PROJEKTOWANIE BETONÓW

Spis treści

1. Wstęp teoretyczny strony 2-5

2. Ćwiczenia

1. Projektowanie betonów o założonych właściwościach metodą doświadczalną (zaczynu)

strony 6-7

2. Projektowanie betonów o założonych właściwościach metodą wodożądności składników strony 8-9

3. Wykazanie niekorzystnego wpływu kruszywa o nieprawidłowym składzie ziarnowym na właściwości mieszanki betonowej i betonu strony 10-11

4. Oznaczenie klas zaprojektowanych betonów strony 12

3.Podsumowanie strony 13-15

4. Spis literatury strony 15

1.WSTĘP TEORETYCZNY

a.)Ważniejsze pojęcia i definicje

BETON ZWYKŁY - beton o gęstości pozornej nie mniejszej niż 1.8 kg/dm wykonany przy użyciu zaczynu cementowego , kruszywa mineralnego o frakcjach piaskowych i grubszych (o największych ziarnach większych niż 5 mm )oraz ewentualnych dodatków mineralnych i domieszek chemicznych .

W budownictwie drogowym i mostowym stosuje się tylko betony zwykle , do których zalicza się betony konstrukcyjne . Poza wymienionym podziałem w drogownictwie stosuje się dodatkowe określenia charakteryzujące cechy betonu np.:

CHUDY BETON - jest to beton o wytrzymałości na ściskanie w granicach 6do 9 MPa i zawartości cementu maks. 150 kg/m³

BETON NAPOWIETRZANY - zawierający dodatkowo wprowadzone powietrze w ilości nie mniejszej niż 3% objętości zagęszczonej masy .

Beton jest to sztuczny kamień powstały jak podaje wyżej definicja z kruszywa , cementu i wody , powstający w wyniku procesu wiązania i twardnienia cementu W zależności od ciężaru właściwego rozróżnia się :

• betony ciężkie o gęstości pozornej powyżej ρ_p.>2600 kg/m³ używany między innymi do wykonywania osłon reaktorów jądrowych ,jako ochrona przed promieniowaniem. Jako kruszywa używa się barytu lub limonitu.

• betony zwykłe o gęstości pozornej ρ_p.=2000-2600 kg/m³ , używany jako materiał konstrukcyjny do stropów nośnych betonowych i żelbetowych. Użyte kruszywo (mineralne naturalne lub łamane ) to żwir i piasek

• betony lekkie o gęstości pozornej ρ_p.<2600 kg/m³ używany jako materiał izolacyjny i konstrukcyjny . Używa się kruszywa : gruzu (gruzobeton ), żużlu ( żużlobeton ), trocin (trocinobeton ) , z porowatych kruszyw sztucznych tj . z łupkoporytu , keremzytu ,glinoporytu , pumeksu hutniczego i popiołoporytu

PIANOBETON - wykonany bez użycia kruszywa poprzez spieczenie zaczynu cementowego w wyniku dodania środków pianotwórczych

GAZOBETON - wykonany bez użycia kruszywa poprzez spieczenie zaczynu cementowego w wyniku dodania związków chemicznych rozkładających się z wydzieleniem gazu

Powyższe betony dzięki swej porowatej strukturze są dobrym izolatorem ciepła i bywają używane jako izolacje ciepłochronne

MIESZNKA BETONOWA - mieszanina wszystkich składników użytych do wykonania betonu przed i po zagęszczeniu , lecz przed rozpoczęciem betonu

ZACZYN CEMENTOWY - mieszanina cementu i wody , występująca w mieszance betonowej i w betonie

KONSYSTENCJA- betonu jest stanem ciekłości mieszanki betonowej i jest dobierana w zależności od rodzaju elementów konstrukcji i sposobu zagęszczania mieszanki betonowej. Konsystencja betonu zależy od ilości i jakości zaczynu cementowego w betonie oraz od uziarnienia , kształtu i powierzchni ziarn kruszywa

