Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

Katedra Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli

Technologia betonów i zapraw

Sprawozdanie numer 2

Projektowanie mieszanki betonowej metodą zaczynu

Wykonali:

Dariusz Chlebicki

Damian Malicki

Grupa 6

1. Ustalenie założenie wstępnych

• przeznaczenie betonu − nadproże okienne monolitycznie prefabrykowane,

• przekrój prosty normalnie zbrojony, odległość w świetle między prętami zbrojenia wynosi 4cm, najmniejszy wymiar przekroju − 19cm,

• klasa ekspozycji X_o − beton osłonięty przed szkodliwością czynników zewnętrznych,

• klasa wytrzymałości betonu − C16/20,

• zagęszczenie mieszanki betonowej przez wibrowanie, dojrzewanie naturalne.

1. Określenie wymaganych właściwości betonu i mieszanki betonowej.

   1. Określenie średniej wytrzymałości na ściskanie

f_cm: C16/20

z = 8 MPa f_cm = f_ck.cube + z

f_cm = 20+8 = 28 MPa, gdzie:

f_cm – średnia wytrzymałość betonu na ściskanie

C16/20 – klasa wytrzymałości betonu na ściskanie

z- przyjęty „zapas” wytrzymałości betonu na ściskanie

f_{ck, cube} – wytrzymałość charakterystyczna betonu na ściskanie oznaczona na próbkach sześciennych

1. Określenie konsystencji mieszanki betonowej

Na podstawie sposobu zagęszczania, warunków formowania, kształtu przekroju i ilości zbrojenia ustalamy konsystencję mieszanki betonowej jako:

K-3 (plastyczna)

1. Określenie maksymalnego rozmiaru kruszywa D_max

1. Określenie urabialności mieszanki betonowej

Urabialność jest odczytywana z tabeli na podstawie rodzaju wyrobu elementu lub konstrukcji.

Z - Zalecana ilość zaprawy w dm³ na 1m³ mieszanki betonowej

V_cp - Najmniejsza suma objętości absolutnej cementu i ziarn kruszywa poniżej 0,125mm w dm³ na m³ mieszanki betonowej:

- Minimalna ilości cementu w kg na 1m³ mieszanki betonowej C_min, max w/c jest ustalana na podstawie klasy ekspozycji. Dla klasy X0 – brak wymagań.

- Maksymalny stosunek ilości wody do ilości cementu również ustala się na podstawie klasy okespozycji i dla X0 nie ma wymagań.

1. Dobór i ocena składników mieszanki betonowej.

1. Dobór klasy cementu do betonu

Klasę cementu ustala się na podstawie założeń wstępnych w oparciu o klasę wytrzymałości betonu na ściskanie.

Dla naszego betonu jest to cement 32,5. Nazwę i symbol określamy na podstawie głównych zastosowań cementu powszechnego użytku, w naszym przypadku jest to CEM I

Współczynnik c/w oblicza się ze wzoru Bolomey'a:

− dla c/w < 2,5 przyjmuje się współczynnik A₁:

$\frac{c}{w}$ = $\frac{f\text{cm}}{A1}$ + 0,5

− dla c/w ≥ 2,5 przyjmuje się współczynnik A_2:

$\frac{c}{w}$ = $\frac{f\text{cm}}{A2}$ + 0,5

W naszym przypadku c/w jest mniejsze od 2,5, dlatego korzystamy ze wzoru pierwszego, a współczynnik A₁ dobieramy na podstawie klasy cementu i rodzaju kruszywa grubego. A₁ = 18

$\frac{c}{w}$ = $\frac{f\text{cm}}{A1}$ + 0,5 = $\frac{28}{18} + 0,5 = 2,06$

1. Dobór kruszywa

Dobór kruszywa opisany był szczegółowo w sprawozdaniu nr 1.

Kruszywo drobne K₁:

P₁ = 99,54;

f₁ = 0,6%

Kruszywo grube K₂:

P₂ = 7,73

f₂ = 0,1%

x = $\frac{K_{2}}{K_{1}}$ = 2,49

$\frac{c}{w}$ = 1,6

Z przedziału 450 − 550 dm³/m³ wybrano wartość 500 dm³/m³.

P = 34%

1. Dobór wody

Do przygotowania mieszanki betonowej użyto wody wodociągowej, która spełnia wymagania normy PN – EN 1008.

1. Zaprojektowanie składu mieszanki betonowej metodą zaczynu.

1. Wykonanie zarobu próbnego

Wykorzystano 18kg kruszywa naturalnego o ciągłym uziarnieniu.

Kruszywo drobne: $K_{1} = \frac{K}{1 + x} = \frac{18}{1 + 2,49} = 5,16kg$

Kruszywo grube: K₂ = 18 − 5, 16 = 12, 84

Sprawdzenie: $\frac{12,84}{5,16} = 2,49$

Ilość zaczynu: $z = \frac{1}{3}K = 6kg$

Skład zaczynu:

Woda: $w = \frac{6}{1 + 2,06} = 1,96$

Cement: c = 1, 96 × 2.06 = 4, 04

Wyniki dotyczą 8dm³ zarobu próbnego. W przeliczeniu na 12dm³ wartości wynoszą:

c = 6,06kg

K₁ = 7,74kg

K₂ = 19,26

W = 2,94kg

1. Konsystencja mieszanki betonowej

Konsystencję badaliśmy za pomocą metody Vebe. W badaniu otrzymaliśmy następujący wynik: opad stożka był prawidłowy (6mm) w czasie Vebe 11s. Mieści się on w przedziale pomiędzy 7 – 13 sekund stąd wynika, że otrzymaliśmy pożądaną konsystencję K-3.

1. Gęstość objętościowa i objętość mieszanki betonowej.

- gęstość:

$$\backslash n{\rho = \frac{14,998}{6,2} = 2,42\ \frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}} = 2420\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}}$$

- objętość:

∖nm = z₁ + K₁ + K₂  [kg]

m = 7, 328 + 7, 74 + 19, 26 = 34, 328  [kg]

$$V_{\text{mieszanki}} = \frac{34,328}{2,42} = 14,19\ \text{dm}^{3}$$

1. Korekta wody i cementu:

z₁ = m₁ − m₂ [kg]

m₁ − masa zaczynu i wiaderka [kg],

m₂ – masa wiaderka [kg]

z₁ = 8, 959 − 1, 631 = 7, 328 [kg]

$$w_{1} = \frac{7,328}{1 + 2,06} = 2,39\ \lbrack kg\rbrack$$

c₁ = 2, 39 × 2.06 = 4, 92 [kg]

$$\frac{4,92}{2,39} = 2,06$$

1. Opracowanie recepty laboratoryjnej

Woda: $W = \frac{2,39}{14,19} \times 1000 = 168\ \lbrack\text{dm}^{3}\rbrack$

Cement: $C = \frac{4,92}{14,19} \times 1000 = 347\ \lbrack kg\rbrack$

Kruszywo: $K_{1} = \frac{7,74}{14,19} \times 1000 = 545\lbrack kg\rbrack$

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }K_{2} = \frac{19,26}{14,19} \times 1000 = 1357\ \lbrack kg\rbrack$$

$$\frac{c}{w} = \frac{347}{168} = 2,06\ $$

1. Sprawdzenie wymagań i zaleceń normowych.

Obliczenie ilości zaprawy w m3 mieszanki betonowej

$$Z = \frac{K \times P}{\rho_{k}} + \frac{c}{\rho_{c}} + W = \frac{1902 \times 0,34}{2,65} + \frac{347}{3,1} + 168 = 524\ \lbrack\text{dm}^{3}/m^{3}\rbrack$$

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

f_K1 = 0, 6%=0, 006

f_K2 = 0, 1%=0, 001

$$V_{\text{cp}} = \frac{c}{\rho_{c}} + \frac{K_{1} \times f_{1} + K_{2} \times f_{2}}{\rho_{k}} = \frac{347}{3,1} + \frac{545 \times 0,006 + 1357 \times 0,001}{2,56} = 113\ \lbrack\text{dm}^{3}/m^{3}\rbrack$$

Mieszanka ziarn kruszywa powinna mieć większą wartość niż 80 dm³/m³. Nasza mieszanka spełnia wymagania normowe.

1. Przygotowanie próbek do badania wytrzymałości betonu na ściskanie.

1. Opracowanie recepty roboczej mieszanki betonowej

Założenia:

- pojemność zasypowa betoniarki - V_z = 500dm³

Sposób dozowania:

- cement wagowo – 4 worki cementu po 25kg = 100kg

- kruszywo drobne, grube, woda dozowane objętościowo

$$\rho_{\text{nasC}} = 1,2\ \frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$$

$$\rho_{nasK1} = 1,65\ \frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$$

$$\rho_{nasK2} = 1,55\ \frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$$

w_1K1 = 2, 4%

w_2K2 = 1, 9%

Składniki	Skład laboratoryjny na 1m^3	Skład roboczy 1m^3 betonu przy kruszywie wilgotnym	Recepta robocza na 1 zarób betoniarki Vz
		wagowo	objętościowo
Cement (C)	C = 347 [kg]	C = 347 [kg]	Co = 289 [dm^3]
Kruszywo drobne (K1)	K1 = 545 [kg]	K1wc = 558 [kg]	K1wo = 338 [dm^3]
Kruszywo grube (K2)	K2 = 1357 [kg]	K2wc = 1383[kg]	K2wo = 892 [dm^3]
Woda (W)	W = 168 [dm^3]	Wc = 129 [dm^3]	Wo = 129 [dm^3]

- Obliczenie współczynnika spulchnienia mieszanki:

∑V = 289+338+892=1519 [dm³]

$$\propto = \frac{1000}{1519} \approx 0,66$$

Wniosek: współczynnik spulchnienia mieszanki mieści się w dopuszczalnych normach granicznych.

- Obliczenie składu mieszanki dla 100 kg cementu (4 worki):

Wydajność otrzymanego zarobu wynosi:

V_u = 500 × 0, 66 = 330 [dm³] =  0, 33 [m³]

Zakładając dozowanie cementu pełnymi workami waga całkowita cementu wynosi 100kg.

Ilość składników:

- dla kruszywa drobnego K₁:

115 [kg] ̶ 112 [dm³]

100 [kg] ̶ x [K_1wo]

K_1wo = 97 dm³

- dla kruszywa grubego K₂:

115 [kg] ̶ 294 [dm³]

100 [kg] ̶ x [K_2wo]

K_2wo = 256 dm³

- dla wody W:

115 [kg] ̶ 43 [dm³]

100 [kg] ̶ x [W]

W = 37 dm³

Wydajność jednego zarobu w stosunku do zmniejszonej ilości składników wynosi:

$$V_{u} = 0,66 \times \frac{100}{115} \times 500 = 286,96\ \text{dm}^{3} = 0,29\ m^{3}$$

Końcowe zestawienie wyników obliczeń recepty roboczej:

Składniki	Skład laboratoryjny na 1m^3	Recepta robocza na 1 zarób betoniarki Vz	Skład roboczy na 1 zarób (dozowanie cementu pełnymi workami)
Cement (C)	C = 347 [kg]	115 [kg]	100 [kg]
Kruszywo drobne (K1)	K1 = 545 [kg]	112[dm^3]	97 [dm^3]
Kruszywo grube (K2)	K2 = 1357 [kg]	294[dm^3]	256 [dm^3]
Woda (W)	W = 168 [dm^3]	43[dm^3]	37 [dm^3]

1. Przygotowanie próbki do badania,

Na początku wykonano zaczyn wodno-cementowy, do wody dodawano stopniowo odpowiednią ilość cementu mieszając. Składniki betonu wraz z zaczynem zostały wymieszane mechanicznie, a następnie ręcznie. Próbki powinny mieć wymiary 150x150x150mm. Do tego celu użyto trzech form, do których stopniowo układano beton. Po każdej warstwie zagęszczano sztychowaniem, a po nadłożeniu nadmiaru forma została poddana wibrowaniu, na stoliku wibracyjnym. Nadmiar został usunięty a powierzchnia wygładzona. Próbki zostały rozformowane po 24 godzinach, a następnie umieszczone w klimatyzowanej komorze.

1. Badanie niszczące próbek betonowych.

1. Próbki po 28 dniach zostały w pierwszej kolejności zmierzone w celu sprawdzenia zgodności wymiarów z wymaganiami normowymi

a= 150 ± 0,75mm

h = 150 ± 1,50mm

- wymiary badanych próbek:

1. a₁ = 150,52 [mm]

a₂ = 150,10 [mm]

h = 150,26 [mm]

2. a₁ = 150,31 [mm]

a₂ = 150,50 [mm]

h = 150,77 [mm]

3. a₁ = 150,21 [mm]

a₂ = 150,35 [mm]

h = 150,27 [mm]

Próbki zostały poddane sile niszczącej w maszynie. Zniszczenie przebiegało prawidłowo. Otrzymano następujące wyniki:

1. 896,2 [kN]

2. 845,0 [kN]

3. 852,4 [kN]

Obliczanie wytrzymałości betonu na ściskanie:

1. $f_{c} = \frac{896,2}{225,9} \times 10 = 39,5\ \ \ \left\lbrack \frac{\text{kN}}{\text{cm}^{2}} = \text{MPa} \right\rbrack$

2. $f_{c} = \frac{845,0}{226,2} \times 10 = 37,5\ \ \ \left\lbrack \frac{\text{kN}}{\text{cm}^{2}} = MPa \right\rbrack$

3. $f_{c} = \frac{852,4}{225,9} \times 10 = 37,5\ \ \ \left\lbrack \frac{\text{kN}}{\text{cm}^{2}} = MPa \right\rbrack$

Średnia wytrzymałość betonu na ściskanie wynosi:

$$f_{\text{cm}} = \frac{39,5 + 37,5 + 37,5}{3} = 38\ MPa$$

Sprawdzenie:

Do kryterium pierwszego:

38 Mpa > 20 + 4 = 24 MPa

Do kryterium drugiego przy sprawdzaniu kryterium drugiego przyjmujemy najmniejszą wartość f_ci 38 MPa > 20 – 4 = 16 MPa

Oba kryteria są spełnione.

1. Wnioski:

Dla zakładanej klasy wytrzymałości betonu na ściskanie C16/20, średnia wytrzymałość próbek powinna wynosić przynajmniej 24 MPa, a najniższa otrzymana wartość przynajmniej 16 MPa. Wykonane próbki spełniły oba warunki, uzyskaliśmy beton klasy co najmniej C16/20 z bardzo dużym zapasem.