Politechnika Warszawska - Wydział Inżynierii Lądowej

KATEDRA INŻYNIERII MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH
Temat:	Projektowanie betonu lekkiego metodą ITB.
Nr ćwiczenia:	8	Data wykonania ćwiczenia :			16.12.2005 r.
Zespół nr: 1		Grupa dziekańska	1	Rodzaj studiów		Zaoczne
				Rok akademicki	2005/06	Semestr		III
Prowadzący zajęcia: mgr Anna Chudan
Ocena:

SPRAWOZDANIE Z PRZEPROWADZENIA ĆWICZENIA NR 8

1. TEMAT ĆWICZENIA

Projektowanie betonu lekkiego kruszywowego metodą ITB.

2. PRZEDMIOT BADANIA

1. Charakterystyka metody ITB

Metoda ta polega na ustaleniu w sposób obliczeniowy i doświadczalny niezbędnej ilości składników betonu w celu uzyskania założonej konsystencji mieszanki betonowej oraz odpowiednich właściwości stwardniałego betonu. Do projektowania stosuje się orientacyjne składy betonów, opublikowane przez Instytut Techniki Budowlanej i droga kolejnych przybliżeń dokonuje się ich korekty. Ostateczny skład betonu wynika z badań wytrzymałości 28 dniowej. Jeśli próbki betonów poddanych badaniom wytrzymałościowym nie spełnią założeń przyjętych do projektowania, należy dokonać niezbędnych korekt i powtórzyć projektowanie.

Do projektowania betonów lekkich nie stosuje się wzoru Bolomeya.

2.2. Podstawowe wiadomości i definicje

Beton lekki -

• beton o gęstości w stanie suchym nie mniejszej niż 800 kg/m3 i nie większej niż 2000 kg/m3. Beton ten jest produkowany z zastosowaniem wyłącznie lub częściowo kruszywa lekkiego

Beton projektowany -

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

Klasa wytrzymałości na ściskanie - podstawą klasyfikacji jest wytrzymałość charakterystyczna na ściskanie określana w 28. dniu dojrzewania na próbkach walcowych [f_{ck, cyl}] (średnicy 150 mm, wysokości 300 mm) lub na próbkach sześciennych [f_{ck, cube}] (o boku 150 mm).

W symbolu wytrzymałości litery oznaczają: C - beton zwykły lub ciężki, LC - beton lekki. Liczby oznaczają minimalną wytrzymałość charakterystyczną na ściskanie określoną na próbkach walcowych/sześciennych (np.: C25/30, LC25/28).

Lp.	Wytrzymałość charakterystyczna walcowa fck, cyl [Mpa]	Betony zwykłe			Betony lekkie		Podział wg zakresu wytrzymałości
				Obecne oznaczenie betonu	Klasa wytrzymałości	Wytrzymałość charaktery- styczna fck,cube[Mpa]		Klasa wytrzymałości	Wytrzymałość charaktery- styczna fck,cube[Mpa]
1	8	B10	C 8/10	10	LC 8/9	9		Betony zwykłe
2	12	B15	C 12/15	15	LC 12/13	13
3	16	B20	C 16/20	20	LC 16/18	18
4	20	B25	C 20/25	25	LC 20/22	22
5	25	B30	C 25/30	30	LC 25/28	28
6	30	B37	C 30/37	37	LC 30/33	33
7	35	B45	C 35/45	45	LC 35/38	38
8	40	B50	C 40/50	50	LC 40/44	44
9	45	B55	C 45/55	55	LC 45/50	50
10	50	B60	C 50/60	60	LC 50/55	55
11	55	B67	C 55/67	67	LC 55/60	60		Betony wysokiej wytrzymałości
12	60	B75	C 60/75	75	LC 60/66	66
13	70	B85	C 70/85	85	LC 70/77	77
14	80	B95	C 80/95	95	LC 80/88	88
15	90	B105	C 90/105	105	-	-
16	100	B115	C100/115	115	-	-

Konsystencja mieszanki betonowej (betonu towarowego) - charakteryzuje podatność mieszanki na przemieszczenia przy zachowaniu jej jednorodności; konsystencja wpływa na łatwość układania mieszanki w formie, ustala się ją w zależności od miejsca i sposobu betonowania; badanie klasy konsystencji dokonuje się wg metod: opadu stożka (oznaczenie klasy konsystencji: S1, S2, S3, S4, S5), Vebe (V0, V1, V2, V3, V4), stopnia zagęszczalności (C0, C1, C2, C3) lub metody rozpływu (F1, F2, F3, F4, F5, F6).

