Sprawozdanie z laboratorium

Technologii Betonu

Krzysztof NOWAK

Tomasz OPARA

Maciej SKAŁKOWSKI

Grupa IPB 2

Semestr III

Rok ak. 2009/2010

Spis treści:

I. CZĘŚĆ PROJEKTOWA 2

1. Polecenie, podstawowe pojęcia i specyfikacja betonu recepturowego. 2

2. Beton recepturowy – metoda amerykańska. 2

3. Korekta składu mieszanki betonowej ze względu na popiół lotny. 2

4. Korekta składu mieszanki betonowej ze względu na pył krzemionkowy. 2

II. CZĘŚĆ LABORATORYJNA 2

1. Zwykła mieszanka betonowa. 2

a) Skład mieszanki betonowej. 2

b) Badanie klasy konsystencji metodą stożka opadu. 2

c) Oznaczenie gęstości objętościowej mieszanki. 2

d) Określenie objętości zarobu. 2

e) Określenie skłądu mieszanki na 1m³. 2

f ) Zawartość powietrza……………………………………………………………..3

2. Dodanie do mieszanki plastyfikatora. 2

a) Oznaczenie klasy konsystencji metodą stożka opadu. 2

b) Oznaczenie gęstości objętościowej mieszanki. 2

c) Określenie objętości zarobu. 2

d) Określenie skłądu mieszanki na 1m³. 2

3. Skład zaprawy normowej cementu CEM II 32,5R B-S. 2

4. Analiza sitowa. 2

5. Korekta składu mieszanki betonowej ze względu na popiół lotny. 2

a) Skład mieszanki po korekcie: 2

b) Oznaczenie klasy konsystencji oraz gęstości objętościowej z plastyfikatorem 2

c) Oznaczenie klasy konsystencji oraz gęstości objętościowej z superplastyfikatorem 2

6. Korekta składu mieszanki betonowej ze względu na pył krzemionkowy. 2

a) Skład mieszanki po korekcie: 2

b) Oznaczenie klasy konsystencji oraz gęstości objętościowej z superplastyfikatorem 2

7. BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE. 2

a) Zaprawa cementowa normowa 2

b) Beton ultra wysokowartościowy 2

c) Beton z domieszką plastyfikatora 2

d) Beton z dodatkiem popiołu lotnego i dodatkiem plastyfikatora 2

e) Beton z dodatkiem popiołu lotnego i domieszką superplastifikatora 2

f) Beton z dodatkiem pyłu krzemionkowego i domieszką superplastyfikatora 2

CZĘŚĆ PROJEKTOWA

Polecenie, podstawowe pojęcia i specyfikacja betonu recepturowego.

Polecenie: Sporządzić specyfikacje betonu recepturowego, który wykorzystany będzie do obudowy szybu kopalnianego.

Specyfikacja to zbiór wymagań, które musi spełniać projektowany beton

Aktualna norma rozróżnia dwa rodzaje betonu w zależności od sposobu specyfikowania:

- beton projektowany – beton, którego wymagane właściwości i dodatkowe cechy są podane producentowi, odpowiedzialnemu za dostarczenie betonu zgodnego z wymaganymi właściwościami i dodatkowymi cechami.

- beton recepturowy – beton którego skład i składniki, jakie powinny być użyte, są podane producentowi odpowiedzialnemu za dostarczenie betonu o tak określonym składzie.

Specyfikacja betonu recepturowego:

Klasa konsystencji: S3

Maksymalny, nominalny wymiar kruszywa: 2-16mm

Klasy ekspozycji:

XC2 – Mokre, sporadycznie suche: powierzchnie narażone na stały kontakt z wodą, najczęściej fundamenty

XA1 – Słaba agresja chemiczna: fundamenty narażone na wpływ wód gruntowych

Klasa wytrzymałości na ściskanie: 30 MPa

Rodzaj cementu: CEM I 32,5 R

Beton recepturowy – metoda amerykańska.

Krok 1. Przyjęcie opadu stożka.

Przyjęty opad stożka 150mm (konsystencja S3)

Krok 2. Wybór maksymalnego uziarnienia.

