Projektowanie składu betonu
Co to znaczy
zaprojektować skład
betonu ???
Projektowanie składu betonu polega na ustaleniu
poszczególnych jego składników (a więc cementu, wody,
kruszywa drobnego i grubego oraz ewentualnych
domieszek i dodatków) w kg (lub litrach) na 1 m3
zagęszczonej mieszanki betonowej.
Projektowanie składu betonu
Proces projektowania składu betonu składa się z czterech
etapów:
(1) zdefiniowanie przeznaczenia projektowanego betonu;
(2) jakościowe projektowanie składu betonu;
(3) ilościowe projektowanie składu betonu;
(4) doświadczalne sprawdzenie poprawności składu betonu.
Projektowanie składu betonu
(1) Zdefiniowanie przeznaczenia betonu projektowanego
Zdefiniowanie przeznaczenia betonu polega na opracowaniu
specyfikacji, w której formułuje się wymagania stawiane
betonowi:
przeznaczenie betonu (wymiary konstrukcji), wytrzymałość na
ściskanie (klasa wytrzymałościowa), klasa konsystencji
mieszanki betonowej, warunki pielęgnacji, warunki
użytkowania, klasa ekspozycji, klasa zawartości chlorków,
oraz ewentualnie dodatkowe cechy.
Ponadto należy ustalić w porozumieniu z wykonawcą robót
betonowych klasę konsystencji mieszanki betonowej, sposób
jej układania i zagęszczania.
Projektowanie składu betonu
(2) Jakościowe projektowanie
Polega ono na doborze składników oraz określeniu ich
właściwości zgodnie z wymaganiami norm (należy sprawdzić
jakość przyjętych wszystkich składników).
Wybór klasy i rodzaju cementu zależy od żądanych
właściwości betonu oraz od warunków jego dojrzewania i
eksploatacji.
Rodzaj cementu przyjmuje siÄ™ na podstawie klas
ekspozycji betonu, natomiast klasÄ™ cementu przyjmuje
siÄ™ w oparciu o projektowanÄ… klasÄ™ betonu.
Klasa cementu Klasa wytrzymałościowa betonu Tabela. Zakresy
Klasa cementu Klasa wytrzymałościowa betonu
stosowania cementów
32,5 C8/10 ÷ C35/45
32,5 C8/10 ÷ C35/45
różnych klas
42,5 C25/30 ÷ C40/50
42,5 C25/30 ÷ C40/50
52,5 powyżej C35/45
52,5 powyżej C35/45
Projektowanie składu betonu
Na tym etapie projektowania składu betonu należy przyjąć
rodzaj kruszywa grubego (naturalne, Å‚amane) oraz
maksymalny wymiar ziaren kruszywa (najczęściej do 16 mm).
Należy także przyjąć ewentualne domieszki i dodatki.
Projektowanie składu betonu
(3) Projektowanie ilościowe
Jest to postępowanie prowadzące do ustalenia ilości składników
mieszanki betonowej w kg/m3, zapewniajÄ…cych uzyskanie
założonych właściwości mieszanki betonowej i betonu,
podanych w specyfikacji.
Przed przystąpieniem do projektu składu mieszanki betonowej
należy skomponować mieszankę kruszyw.
Komponowanie mieszanki kruszyw polega na doborze w
odpowiednich proporcjach piasku oraz najczęściej kruszywa o
uziarnieniu 2-8 mm i kruszywa 8-16mm. Krzywa uziarnienia
skomponowanej mieszanki kruszyw musi znajdować się w polu
krzywych granicznych.
Piasek + Kruszywo (2-8mm) + Kruszywo (8-16mm) = Mieszanka kruszyw
Projektowanie składu betonu
Po skomponowaniu mieszanki kruszyw należy przejść do
projektowania składu betonu.
W literaturze jest dostępnych kilkadziesiąt metod
projektowania betonów zwykłych. Metody te można umownie
podzielić na metody obliczeniowe, doświadczalne i
doświadczalno  obliczeniowe.
Najczęściej stosowane metody to:
- metoda doświadczalna (iteracyjna, zaczynowa);
- metoda Bukowskiego;
- metoda Kluza  Eymana;
- metoda zalecana przez ITB (Instytut Techniki Budowlanej).