Konsystencja	Zastosowanie
Wilgotny	Wybory prefabrykowane , zagęszczone machanicznie Betony niekonstrukcyjne ubijane ręcznie
Gęstoplastyczny	Wyroby betonowe i żelbetowe ,zagęszczane mechanicznie Konstrukcje betonowe i żelbetowe i prefabrykowane przy stosowaniu wibratorów wgłębnych i powierzchniowych przy nieskomplikowanym kształcie Betony niekonstrukcyjne ubijane ręcznie
Plastyczny	Przeciętne konstrukcje betonowe i żelbetonowe i żelbetowe , zagęszczane mechanicznie za pomocą wibratorów wgłebnych i przyczepnych Wyroby betonowe i żelbetowe płytowe cienkościenne i zagęszcane wibratorami przyczepnymi i formowane w pozycji pionowej
Półciekły i ciekły	Betony konstrukcyjne ubijane ręcznie

Upłynnienie mieszanki betonowej można uzyskać przez zwiększenie ilości zaczynu cementowego lub zastosowanie plastyfikatorów. Konsystencją miesanki betonowej sprawdza się za pomocą :aparatu Ve-Be lub metody stożka opadowego

URABIALNOŚĆ - jest to właściwość mieszanki betonowej ,pozwalająca na dokładne i szczelne wypełnienie form bez rozdzielania się składników w czasie układania i zagęszczanie tej mieszanki . Urabialność betonu zależy od ilości i jakości zaprawy w betonie . Urabialność mieszanki betonowej polepsza się w miarę zwiększania ilości zaprawy , której jakość zależy od ilości cementu, wody i uziarnienia piasku lub kruszywa łamanego frakcji do 2mm .Urabialność mieszanki betonu można też poprawić przez dodanie do piasku mączki mineralnej lub popiołów lotnych w ilości 30% masy cementu .

W zależności od sposobu układania świeżej masy w formach rozróżnia się beton

• lany

• ubijany

• wibrowany

• prasowany

ZAPRAWA - jest to mieszanina cementu i wody oraz wszystkich składników przechodzących przez sito 2mm, występująca w mieszance betonowej i w betonie

KLASA BETONU - symbol liczbowo literowy (np. B25 ) klasyfikujący beton pod względem jego wytrzymałości na ściskanie ( określa wytrzymałość gwarantowaną betonu )

WYTRZYMAŁOŚĆ GWARANTOWANA -
jest to wytrzymałość na ściskanie w paskalach , zapewniona przez producenta z prawdopodobieństwem 95%

WYTRZYMAŁOŚĆ ŚREDNIA - betonu
jest to wytrzymałość na ściskanie w paskalach niezbędna dla uzyskania betonu o odpowiedniej wytrzymałości gwarantowanej

WYTRZYMAŁOŚĆ UMOWNA -
wytrzymałość na ściskanie w paskalach , określona dla próbek sześciennych o krawędzi 15 cm , po 28 dniach twardnienia w temperaturze 18
2^oC

b.) Podstawowe cechy betonu i mieszanki betonowej

Najważniejszą cechą decydującą o wartości betonu jest jego wytrzymałość na ściskanie .Z cementami portlandzkimi i hutniczymi - jako miarodajną przyjmuje się wytrzymałość betonu po 28 dniach twardnienia . Wytrzymałość betonu wzrasta wraz z ilością dodanego cementu , a maleje ze wzrostem ilości wody .

W budownictwie drogowym i mostowym , gdzie wszystkie konstrukcje pracują w bezpośrednim kontakcie z wodą i są narażone na niszczące działanie mrozu , równorzędną cechą jak wytrzymałość jest szczelność betonu i wynikająca z niej odporność na działanie wody i mrozu .Szczelny beton można otrzymać przez :

• odpowiedni dobór poszczególnych składników i określenie ich najlepszego wzajemnego stosunku w mieszance kruszywa;

• dodatek możliwie małej ilości wody , gdyż wtedy pozostaje mniejsza liczba porów po wyparowaniu wody biernej , tj. nie związanej z cementem

• staranne i jak najdłuższe polewanie betonu wodą w celu uniknięcia rys ze skurczu;

• uzyskanie gładkiej powierzchni betonu , wypływającej dodatkowo na jego przepuszczalność

Betony szczelne są odporniejsze na ścieranie , co jest bardzo pożądaną cechą , szczególnie w nawierzchni drogowych.