Klasy konsystencji mieszanki - Rozróżnia się pięć klas konsystencji:

K1 - wilgotna

K2 - gęstoplastyczna

K3 - plastyczna

K-4 - półciekła

K-5 - ciekła

Klasa ekspozycji betonu - określa zagrożenia wynikające ze środowiska w jakim beton będzie się znajdował.

Klasa gęstości betonów lekkich:

klasa	D 1,0	D 1,2	D 1,4	D 1,6	D 1,8	D 2,0
zakres gęstości kg/m^3	≥ 800 ≤ 1000	≥ 1000 ≤ 1200	≥ 1200 ≤ 1400	≥ 1400 ≤ 1600	≥ 1600 ≤ 1800	≥ 1800 ≤ 2000

1. Podział i rodzaje betonów lekkich

Do wyrobu betonów lekkich kruszywowych stosuje się następujące kruszywa:
• lekkie kruszywa mineralne oraz odpady przemysłowe
• kruszywa ze spiekanych glin i surowców skalnych
• wypełniacze organiczne, głównie drewnopochodne i polimerowe (np. styropianowe).

Kruszywa lekki mają zmienne właściwości, cechą wspólną jest niewielka gęstość nasypowa. Im mniejsza frakcja kruszywa tym jest ono cięższe (ma większą gęstość).

Mieszankę betonową otrzymujemy poprzez wymieszanie w odpowiedniej proporcji cementu, kruszywa lekkiego oraz wody zarobowej. Mogą być również stosowane różnego rodzaju domieszki i dodatki poprawiające właściwości betonu.

Podział betonów ze względu na ich zwartość:

• zwarte, gdzie zaprawa wypełnia minimum 85% przestrzeni między ziarnami kruszywa gr. 4 mm

• półzwarte, gdzie znajduje się maksymalnie 15% kruszywa frakcji poniżej 4 mm w ogólnej masie kruszywa i dodatkowo nie spełnia warunku dla betonów zwartych;

• jamiste, gdzie jest tylko kruszywo grube, a zaczyn jedynie pokrywa ziarna i skleja je.

Podział betonów lekkich ze względu na funkcję:

• betony izolacyjne

• betony izolacyjno-konstrukcyjne

• betony konstrukcyjne

Rodzaje betonów lekkich kruszywowych ze względu na rodzaj kruszywa:

a) Beton z keramzytu
Charakteryzuje się bardzo małym udziałem frakcji piaskowej oraz dużą zmiennością gęstości nasypowej. Brakującą frakcje 0 - 4 mm uzupełnia się innymi drobnymi kruszywami np. piaskiem glinoporytowym, łupkoporytowym, elporytem lub przekruszonym keramzytem.
Do betonów z keramzytu o wytrzymałości powyżej 14 MPa (maksymalnie LC 25/28) należy dodawać piasku naturalnego. Dodatek popiołu lotnego wpływa na lepszą urabialność mieszanki betonowej.
Współczynnik przewodności cieplnej jest mniej korzystny niż dla betonu z pumeksu czy łupkoporytu o tej samej gęstości pozornej (0.29 - 0.93 W/m × K). Ponieważ betony z keramzytu równorzędnych marek są lżejsze od innych betonów lekkich to ich właściwości izolacyjne są lepsze. Beton z keramzytu jest odporny na działanie mrozu.
Nasiąkliwość, ze względu na specyficzną drobnoporowatą strukturę kruszywa, może zawierać się w szerokim zakresie 10 - 25 %. Zewnętrzna spieczona otoczka na ziarnach keramzytu przedłuża proces wchłaniania i oddawania wody. Z produkowanego w kraju keramzytu wykonywane mogą być betony izolacyjne, izolacyjno-konstrukcyjne i konstrukcyjne.
Kruszywo keramzytowe wykorzystywane jest do produkcji wielkopłytowych elementów ścian zewnętrznych oraz do produkcji ściennych i stropowych elementów drobnowymiarowych i średniowymiarowych. Produkcja drobnowymiarowych elementów ściennych (pustaków) wykonywana jest w zakładach prefabrykacji i drobnych wytwórniach, szczególnie w rejonach, gdzie znajdują się zakłady produkujące keramzyt.
b) Beton z żużla paleniskowego

