z wyj

ą

tkiem

XF1)

---

cement odporny

na siarczany

OGRANICZENIA SKŁADU BETONU WYNIKAJ

Ą

CE ZE

ZRÓ

ś

NICOWANIA WARUNKÓW EKSPLOATACJI

(klasy ekspozycji według

g

PN-EN 206-1:

Beton. cz.I : Wymagania, wła

ś

ciwo

ś

ci, produkcja i zgodno

ść

)

2010-12-28

3

Jako

ś

ciowy dobór poszczególnych

komponentów

- cement

-kruszywo

(+ ewentualnie dodatki mineralne i domieszki

modyfikuj

ą

ce)

PROJEKTOWANIE JAKO

Ś

CIOWE

Rodzaj

cementu

Cechy charakterystyczne

Zalecane kierunki

zastosowania

Portlandzkie:

CEM I 32,5 N
CEM I 32,5 R
CEM I 42,5 N

-

umiarkowane ciepło

hydratacji,

-

umiarkowana dynamika

narastania wytrzymało

ś

ci

wczesnej i w dłu

ż

szych

okresach dojrzewania

Betony zwykłe klas B 15 do B 40
(C12/15 do C30/37)

-

elementy i konstrukcje monolityczne lub

prefabrykowane dojrzewaj

ą

ce w warunkach

naturalnych i podwy

ż

szonej temperatury

-

elementy i konstrukcje spr

ęż

one dojrzewaj

ą

ce w

warunkach naturalnych i podwy

ż

szonej temperatury

-

drobnowymiarowe wyroby prefabrykowane

dojrzewaj

ą

ce w warunkach naturalnych

- betonowanie w warunkach obni

ż

onej temperatury

Portlandzkie:

CEM I 42,5 R
CEM I 52,5 N
CEM I 52,5 R

- bardzo wysokie ciepło hyd-

ratacji

- szybkie narastanie wytrzy-

mało

ś

ci wczesnej

- niewielka dynamika
narastania wytrzymało

ś

ci w

dłu

ż

szych okresach

dojrzewania

Betony zwykłe klas B 25 do B 50
(C20/25 do C40/50)
Betony wysokowarto

ś

ciowe klas B 50

i wy

ż

szych (C40/50 i wy

ż

sze)

- elementy i konstrukcje prefabrykowane
dojrzewaj

ą

ce w warunkach naturalnych oraz

podwy

ż

szonej i obni

ż

onej temperatury

- elementy i konstrukcje spr

ęż

one dojrzewaj

ą

ce w

warunkach naturalnych i podwy

ż

szonej temperatury

- drobnowymiarowe wyroby prefabrykowane
dojrzewaj

ą

ce w warunkach naturalnych

- betony o wymaganej wysokiej wytrzymało

ś

ci

wczesnej
- betonowanie w warunkach zimowych

Orientacyjny zakres stosowania oraz ogólne charakterystyki

wybranych cementów powszechnego u

ż

ytku

2010-12-28

4

Rodzaj

cementu

Cechy

charakterystyczne

Zalecane kierunki

zastosowania

Portlandzkie
popiołowe:

CEM II/A-V 32,5 R
CEM II/A-V 42,5 N

Portlandzkie

ż

u

ż

lowe:

CEM II/A-S 32,5 R
CEM II/A-S 42,5 R

Portlandzkie

ż

u

ż

lowo-

popiołowe:

CEM II/A-SV 32,5 R
CEM II/A-SV 42,5 R

- umiarkowane ciepło
hydratacji

- umiarkowana
dynamika narastania
wytrzymało

ś

ci wczesnej

- bardzo dobra dynamika
narastania
wytrzymało

ś

ci w

dłu

ż

szych okresach

dojrzewania

Betony zwykłe klas B 15 do B 40
(C12/15 do C30/37)
- elementy i konstrukcje monolityczne lub
prefabrykowane dojrzewaj

ą

ce w

warunkach naturalnych i podwy

ż

szonej

temperatury

- drobnowymiarowe wyroby
prefabrykowane dojrzewaj

ą

ce w

warunkach naturalnych

Orientacyjny zakres stosowania oraz ogólne charakterystyki

wybranych cementów powszechnego u

ż

ytku

Informacje podane na wykładzie i

ć

wiczeniach

Rodzaj

cementu

Cechy

charakterystyczne

Zalecane kierunki

zastosowania

Hutnicze:

CEM III/A 32,5 N
CEM III/A 42,5 N

Pucolanowe:

CEM IV/A 32,5 N
CEM IV/A 42,5 N

- niskie ciepło hydratacji
- powolne narastanie
wytrzymało

ś

ci wczesnej

- bardzo dobra dynamika
narastania wytrzymało

ś

ci

w dłu

ż

szych okresach

czasu
- wysoka odporno

ść

na

agresj

ę

chemiczn

ą

Betony zwykłe klas B 7,5 do B 40
(C8/10 do C30/37)
- elementy i konstrukcje monolityczne lub
prefabrykowane dojrzewaj

