ogolne zasady projektowania betonów wysokowytrzymałościowych

background image

budownictwo • technologie • architektura

29

Na wst´pie nale˝y podkreÊliç, ˝e omawiana grupa
nowoczesnych kompozytów betonowych wywodzi
si´ wprost z tradycyjnego betonu zwyk∏ego. Stano-
wi ona bowiem jeden z efektów konsekwentnej i od
dziesiàtków lat prowadzonej modyfi kacji tradycyj-
nego betonu cementowego. Podstawowym celem
tej modyfi kacji by∏o redukowanie pewnych „przy-
rodzonych” mankamentów tego materia∏u. Betony
wysokowartoÊciowe stanowià doskona∏y przyk∏ad,
jak stopniowo eliminujàc lub znacznie ograniczajàc
niedostatki materia∏u tradycyjnego, uzyskaç
mo˝na tworzywo o

nowych, korzystniejszych

w∏aÊciwoÊciach. Warto w tym miejscu podkreÊliç,
˝e grupa betonów wysokowartoÊciowych to nadal
grupa betonów cementowych, tyle ˝e wykonywa-
nych z nowoczesnych spoiw cementowych wyso-
kiej jakoÊci. Dodatkowymi wyró˝nikami tych beto-
nów sà ma∏e wartoÊci wskaênika wodno-spoiwowe-
go i nieroz∏àcznie z tym zwiàzana koniecznoÊç sto-
sowania nowoczesnych domieszek plastyfi kujàcych
lub up∏ynniajàcych. W

przypadku betonów

o najwy˝szych wytrzyma∏oÊciach konieczne jest
tak˝e stosowanie dodatków mineralnych, zw∏aszcza
zaÊ py∏u krzemionkowego. Jak widaç, wspomnia-
ne ograniczanie niedostatków betonu zwyk∏ego
– traktowanego jako prosty trójsk∏adnikowy uk∏ad
sk∏adajàcy si´ z cementu, kruszywa i wody – nie
by∏oby mo˝liwe bez post´pu w innych dziedzinach:
chemii i technologii cementu oraz chemii polime-
rów. Pierwsze da∏o technologowi betonu ca∏y wa-

chlarz spoiw o ró˝nych w∏aÊciwoÊciach, zaÊ drugie
zaowocowa∏o pojawieniem si´ kolejnych generacji
Êrodków uplastyczniajàcych i up∏ynniajàcych.
W kraju betonami wysokowartoÊciowymi BWW
(ang. HPC – high performance concrete) przyj´to
umownie nazywaç betony klas powy˝ej B50, któ-
re oprócz wysokiej wytrzyma∏oÊci na Êciskanie
charakteryzujà si´ tak˝e i innymi cechami tech-
nicznymi na podwy˝szonym poziomie. Cechy te to
g∏ównie trwa∏oÊç w warunkach oddzia∏ywania czyn-
ników Êrodowiskowych, niska przepuszczalnoÊç
dla Êrodowiskowych mediów ciek∏ych i gazowych,
wysoka odpornoÊç na Êcieranie itp.
G∏ównymi powodami si´gania przez konstrukto-
rów po betony wysokowartoÊciowe jest mo˝liwoÊç
zmniejszenia przekrojów elementów i dzi´ki temu
istotne obni˝enie ci´˝aru w∏asnego konstrukcji oraz
uzyskanie elementów o wysokiej trwa∏oÊci.

Ogólne zasady projektowania
Projektowanie sk∏adu ka˝dego betonu, w

tym

tak˝e betonów wysokowartoÊciowych, opiera si´
w ogólnoÊci na odpowiednim:
– kszta∏towaniu w∏aÊciwoÊci i doborze iloÊciowym

zaczynu cementowego (sk∏adajàcego si´ w przy-
padku BWW z cementu, ewentualnego dodatku
mineralnego, wody i domieszki up∏ynniajàcej)

– doborze jakoÊciowym i iloÊciowym kruszywa
– kszta∏towaniu jakoÊci wi´zów (przyczepnoÊci)

mi´dzy zaczynem i ziarnami kruszywa.