Uzyskanie szczelnego i dokładnego wypełnienia form bez rozdzielania składników mieszanki betonowej w czasie jej układania i zagęszczania jest uwarunkowane właściwą urabialnością i związaną z nią konsystencją mieszanki betonowej .Konsystencja mieszanki betonowej jest to stan ciekłości mieszanki , zależny przede wszystkim od ilości zaczynu cementowego. Polepszenie urabialności można uzyskać na skutek starannego doboru składu betonu lub przez stosowanie dodatków polepszających urabialność ( plastyfikatory ) , natomiast nie należy uzyskiwać jej przez zwiększenie zawartości wody w masie betonowej .

Poza podanymi uprzednio podstawowymi warunkami dla betonu ,tj. wytrzymałości , szczelności i konsystencji, beton powinno się uodpornić na destrukcyjne działanie takich czynników , jak np soli używanej do zwalczania gołoledzi (nawierzchnie drogowe ) i wody agresywnej (przepusty , podpory mostowe) ,powodującej korozję betonu.

c.) Ustalenie składu betonu

Skład betonu może być ustalony dowolną metodą , ale powinien być sprawdzony doświadczalnie na podstawie badań wstępnych z uwzględnieniem rzeczywistych warunków wykonywania betonu . Beton o wymaganych właściwościach należy uzyskać przy najmniejszej ilości cementu . Przy ustalaniu składu trzeba uwzględniać : cechy fizyczne betonu wynikające z jego funkcji w konstrukcji ( porowatość , uziarnienie ) , wytrzymałość umowną ,konsystencje i urabialność .

Ustalenie składu betonu polega na ogół na :

• doborze uziarnienia kruszywa

• doborze ilości i jakości cementu

• doborze urabialności i konsystencji

• obliczeniu ilości poszczególnych składników

• wykonaniu próbnych mieszanek

• ustaleniu roboczego składu betonu

• sprawdzeniu wytrzymałości próbek

2. ĆWICZENIA

2.a) Ćwiczenie 22 kwiecień 98

TEMAT: PROJEKTOWANIE BETONÓW O ZAŁOŻONYCH WŁAŚCIWIŚCIACH METODĄ DOŚWIADCZALNĄ ( ZACZYNU ).

Metoda zaczynu jest połączeniem metody obliczeniowej z doświadczalną i dzięki swojej prostocie jest często stosowana , szczególnie do projektowania małych ilości betonu .

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. WYZNACZAMY DANE

Do badań użyjemy kruszywa łamanego , cementu portlandzkiego 35 . Konsystencja założona to plastyczna.

Z tablic odczytano , że wskaźnik A₁= 20

Wyznaczona klasa betonu to B 15 stąd :
wytrzymałość gwarantowana

A wytrzymałość umowna

Ze wzoru Bolomeja

Dobieramy odpowiednią ilość kruszywa w zależności od wielkości forem . Wielkość forem to :15/15/15 cm

2. POSTĘPOWANIE

Wyznaczamy kroczki - ilość cementu i wody potrzebna do wymieszania z piaskiem , którego masa została powyżej obliczona

NR	CEMENT [ kg ]	WODA [ dm^3 ]
1	3
2	1,5
3	1

Do piasku dosypaliśmy cementu i dolaliśmy wody wyznaczonej z proporcji . Konsystencje wyznaczaliśmy w ten sposób , że do cylindra pomiarowego w kształcie ściętego stożka wkładaliśmy zaprawę cementową .Zaprawę wkładaną podzieliśmy na 3 porcje , każdą ubijając po 25 razy prętem stalowym o wymiarach podanych w normie . Następnie podnieśliśmy cylinder i obserwowaliśmy o ile centymetrów opadnie stożek z zaprawy. Po otrzymaniu odpowiedniej konsystencji układaliśmy zaprawę cementową w przygotowanych formach . Formy umieściliśmy na stole wstrząsowym i ręcznie wyrównaliśmy powierzchnie betonu .