ą

ce w warunkach

naturalnych i podwy

ż

szonej temperatury

- konstrukcje masywne
- konstrukcje hydrotechniczne
- betony o podwy

ż

szonej odporno

ś

ci na

agresj

ę

chemiczn

ą

- betony podkładowe (chude)

Hutniczy:

CEM III/B 32,5N

Pucolanowy:

CEM IV/B 32,5 N

- bardzo niskie ciepło
hydratacji
- bardzo powolne
narastanie wytrzymało

ś

ci

wczesnej
- bardzo dobra dynamika
narastania wytrzymało

ś

ci

w dłu

ż

szych okresach

dojrzewania
- bardzo wysoka
odporno

ść

na agresj

ę

chemiczn

ą

Betony zwykłe klas B 7,5 do B 35
(C8/10 do C30/37)
- elementy i konstrukcje monolityczne lub
prefabrykowane dojrzewaj

ą

ce w warunkach

naturalnych i podwy

ż

szonej tempe-ratury

- konstrukcje masywne
- konstrukcje hydrotechniczne
- betony o wysokiej odporno

ś

ci na agresj

ę

chemiczn

ą

- betony podkładowe (chude)

Orientacyjny zakres stosowania oraz ogólne charakterystyki

wybranych cementów powszechnego u

ż

ytku

Informacje podane na wykładzie i

ć

wiczeniach

2010-12-28

5

Wskazówki dotycz

ą

ce

poprawnych uziarnie

ń

kruszywa

drobnego i grubego

Informacje podane na

ć

wiczeniach

Zakresy

zalecanych

uziarnie

ń

kruszyw do

betonów

Informacje podane na

ć

wiczeniach

2010-12-28

6

Ilo

ś

ciowy dobór składników w oparciu

o jedn

ą

z metod projektowania

oraz

weryfikacja jego zgodno

ś

ci z wymaganiami

normowymi

PN-EN 206-1

PROJEKTOWANIE ILO

Ś

CIOWE

PODSTAWY

PROJEKTOWANIA

SKŁADU BETONÓW

ZWYKŁYCH

2010-12-28

7

KLASYCZNA METODA TRZECH RÓWNA

Ń

jako przykład podej

ś

cia do projektowania

składu betonów zwykłych

jako prostego układu trójskładnikowego

C+W+K

1) Równanie szczelno

ś

ci

C/

ρρρρ

c

+ K/

ρρρρ

k

+ W/

ρρρρ

w

= 1,000

2) Równanie konsystencji

C

w

c

+ K

w

k

= W

3) Równanie wytrzymało

ś

ci Bolomey’a

f

cm 28

=

A

(C/W

±±±±

0,5)

C, K, W [kg/m

3

];

ρ

c

,

ρ

k

,

ρ

w

[kg/m

3

];

w

c

,w

k

[dm

3

/m

3

];

f

cm28

[MPa]

A

[-]

Równanie szczelno

ś

ci

(wa

ż

ne dla wszystkich betonów konstrukcyjnych)

(suma obj

ę

to

ś

ci wszystkich składników mieszanki = 1 lub 1000)

C/

ρρρρ

c

+ K/

ρρρρ

k

+ W/

ρρρρ

w

= 1,000

cement C

kruszywo K

woda W

=

1 m

3

Mieszanka betonowa

jest

bezporowata

2010-12-28

8

Równanie konsystencji

(tylko betony bez domieszek upłynniaj

ą

cych -

ilo

ść

wody wynika z zało

ż

onej

konsystencji i wynikaj

ą

cego z niej zapotrzebowania na ni

ą

ze strony składników

ziarnistych)

cement C

kruszywo K

woda

do cementu C

w

c

=

woda

do kruszywa K

w

k

woda do mieszanki W

Mieszanka

posiada

zało

ż

on

ą

konsystencj

ę

C

w

c

+ K

w

k

= W

f

cm 28

=

A

(C/W

±±±±

0,5)

Równanie wytrzymało

ś

ci Bolomey’a

(tylko betony zwykłe)

Beton stwardniały

posiada zało

ż

on

ą

28 dniow

ą

wytrzymało

ść

ś

redni

ą

f

cm

2010-12-28

9

Rozwi

ą

zanie układu trzech, niezale

ż

nych równa

ń

stanowi

wst

ę

pny skład betonu:

C; W; K

Zarób próbny i sprawdzenie rzeczywistych wła

ś

ciwo

ś

ci mieszanki:

konsystencja; zawarto

ść

powietrza; urabialno

ść

oraz wła

ś

ciwo

ś

ci

betonu stwardniałego:

wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie …

Ewentualne dodatkowe korekty składu

Konfrontacja z wymaganiami PN-EN 206-1

(klasa ekspozycji)

