PROJEKTOWANIE SKŁADU BETONU

• dobór ilości i rodzaju składników

• względy ekonomiczne i technologiczne

Wzgledy technologiczne

1.Klasa betonu - wartość wytrzymałości betonu

2.Dobór jakościowy składników stosownie do przeznaczenia konstrukcji

3.Konsystencja mieszanki betonowej (dostosowanie konsystencji)

-zależna od warunków wykonania, sposobu transportu mieszanki na plac budowy.

OKREŚLENIE DOBRZE ZAPROJEKTOWANEGO BETONU:

Dobrze zaprojektowany skład betonu powinien zapewnić mieszankę betonową o założonej konsystencji i szczelności po zagęszczeniu oraz założoną wytrzymałość betonu po przewidzianym okresie przy jednoczesnym zachowaniu względów ekonomicznych.

Względy ekonomiczne wpływają na decyzje:

• czy tańszym rozwiązaniem będzie uszlachetnienie kruszywa w celu zmniejszenia ilości cementu, czy też zastosowanie większej ilości cementu

• czy ekonomiczniej będzie zwiększyć ilość zaczynu w betonie w celu uzyskania bardziej ciekłej mieszanki, czy zastosować bardziej parochłonny sposób zagęszczania, czy też zastosować upłynniacz

Należy zwrócić uwagę na:

- mimo takiej samej krzywej uziarnienia, objętość jam zależy od kształtu ziaren i rośnie dla ziaren łamanych wraz ze wzrostem powierzchni właściwej i wodożądności.

- ziarna kruszywa układają się w zaczynie z reguły ściślej niż na sucho, ale mimo to konieczość ich otulenia powoduje, że zaczynu trzeba więcej niż wynosi objetość jam stosu kruszywa na sucho

- im konsystencja mieszanki betonowej ma być bardziej ciekła, tym przepełnienie jam (a zatem i grubość otulenia ziaren zaczynem) musi być większe.

- wraz ze wzrostem ilości zaczynu ponad określone optimum, wytrzymałość betonu maleje

TOK POSTĘPOWANIA PRZY PROJEKTOWANIU BETONU:

Projekt betonu dotyczy konkretnego obiektu i dlatego projektant konstrukcji narzuca z góry wytrzymałość betonu, określając ją jako klasę betonu

Konsystencję mieszanki ustala się wspólnie z wykonawcą obiektu, uwzględniając typ konstrukcji i możliwość przedsiębiorstwa w zakresie zagęszczania

Aby zaprojektować beton należy:

• ustalić rodzaj składników (dobór jakościowy składników)

• zbadać przyjęte składniki i określić te ich cech, które będą potrzebne do ustalenia ilości składników na 1m³ mieszanki betonowej

• ustalić ilościowy skład mieszanki betonowej na 1m³ według dowolnej metody

• skontrolować doświadczalnie, czy zaprojektowany beton spełnia założenia

• ustalić skład roboczy mieszanki

• ustalić skład ilościowy na jeden zarób

Przy rozpoczynaniu projektowania:

1. Opracowanie danych wyjściowych

2. Zapoznanie się z dokumentacją (informacjami o wielkości elementów, przekroju elementów, zbrojeniu {czy jest zbrojone, gęstość zbrojenia}, o warunkach pracy elementu)

3. Przeznaczenie ma być konkretnie sprecyzowane

Wielkość przekroju decyduje o ilości cementu do zastosowania, o gęstości zbrojenia, wytrzymałosci i klasie betonu.

4. Wybór sposobu wykonania mieszanki

5. Wybór rodzaju cementu i kruszywa

6. Problem pobierania wody.

Jakie jest kryterium doboru cementu ? W jaki sposób dobrać cement i kruszywo ?

• wybór klasy wytrzymałości cementu zależy od klasy cementu

• rodzaj cementu zależy:

1. od agresywności środowisk

2. od przekroju elementu

3. od możliwości narazenia elementu na działanie czynników zewnętrznych (atmosferycznych)

Jeżeli mieszanka betonowa będzie przygotowana w zakładzie prefabrykacji to klasa cementu może być o 1 niżej.