3.OBLICZENIA KOŃCOWE

Wyznaczyliśmy gęstość zaprawy ważąc masę formy i masę formy z zaprawą . Objętość formy a zarazem zaprawy znamy

OBJĘTOŚĆ	MASA		GĘSTOŚĆ
	Masa formy	13,53 [ kg ]
		Masa form+zapr		21,52 [ kg ]
		Masa zaprawy		7,99 [ kg ]

Objętość betonu

Obliczamy skład 1m³ zaprawy

NAZWA	WZRÓR	OBLICZENIA	WYNIK
CEMENT
KRUSZYWO
WODA

Przygotowany beton zaformowywujemy .Po okresie dojrzewania należy przeprowadzić próbę wytrzymałościową (ściskanie jednoosiowe wykonanych próbek w prasie hydraulicznej).Uzyskany wynik powinien być zgodny z założoną wytrzymałością betonu, a więc powinniśmy uzyskać beton B15.

2.b.) Ćwiczenie 29 kwiecień 98

TEMAT: PROJEKTOWANIE BETONÓW O ZAŁOŻONYCH WŁAŚCIWIŚCIACH METODĄ WODOŻĄDNOŚCI SKŁADNIKÓW.

Każdy składnik mieszanki betonowej zgłasza pewien stopień zapotrzebowania na wodę. Ilość potrzebnej wody zależy od kruszywa , spoiwa i jaką chcemy otrzymać konsystencję.

W tej metodzie dostosowujemy skład betonu do założonej konsystencji, planowanego stopnia zagęszczenia mieszanki betonowej oraz wymaganej wytrzymałości na ściskanie po stwardnieniu.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. DANE DO OBLICZEŃ

Do badań użyliśmy kruszywa łamanego ( mieszanka żwirowo - piaskowa ) , cementu portlandzkiego 35 . Konsystencja założona to plastyczna. Złożyliśmy otrzymanie betonu B-15. Z tablic odczytano wskaźnik A₁= 20

Na początku ćwiczeń doświadczalnie zmierzyliśmy procentowy udział frakcji w kruszywie .Z tablic odczytaliśmy wskaźniki wodożądności .Mając te dane obliczyliśmy wskaźnik wodożądności dla kruszywa [ w_k] .

SITA	% UDZIAŁ	WSKAŹNIK WODOŻĄDNOŚCI
0 - 0,125	8,3	0,239	1,9837
0,125 - 0,25	5,1	0,122	0,6222
0,25 - 0,5	12,2	0,084	1,0248
0,5 - 1	18,3	0,058	1,0614
1 - 2	25,8	0,043	1,1094
2 - 4	19,9	0,032	0,6368
4 - 8	9,6	0,026	0,2496
8 - 16	0,8	0,02	0,016
	100%		6,7039
0,067

Podnosimy wskaźnik wodożądności dla kruszywa o 1,1 stąd :

Przyjmujemy następujące gęstości :

Cementu g_c = 3,1

Kruszywa g_k = 2,9

Dla konsystencji plastycznej wskaźnik wodożądności cementu wynosi :w_c = 0,29

Ze wzoru Bolomeja

2.) OBLICZENIA KOŃCOWE

	WZÓR	PODSTAWIEMIA	WYNIKI	Inne grupy
CEMENT			357	450 441 462
KRUSZYWO			1872	1597 1647 1577
WODA			242	311 304 293

3.)DANE Z NOMOGRAMU

Znając stosunek R/A ze wzoru Bolomeja oraz wskaźniki wodożądności dla kruszywa łamanego odczytuje z wykresów odpowiednie ilości cementu , wody , kruszywa potrzebnego na 1 m³ betonu.

CEMENT	300
WODA	200
KRUSZYWO	2050

Jak widać nasze wyniki odbiegają nieco od danych z monogramu. Może to być spowodowane niedokładnością wykonania, ułomnością elementów składowych, niedokładnym odważaniem składników.