Projektowanie składu betonu
Podstawą do ilościowego zaprojektowania składu mieszanki
betonowej stanowią równania, wyrażające trzy warunki
technologiczne, które umożliwiają uzyskanie mieszanki
betonowej o wymaganych właściwościach oraz betonu o
projektowanej wytrzymałości.
Warunki technologiczne:
1)Warunek wytrzymałościowy (zwany równaniem
Bolomey`a);
2)Warunek na ilość wody (konsystencji);
3)Warunek szczelności.
Projektowanie składu betonu
Warunek wytrzymałości (równanie Bolomey`a)
1
W równaniu Bolomey`a, przyjęta wytrzymałość
charakterystyczna betonu (na podstawie klasy
wytrzymałościowej betonu) prowadzi do obliczenia
stosunku cementowo  wodnego (C/W) lub jego
odwrotności (W/C).
Wyliczenie stosunku C/W stanowi zasadniczy punkt wyjścia w
projektowaniu betonu dostępnymi metodami.
Projektowanie składu betonu
Równanie Bolomey`a:
C
fcm = A1ëÅ‚ - 0.5öÅ‚
ìÅ‚ ÷Å‚
- w przypadku, gdy C/W< 2,5
íÅ‚W Å‚Å‚
C
-
fcm = A2ëÅ‚ + 0.5öÅ‚ w przypadku, gdy C/W e" 2,5
ìÅ‚ ÷Å‚
íÅ‚W Å‚Å‚
fcm  średnia wytrzymałość projektowanego betonu na
ściskanie. W przypadku, gdy projektant nie posiada
informacji o charakterystyce wytrzymałościowej
projektowanego betonu zaleca siÄ™, aby do projektowania
przyjmować wytrzymałość średnią równą:
Projektowanie składu betonu
Równanie Bolomey`a
C
fcm = fck + (6÷12)MPa fcm = A1ëÅ‚ - 0.5öÅ‚
ìÅ‚ ÷Å‚
íÅ‚W Å‚Å‚
fck  wytrzymałość charakterystyczna betonu
A1, A2  współczynniki zależne od klasy cementu oraz rodzaju
kruszywa grubego (naturalne, łamane). Wartości
współczynników A1, A2 przyjmuje się na podstawie tabeli:
Klasa cementu
Klasa cementu
Rodzaj kruszywa Współczynnik A
Rodzaj kruszywa Współczynnik A
grubego
grubego
32,5 42,5 52,5
32,5 42,5 52,5
A1 [MPa] 18 20 23
A1 [MPa] 18 20 23
Naturalne
Naturalne
A2 [MPa] 12 13 15
A2 [MPa] 12 13 15
A1 [MPa] 20 22 26
A1 [MPa] 20 22 26
A
amane
A
amane
A2 [MPa] 13.5 14,5 17.5
A2 [MPa] 13.5 14,5 17.5
Projektowanie składu betonu
C
Przekształcając równanie Bolomey`a
fcm = A1ëÅ‚ - 0.5öÅ‚
ìÅ‚ ÷Å‚
íÅ‚W Å‚Å‚
otrzymuje się wzór
na stosunek C/W:
C fcm
dla C/W< 2,5 W/C>0,4)
= + 0,5
W A1
C fcm
dla C/We" 2,5 (W/Cd"0,4)
= - 0,5
W A2
Projektowanie składu betonu
C
fcm = A1ëÅ‚ - 0.5öÅ‚
ìÅ‚ ÷Å‚
íÅ‚W Å‚Å‚
PrzyjmujÄ…c klasÄ™ cementu oraz rodzaj kruszywa grubego,
zgodnie z równaniem Bolomey`a, średnia wytrzymałość na
ściskanie projektowanego betonu fcm jest zależna od wartości
stosunku wodno  cementowego pod warunkiem, że:
- beton będzie dojrzewał w temperaturze 20OC ą 2O C i
wilgotności względnej powietrza e"95%. Ponadto warunek
Bolomey`a jest aktualny tylko dla betonów:
- nie zawierających w swoim składzie domieszek i dodatków,
- nie podlegających dodatkowym obróbkom,
- o stosunkach C/W mieszczÄ…cych siÄ™ w granicy
1,2d"C/Wd"3,2.
Projektowanie składu betonu
Projektowanie składu betonu
Warunek szczelności
2
Wyraża on, że suma objętości absolutnych wszystkich
składników zagęszczonej mieszanki betonowej wynosi
1000dm3, czyli 1 m3.
C K
S = + +W = 1000
Ác Ák
w którym: C, K, W  odpowiednio: ilość cementu,
kruszywa (mieszanki kruszyw) i wody w [kg/m3 betonu],
Ác, Ák  odpowiednio: gÄ™stość cementu i kruszywa
(mieszanki kruszyw) w [kg/m3].
Ác = 3,1 kg/m3
Ák - w zależnoÅ›ci od rodzaju kruszywa
Projektowanie składu betonu
Równanie konsystencji (na ilość wody)
3
Wyraża ono, że ilość wody zarobowej stanowi sumę ilości
wody, jaką należy dodać do cementu i kruszywa, w celu
uzyskania założonej (w specyfikacji) klasy konsystencji
mieszanki betonowej.
W = C Å" wc + K Å" wk
w którym: wc  wodożądność cementu [dm3 wody/kg
cementu], wk  wodożądność kruszywa [dm3 wody/kg
kruszywa].
W, C, K  odpowiednio: ilość wody, cementu i mieszanki
kruszyw w kg/m3 betonu.
Projektowanie składu betonu
Metody obliczeniowe projektowania składu betonu polegają na
rozwiązaniu układu trzech równań (wytrzymałości, szczelności
i konsystencji) z trzema niewiadomymi na ilość cementu (C),
wody (W) i kruszywa (K), przy czym kruszywo K jest
traktowane jako jeden składnik, mimo, że w rzeczywistości jest
ono mieszaninÄ… piasku i kruszywa grubego.
Z tego powodu przed przystąpieniem do projektowania składu
betonu, należy wcześniej dobrać optymalne zmieszanie
kruszyw (skomponować mieszankę kruszyw).
Projektowanie składu betonu
Metoda Bukowskiego
1000
K =
[kg/m3]
ëÅ‚ öÅ‚
wk
m 1
ìÅ‚ ÷Å‚
+1÷Å‚ +
ìÅ‚
1- wc Å" m Ác Ák
íÅ‚ Å‚Å‚
gdzie:
K, W, C  odpowiednio ilość
wk
kruszywa (mieszanki kruszyw),
[litry/m3]
W = Å" K
wody i cementu w kg/m3 betonu,
1- wc Å" m
m  stosunek C/W;
Ác , Ák  odpowiednio gÄ™stość
cementu i kruszywa,
[kg/m3]
wc, wk  odpowiednio
C = m Å"W
wodożądność cementu i
kruszywa.
Projektowanie składu betonu
Metoda doświadczalna
Najbardziej rozpowszechnioną w Polsce doświadczalną
metodÄ… projektowania mieszanki betonowej jest metoda
opracowana przez profesora Kuczyńskiego, zwana metodą
kolejnych przybliżeń, zaczynową lub iteracji. Iteracyjny
sposób projektowania polega na tym, że oddzielnie
przygotowany zaczyn cementowy o wyliczonym stosunku
cementowo  wodnym dodaje siÄ™ sukcesywnie do mieszanki
kruszyw, aż do uzyskania założonej w specyfikacji klasy
konsystencji mieszanki betonowej.
Projektowanie składu betonu
(4) Doświadczalne sprawdzenie poprawności składu
betonu
Jest to postępowanie zmierzające do kontroli
zaprojektowanego betonu. Należy sprawdzić, czy zostały
spełnione wszystkie cechy mieszanki betonowej i betonu,
podane w specyfikacji betonu projektowanego.
Ocena taka obejmuje min.:
- kontrolę podanych w specyfikacji właściwości mieszanki
betonowej i betonu: klasy konsystencji mieszanki
betonowej, stopnia napowietrzenia, wytrzymałości na
ściskanie betonu, mrozoodporności, ścieralności, i inne
podane w specyfikacji betonu projektowanego.
- sprawdzenie ilości cementu z wymaganiami normowymi.
Ilość cementu nie może być mniejsza od ilości podanej
w normie, w zależności od klasy ekspozycji). Maksymalna
ilość cementu nie powinna przekracza 500kg/m3.
- sprawdzenie ilości zaprawy;
- sprawdzenie wyliczonej ilości cementu i kruszywa o
uziarnieniu poniżej 0,125 mm;