c) Beton z pumeksu hutniczego

d) Beton z łupkoporytu

e) Beton z glinoporytu
f) Beton z żużla granulowanego
g) Beton z popiołoporytu
h) Beton z łupkoporytu ze zwałów
i) Beton z węglanoporytu
j) Beton z kruszywa Pregran
k) Beton z perlitu

Betony lekkie z wypełniaczem organicznym:

• trocinobeton

• strużkobeton (struzki stolarskie)

• wiórobeton (wióry drzewne)

• styrobeton (styropian)

Podstawowe właściwości betonów lekkich:

1. gęstość objętościowa (800-2000 kg/m³)

2. wytrzymałość na zginanie

3. wytrzymałość na ściskanie

4. współczynnik sprężystości

5. pełzanie

6. skurcz i pęcznienie

7. współczynnik przewodności cieplnej

8. nasiąkliwość

9. mrozoodporność (tylko dla betonów zwartych)

3. ZAKRES BADANIA

Projektowanie betonu lekkiego kruszywowego (keramzytobeton) przeprowadzamy metodą doświadczalno-obliczeniową „ITB”

Na podstawie schematu kolejnych czynności należy zaprojektować beton lekki oraz ustalić ilości składników potrzebnych do:

• wykonania 1 m³ betonu z suchego kruszywa(recepta laboratoryjna),

• wykonania 1 m³ betonu z wilgotnego kruszywa (recepta robocza),

• wykonania jednego zarobu w betoniarce o pojemności roboczej 2000 dm³

• wykonania zarobu z jednego 25 kg worka cementu.

4. PRZEBIEG ĆWICZEŃ WG SCHEMATU

1. ZAŁOŻENIA PROJEKTOWE

Mieszanka betonowa wykonana w wytwórni betonu.

Beton do wykonania monolitycznej ściany zewnętrznej, osłonowej .

Dojrzewanie betonu naturalne (bez naparzania)

Klasa gęstości : D1,8

Wytrzymałość charakterystyczna LC 25/28

Klasa ekspozycji betonu: XC1 (niskie zagrożenie karbonatyzacją)

Konsystencja mieszanki betonowej: V2 wg metody Vebe (11-20 s)

2. DOBÓR I BADANIE SKŁADNIKÓW

Składniki:

Cement: CEM I 42,5

Woda: wodociągowa

Kruszywo: keramzyt marki „25” 4/8 mm

keramzyt marki „25” 8/16 mm

piasek (keramzytowy lub naturalny) 0/4 mm

3. WSTĘPNE OKREŚLENIE ILOŚCI SKŁADNIKÓW MIESZANKI BETONOWEJ

a. Ustalamy wytrzymałość projektowaną betonu.

Zawsze projektujemy beton na wytrzymałość większą niż charakterystyczna („z zapasem”) zgodnie ze wzorem:

f_cm = f_ck + 2σ

Do obliczeń przyjmujemy współczynnik σ = 4 MPa

Wartość wytrzymałości projektowanej:

f_cm = 28 + 8 = 36 MPa

b. Oznaczamy gęstość nasypową w stanie luźnym w cylindrach: dla frakcji drobnej - 2dm³, dla frakcji grubszej - 5dm³.