2.c.) Ćwiczenie 6 maj 98

TEMAT: WYKAZANIE NIEKORZYSTNEGO WPŁYWU KRUSZYWA O NIEPRAWIDŁOWYM SKŁADZIE ZIARNOWYM NA WŁAŚCIWOŚCI MIESZANKI BETONOWEJ I BETONU

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. DANE DO OBLICZEŃ

Do badań użyliśmy podobne materiały jak ćwiczeniach poprzednich to znaczy : cementu portlandzkiego 35, kruszywa łamanego ( ubogie w ziarno drobne ) ,. Konsystencja założona to plastyczna. Złożyliśmy otrzymanie betonu B-15.

			Grupa 1	Grupa 2
KRUSZYWO	SITA	% UDZIAŁ	Masa [ kg ]	Masa [ kg ]
		2 - 4	25	3,5	4,75
		4 - 8	50	7	9,50
		8 - 16	25	3,5	4,75
			100%	14	19
	ILOŚĆ CEMENTU		1,5	2
	ILOŚĆ WODY		1,0	1,35

2.OBLICZENIA KOŃCOWE

Wyznaczyliśmy gęstość zaprawy ważąc masę formy i masę formy z zaprawą . Objętość formy a zarazem zaprawy znamy

OBJĘTOŚĆ	MASA		GĘSTOŚĆ
	Masa formy	13,53 [ kg ]
		Masa form+zapr		20,51 [ kg ]
		Masa zaprawy		6,98 [ kg ]

Objętość betonu

Obliczamy skład 1m³ zaprawy

NAZWA	WZRÓR	OBLICZENIA	WYNIK
CEMENT
KRUSZYWO
WODA

Wykonywana mieszanka betonowa była trudna do uformowania. Brak drobnych frakcji niekorzystnie wpłynął na konsystencję i urabialność . Zmiana uziarnienia może mieć wpływ na późniejszą wytrzymałość.

2.d.) Ćwiczenie 13 maja 98

TEMAT: OZNACZENIE KLAS ZAPROJEKTOWANYCH BETONÓW

PRZEBIEG ĆWICZENIA

Na dzisiejszych ćwiczeniach mieliśmy poddać wykonane próbki z betonu badaniom ( próbie )wytrzymałości na ściskanie . W związku z tym ,że maszyna została uszkodzona zanim przeprowadziliśmy wszystkie oznaczenia - wyniki będą niepełne .

GRUPA	RODZAJ BETONU	Naprężenie prasy σ [ MPa ]	Fn [ KN ]	Ri [ MPa ]	R28 [ MPa ]	R15 / 28 [ MPa ]	R 15/28 śr [ MPa ]	KLASA BATONU
GRUPA I	NATURALY	15 / 21 8	490,5	21,8	22,67	22,67	20,83	14,9
				15 / 21 8	490,5	21,8			22,67	22,67
				10 / 21 3	183,15	18,31			19,04	17,14
			UŁOMNY	15 / 7 0,5	30,07	1,34			1,73	1,73	1,85	15,1
				15 / 7 0,5	30,07	1,34			1,73	1,73
				10 / 7 0,3	18,05	1,80			2,32	2,09
		GRUPA II	NORMALNY	10 / 21 3,5	210	21			22,1	19,9	18,20	15,5
				10 / 21 3,0	180	18			18,94	17,1
				10 / 21 3,5	210	21			22,1	19,9
				10 / 21 3,0	180	18			18,94	17,1
				10 / 21 3,0	180	18			18,94	17,1

4. PODSUMOWANIE

Zaprojektowane składy betonu a późniejsze betony ( formy ) w przybliżeniu spełniają założone właściwości . Z dużym prawdopodobieństwem otrzymaliśmy beton klasy 15. Poszczególne grupy mają zbliżone do siebie wartości .

Na cechy wytrzymałościowe betonu nie wpływa tylko rodzaj metody projektowania ale także warunki jego wykonywania, układania, wibrowania (mechaniczne lub ręczne zagęszczanie mieszanki betonowej w celu wyeliminowania porów), a przede wszystkim sposób pielęgnacji (zapewnienie odpowiednich warunków temperaturowo-wilgotnościowych w okresie dojrzewania betonu).