Ogólne zasady projektowania
betonów wysokowartoÊciowych

By projektowaç sk∏ad betonów wysokowartoÊciowych, konieczna jest znajomoÊç nowych, mo˝e nieco bardziej
skomplikowanych doÊwiadczalnych zale˝noÊci mi´dzy jakoÊciowym i iloÊciowym sk∏adem materia∏u
a jego w∏aÊciwoÊciami na etapie mieszanki i betonu stwardnia∏ego.

projektowanie betonów

fot. Micha∏ Braszczyƒski

background image

Numer specjalny 2003: Domieszki do betonu

30

Nale˝y tu podkreÊliç, ˝e obydwa najwa˝niejsze wy-
magania stawiane BWW (wysoka wytrzyma∏oÊç na
Êciskanie i wysoka trwa∏oÊç) sà zbie˝ne, bowiem
czynniki, dzi´ki którym mo˝liwe jest uzyskanie
wysokich wytrzyma∏oÊci sprzyjajà równoczeÊnie
wysokiej trwa∏oÊci i

vice versa. Reasumujàc,

aby uzyskaç beton o

mo˝liwie najwy˝szej

wytrzyma∏oÊci i najni˝szej przepuszczalnoÊci dla
mediów zewn´trznych – która zazwyczaj w sposób
dominujàcy decyduje o trwa∏oÊci – konieczne sà:

maksymalizacja wytrzyma∏oÊci (a wi´c
i szczelnoÊci) stwardnia∏ego zaczynu, zwiàzana
g∏ównie z minimalizacjà wskaênika wodno-spo-
iwowego oraz stosowaniem odpowiednich do-
datków mineralnych i

domieszek chemicz-

nych umo˝liwiajàcych, przy z

regu∏y bardzo

ma∏ej zawartoÊci wody, uzyskanie odpowiedniej
urabialnoÊci mieszanki

maksymalizacja wytrzyma∏oÊci i

szczelnoÊci

materia∏u kruszywa, zwiàzana z

doborem

materia∏u kruszywa i jego uziarnieniem

– maksymalizacja mocy wi´zów, jakie ∏àczà oby-

dwa te komponenty oraz szczelnoÊci strefy sty-
kowej, co zwiàzane jest z obydwoma wymienio-
nymi wy˝ej czynnikami.

Nie mo˝na tu oczywiÊcie zapominaç o nies∏ychanie
wa˝nej roli innych czynników technologicznych,
jak efektywnoÊç zag´szczania mieszanki betono-
wej, czas i warunki piel´gnacji itp.

Projektowanie jakoÊciowe, podstawowe
wymagania dotyczàce sk∏adników BWW
Dla wykonania scharakteryzowanego wczeÊniej
betonu wysokowartoÊciowego konieczne jest, co
oczywiste, stosowanie sk∏adników o odpowiednich
w∏aÊciwoÊciach. Dotyczy to spoiwa cementowego,
kruszywa, domieszki up∏ynniajàcej oraz ewentual-
nych dodatków mineralnych.
Je˝eli mowa o cemencie, to najcz´Êciej zaleca si´
stosowanie spoiw o

rzeczywistej wytrzyma∏oÊci

na Êciskanie nie mniejszej od oko∏o 45 MPa

oraz o

sk∏adzie mineralogicznym i

rozdrobnieniu

pozwalajàcym na uzyskanie szczelnej mikrostruk-
tury ukszta∏towanego ju˝ stwardnia∏ego zaczynu.
Poniewa˝ betony BWW sà z regu∏y wykonywane
z udzia∏em domieszek up∏ynniajàcych (superplasty-
fi katorów), zaleca si´, aby stosowany cement zawie-
ra∏ mo˝liwie ma∏o (<10%) glinianu trójwapniowego
C

