Studia nie stacjonarne I-ego stopnia

Kierunek budownictwo

Rok 2013/14 Semestr II

TECHNOLOGIA BETONÓW I ZAPRAW

Prowadząca: Dr.Inż. Halina Ferens Budzyńska

SPRAWOZDANIE: PROJEKTOWANIE BETONU ZWYKŁEGO METODĄ ZACZYNU W ŚWIETLE PN-EN 206-1

Wykonali: Joanna Rudnik

Aleksandra Krause

Paulina Kaźmierska

Maciej Wiśniewski

1. Wyjaśnienie pojęcia projektowania betonu oraz podstawowych terminów z tym związanych:

Projektowanie betonu – jest to ustalenie składu ilościowo-jakościowego na 1m³ z uwzględnieniem założeń projektowych, wynikających z założeń eksploatacji betonu w konstrukcji.

Głównym wyznacznikiem w projektowaniu betonu jest pożądana wytrzymałość na ściskanie.

W projektowaniu uwzględnia się następujące warunki:

- wymaganą ciekłość (konsystencję);

- klasę ekspozycji;

- przeznaczenie (np. wymagana odporność chemiczna);

1. beton: materiał powstały ze zmieszania cementu, kruszywa grubego i drobnego, wody oraz ewentualnych domieszek, który uzyskuje swoje właściwości w wyniku hydratacji cementu;

2. zaczyn cementowy: jest to mieszanina cementu oraz wody, która po dodaniu kruszywa tworzy mieszankę betonową;

3. beton stwardniały: beton, który jest w stanie stałym i który osiągnął pewien poziom wytrzymałości;

4. beton zwykły: beton o gęstości w stanie suchym większej niż 2000 kg/m³, ale nie przekraczającej 2600 kg/m³;

5. mieszanka betonowa: całkowicie wymieszane składniki betonu, które są jeszcze w stanie umożliwiającym zagęszczenie wybraną metodą;

6. zarób: ilość mieszanki betonowej wyprodukowana w jednym cyklu operacyjnym mieszarki;

7. powietrze uwięzione: pory powietrzne w betonie, które nie powstały w wyniku celowego ich wprowadzenia;

8. konsystencja mieszanki betonowej: oznacza stopień jej ciekłości;

9. urabialność mieszanki betonowej: określa zdolność do łatwego i szczelnego wypełnienia formy przy zachowaniu jednorodności

10. klasa wytrzymałości na ściskanie: jest to symbol literowo-liczbowy (np. C25/30) klasyfikujący beton pod względem jego wytrzymałości na ściskanie; liczby 25 i 30 po literze C oznaczają minimalne wytrzymałości charakterystyczne dla betonu oznaczone na próbkach walcowych i sześciennych w MPa;

11. wytrzymałość charakterystyczna: wartość wytrzymałości betonu, poniżej której może się znaleźć 5% populacji wszystkich możliwych oznaczeń wytrzymałości dla danej objętości betonu.

3. Projektowanie betonu metodą zaczynu:

ETAP I . Założenia wstępne :

1. Przeznaczenie betonu: element monolityczny – belka żelbetowa,

2. Klasa wytrzymałości betonu: C16/20

3. Klasa ekspozycji : X₀ (brak zagrożenia agresją środowiskową lub zagrożenia korozją)

4. Najmniejszy wymiar przekroju poprzecznego: 100 mm

5. Odległość w świetle między prętami zbrojenia leżącymi w płaszczyźnie poziomej: 60 mm,

6. Przekrój prosty rzadko zbrojony

7. Zagęszczenie betonu przez wibrowanie

8. Dojrzewanie naturalne.

ETAP II Wymagane właściwości mieszanki betonowej i betonu

1. Średnia wytrzymałość na ściskanie :

f_cm=f_ck,+z(6-12 MPa)

z=8MPa

f_cm=20=8=28MPa

1. Maksymalna średnica ziaren kruszywa: D_max

D_max<1/3·100mm=33,3 mm

D_max<3/4· 60mm=45 mm

Przyjęto D_max=31,5 mm

1. Konsystencja plastyczna K-3

– oznaczono metodą Vebe : Vebe ·s= 13÷7 sek

1. Urabialność wg założeń wstępnych:

Z=450-550 dm³/m³

V_cp=80 dm³/m³

1. Minimum cementowe- brak przy ekspozycji X₀

ETAP III Dobór i ocena składników mieszanki betonowej .