Poniższy wykres przedstawia zestawienie wytrzymałości próbek betonu

Z powyższego wykresu wnioskować można , że beton ułomny ma znacznie niższą wytrzymałość w stosunku do betonu wykonanego z pełnej frakcji ( normalny ).

Metod projektowania składu mieszanek betonowych jest bardzo wiele. To którą zastosujemy zależy od tego na co chcemy położyć największy nacisk, jaki beton chcemy uzyskać, do czego będzie on przeznaczony i jakich parametrów od niego oczekujemy.

ZESTAWIENIE DANYCH - ILOŚĆ POSZCZEGÓLNYCH SKŁADNIKÓW W KOLEJNYCH ĆWICZENIACH

		CEMENT	KRUSZYWO	WODA	OBJĘTOŚĆ	GĘSTOŚĆ
Ilość użytego materiału	Ćwiczenie1	5,5 [ kg ] 2,85 2,95	19 [ kg ] 14 14	3, 7 [ dm^3 ] 1,94 2	11,9 8,06 8,50	2,37 2,33 2,38
		Ćwiczenie 2
		Ćwiczenie 3	2 [ kg ] 1,5 1,5	19 [ kg ] 18 14	1,35 [ dm^3 ] 1 1	10,8 10,62 9,27	2,06 1,93 1,78
	Skład 1m^3 zaprawy	Ćwiczenie1 Średnia:	449 441,2 450	1577 1647,1 1606	304 292,9 302,3
		Ćwiczenie 2 Średnia:	357 450 441 462 427,5	1872 1597 1647 1577 1673,25	242 311 304 293 287,5
		Ćwiczenie 3 Średnia:	174,43 161,8 173,8	1634,88 1510,2 1635	119,89 107,9 117,59

Objaśnienie

Na niebiesko są zaznaczone dane z grupy I ,która przeprowadziła badanie wytrzymałości . Na kolor szary - wyniki grupy II

Wykres przedstawia zestawienie ilościowe poszczególnych składników betonu w kolejnych ćwiczeniach - metodach projektowania składu betonu

Z powyższego wykresu widać , że metoda przeprowadzona w trzecim ćwiczeniu jest najbardziej ekonomiczna , gdyż ilość cementu przypadająca na 1m³ jest najmniejsza.

Z powyższego zastawienia gęstości można wnioskować , że beton „ułomny ”ma mniejszą gęstość . Może mieć to wpływ na jego szczelność, porowatość , nasiąkliwość oraz odporność na działanie wilgoci i mrozu .

5. SPIS LITERATURY

• Mgr inż. Edward Tylman „ Technologia materiałów drogowych ”

• Mgr inż. Stefan Rolla „Badania materiałów i nawierzchni drogowych”

• Norma „Beton zwykły”nr PN-88 /B-06350

• Encyklopedia powszechna PWN

• Jerzy Kołakowski „Materiały budowlane z technologią betonu”

Politechnika Wrocławska Wydział Budownictwa

Filia w Legnicy Lądowego i Wodnego

Rok 2 Sem.4

SPRAWOZDANIE NR 4

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z TECHNOLOGII

BETONÓW I ZAPRAW

Projekt wykonali:

Dorota Piórkowska

Paweł Wac

Tomasz Kaziuk

Rok akademicki 1997/98 Piotr Pupin

Grupa 1

7

cyfry przy kwadracikach oznaczają rozmiar i czas twardnienia

siła odczytana

z tabeli normowej

naprężenie - siła dzielona przez powierzchnie

Przeliczenie forem z 10 na 15. .Z normy odczytujemy =0,9

Wartość otrzymana przez podzielnie Ri przez 0,94 (odczytane z tabeli normowej )

Wartość otrzymujemy przez podzielenie R śr przez wskaźnik odczytany z normy zależny od ilości badanych próbek betonu .Dla grupy I = 1,15

Dla grupy II = 1,10

---