Kruszywo łamane o wielkości ziaren 0-16 mm

Krok 3. Oszacowanie zawartości wody i powietrza

Dla opadu stożka równego 150 i dla betonu nie napowietrzonego: zawartość wody W=220 kg/m³

Krok 4. Dobór stosunku wodno-cementowego

Klasa ekspozycji XC2

C 25/30, C_min=280kg/m³, w/c≤0,60

Klasa ekspozycji XA1

C30/37, C_min=300kg/m³, w/c≤0,55

Założona klasa betonu C30/37 wobec czego wartość w/c jest równa 0,45.

Krok 5. Obliczenie zawartości cementu

kg/m³

Krok 6. Oszacowanie zawartości kruszywa grubego

Dla drobnego kruszywa o wskaźniku uziarnienia 2,60 objętość nasypowa ubijanego kruszywa grubego na jednostkę objętości betonu wynosi 0,60.

K=0,6∙1600=960 kg/m³

Krok 7. Oszacowanie zawartości kruszywa drobnego

Objętość wody: 220/1000 = 0,220m³

Objętość cementu: 489/(3,10∙1000) = 0,157m³

Objętość kruszywa grubego: 960/(2,65∙1000) = 0,362m³

Objętość uwięzionego powietrza: 0,02∙1000/1000 = 0,020m³

∑= 0,759m³

Wymagana objętość kruszywa drobnego: 1-0,759 = 0,241m³

Wymagana masa kruszywa drobnego: 0,241∙2,58∙1000 = 622 kg

Receptura:

Woda: 220 kg

Cement: 489 kg

Kruszywo grube: 960 kg

Kruszywo drobne: 622 kg

Korekta składu mieszanki betonowej ze względu na popiół lotny.

Woda: 220 kg

Cement: 489 kg

Kruszywo grube: 960 kg

Kruszywo drobne: 622 kg

Przyjęcie współczynnika k:

k = 0,2 <= cement 32,5

=>PL = 0,33·C

0,45·(C+0,2·0,33·C) = 220

0,45·C·(1+0,066) = 220

0,48·C = 220 /:0,48

C = 458kg/m³

PL = 0,33·458 = 151 kg/m³

31 kg (489 – 458) popiołu lotnego jest traktowane jako spoiwo a pozostałe 120 kg (151 - 31) jako wypełniacz

M_K = 59 · 2,58 = 152 kg

Określenie punktu piaskowego:

%

Określenie zawartości kruszywa grubego i drobnego:

→ m = 23·2,58 = 59 kg

→ m 36·2,65 = 93 kg

Skład mieszanki po korekcie:

CEM I 32,5 R → 458 kg

Popiół lotny → 151 kg

Kruszywo drobne → 563 kg (622-59)

Kruszywo grube → 867 kg (960-93)

Woda → 220 kg

Popiół lotny nie jest typowym produktem, właściwie jest on odpadem, który powstaje ze spalania węgla. Popiół lotny może być wapienny lub krzemionkowy. Cechuje go drobne uziarnienie. Dzięki zawartości SiO₂ (40-60%) wykazuje aktywność pucolanową. Niestabilność składu chemicznego jest przyczyną zmienności parametrów. Związki siarki obniżają trwałość betonu, nie spalony węgiel zwiększa wodorządność mieszanki, wolne wapno absorbuje inne domieszki (ogranicza ich działanie). Mieszanka z dodatkiem popiołu lotnego ma lepszą urabialność, a także charakteryzuje się mniejszym skurczem. Zauważalny jest także opóźniony czas wiązania i w konsekwencji mniejsza ilość ciepła wydzielana we wczesnym okresie dojrzewania. Kolejnym efektem, który może wywołać dodanie popiołu lotnego to mniejsza wytrzymałość wczesna, natomiast większa w późniejszych okresach twardnienia. Podobnie z odpornością na agresje chemiczną, tzn. wcześnie jest mniejsza, za to podwyższona po pewnym okresie (około 90 dni). Mrozoodporność: wczesna obniżona, później niezmieniona.

Korekta składu mieszanki betonowej ze względu na pył krzemionkowy.

