7. PROJEKTOWANIE BETONU.doc

PROJEKTOWANIE BETONU

DEFINICJE

Beton projektowany – beton, którego wymagane właściwości i dodatkowe cechy są podane producentowi, odpowiedzialnemu za dostarczenie betonu zgodnego z wymaganiami i dodatkowymi cechami

Beton recepturowy – beton, którego skład i składniki, jakie powinny być użyte, są podane producentowi odpowiedzialnemu za dostarczenie betonu o tak określonym składzie

Normowy beton recepturowy– beton recepturowy, którego skład jest podany w normie przyjętej w kraju stosowania

Specyfikacja – końcowe zestawienie udokumentowanych wymagań technicznych dotyczących wykonania lub składu betonu, podane producentowi

Specyfikujący – osoba lub jednostka ustalająca specyfikację mieszanki betonowej i stwardniałego betonu

SKŁAD BETONU

Należy tak dobrać skład, aby zostały spełnione określone wymagania dla mieszanki betonowej i betonu, łącznie z konsystencją, gęstością, wytrzymałością, trwałością, ochroną przed korozją stali w betonie, przez uwzględnienie procesu produkcyjnego i planowanej metody realizacji prac betonowych. W pewnych przypadkach nie wymagania konstrukcyjne, lecz trwałość będzie determinować skład betonu.

ETAPY PROJEKTOWANIA

- Zdefiniowanie przeznaczenia danego betonu

- Jakościowy dobór składników

- Ilościowy dobór składników

- Doświadczalne sprawdzenie. Ewentualne korekty

WYTYCZNE DOBORU CEMENTU

1. WG. „STAREJ NORMY”

Beton zwykły, najmniejsza ilość cementu w mieszance betonowej [kg/m3] niezbrojony/zbrojony, największa wartość W/C:

- osłonięty przed bezpośrednim działaniem czynników atmosferycznych – 190/220; 0,75

- narażony bezpośrednio na działanie czynników atmosferycznych – 250/270; 0,6

- narażony na stały dostęp wody przed zamarznięciem – 270/290; 0,55

Największa ilość cementu nie powinna przekraczać:

- 450 kg/m3 – w betonach klas poniżej B35

- 550 kg/m3 – w betonach pozostałych klas

2. WG. „NOWEJ NORMY”

W zależności od klasy ekspozycji (przykład - klasa 1 i 2)

- maksymalne W/C – X0 – -, XC1 – 0,65, XC2 – 0,60, XC3 – 0,55, XC4 – 0,50

- minimalna klasa wytrzymałości – X0 – C12/15, XC1 – C20/25, XC2 – C20/25, XC3 – C30/37, XC4 – C30/37

- minimalna zawartość cementu (kg/m3) – X0 – -, XC1 – 260, XC2 – 280, XC3 – 280, XC4 – 300

3. ZMIANY

Krajowe uzupełnienie PN-B-06265:2004 dopuszcza dla klasy ekspozycji:

- X0 minimalną klasę wytrzymałości C8/10

- XC1 i XC2 minimalną klasę C16/20

- XC3 minimalną klasę C20/25

- XC4 minimalną klasę C25/30

NORMOWY BETON RECEPTUROWY

- NBR 10 – klasa wytrzymałości C8/10 min. zawartość cementu 210kg/m3

- NBR 15 – klasa wytrzymałości C12/15 min. zawartość cementu 270kg/m3

- NBR 20 – klasa wytrzymałości C16/20 min. zawartość cementu 290kg/m3

WYTYCZNE DOBORU KRUSZYWA

Maksymalny wymiar ziaren kruszywa nie powinien przekraczać:

- ¼ najmniejszego wymiaru elementu konstrukcyjnego,

- odległości między prętami zbrojenia zmniejszonej o 5 mm , z wyjątkiem specjalnych zastosowań wymagających np. grupowania prętów,

- 1,3 grubości otulenia (zastrzeżenie to nie dotyczy 1 klasy ekspozycji).