3

A. ZawartoÊç tego sk∏adnika wp∏ywa bowiem istot-

nie na efekt up∏ynnienia mieszanki betonowej i jej
stabilnoÊç w czasie.
Kruszywo kamienne, którego materia∏ posiada niemal
zawsze lepsze w∏aÊciwoÊci ni˝ stwardnia∏y zaczyn ce-
mentowy, powinno byç dobrej jakoÊci, z surowca skal-
nego o mo˝liwie wysokiej wytrzyma∏oÊci, o ziarnach
posiadajàcych kszta∏t i powierzchni´ sprzyjajàce uzy-
skaniu wysokiej przyczepnoÊci zaczynu oraz o uziar-
nieniu zapewniajàcym mo˝liwie niskà jamistoÊç sto-
su okruchowego (minimalizacja zawartoÊci zaczy-
nu, jako sk∏adnika o w∏aÊciwoÊciach mniej korzyst-
nych). Zalecany maksymalny wymiar ziarna nie po-
winien przekraczaç 10 do 15 mm (w krajowej prak-
tyce 16 mm). Stosowanie wi´kszych ziaren powodu-
je zwi´kszenie niejednorodnoÊci materia∏u oraz sprzy-
ja koncentracji napr´˝eƒ w wyt´˝onym materiale,
a w konsekwencji obni˝enie jego wytrzyma∏oÊci.
Ze wzgl´du na wspomnianà ju˝ koniecznoÊç stoso-
wania niskich wartoÊci wskaênika w/c niezb´dnym
sk∏adnikiem mieszanki staje si´ jedna z wysoko-
efektywnych domieszek up∏ynniajàcych (super-
plastyfi katorów). Z jednej strony umo˝liwiajà one
uzyskanie nawet ciek∏ej konsystencji mieszan-
ki przy bardzo niskim wskaêniku wodno-spoiwo-
wym, z drugiej zaÊ powodujà dezagregacj´ sku-
pisk ziaren cementu, pozwalajàc na lepsze wy-
korzystanie spoiwa poprzez zwi´kszenie jego po-
wierzchni w∏aÊciwej. Nale˝y tu zwróciç uwag´, ˝e
efektywnoÊç dzia∏ania domieszki zale˝y istotnie od
rodzaju u˝ytego cementu oraz rodzaju wprowa-
dzonego ewentualnie dodatku mineralnego. Z te-
go powodu ka˝dorazowo efektywnoÊç ta musi byç
sprawdzona doÊwiadczalnie.
Kolejnym sk∏adnikiem betonu BWW jest zazwy-
czaj dodatek mineralny. Najcz´Êciej jest nim
py∏ krzemionkowy, który dzi´ki bardzo wyso-
kiemu rozdrobnieniu (uziarnienie

1 µm), bar-

dzo du˝ej powierzchni w∏aÊciwej (oko∏o 20 m

2

/g)

i

zwiàzanej z

tym aktywnoÊci chemicznej, ko-

rzystnie modyfi kuje stwardnia∏y zaczyn cemen-
towy, w tym tak˝e zaczyn w strefi e jego kon-
taktu z kruszywem. Nale˝y podkreÊliç, ˝e beto-
ny BWW ni˝szych klas (do oko∏o B70) uzyskaç
mo˝na w

warunkach przemys∏owych, stosujàc

cement o rzeczywistej wytrzyma∏oÊci oko∏o 45
MPa, zwyk∏e, lecz poprawnej jakoÊci (uziarnienie,
kszta∏t ziaren, brak zanieczyszczeƒ pylastych) kru-
szywo otoczakowe oraz domieszk´ up∏ynniajàcà.
Kruszywa z

materia∏ów kamiennych o

wysokiej

wytrzyma∏oÊci oraz py∏ krzemionkowy stajà si´
niezb´dnymi, gdy chcemy uzyskaç betony klas
powy˝ej oko∏o B70.