Woda: 220 kg

Cement: 489 kg

Kruszywo grube: 960 kg

Kruszywo drobne: 622 kg

Przyjęcie współczynnika k:

k = 0,2 <= w/c = 0,45

=>PK = 0,11·C

0,45·(C+0,2·0,11·C) = 220

0,45·C·(1+0,022) = 220

0,46·C = 220 /:0,46

C = 478kg/m³

PK = 0,11·489 = 53 kg/m³

11 kg (489–478) pyłu krzemionkowego traktowane jako spoiwo a pozostałe 42 kg (53-11) jako wypełniacz

M_K = 20 · 2,58 = 52 kg

Określenie punktu piaskowego:

%

Określenie zawartości kruszywa grubego i drobnego:

→ m = 7,8·2,58 = 20 kg

→ m 12,2·2,65 = 32 kg

Skład mieszanki po korekcie:

CEM I 32,5 R → 478 kg

Pył krzemionkowy → 53 kg

Kruszywo drobne → 602 kg (622-20)

Kruszywo grube → 928 kg (960-32)

Woda → 220 kg

Główną cechą pyłu krzemionkowego jest bardzo drobne uziarnienie (jego ziarna są mniejsze niż ziarna cementu). Ziarna pyłu krzemionkowego uszczelniają strukturę mieszanki (aczkolwiek pęcherzyki powietrza nie są całkowicie wyeliminowane), w wyniku czego beton osiąga wysoką wytrzymałość, a także trwałość. Ze względu na spory koszt, ten rodzaj dodatku stosuje się tylko do betonów wysokowartościowych. Zawartość SiO₂ (ponad 90%) powoduje z aktywność pucolanową. Pył krzemionkowy pogarsza urabialność konsekwencją czego jest konieczność stosowania plastyfikatorów bądź super plastyfikatorów. Dodając „mikrokrzemionkę” znacząco zwiększamy wytrzymałość i to już we wczesnym okresie dojrzewania (począwszy od 3 dnia lub wcześniej). We wczesnym okresie dojrzewania, ilość ciepła wydzielana jest podwyższona (odmiana w stosunku do innych dodatków mineralnych). Uszczelnienie pyłem krzemionkowym struktury betonu zwiększa odporność na agresje chemiczną i mrozową. Mniejszy wyciek wody i mniejszy skurcz to kolejne efekty zastosowania tego dodatku. Należy podkreślić jeszcze jeden istotny fakt, a mianowicie obniżenie wartości pH poniżej 12 co zwiększa ryzyko korozji zbrojenia.

CZĘŚĆ LABORATORYJNA

Zwykła mieszanka betonowa.

Skład mieszanki betonowej.

Woda: 3,15 kg

Cement CEM II /B-S 32,5: 6,30 kg

Piasek 11,60 kg

Kruszywo 8-16mm: 9,10 kg

Kruszywo 4-8mm: 7,60 kg

Kruszywo 2-4mm: 6,10 kg

∑= 43,85 kg

Badanie klasy konsystencji metodą stożka opadu.

Opad stożka – 0 cm => klasa konsystencji S0

Oznaczenie gęstości objętościowej mieszanki.

Objętość cylindra: 8 dm³

Masa próbki: 19,42 kg

Gęstość objętościowa:

Określenie objętości zarobu

Masa zarobu: 43,85 kg

Objętość zarobu:

Określenie skłądu mieszanki na 1m³.

∑= 2428,0 kg

Zawartość powietrza w mieszance: 1,5%

Dodanie do mieszanki plastyfikatora.

Dodany plastyfikator to: BV3. Dodano go 126g, tj. 2,0% masy cementu.

Oznaczenie klasy konsystencji metodą stożka opadu.

Opad stożka – 2 cm => klasa konsystencji S1

Oznaczenie gęstości objętościowej mieszanki.

Objętość cylindra: 8 dm³

Masa próbki: 19,36 kg

Gęstość objętościowa:

Określenie objętości zarobu.

Masa zarobu: 43,85 + 0,126 = 43,976 kg

Objętość zarobu:

Określenie skłądu mieszanki na 1m³.