ZALECANA ILOŚĆ ZAPRAWY

Rodzaje wyrobów, elementów lub konstrukcji i zalecana ilość zaprawy w dm3 na 1 m3 mieszanki betonowej:

- żelbetowe i betonowe konstrukcje masywne o najmniejszym wymiarze przekroju większym niż 500 mm i kruszywie do 63 mm – 400 – 450 dm3

- sprężone, żelbetowe i betonowe wyroby, elementy i konstrukcje o najmniejszym wymiarze przekroju większym niż 60 mm i kruszywie do 31,5 mm – 450 – 550 dm3

- sprężone, żelbetowe i betonowe wyroby, elementy i konstrukcje o najmniejszym wymiarze przekroju nie większym niż 60 mm i kruszywie do 16 mm – 500 – 550 dm3

RÓWNANIA DO PROJEKTOWANIA

Podstawę do zaprojektowania składu mieszanki betonowej stanowią równania wyrażające trzy warunki technologiczne, które ma spełniać zaprojektowany beton:

- Warunek wytrzymałości

- Warunek szczelności

- Warunek wodożądności

RÓWNANIE WYTRZYMAŁOŚCI

dla 1,2 ≤ C/W < 2,5

fcm = A1 (C/W – 0,5), [MPa] (wagowe ilości składników) lub

fcm = A1 ( c/w · ρc – 0,5) (objętości absolutne składników)

dla 2,5 ≤ C/W ≤ 3,2

fcm = A2 (C/W + 0,5), [MPa] (wagowe ilości składników) lub

fcm = A2 ( c/w · ρC + 0,5) (objętości absolutne składników)

RÓWNANIE SZCZELNOŚCI

C/ρc + P/ρp + Ż/ρż + W/ρw = 1000,   gdzie:

C, P, Ż, W – wagowe ilości składników, [kg],

ρc , ρp , ρż , ρw – gęstości składników, [kg/dm3]

lub

c + p + ż + w = 1,   gdzie:

c, p, ż, w – objętości absolutne składników

RÓWNANIE WODOŻĄDNOŚCI

W = C ·wc + P·wp + Ż · wż,   gdzie :

wc, wp, wż - wodożądność składników, [dm3/kg]

lub

w = c · kc + p · kp + ż · kż,   gdzie:

kc = wc ·ρc,   kp = wp ·ρp,   kż = wż ·ρż

METODY PROJEKTOWANIA

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

Metody doświadczalne polegają na laboratoryjnych próbach poszukiwania składu mieszanki betonowej o założonej konsystencji przy możliwie najmniejszym zużyciu cementu i przy zachowaniu warunku żądanej wytrzymałości.

PODSTAWOWE ZAŁOŻENIA

- klasa ekspozycji betonu

- klasa wytrzymałości betonu

- klasa konsystencji

METODA TRZECH RÓWNAŃ

Stosuje się tylko w przypadku, gdy kruszywo traktuje się jako całość, nie rozdzielając na kruszywo drobne i grube.

K = 1000 / [wk / (1 – wc * m)] * [(m / ρc) + 1] + 1/ ρk

W = wk * K / (1 – wc * m)

C = m * W

Współczynnik m oblicza się z wzoru Bolomey’a

METODA ITERACJI

W tej metodzie usystematyzowanej przez W. Kuczyńskiego dobór składu mieszanki betonowej polega na dwu kolejnych czynnościach:

- skomponowaniu mieszanki kruszywowej (stosu okruchowego) o najmniejszej jamistości i niskiej wodożądności,

- dodaniu do tego kruszywa zaczynu o wymaganym wytrzymałością stosunku W/C w takiej ilości, aby uzyskać żądaną konsystencję. Za optymalne rozwiązanie przyjmuje się takie, w którym gęstość pozorna mieszanki jest największa.

TOK POSTĘPOWANIA

Skomponowanie mieszanki kruszywa wg kryterium obszaru dobrego uziarnienia oraz minimalnej jamistości i wodożądności. Obliczenie ilości piasku i żwiru potrzebnych do uzyskania np. 10 kg danego kruszywa.

K1 = 10 kg

P : Ż = 1 : X

X = (PPp – PPk) / (PPk – PPŻ)

P1 = K1 / (1 + X)

Ż1 = K1 – P1

METODA ITERACJI CD.

Przygotowanie zaczynu cementowego o obliczonym z wzoru Bolomey’a wskaźniku C/W w ilości równej około 1/3 masy kruszywa

Z0 = 1/3 K1

W0 = Z0/(1+C/W)

C0 = Z0 – W0

Stopniowe dolewanie zaczynu do kruszywa, mieszając zarób i kontrolując konsystencję aż do uzyskania założonego jej stopnia. Zważenie pozostałego zaczynu i określenie masy zaczynu Z1 dolanego do kruszywa.

TOK POSTĘPOWANIA CD.

Obliczenie masy składników użytych w próbnym zarobie:

W1 = Z1 / (1 + C/W) [dm3]

C1 = Z1 – W1 [kg]

Pomierzenie rzeczywistej objętości zagęszczonego próbnego zarobu Vp [dm3]

Sprawdzenie szczelności mieszanki wg równania szczelności:

C1 /ρC + K1 /ρK + W1 = V0,   gdzie:

ρC , ρK – gęstości cementu i kruszywa, [kg/dm3],

...