Projektowanie iloÊciowe
– ustalanie iloÊciowego sk∏adu BWW
i jego przebieg
Projektowanie sk∏adu BWW prowadzi si´ przede
wszystkim metodami doÊwiadczalnymi. Wy-
nika to g∏ównie z tego, ˝e mieszanka betono-

Bieg schodowy w budynku
Polskiego Radia Kraków
wykonany z betonu klasy
B100

fot. W

ojciech Gruszk

a

background image

budownictwo • technologie • architektura

31

wa nie jest prostym, trójsk∏adnikowym uk∏adem.
W

wyniku koniecznoÊci stosowania domieszek

up∏ynniajàcych oraz aktywnego dodatku mi-
neralnego staje si´ ona uk∏adem co najmniej
pi´ciosk∏adnikowym, którego w∏aÊciwoÊci sà bar-
dzo czu∏e zarówno na jakoÊciowe, jak i iloÊciowe
zmiany sk∏adu. Znane i powszechnie stosowa-
ne przy projektowaniu sk∏adu betonów zwyk∏ych
zale˝noÊci wià˝àce wytrzyma∏oÊç ze sk∏adem
(równania Bolomeya, Abramsa itp.) w przypadku
BWW przestajà byç aktualne. Jest to spowodowa-
ne tym, ˝e w przypadku BWW stosuje si´ niskie
lub bardzo niskie wartoÊci wskaênika w/s, zazwy-
czaj poni˝ej 0,35 (c/w > 2,8), co stanowi granic´
stosowalnoÊci równania Bolomeya.
Podobnie, lecz tym razem z powodu stosowania
domieszek up∏ynniajàcych, nieaktualnym staje si´
tradycyjne równanie konsystencji, uzale˝niajàce
niezb´dnà iloÊç wody tylko od iloÊci oraz jakoÊci
spoiwa i kruszywa.
Jedynym z trzech równaƒ podstawowych, które
z oczywistych wzgl´dów zachowuje swà wa˝noÊç,
jest równanie szczelnoÊci, zgodnie z którym suma
obj´toÊci absolutnych wszystkich sk∏adników ma
si´ równaç jednostce obj´toÊci zag´szczonej mie-
szanki betonowej.
Wyniki najnowszych badaƒ dotyczàcych relacji
mi´dzy sk∏adem i w∏aÊciwoÊciami betonów BWW
powoli uzupe∏niajà wspomnianà luk´. Równa-
nie typu Bolomeya zastàpiç mo˝na obecnie na
przyk∏ad doÊwiadczalnym równaniem opracowa-
nym przez de Larrarda [de Larrard F., Gorse J.F.,
Puch C.: Comparative study of various silica fume
as additives in high performance cementitious ma-
terials, Materials and Structures, vol. 25, 1992,
265-272], wed∏ug którego wytrzyma∏oÊç betonu
na Êciskanie dojrzewajàcego 28 dni w warunkach
normalnych wynosi:

gdzie:
k

k

– wspó∏czynnik uwzgl´dniajàcy wp∏yw rodza-
ju stosowanego kruszywa [-], (dla wi´kszoÊci
kruszyw stosowanych do BWW mieÊci si´ on
w granicach od 4,9 do 5,2)

k

c

– rzeczywista wytrzyma∏oÊç cementu [MPa]

w/c – wskaênik wodno-cementowy [-]
pk/c – zawartoÊç py∏u krzemionkowego w stosun-

ku do masy cementu [kg/kg].

Jednà z propozycji mo˝liwego przebiegu projekto-
wania sk∏adu BWW ilustruje pokazany obok sche-
mat, w którym zastosowane skróty oznaczajà:
C, PK, K

d

, K

g

, W – zawartoÊç odpowiednio ce-

mentu, py∏u krzemionkowego, kruszywa
drobnego i grubego oraz wody [kg/m

3

]

ρ

c

,

ρ

pk

,

ρ

kd

,

ρ

kg

– g´stoÊci sk∏adników jak

wy˝ej [kg/dm

3

]

ρ

Êr k

=U

kd

ρ

kd

+U

kg

ρ

kg

– Êrednia wa˝ona g´stoÊç

kruszywa, obliczana z

uwzgl´dnieniem

udzia∏u kruszywa drobnego (U

kd

) i grube-

go (U

kg

); wartoÊç potrzebna tylko w przy-

padku, gdy obydwa kruszywa ró˝nià si´
g´stoÊcià

f

c28

=

k

k

k

c

1+3,1 w/c

1,4 – 0,4exp (-11 pk/c)