DO

Ś

WIADCZALNA METODA PROJEKTOWANIA

patrz

ć

wiczenia

i laboratorium

2010-12-28

10

PODSTAWY INNYCH METOD PROJEKTOWANIA

(metoda przepełnienia)

(

µ

g

zale

ż

y od

konsystencji)

ziarno

kruszywa

grubego

2/d

max

jamistość kruszywa

grubego

Ziarno

kruszywa

grubego

2 mm/d

,max

Przepełnienie jam

kruszywa zaprawą

wsp. µ

g

Przepełnienie jam

piasku zaczynem

wsp. µ

p

V

zacz

= f (j

p

, kons.); V

zap

= f (j

g

, kons.)

zaczyn znany:
- rodzaj i klasa cementu;
- w/c (ze wzoru Bolomeya)

(

µ

p

zale

ż

y od

konsystencji)

PODSTAWY INNYCH METOD PROJEKTOWANIA

(metoda otulenia)

ziarno

kruszywa

grubego

2/d

max

promień otulenia

zaprawą

ziarno piasku

0/2 mm

promień otulenia

zaczynem

V

zacz

= f (F

p

, kons.); V

zap

= f (F

g

, kons.)

zaczyn znany:
- rodzaj i klasa cementu;
- w/c (ze wzoru Bolomeya)

(promie

ń

zale

ż

y od

konsystencji)

(promie

ń

zale

ż

y od

konsystencji)

2010-12-28

11

PROJEKTOWANIE

„OD WYMAGA

Ń

DO SKŁADU”

Dane wej

ś

ciowe

Charakterystyka
jako

ś

ciowa składników.

Wymagania dotycz

ą

ce

wła

ś

ciwo

ś

ci mieszanki

betonowej i betonu
stwardniałego.

Dane wyj

ś

ciowe

Skład ilo

ś

ciowy mieszanki

betonowej.

Układ równa

ń

analityczno-

do

ś

wiadczalnych

PROJEKTOWANIE WPOMAGANIE KOMPUTEROWO

PROJEKTOWANIE

„OD SKŁADU DO WŁA

Ś

CIWO

Ś

CI”

Dane wej

ś

ciowe

Charakterystyka
jako

ś

ciowa składników.

Skład ilo

ś

ciowy mieszanki

betonowej.

Dane wyj

ś

ciowe

Wła

ś

ciwo

ś

ci mieszanki

betonowej i betonu

stwardniałego.

Realne

do

ś

wiadczenie lub

wykorzystanie

znanych zale

ż

no

ś

ci

empirycznych lub

analitycznych

PROJEKTOWANIE WPOMAGANIE KOMPUTEROWO

2010-12-28

12

(cytowane za zgodą autora p.F. de Larrard’a)

Program „BETONLAB” - ekran podstawowy

grube/piasek

w/c

kr. grube [kg/m

3

]

piasek [kg/m

3

]

cement … [kg/m

3

]

ż

u

ż

el mielony [kg/m

3

]

m

ą

czka min. [kg/m

3

]

popiół lotny [kg/m

3

]

pył krzemionk. [kg/m

3

]

plastyfikator [% mc.]

superplastyf. [% mc.]

dom.napow. [tak/nie]

woda [dm

3

/m

3

]

zaw. pow. w miesz. [%]

opad sto

ż

ka [mm]

por.bet.stwardn. [%]

koszt 1 m

3

[FF/m

3

]

„zarób” numer

grube/piasek

w/c

kr. grube

piasek

cement …

ż

u

ż

el miel.

m

ą

czka min.

popiół lotny

pył krzem.

plastyfikator

superplast.

dom. napow.

woda

zaw. pow. [%]

opad [mm]

por.betonu [%]

koszt [FF/m

3

]

możliwość zgromadzenia 90 receptur

charakterystyka cementu i kruszywa

p

rz

e

w

id

y

w

a

n

e

w

ła

ś

ci

w

o

ś

ci

Prezentowane za zgod

ą

autora F. de Larrarda

(cytowane za zgodą autora p. F. de Larrad’a)

Program „BETONLAB” – mo

ż

liwo

ść

analizy wpływu zawarto

ś

ci

składników na wła

ś

ciwo

ś

ci materiału

Jak zawarto

ść

plastyfikatora wpływa na opad sto

ż

ka ?

Opad = f(zaw.dom.plast)

Prezentowane za zgod

ą

autora F. de Larrarda

2010-12-28

13

Jak zawarto

ść

pyłu krzemionkowego wpływa

na wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie ?

f

c28

= f(zaw.pyłu krzem.)

Program „BETONLAB” – mo

ż

liwo

ść

analizy wpływu zawarto

ś

ci

składników na wła

ś

ciwo

ś

ci materiału

Prezentowane za zgod

ą

autora F. de Larrarda