1. Cement : CEM II/B-V portlandzki klasy 32,5R Lafarge

p_c=3,1 kg/dm³

1. Kruszywo:

• Drobne 0/2 (K₁): P₁=98,64 % p_k=2,65kg/dm³

Frakcja		Pozostaje na sicie (Ri)	Przechodzi przez sito
	otwór sita	1 próba	2 próba
[mm]	[mm]	[g]	[g]
0,0-0,063 (P)	0,000	2,0	2,0
0,063-0,125	0,063	1,0	1,0
0,125-0,250	0,125	0,0	2,0
0,250-0,5	0,250	0,0	1,0
0,5-1	0,500	1,0	2,0
1-2	1,000	30,0	25,0
2-4	2,000	250,0	140,0
4-8	4,000	449,0	325,0
8-16	8,000	696,0	925,0
16-31,5	16,000	71	77,0
31,5-63	31,500	0	00
RAZEM	-	1500	1500

• Grube 2/31,5 (K₂): P₂=1,88 % p_k=2,65kg/dm³

Frakcja [mm]	Procentowa zawartość	Iloczyn Kol.3·x	Suma Kol.2+4	Iloraz $$\frac{kol.5}{1 + x}$$	Rzędna krzywej
	kr. drobne 0/2	kr. grube 2/16
1	2	3	4	5	6
0,0÷0,063	0,2	0,13	0,23985	0,43985	0,1546
0,063÷0,125	2,5	0,07	0,12915	2,62915	0,9241
0,125÷0,25	7,1	0,07	0,12915	7,22915	2,541
0,25÷0,5	30,0	0,04	0,0738	30,0738	10,5707
0,5÷1	43,4	0,1	0,1845	43,5845	15,3197
1÷2	15,4	1,5	2,7675	18,1675	6,3858
2÷4	1,3	13,0	23,985	25,285	8,8875
4÷8	0,1	26,13	48,20985	48,30985	16,9806
8÷16	0	54,03	99,65835	99,65835	35,02929
16÷31,5	0	4,93	9,09585	9,09585	3,1971

Uziarnienie i cechy techniczne kruszyw odpowiadają wymaganiom PN-EN 12620.

Dla Z=450-550 dm³/m³ , konsystencji mieszanki betonowej : plastyczna K-3,

przy c/w=1,8 przyjęto punkt piaskowy P=32% .

Obliczenie stosunku z mieszania kruszywa x:

$$x = \frac{P_{1} - P}{\ P - P_{2}} = \frac{98,64 - 32}{32 - 1,88} = 2,21\%$$

Krzywa kruszywa mieszanki kruszywowej mieści się w polu zalecanego uziarnienia.

1. Woda: wodociągowa odpowiada wymaganiom w normie PN-EN 12620:2000

ETAP IV Projektowanie :

1. Wyznaczenie c/w

Dla kruszywa naturalnego i klasy cementu 32,5, A₁=18

Z przekształconego wzoru Bolomeya obliczamy wartość c/w dla c/w<2,5:

$$\frac{c}{w} = \frac{f_{\text{cm}}}{A_{1}} + 0,5 = \frac{28}{18} + 0,5 = 2,06$$

1. Wykonanie zarobu próbnego:

Ustalając ilość kruszywa K należy pamiętać, że objętość próbnego zarobu nie powinna być mniejsza od 8 dm³ , co oznacza że ilość K nie powinna być mniejsza od 15 kg.