2

Przyj´cie za∏o˝eƒ:

klasa wytrzyma∏oÊci,

konsystencja,

przeznaczenie betonu
i warunki eksploatacji

JakoÊciowy dobór

sk∏adników

Oszacownie wartoÊci w/c

(lub w/s) oraz pk/c

niezb´dnych dla uzyskania

wymaganej wytrzyma∏oÊci

betonu

Przyj´cie iloÊci cementu

(C

C

min

), dodatku (PK)

i wody (W) oraz obliczenie

obj´toÊci zaczynu:

V

z

=C/

ρ

c

+PK/

ρ

pk

+W

Obliczenie obj´toÊci

kruszywa: V

k

=1000 – V

z

Obliczenie masy

kruszywa: K= V

k

ρ

Êr k

i jego rozdzielenie na

piasek i kruszywo grube

Wst´pne ustalenie sk∏adu:

C; PK, K

d

, K

g

, W

Wykonanie zarobu

próbnego i ustalenie

iloÊci

superplastyfi katora

Powtórne wykonanie

zarobu i weryfi kacja

w∏aÊciwoÊci mieszanki

i betonu stwardnia∏ego

Dobór rodzaju, klasy i przyj´cie

minimalnej zawartoÊci cementu

Dobór rodzaju

superplastyfi katora

Dobór i ustalenie sk∏adu

ziarnowego kruszywa

np. z zale˝noÊci de Larrarda

dla BWW zazwyczaj:

C = od 400 do 500 kg/m

3

PK = od 00,5 do 0,1 C

W = W/C • C

KOREKTY

niezgodne

zgodne

KOREKTY

Schemat ilustrujàcy jeden
ze sposobów post´powania
podczas projektowania
sk∏adu BWW

Podsumowanie
Jak widaç, dla bardziej doÊwiadczonego projek-
tanta projektowanie sk∏adu BWW w istocie nie-
zbyt ró˝ni si´ od projektowania sk∏adu betonów
zwyk∏ych. Zasadnicza ró˝nica polega na tym, i˝
przy projektowaniu sk∏adu BWW konieczna jest
znajomoÊç nowych, mo˝e nieco bardziej skom-
plikowanych doÊwiadczalnych zale˝noÊci mi´dzy
jakoÊciowym i iloÊciowym sk∏adem materia∏u a je-
go w∏aÊciwoÊciami na etapie mieszanki i beto-
nu stwardnia∏ego. Zwróciç te˝ nale˝y uwag´ na
koniecznoÊç staranniejszego jakoÊciowego doboru
sk∏adników, czemu sprzyjajà przepisy nowej nor-
my PN-EN 206-1.

prof. Jacek Âliwiƒski

Politechnika Krakowska


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Ogolne zasady projektowania
I Ogólne zasady wykonania projektu
OGÓLNE ZASADY WYKONANIA PROJEKTU
OGÓLNE ZASADY LECZENIA OSTRYCH ZATRUĆ
Ogólne zasady chemioterapi, 2013i
34 Zasady projektowania strefy wjazdowej do wsi
p 43 ZASADY PROJEKTOWANIA I KSZTAŁTOWANIA FUNDAMENTÓW POD MASZYNY
16 Ogolne zasady leczenia ostrych zatrucid 16903 ppt
4 OGÓLNE ZASADY I METODY WYCHOWANIA
1 Ogolne inf o projektowaniui Nieznany (2)
CZO WKA BUDOWNICTWOOBL STA, Politechnika Gdańska Budownictwo, Semestr 4, Budownictwo Ogólne II, Pro
Cersanit wanna, Resources, Budownictwo, BUDOWNICTWO OGÓLNE, Budownictwo Ogólne I i II, Budownictwo o
Zasady projektowania wymienników ciep
Ogólne zasady pisania tekstów
Ogólne zasady przemieszczania zwierząt towarzyszących po terytorium UE
PN 76 B 03001 Konstrukcje i podłoża budowli ogólne zasady ob

więcej podobnych podstron