Ze względu na gęstość nasypową, keramzyt nie odpowiada deklarowanej marce „25” możemy nie uzyskać projektowanej wytrzymałości betonu = 36 MPa.

Ponieważ receptury ITB są recepturami orientacyjnymi, dlatego mieszankę betonową sporządzimy z danego keramzytu, ale dodamy cement CEM I 42,5, a nie jak jest w recepturze CEM I 32,5.

Istnieje szansa, że powstały beton osiągnie wytrzymałość projektowaną.

c. Odczytujemy z receptury ITB wartości ilości składników betonu na 1 m³:

C - 420 kg

W - 220 kg

K_4/8 - 280 kg

K_8/16 - 260 kg korekta * 641/600 = 278 kg

P_natur. - 560 kg

d. Obliczamy ilość składników potrzebnych do wykonania próbnej mieszanki o objętości 5 dm³:

C - 420 * 0,005 = 2,1 kg

W_przew. - 220 * 0,005 = 1,1 kg W_rzecz.= ?

K_4/8 - 280 * 0,005 = 1,4 kg

K_8/16 - 278 * 0,005 = 1,39 kg

P_natur. - 560 * 0,005 = 2,8 kg

d. wykonanie próbnej mieszanki betonowej

Czynności:

• Odważamy składniki

• Do misy wsypujemy kruszywo i dodajemy ½ przewidywanej ilości wody

• Czekamy 5 minut

• Dodajemy cement i mieszamy do osiągnięcia jednolitej mieszaniny

• Małymi porcjami dodajemy wodę, mieszając, aż do uzyskania żądanej konsystencji. W_rzecz.= 0,986 kg

• Sprawdzamy konsystencję za pomocą przyrządu Vebe. Wynik pomiaru = 18 s Wniosek konsystencja spełnia wymagania normowe dla konsystencji V2

• mierzymy rzeczywistą objętość mieszanki. Wynik pomiaru
  .

Ponieważ
, ilości składników na 1 m³ należy obliczyć wg wzoru

• Sporządzamy próbkę sześcienną 150x150x150 mm do dalszych badań wytrzymałościowych

• Przystępujemy do ostatecznego obliczenia składników założonej projektowanej mieszanki betonowej na 1 m³ (recepta laboratoryjna)

4. RECEPTA LABORATORYJNA NA WYKONANIE 1 M³ BETONU LEKKIEGO

1. Przeprowadzamy korektę wyników dzieląc ilości przez wartość objętości rzeczywistej i mnożąc przez 1000.

Sporządzamy ostateczną receptę laboratoryjną na wykonanie 1 m3 betonu LC25/28 o konsystencji V2 (wg Vebe):

Składniki	Recepta laboratoryjna dla kruszywa suchego
Cement CEM I 42,5	412 kg
Piasek 0/4	549 kg
Keramzyt 4/8	275 kg
Keramzyt 8/16	273 kg
Woda	193 dm^3

Przewidywana gęstość projektowanego betonu:

ρ_bet. = P_0/2 +K_4/8 + K_8/16 +1,2C = 549+275+273+(1,2*412) = 1591 kg/m³

1. RECEPTA ROBOCZA NA WYKONANIE 1 m³ MIESZANKI BETONOWEJ WYKONANEJ Z WILGOTNEGO KRUSZYWA

Wilgotność kruszywa:

piasek 0/4 mm w_d = 4,0 %

keramzyt 4/8mm w_g2/8 = 6,0 %

keramzyt 8/16 mm w_g8/16 = 7,0 %

Obliczamy ilość wilgotnego piasku (wagowo):

P_w = P(1+w_d) = 549 ^. (1+0,04) = 571 kg

Obliczamy ilość wilgotnego keramzytu (wagowo):

K_w4/8 = K_4/8(1+w_g4/8) = 275*(1+0,06) = 292 kg

K_w8/16 = K_8/16(1+w_g8/16) = 273*(1+0,07) = 292 kg

K_w = K_w4/8 + K_w8/16 = 292*2 = 584 kg

Obliczamy ilość wody:

W_w = W -[(P_w-P)+(K_w-K)] = 170-[(571-549)+(584-548)]= 112 dm³

Recepta robocza (dla kruszywa wilgotnego) na 1 m³

Składniki	Recepta robocza dla kruszywa wilgotnego
Cement CEM I 42,5	412 kg
Piasek 0/4	571 kg
Keramzyt 4/8	292 kg
Keramzyt 8/16	292 kg
Woda	112 dm^3

2. RECEPTA ROBOCZA NA WYKONANIE JEDNEGO ZAROBU W BETONIARCE O OBJĘTOŚCI 2000 dm³ MIESZANKI BETONOWEJ WYKONANEJ Z WILGOTNEGO KRUSZYWA

Objętość teoretyczna betoniarki V =2000 m³

Współczynnik określający spulchnienie masy α = 0,75

Objętość praktyczna (robocza) betoniarki V_r=2000*0,75= 1500 dm³

Obliczamy ilość cementu:




Obliczamy ilość piasku 0/2 mm:




Obliczamy ilość keramzytu frakcji 4/8 mm:




Obliczamy ilość żwiru frakcji 8/16 mm:




Obliczamy ilość wody na jeden zarób betoniarki:




Recepta robocza (dla kruszywa wilgotnego) na jeden

zarób w betoniarce o pojemności 2000 dm³

Składniki	Recepta robocza na jeden zarób w betoniarce
Cement CEM I 42,5	618 kg
Piasek 0/4	857kg
Keramzyt 4/8	438 kg
Keramzyt 8/16	438 kg
Woda	168 dm^3

3. RECEPTA ROBOCZA NA WYKONANIE JEDNEGO ZAROBU MIESZANKI BETONOWEJ WYKONANEJ Z WILGOTNEGO KRUSZYWA, Z JEDNEGO WORKA CEMENTU CEM I 32,5 O MASIE 25kg

Dane:

Ilość cementu - jeden worek = 25 kg

Ilość cementu z recepty roboczej na 1m³ - 412 kg

Współczynnik = 25/412 ≈ 0,0607

Ilości wilgotnego kruszywa i wody pobieramy z recepty roboczej na 1 m³

1. obliczamy ilość piasku 0/4 do zarobu z jednego worka cementu

P₂₅ = P_w ^. (25/412) = 571 ^. 0,0607 = 35 kg

2. obliczamy ilość keramzytu 4/8 do zarobu z jednego worka cementu

K_25(4/8) = K_w4/8 ^. (25/412) = 292 ^. 0,0607 = 17 kg

3. obliczamy ilość keramzytu 8/16 do zarobu z jednego worka cementu

K_25(8/16) = K_25(4/8) = 17 kg

4. obliczamy ilość wody do zarobu z jednego worka cementu

W₂₅ = W_w ^. (25/412) = 112 ^. 0,0607 = 7 dm³

Recepta robocza (dla kruszywa wilgotnego) na jedenworek cementu (25 kg)

Składniki	Recepta robocza na jeden zarób z 25 kg cementu
Cement CEM I 42,5	25 kg
Piasek 0/4	35 kg
Keramzyt 4/8	17 kg
Keramzyt 8/16	17 kg
Woda	7 dm^3

5. OSTATECZNE WYNIKI

Składniki	Recepta laboratoryjna na 1 m^3	Recepta robocza na 1 m^3	Recepta robocza na jeden zarób w betoniarce	Recepta robocza na jeden zarób z 25 kg cementu
Cement CEM I 42,5	412 kg	391 kg	587 kg	25 kg
Piasek 0/4	549 kg	571 kg	857 kg	35 kg
Keramzyt 4/8	275 kg	292 kg	438 kg	17 kg
Keramzyt 8/16	273 kg	292 kg	438 kg	17 kg
Woda	193 dm^3	193 dm^3	158 dm^3	7 dm^3

9

---