4. od stopnia rozdrobnienia

Kruszywa (podstawowe kryteria)

• stosownie do klasy betonu dobieramy kruszywo

• do betonu B 20 stosujemy wszystkie kruszywa (bez żanych ograniczeń), najczęściej stosowane żwirowe

• kwestia wytrzymałosci

• kształt ziaren - jeżeli chcemy mieć szczelny beton to też uzyskamy największą przyczepność (ziarna kruszyw łamanych). W przypadku kruszyw naturalnych - ziarna zbliżone do kuli, gładkie powierzchnie, łatwa urabialność. Wielkość ziarna zależy od przekroju elementu i gęstości zbrojenia.

• stos okruchowy

• jamistość - procentowa zawartość wolnych przestrzeni między ziarnami

Gdy jamistość jest 25 - 30% to zawartość kruszywa jest najbardziej korzystna i wtedy jest odpowiednia ilość wolnych przestrzeni do wypełnienia zaczynem.

• poziom punktu piaskowego - procentowa zawartość piasku

kruszywa od 0 - 2mm

Zawartość piasku jest korzystna. Im więcej przestrzeni wtedy dajemy kruszywo grube.

Im więcej drobnego kruszywa w stopie okruchowym trzeba więcej wody

• należy ograniczać ilość drobnych frakcji

• stos okruchowy musi być tak skonstruowany aby

W_k + j = min

j - jamistość

W_k - wodożądność kruszywa

• ilość wody której wymaga kruszywo dla uzyskania właściwej konsystencji (ilość wody w dm³/kg kruszywa, której wymaga kruszywo do właściwej konsystencji

• zależy od konsystencji

• zależność liniowa

Zalecenia dotyczące doboru rodzaju kruszyw w zakresie betonów zwykłych ograniczają się najogólniej do następujących stwierdzeń:

• do betonów niskich wytrzymałości należy stosować kruszywo otoczakowe

• do betonów średnich wytrzymałości należy stosować kruszywo tylko łamane lub z dodatkiem naturalnego kruszywa w ilości do 30% w sosunku o masy kruszywa grubego

• do betonów wysokich wytrzymałości należy stosowac kruszywo łamane, ze specjalnie dobranych skał pod względem petrograficznym i właściwosci mechanicznych. Musi być mało odkształcalne i mieć rozbudowana teksture powierzchni. Zwykle jest to bazalt lub rzadziej granit. Musi zawierać możliwie najmniejszy punkt piaskowy i być bez ziaren do 0,125mm

• beton z zużla kawałowego nie może być stosowany w budownictwie hydrotechnicznym i podziemnym

Rodzaj i gatunek kruszywa	Klasa betonu
Kruszywo łamane	Nie większa od klasy kruszywa
Naturalne kruszywa grube i mieszanki żwirowo-piaskowe gatunku I	B25*
Naturalne kruszywa grube i mieszanki żwirowo-piaskowe gatunku II	B15
Mieszanki żwirowo-piaskowe	B10
Naturalne kruszywa drobne	Do uzupełniania kruszyw wyżej podanych
*Dopuszcza się stosowanie do wyższych klas pod warunkiem połączenia z kruszywem łamanym i zastosowania w ilości nie większej niż 30% ogólnej ilości kruszywa o uziarnieniu powyżej 2mm


Aby wyznaczyć W_k musimy mieć analizę sitową


- procentowa zawartość kruszywa

A) Wybór sposobu przygotowania mieszanki

Wybór składników

• wybieramy cement, kruszywo

• przystępujemy do decyzji o stosowaniu dodatków i domieszek

• wybór metody zależy od tego co trzeba zrobić

Najczęstsze metody to:

1. Metoda zaczynu (met. punktu piaskowego)

Gdy stosujemy kruszywo żwirowe. Jest to metoda doświadczalna

2. Metoda 3 równań (metoda analityczna)

Metody obliczeniowe charakteryzują się tym że oblicza się poszukiwane niewiadome wartości C, K i W (ilość cementu, kruszywa i wody w kg/m³ betonu) przez rozwiązanie trzech równań określających właściwości technologiczne betonu

B) Weyfikacja doświadczalna

• ten etap jest czasem pomijany (w metodzie analitycznej)

• przygotowanie mieszanki betonowej, zbadanie wartości, zrobienie próbek i zbadanie wytrzymałości

Ad1

METODA 3 RÓWNAŃ

- przed przystąpieniem do projektowania należy przygotować dane wyjściowe

Warunek wytrzymałościowy Bolomey`a


wg normy R_b = 1,3 R_b^G

A₁ i A₂ współczynniki zależne o klasy wytrzymałościowej cementu i rodzaju kruszywa

A₁ czy A₂ zależy od tego w jakiej strefie wytrzymałościowej i stosunku C/W się znajdziemy.