Ilość zarobu : 12 dm³

Ilość kruszywa : K₁+K₂=K=27kg

gdzie: K₁-kruszywo drobne

K₂-kruszywo grube

Kruszywo drobne 0/2 – $K_{1} = \frac{K}{1 + x} = \frac{27}{1 + 2,21} = 8,41kg$

Kruszywo grube 2/31,5 - K₂ = K − K₁ = 27 − 8, 41 = 18, 59kg

Do uzyskania mieszanki kruszywa należy zmieszać 8,41kg kruszywa drobnego oraz 18,59kg kruszywa grubego. Łączna masa K⁰=27kg

Przygotowanie zaczynu:

Skład zaczynu obliczono ze wzoru:

Woda- $w = \frac{z}{1 + \frac{c}{w}} = \frac{6}{1 + 2,06} = 1,94$

Cement - $c = w \bullet \frac{c}{w} = 2,94 \bullet 2,06 = 6,05kg$

Wykonanie mieszanki betonowej:

Do odważonego kruszywa dolewamy zaczynu cementowego stale mieszając, aż mieszanka uzyska założoną konsystencję . Przy dostatecznej wprawie można konsystencję ocenić przed pomiarem . Przypadku braku wprawy należy dodać ok. 2/3 zaczynu i jeżeli konsystencja nie odpowiada założeniom dodawać zaczynu porcjami ok. 0,3kg do momentu uzyskania założonej konsystencji.

Konsystencja pomierzona aparatem Vebe (PN-EN 12350-6) =11sek, a więc odpowiada konsystencji plastycznej K-3.

Korekta wody i cementu w zarobie próbnym:

- masa naczynia z zaczynem i prętem przed dolaniem : 10,083kg

- masa naczynia z zaczynem po pierwszym dolaniu : 3,06kg

- masa naczynia z zaczynem po drugi dolaniu : 2,89

- masa dolanego zaczynu: 7,193kg≈7,2kg

Ilość składników w dolanym zaczynie cementowym (z₁) wynosi:

$w_{1} = \frac{z_{1}}{1 + \frac{c}{w}} = \frac{7,193}{1 + 2,06} = 2,35kg$

$\mathbf{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }}c_{1} = w_{1} \bullet \frac{c}{w} = 2,35 \bullet 1,94 = 4,84kg$

z₁=w₁+z₁=6, 59kg

Mieszankę nałożono warstwami do formy i zawibrowano.

Gęstość wyniosła V=6,9 dm³

Masa cylindra z mieszanką: 22,37kg

Waga cylindra: 5,641kg

Waga netto mieszanki: 16,731kg

Gęstość objętościowa: p_ob=16,731:6,9=2,42kg/dm³

V_b= $\frac{K^{0} + m_{1}}{p_{\text{ob}}} = \frac{27 + 7,2}{2,42} = 14,13\text{dm}^{3}$

Obliczenie ilości składników na 1m³ mieszanki betonowej.

$c = 1000 \bullet \frac{c_{1}}{V_{b}} = 1000 \bullet \frac{4,84}{14,13} = 342,53kg$

$K = 1000 \bullet \frac{K}{V_{b}} = 1000 \bullet \frac{27}{14,13} = 1910,83kg$

$K_{1} = 1000 \bullet \frac{K_{1}}{V_{b}} = 1000 \bullet \frac{8,41}{14,13} = 595,19kg$

$K_{2} = 1000 \bullet \frac{K_{2}}{V_{b}} = 1000 \bullet \frac{18,59}{14,13} = 1315,64kg$

$W = 1000 \bullet \frac{w_{1}}{V_{b}} = 1000 \bullet \frac{2,35}{14,13} = 166,31kg = 166,31\text{dm}^{3}$

$\frac{c}{w} = \frac{342,53}{166,31} = 2,06$

Badanie na zawartość powietrza w mieszance betonowej przeprowadzono wg normy PN-EN 12350-7 i wyniosło p_p=0,92%.

Obliczenie ilości zaprawy w 1m³ mieszanki betonowej:

$$\mathbf{z =}\frac{\mathbf{K \bullet P}}{\mathbf{p}_{\mathbf{k}}}\mathbf{+}\frac{\mathbf{c}}{\mathbf{p}_{\mathbf{c}}}\mathbf{+ W =}\frac{\mathbf{1910,83 \bullet 0,32}}{\mathbf{2,65}}\mathbf{+}\frac{\mathbf{342,53}}{\mathbf{3,1}}\mathbf{+ 166,31 = 230,74 + 110,49 + 166,31 = 507,56}\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}\mathbf{/}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}$$

Obliczenie objętości absolutnej ziarn kruszywa poniżej 0,125mm i cementu:

$V_{\text{cp}} = \frac{\mathbf{595,19 \bullet 0,2}}{\mathbf{3,1}}\mathbf{+}\frac{\mathbf{1315,64 \bullet 0,002}}{\mathbf{2,65}}\mathbf{+}\frac{\mathbf{342,53}}{\mathbf{3,1}}\mathbf{=}115,08\text{dm}^{3}/m^{3}$

V_cp=115,08 dm³/m³ > v_{op normowe}=80 dm³/m³

Dojrzewanie mieszanki: w sposób naturalny przez 21 dni.

