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;