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 m

3

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
ś

ciskanie (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 się

na podstawie klas

ekspozycji betonu, natomiast klasę cementu przyjmuje
się w oparciu o projektowaną klasę betonu.

Klasa cementu

Klasa cementu

Klasa wytrzyma

Klasa wytrzyma

ł

ł

o

o

ś

ś

ciowa betonu

ciowa betonu

32,5

32,5

C8/10

C8/10

÷

÷

C35/45

C35/45

42,5

42,5

C25/30

C25/30

÷

÷

C40/50

C40/50

52,5

52,5

powy

powy

ż

ż

ej C35/45

ej C35/45

Tabela. Zakresy
stosowania cementów
różnych klas

Projektowanie składu betonu

Na tym etapie projektowania składu betonu należy przyjąć
rodzaj

kruszywa

grubego

(naturalne,

łamane)

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/m

3

, zapewniających 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)

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.

1

Projektowanie składu betonu













+

=

5

.

0

2

W

C

A

f

cm













−

=

5

.

0

1

W

C

A

f

cm

- w przypadku, gdy C/W< 2,5

- w przypadku, gdy C/W ≥ 2,5

Równanie Bolomey`a:

f

cm

– średnia wytrzymałość projektowanego betonu na

ś

ciskanie. W przypadku, gdy projektant nie posiada

informacji

o

charakterystyce

wytrzymałościowej

projektowanego betonu zaleca się, aby do projektowania
przyjmować wytrzymałość średnią równą:

Projektowanie składu betonu

f

cm

= f

ck

+ (6÷12)MPa

f

ck

– wytrzymałość charakterystyczna betonu

A

1

, A

2

– współczynniki zależne od klasy cementu oraz rodzaju

kruszywa

grubego

(naturalne,

łamane).

Wartości

współczynników A

1

, A

2

przyjmuje się na podstawie tabeli:













−

=

5

.

0

1

W

C

A

f

cm

Równanie Bolomey`a

Rodzaj kruszywa

Rodzaj kruszywa

grubego

grubego

Wsp

Wsp

ó

ó

ł

ł

czynnik A

czynnik A

Klasa cementu

Klasa cementu

32,5

32,5

42,5

42,5

52,5

52,5

Naturalne

Naturalne

A

A

1

1

[

[

MPa

MPa

]

]

18

18

20

20

23

23

A

A

2

2

[

[

MPa

MPa

]

]

12

12

13

13

15

15

Ł

Ł

amane

amane

A

A

1

1

[

[

MPa

MPa

]

]

20

20

22

22

26

26

A

A

2

2

[

[

MPa

MPa

]

]

13.5

13.5

14,5

14,5

17.5

17.5

Projektowanie składu betonu













−

=

5

.

0

1

W

C

A

f

cm

Przekształcając równanie Bolomey`a
otrzymuje się wzór
na stosunek C/W:

5

,

0

1

+

=

A

f

W

C

cm

dla C/W< 2,5

W/C>0,4)

5

,

0

2

−

=

A

f

W

C

cm

dla C/W≥ 2,5

(W/C≤0,4)

Projektowanie składu betonu

Przyjmując klasę cementu oraz rodzaj kruszywa grubego,
zgodnie z równaniem Bolomey`a, średnia wytrzymałość na
ś

ciskanie projektowanego betonu f

cm

jest zależna od wartości

stosunku wodno – cementowego pod warunkiem, że:

- beton będzie dojrzewał w temperaturze 20

O

C ± 2

O

C i

wilgotności względnej powietrza ≥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 mieszczących się

w granicy

1,2≤C/W≤3,2.













−

=

5

.

0

1

W

C

A

f

cm

Projektowanie składu betonu

Projektowanie składu betonu

Warunek szczelności

Wyraża on, że suma objętości absolutnych wszystkich

składników zagęszczonej mieszanki betonowej wynosi
1000dm

3

, czyli 1 m

3

.

w którym: C, K, W – odpowiednio: ilość cementu,

kruszywa (mieszanki kruszyw) i wody w [kg/m

3

betonu],

ρ

c

, ρ

k

– odpowiednio: gęstość cementu i kruszywa

(mieszanki kruszyw) w [kg/m

3

].

ρ

c

= 3,1 kg/m

3

ρ

k

- w zależności od rodzaju kruszywa

1000

=

+

+

=

W

K

C

S

k

c

ρ

ρ

2

Projektowanie składu betonu

Równanie konsystencji (na ilość wody)

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 którym: w

c

– wodożądność cementu [dm

3

wody/kg

cementu], w

k

– wodożądność kruszywa [dm

3

wody/kg

kruszywa].
W, C, K – odpowiednio: ilość wody, cementu i mieszanki
kruszyw w kg/m

3

betonu.

k

c

w

K

w

C

W

⋅

+

⋅

=

3

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 mieszaniną 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

k

c

c

k

m

m

w

w

K

ρ

ρ

1

1

1

1000

+













+

⋅

−

=

K

m

w

w

W

c

k

⋅

⋅

−

=

1

W

m

C

⋅

=

[kg/m

3

]

[kg/m

3

]

[litry/m

3

]

gdzie:
K, W, C – odpowiednio ilość

kruszywa (mieszanki kruszyw),
wody i cementu w kg/m

3

betonu,

m – stosunek C/W;
ρ

c

, ρ

k

– odpowiednio gęstość

cementu i kruszywa,

w

c

, w

k

– odpowiednio

wodożądność cementu i
kruszywa.

Projektowanie składu betonu

Metoda doświadczalna

Najbardziej rozpowszechnioną w Polsce doświadczalną

metodą 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 się 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
ś

ciskanie 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/m

3

.

- sprawdzenie ilości zaprawy;
- sprawdzenie wyliczonej ilości cementu i kruszywa o

uziarnieniu poniżej 0,125 mm;