Związek pomiędzy wytrzymałością średnią a składem betonu

Wzór Bolomey`a


gdzie :

R - wytrzymałość normowa na ściskanie, czyli po 28 dniach

C/W - współczynnik cementowo-wodny równy masowemu stosunkowi ilości cementu do wody w mieszance betonowej

A - współczynnik zależny od wytrzymałosci cementu i rodzaju kruszywa

a - współczynnik zależny od jakości cementu

Wielkości współczynników A₁ i A₂

Rodzaj kruszywa	Dla C/W	a	A	Wytrzymałość cementu [MPa]
								25	35	40	45	55
Naturalne	<2,5 2,5	0,5 -0,5	A1 A2	14 9,5	20 13	21 14,5		23 15
Łamane	<2,5 2,5	0,5 -0,5	A1 A2	15,5 10,5	20 13,5	22 14,5	24 16	26 17,5

Wzór
jest aktualny tylko dla:

-próbek dojrzewających w warunkach laboratoryjnych

-betonów niezawierających dodatków, przy C/W = od 1,2 do 3,2

-porowatości mieszanki betonowej po zagęszczeniu
2%

-zastosowanego kruszywa skalnego

-betonów nie podlegających żadnej dodatkowej obróbce techologicznej

Po podstawieniu wartości stałych, wzory na wytrzymałość średnia przyjmują postać:

a)dla C/W < 2,5 (W/C > 0,4)




b)dla C/W
2,5 (W/C
0,4)







1. Warunek konsystencji (ciekłości)

• ilość wody

W = K * W_k + C * W_c

W - ilość wody

K - ilość kruszywa

W_k - wodożądność kruszywa (trzeba wykryć na podstawie analizy sitowej kruszywa)

C - ilość cementu

W_c - wodożądność cementu (wielkość charakterystyczna dla cementu i konsystencji

2. Warunek szczelności (objętości absolutnych)]

• założenie że suma objętości wszystkich składników mieszanki betonowej powinna być równa 1000




Rozwiązaniem 3 równań jest wyliczenie ( C, K, W ) / 1m³

Dobrze jest gdy wyliczyliśmy ilość cementu która zgodna jest z ograniczeniami normowymi.

Graniczne ilości cementu

Największa ilość cementu nie powinna przekraczać:

450 - kg/m³ - w betonach klas do B40 (zaleca się nie przekraczać 400kg)

550 - kg/m³ - w betonach pozostałych klas (zaleca się nie przekraczać 500kg)

Najmniejsze dopuszczalne ilości cementu portlandzkiego oraz największe wartości stosunku wodno-cementowego W/C w mieszance betonowej zagęszczanej mechanicznie:

Lp.	Beton	Ilość zaprawy [dm^3/m^3]		Najmniejsza objętość ziaren miałkich*		Optymalna objętość zaczynu [dm^3/m^3]	W/C
								największa	zalecana
1.	Z kruszywem do 63mm	450	400-450	70		250	0,7
2.	Z kruszywem do 32mm	550	450-500	80		320	0,6
3.	Z kruszywem do 16mm	600	500-550	95		370	0,5
4.	Sprężony	500	450-500	80		300	0,45
5.	Niezbrojony	220 - 450			Graniczne ilości cementu [kg/m^3]
6.	Żelbet	270 - 450
7.	Klasy>B35	Maks. 550
* najmniejsza sumaryczna objętość absolutna ziarn kruszywa i dodatków poniżej 0,125 mm oraz cementu [dm^3/m]

Sprawdzenie prawidłowości obliczeń

Spr. C/W




2 - 3 % - dobrze!

Jeżeli wynik zgodny z normami cementu to jest dobrze

- ograniczenia normowe

V_{< 0,125} = V_c + V_{K < 0,125}

V_{< 0,125} - objętość wszystkich części pylastych

V_C - objętość cementu

V_Z = V_{K < 2mm} + V_C + V_W

V_Z - objętość zaprawy

Weryfikacja doświadczalna - polega na przygotowaniu zarobu próbnego

Np.

V = 20dm³ przygotowuje się zarób próbny i oblicza się składniki osobno, przygotowuje się składniki zaczynu




Korekta składników polega na dodaniu kruszywa lub zaczynu jeśli jest odpowiednia ciekłość

Obliczenia - dla składników suchych






Wzór na wspólny mianownik:




---