∑= 2413,4 kg

Zawartość powietrza w mieszance: 1,2%

Analiza sitowa.

Ilość badanego kruszywa:

• 8-16 mm 0,92 kg

• 4-8 mm 0,92 kg

• 0-2 mm 1,01 kg

Wyniki przesiewu:

• 16 mm brak

• 8 mm 947 g

• 4 mm 528 g

• 2 mm 344 g

• 1 mm 253 g

• 0,5 303 g

• 0,25 390 g

• 0,125 103 g

• 0 mm 18,2 g

Korekta składu mieszanki betonowej ze względu na popiół lotny.

Woda: 3,15 kg

Cement CEM II /B-S 32,5: 6,30 kg

Piasek 11,60 kg

Kruszywo 8-16mm: 9,10 kg

Kruszywo 4-8mm: 7,60 kg

Kruszywo 2-4mm: 6,10 kg

∑= 43,85 kg

k = 0,2 <= cement 32,5

=>PL = 0,33·C

0,5·(C+0,2·0,33·C) = 3,15

0,5·C·(1+0,066) = 3,15

0,533·C = 3,15

C = 5,91kg/m³

PL = 0,33·5,91 = 1,95 kg/m³

0,39 kg (6,3 – 5,91) popiołu lotnego jest traktowane jako spoiwo a pozostałe 1,56 kg (1,95 – 0,39) jako wypełniacz

M_K = 0,76 · 2,65 = 2,01 kg

Określenie zawartości kruszywa:

Skład mieszanki po korekcie:

CEM I 32,5 R B-S→ 5,91 kg

Popiół lotny → 1,95 kg

Piasek → 10,91 kg

Kruszywo 2-4 → 5,73 kg

Kruszywo 4-8 → 7,15 kg

Kruszywo 8-16 → 8,58 kg

Woda → 3,15 kg

Oznaczenie klasy konsystencji oraz gęstości objętościowej z plastyfikatorem

Dodany plastyfikator to: BV3 (30% roztwór melaminy naftalenowej). Dodano go 31,5g

Opad stożka – 9,5 cm => klasa konsystencji S2

Objętość cylindra: 3 dm³

Masa cylindra: 3,34 kg

Masa cylindra wraz z próbką: 6,825 kg

Masa próbki: 6,825 - 3,34 = 3,485 kg

Gęstość objętościowa:

Oznaczenie klasy konsystencji oraz gęstości objętościowej z superplastyfikatorem

Dodany superplastyfikator to: Visco crete 3. Dodano go 31,5g

Rozpływ stożka rzędu 60 cm => klasa konsystencji F5 (beton samozagęszczalny)

Objętość cylindra: 3 dm³

Masa cylindra: 3,34 kg

Masa cylindra wraz z próbką: 7,140 kg

Masa próbki: 6,913 - 3,34 = 3,516 kg

Gęstość objętościowa:

BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE.

Beton z domieszką plastyfikatora (badanie po 7 dniach)

Do badań wykorzystywane były próbki w

kształcie sześcianu o długości boków 150mm

A = l·b = 0,15² = 0,0225m²

V = l·b·h = 0,15³ =0,003375m³ =3375cm³

P₁ = 920,74 kN → m₁=8,190kg ρ₁=

P₂ = 942,64 kN → m₂=8,205kg ρ₂=

Średnia wytrzymałość:

Beton z dodatkiem popiołu lotnego i dodatkiem plastyfikatora

P₁ = 1113 kN → m₁=7,98kg ρ₁=

P₂ = 834 kN → m₂=7,93kg ρ₂=

P₃ = 915 kN → m₃=7,81kg ρ₃=

Średnia wytrzymałość:

Klasa betonu: => C30/37

Średnia gęstość objętościowa:

Beton z dodatkiem popiołu lotnego i domieszką superplastifikatora

P₁ = 923 kN → m₁=7,80kg ρ₁=

P₂ = 699 kN → m₂=7,95kg ρ₂=

P₃ = 952 kN → m₃=7,99kg ρ₃=

Średnia wytrzymałość:

Klasa betonu: => C25/30

Średnia gęstość objętościowa: