Patrycja T.
Pamela Sz.
Karolina T.
gr. 11

SPRAWOZDANIE NR 3

Badania mieszanki betonowej i betonu

1. Cel ćwiczenia

Celem przeprowadzonych doświadczeń było wykonanie zaprojektowanej wcześniej mieszanki betonowej, zbadanie jej konsystencji metodą opadu stożka i oznaczenie gęstości. Drugą część ćwiczenia stanowiło badanie wytrzymałości na ściskanie betonu stwardniałego po 14 i 28 dniach.

2. Przygotowanie mieszanki betonowej

Zaprojektowana przez nas mieszanka betonowa zakładała klasę betonu C25/30, konsystencję plastyczną oraz punkt piaskowy P_p = 50%. Obliczenia zostały wykonane metodą 3 równań (3R). Składniki, które otrzymaliśmy na zarób laboratoryjny o objętości 7 dm³:

Cement	3,83 kg
Piasek 0/2	5,27 kg
Żwir 2/8	2,80 kg
Żwir 8/16	2,80 kg
Woda	1,66 kg

Na podstawie tych wyników wykonaliśmy mieszankę betonową. Do misy wsypaliśmy odmierzone za pomocą wagi składniki. Po dokładnym wymieszaniu dodaliśmy odpowiednią ilość wody. Następnie całość ponownie starannie wymieszaliśmy. Przygotowana w ten sposób mieszanka była gotowa do badań konsystencji i gęstości.

3. Badanie konsystencji mieszanki betonowej metodą opadu stożka Abramsa

Przed rozpoczęciem wykonywania badania konsystencji należało zwilżyć stożek wewnątrz. Stożek wypełniliśmy mieszanką betonową przez lej do 1/3 wysokości
i zagęszczaliśmy ją poprzez sztychowanie metalowym prętem 25 razy. Następnie dołożyliśmy mieszankę betonową do 2/3 wysokości stożka i powtórzyliśmy zagęszczanie. Ostatnią warstwę ułożyliśmy w taki sposób, aby w leju znajdował się nadmiar mieszanki. Dokonaliśmy zagęszczenia (13 razy), a następnie wyjęliśmy lej
i wypełniliśmy stożek do końca. Powtórzyliśmy zagęszczanie (12 razy) i podnieśliśmy stożek do góry. Miarą konsystencji badanej mieszanki była różnica wysokości pomiędzy metalowym stożkiem Abramsa, a stożkiem uformowanym z mieszanki betonowej. Opad stożka wyniósł 5cm. Według starej normy konsystencję badanej mieszanki betonowej można określić jako plastyczną K-3 (opad stożka mieści się w przedziale 20-50mm), natomiast wg nowej normy badana mieszanka jest klasy S-2. Wyniki badań pozwoliły skontrolować poprawność otrzymanej konsystencji w temacie projektu.

4. Oznaczanie gęstości mieszanki betonowej

Badanie polegało na zważeniu mieszanki betonowej w pojemniku o znanej objętości
i masie. Otrzymana gęstość wyniosła:

ρ_prz = m/V [kg/dm³]

gdzie:
m - masa mieszanki betonowej (masa cylindra z mieszanką minus masa cylindra
pustego)
V - objętość cylindra

Podstawiając:
ρ_prz = m/V = 11,16/5 [kg/dm³] = 2,23 kg/dm³

Otrzymana gęstość 2,23 kg/dm³ jest zbliżona do gęstości teoretycznej projektowanej mieszanki betonowej, która wynosiła 2,34 kg/dm³. Możemy uznać, że założenia projektowe zostały spełnione.

5. Wykonanie próbek betonu

Po wykonaniu powyższych czynności przystąpiliśmy do wykonania sześciennych próbek betonu o długości boku równej 10 cm. Najpierw posmarowaliśmy formy olejem, a następnie ułożyliśmy w nich mieszankę betonową. Potem położyliśmy wypełnione formy na stoliku wibracyjnym. Po zdjęciu ze stolika wyrównaliśmy jeszcze górną powierzchnię i tak przygotowane formy odstawiliśmy. Beton stwardniały jest to beton, który jest w stanie stałym i osiągnął pewien poziom wytrzymałości. Badania wytrzymałości przeprowadziliśmy zatem po 14 i 28 dniach.

6. Uzyskana wytrzymałość betonu na ściskanie

Wytrzymałość na ściskanie to podstawowa cecha betonu stwardniałego. Obliczamy ją, korzystając ze wzoru:

$$f_{\text{ci}} = \omega \bullet \frac{F}{A} \bullet 10^{- 3}\ \lbrack MPa\rbrack$$

gdzie:
ω - współczynnik przeliczeniowy wytrzymałości ze względu na wymiary próbek,
dla 10 cm ω = 0,9
F - największe obciążenie przeniesione przez próbkę w kN
A - ściskana powierzchnia próbki w m², A = 0,01 m²

Badanie zostało przeprowadzone za pomocą prasie hydraulicznej. Każdą badaną kolejno próbkę należało umieścić tak, aby tłok działał siłą na jej gładką powierzchnię.

Otrzymane wyniki pomiarów:

• po 14 dniach:

Numer próbki	Największe przeniesione obciążenie [kN]	fci [Mpa]
1	435	39,15
2	432	38,88
3	457	41,13

Wytrzymałość po 14 dniach stanowi 94% wytrzymałości 28 - dniowej:
f_c1²⁸ = 41,65 MPa
f_c2²⁸ = 41,36 MPa
f_c3²⁸ = 43,76 MPa

Wytrzymałość średnia: f_cm = (f_c1²⁸ + f_c2²⁸ + f_c3²⁸)/3 = 42,26 MPa

Dla n = 3:

f_cm ≥ f_ck + 4 (kryterium 1)

f_ci ≥ f_ck - 4 (kryterium 2)

42,26 ≥ 20 + 4

41,65 ≥ 20 - 4

41,36 ≥ 20 - 4

43,76 ≥ 20 - 4

W wyniku uzyskania dużych zapasów wytrzymałości można podwyższyć klasę betonu:

42,26 ≥ 37 + 4

41,36 ≥ 37 - 4

Uzyskana klasa betonu: C30/37

• po 28 dniach:

Numer próbki	Największe przeniesione obciążenie [kN]	fci [Mpa]
1	431	38,79
2	474	42,66
3	474	42,66

Wytrzymałość średnia: f_cm = (f_c1²⁸ + f_c2²⁸ + f_c3²⁸)/3 = 41,37 MPa

Dla n = 3:

f_cm ≥ f_ck + 4 (kryterium 1)

f_ci ≥ f_ck - 4 (kryterium 2)

41,37 ≥ 37 + 4

38,79 ≥ 37 - 4

42,66 ≥ 37 - 4

42,66 ≥ 37 - 4

Uzyskana klasa betonu: C30/37

7. Weryfikacja parametrów - uzyskana szczelność, rzeczywiste składniki mieszanki betonowej i spodziewana wytrzymałość średnia.

Na podstawie badania uzyskanej gęstości pozornej ρ_prz mieszanki oraz gęstości obliczonej ρ_pt na etapie projektowania będącej stosunkiem ciężaru wszystkich składników do ich całkowitej objętości (1 m³ ) byliśmy w stanie obliczyć szczelność mieszanki a co za tym idzie również jej porowatość oraz zawartość powietrza:

$\rho_{\text{prz}} = \frac{11,16}{5} = 2,23\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$ - gęstość pozorna rzeczywista

$\rho_{\text{pt}} = 2,34\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$ - gęstość pozorna teoretyczna

$s = \frac{\rho_{\text{prz}}}{\ \rho_{\text{pt}}} = 0,95$- szczelność

p = (1−s) * 100%=5, 0%

Dzięki wartości porowatości uzyskanej mieszanki byliśmy w stanie obliczyć objętość powietrza jaka znajdzie się w 1 m³ mieszanki, a co za tym idzie również rzeczywiste ilości skalników mieszanki betonowej oraz obniżoną spodziewaną wytrzymałość średnią betonu:

P = 0, 050 * 1000 dm³ = 50 dm³ – Objętość powietrza w 1 m³ mieszanki

Crz = C * s = 519, 27 kg

Krz = K * s = 1475, 30 kg

Wrz = W * s = 225, 77 kg

Po ponownym podstawieniu uzyskanych danych do wzoru na spodziewaną wytrzymałość Bolomeya otrzymaliśmy następujące wyniki:

$f_{\text{cm}} = A_{1}*\left( \frac{C_{\text{rz}}}{W_{\text{rz}} + P} - 0,5 \right) = 20*\left( \frac{519,27}{225,77 + 50} - 0,5 \right) = 27,66\ \lbrack\text{Ma}\rbrack$

Wytrzymałość charakterystyczna:

f_ck = f_cm − 6 = 27, 66 − 6 = 21, 66 [ MPa]

Wniosek: Uzyskany wynik obrazuje że spodziewana wytrzymałość średnia jest o dwie klasy niższa niż zakładanej na etapie projektu klasy C25/30. Co więcej okazuję się być znaczną odchyłką od wartości uzyskanych w rzeczywistości po 28 dniach (C30/37). Obrazuje to znaczne niedokładności opisywanej metody, które mogą być spowodowane różnicami w wartościach parametrów sugerowanych i rzeczywistych użytych materiałów.

8. Podsumowanie i uwagi własne.

Metoda 3 równań pozwala na teoretyczne projektowanie składu betonu o założonych parametrach oraz na prognozowanie jego wytrzymałości dzięki danym uzyskanym z uprzednio wykonanego projektu stosu okruchowego. Jak każda metoda teoretyczna obarczona jest ona błędem. Różnice pomiędzy oczekiwanymi a uzyskanymi w praktyce właściwościami zarówno mieszanki jaki i uzyskanego betonu mogą być spowodowane bardzo wieloma czynnikami takimi jak: błędy wynikających z samych założeń teoretycznych, niewłaściwy sposób wykonania mieszanki (nieprawidłowe wymieszanie czy niedostateczne zagęszczenie), niewłaściwej pielęgnacji podczas twardnienia, niekorzystnego kształtu ziaren frakcji grubych i różnicą pomiędzy sugerowanymi a faktycznymi parametrami cementu.

W naszym przypadku uzyskane wyniki rzeczywiste wytrzymałości poszczególnych próbek miały nieznaczny rozrzut, co świadczy o tym, że w ciągu pierwszych 14 dni beton najszybciej zmienia swoje parametry wytrzymałościowe. Po 28 dniach wytrzymałość badanego betonu się nieznaczne zmniejszyła, co mogło być spowodowane nieprawidłowym wymieszaniem składników mieszanki lub przypadkowym wymieszaniem badanych próbek (została zbadania próbka innej grupy). W rzeczywistości po uzyskaniu takich rozbieżności badanie należałoby powtórzyć.

Badany beton spełnił założenia wytrzymałościowe projektowanej klasy C25/30 po 21 dniach, podwyższając wytrzymałość betonu o klasę wyżej (C30/37). Po 28 dniach nie zmienił znacznie swoich parametrów i dalej z zapasem spełnił warunki dla klasy C30/37 co zostało opisane powyżej.