Wnioski: zaczyn próbny został wykonany wg normy PN-EN 206-1 i odpowiada jej wymaganiom.

3. Przygotowanie próbek do badania wytrzymałości betonu na ściskanie , opracowanie recepty roboczej.

1. a Wykonanie próbek do badania wytrzymałości betonu na ściskanie.

Kolejność postepowania :

• formy do wykonania próbek powinny odpowiadać normie PN-EN 12390-1

• sposób wykonania i pielęgnacji próbek powinien być zgodny z PN-EN 12390-2

• do badania wytrzymałości betonu na ściskanie mogą być stosowane próbki sześcienne lub walcowe

• zaleca się , aby podstawowy wymiar był 3,5 razy większy od D_max kruszywa w betonie

• wymiary próbek sześciennych powinny być następujące: 100, 150, 200, 250, 300

• tolerancja wymiarów pomiędzy powierzchniami uzyskanymi w formie powinna być mniejsza niż ± 0,5 % (dla d=150 ± 0,75)

• pomiędzy górną zagładzoną powierzchnią , a dolną uzyskaną z formy , tolerancja wymiarowa powinna być mniejsza niż ± 1,0% (dla d=150 ± 0,09mm)

• tolerancja płaskości powierzchni ,na które jest przekazywane obciążenie , powinna być mniejsza niż ± 0,0006 d, w milimetrach (dla d=150 ± 0,09 mm)

• tolerancja prostopadłości płaszczyzn bocznych sześcianu , w odniesieniu do postawy przy betonowaniu powinna być mniejsza niż 0,5 mm

• składniki betonu umieścić w mieszarce , a po wymieszaniu mechanicznym całość przemieszać ręcznie

• beton w formach posmarowanych środkami antyadhezyjnymi należy układać i zagęszczać w dwóch warstwach , do zagęszczania używać drut stalowy o średnicy 16mm, miejsca zagłębienia pręta rozkładać równomiernie w przekroju poprzecznym formy , pręt nie powinien zbyt bardzo uderzać o dno formy oraz zbyt głęboko zagłębiać się w poprzednią ułożoną warstwę, każdą warstwę betonu poddać 25 uderzeniom, w celu usuwania zamkniętych pustek powietrza po zagęszczeniu każdej warstwy ostrożnie ostukać młotkiem drewnianym o boki formy aż na powierzchni przestaną pojawiać się duże pęcherzyki powietrza i znikną wgłębienia powstałe po pręcie

• usunąć nadmiar betonu powyżej górnej krawędzi formy i dokładnie wyrównać powierzchnie

• pozostawić próbki w formach przez co najmniej 16 godz lecz niedłużej niż 3 dni , zabezpieczając je przed wstrząsami, wibracją oraz utratą wody w temp. 20 ± 5˚C

• po wyjęciu z form pielęgnować próbki aż do chwili badania w wodzie o temperaturze 20 ± 2˚C lub w komorze klimatycznej w temp 20 ± 2˚C i wilgotności względnej ≥95%

1. Opracowanie recepty roboczej mieszanki betonowej .

Recepta laboratoryjna określa skład 1 m³ mieszanki betonowej w odniesieniu do suchego kruszywa . Dla warunków produkcyjnych należy sporządzić receptę roboczą uwzględniającą:

• Zawilgocenie kruszywa

• Pojemność betoniarki

• Sposób dozowania

W celu sporządzenia recepty należy ustalić wilgotność kruszyw , gęstość nasypową w stanie luźnym oraz pojemność betoniarki i naczyń dozujących. Przy sporządzaniu recepty roboczej i stosowaniu cementu workowego należy , jeśli jest to możliwe , przyjąć taką objętość zarobu betoniarki , aby ilość cementu była równa pełnej ilości worków . Pojemność betoniarek : 150, 250, 500, 1000 oznaczają w dm³, pojemność nasypową mieszanki V_z (która odpowiada sumie objętości nasypowej składników sypkich ). Pojemność użyteczną V_u betoniarki odpowiada objętość gotowej mieszanki betonowej , otrzymanej z jednego zarobu (tzn. wydajność

zarobu :

V_u=V_z·α

gdzie: α oznacza współczynnik nasypowy składników , obliczony wg wzoru:

$\mathbf{\alpha =}\frac{\mathbf{1000}}{\mathbf{\Sigma}\mathbf{V}}$

gdzie: ΣV-suma objętości nasypowych składników sypkich dm³/m³

α = 0, 65  ÷ 0, 90 –wartość współczynnika α ustalona doświadczalnie

Ustalenie recepty roboczej na na podstawie następujących założeń:

Składniki	Recepta robocza (na 1m^3)	Wilgotność	Gęstość nasypowa Pnas[kg/dm^3]
Cement(C)	342,53kg		1,20
kruszywo drobne(K1)	595,19kg	2,3%	1,65
kruszywo grube(K2)	1315,64kg	1,8%	1,55
Woda(W)	166,31dm^3

Pojemność betoniarki V_z=1000dm³

Sposób dozowania składników: cementu-wagowo ( 9 worków po 25 kg) ,kruszywa i woda- objętościowo.

Ustalenie recepty roboczej na pojemność betoniarki V_z=500dm³

Składniki	Skład laboratoryjny	Skład roboczy 0,5m^3 betonu przy kruszywie wilgotnym	Recepta robocza na 1 zarób betoniarki Vz
		wagowo [kg]	objętościowo [dm^3]
Cement (C)	C=171,26kg	C=171,26	Co=142,72
Kruszywo drobne (K1)	K1=297,60kg	K1wc=304,44	K1wc=184,51
Kruszywo grube (K2)	K2=657,82kg	K2wc=672,95	K2wc=434,16
Woda (W)	W=83,16dm^3	Wc=61,19dm^3	Wc=61,19

Suma objętości nasypowych składników sypkich:

$$\sum_{}^{}{V = C_{o} + K_{1wo} + K_{2wo} = 142,72 + 184,51 + 434,16 = 761,39\text{dm}^{3}}$$

Współczynnik spulchnienia: $\alpha = \frac{500}{C_{o} + K_{1wo} + K_{2wo}} = \frac{500}{761,39} = 0,65$

Wydajność zarobu : V_u=V_z·α=1000·0,65=650dm³=0,65m³

Zakładając dozowanie cementu pełnymi workami należy użyć przy pojemności 500dm³ (przy dozowaniu 9 worków po 25kg na 1m³) – C=100kg.

Ilość składników obliczono korzystając z proporcji:

K₁= $\frac{92,77}{100} = \frac{119,93}{x}$ $x = \frac{11991,30}{92,77} = 129,28\text{kg}$

K₂= $\frac{92,77}{100} = \frac{282,2}{x}$ $x = \frac{28220}{92,77} = 304,19\text{kg}$

W= $\frac{92,77}{100} = \frac{39,77}{x}$ $x = \frac{3977}{92,77} = 42,87\text{kg}$

Dla ilości cementu C=125kg obliczono ilość kruszywa drobnego K₁=129,28kg

Dla ilości cementu C=125kg obliczono ilość kruszywa grubego K₂=308,19kg

Dla ilości cementu C=125kg obliczono ilość wody W=42,87dm³

Wydajność jednego zarobu wynosi: V_u=0,65· (100/92,77) =0,70m³

Końcowe zestawienie wyników obliczeń:

Składniki	Skład laboratoryjny na 0,5m^3	Recepta robocza na zarób betoniarki	Skład roboczy na 1 zarób (dozowanie cementu pełnymi workami)
Cement	C=171,26 kg	111,32 kg	100 kg
Kruszywo drobne	K1=297,60 kg	119,93 dm^3	129,28 kg
Kruszywo grube	K2=657,82 kg	282,20 dm^3	308,19 kg
Woda	W=83,16 dm^3	39,77 dm^3	42,87 dm^3