Projektowanie betonów zwykłych oraz badanie ich właściwości Technologia betonu Projektowanie betonów zwykłych oraz badanie ich właściwości Kraków, 2012 r.

Podstawowe pojęcia z zakresu technologii betonu (wg PN-EN 206-1:2003 „Beton. Część 1: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność)

WPROWADZENIE BETON – materiał powstały ze zmieszania cementu, kruszywa grubego i drobnego, wody oraz ewentualnych domieszek i dodatków, który uzyskuje swoje właściwości w wyniku hydratacji cementu.

CEMENT-ZACZYN-ZAPRAWA-BETON woda cement zaczyn zaprawa beton piasek (0 – 2 mm) kruszywo grube (2 – 16 mm, 2 – 64 mm) MIESZANKA BETONOWA – całkowicie wymieszane składniki betonu, które są jeszcze w stanie umożliwiającym zgęszczenie wybrana metodą.

CEMENT – (spoiwo hydrauliczne) – drobno zmielony materiał nieorganiczny, który po zmieszaniu z wodą daje zaczyn, wiążący i twardniejący w wyniku hydratacji oraz innych procesów, zachowujący po stwardnieniu wytrzymałość i trwałość także pod wodą. KRUSZYWO – ziarnisty materiał mineralny odpowiedni do stosowania do betonu. Kruszywa mogą być: - naturalne - pochodzenia sztucznego lub - pozyskane z materiału wcześniej użytego w obiekcie budowlanym DOMIESZKA – składnik dodawany podczas mieszania betonu w małych ilościach (max do 5%) w stosunku do masy cementu w celu modyfikacji właściwości mieszanki betonowej lub betonu stwardniałego DODATEK – drobnoziarnisty składnik stosowany do betonu w celu poprawy pewnych właściwości. W normie EN 206-1 rozróżnia się 2 typu dodatków nieorganicznych: - prawie obojętne (typ I) - o właściwościach pucolanowych lub utajonych właściwościach hydraulicznych (typ II)

WODA ZAROBOWA – służy do przygotowania mieszanki betonowej CAŁKOWITA ZAWARTOŚĆ WODY – woda dodana oraz woda już zawarta w kruszywie i znajdująca się na jego powierzchni a także woda w domieszkach i dodatkach zastosowanych w postaci zawiesin, jak również woda wynikająca z dodania lodu lub naparzania EFEKTYWNA ZAWARTOŚĆ WODY – różnica między całkowitą ilością wody w mieszance betonowej a ilością wody zaabsorbowaną przez kruszywo WSPÓŁCZYNNIK WODA/CEMENT: W/C – stosunek efektywnej zwartości masy wody do zawartości masy cementu w mieszance betonowej.

KLASYFIKACJA BETONU RODZAJE BETONU BETON LEKKI w stanie suchym 800 ≤ ρ ≤ 2000 kg/m3 BETON ZWYKŁY 2000 ≤ ρ ≤ 2600 kg/m3 BETON CIĘŻKI ρ ≥ 2600 kg/m3

Istota projektowania składu betonów zwykłych

Inżynieria materiałowa sposób otrzymywania budowa wewnętrzna właściwości

Beton mikroskala

Beton – w/c a wytrzymałość Obniżenie wskaźnika w/c pozwala uzyskać wyższą wytrzymałość betonu przy tej samej zawartości cementu.

Beton - przepuszczalność Szczelność Trwałość Zwiększenie ilości wody w betonie, przy niezmienionej ilości cementu, skutkuje znacznym obniżeniem wytrzymałości betonu i obniżeniem jego wartości użytkowych (wysoka nasiąkliwość, niska mrozoodporność, niska szczelność).

PROBLEM Beton o w/c = 0,2 – 0,25 jest niemożliwy do wykonania ze względu na problem z uzyskaniem odpowiedniej konsystencji. Każda ilość wody ponad ilość związaną chemicznie prowadzi do wzrostu porowatości

Beton - mrozoodporność

Projektowanie składu betonów zwykłych Wstępne założenia do projektowania składu betonu obejmują wybór składników mieszanki betonowej z uwzględnieniem wymagań technologicznych i ekonomicznych. Klasa wytrzymałości betonu, Urabialność mieszanki, Warunki eksploatacji betonu (klasa ekspozycji eg normy PN-EN 206-1), Przeznaczenie elementu lub budowli, Ilość i rozmieszczenie zbrojenia, Sposób wbudowania mieszanki betonowej, Sposób pielęgnacji świeżego betonu Dobór jakościowy składników Wstępne założenia projektowe Dobór ilościowy składników Dobór: Rodzaju i klasy cementu, Rodzaju i uziarnienia kruszywa, Punktu piaskowego kruszywa, Domieszek i dodatków, Konsystencji mieszanki Minimalizacja kosztów Kontrola poprawności założonych cech mieszanki i stwardniałego betonu na podstawie zarobów próbnych

Projektowanie betonów zwykłych w zależności od ich przeznaczenia

Dobór składników mieszanki betonowej

Dobór cementu

2. Woda zarobowa ≥

3. Kruszywo

Rys. Gromadzenie się wody pod ziarnami płaskimi w trakcie b) Kształt ziaren Rys. Gromadzenie się wody pod ziarnami płaskimi w trakcie zagęszczania mieszanki betonowej.

c) Reaktywność alkaliczna kruszyw d) Wytrzymałość mechaniczna kruszyw

e) Mrozoodporność kruszyw

Metody projektowania składu betonów zwykłych Ustalenie składu mieszanki betonowej może być przeprowadzone różnymi doświadczalnymi lub obliczeniowo-doświadczalnymi sposobami. W Polsce do najczęściej stosowanych metod projektowania składu betonu należą: metoda trzech równań, metoda kolejnych przybliżeń (Kuczyńskiego) metoda dwustopniowego otulania żwiru (Paszkowskiego) metoda zaczynożądności (Kopycińskiego) metoda przepełnienia jam (Eymana).

których użycie powinno spełniać 3 warunki: Metoda trzech równań Zazwyczaj ustalenie składu betonu polega na wyznaczeniu zawartości jego składników w 1m3 mieszanki betonowej, tj.: c – cementu [kg] w – wody [kg] k – kruszywa [kg] których użycie powinno spełniać 3 warunki:

Warunek wytrzymałości (zależność Bolomeya): R = A.(c/w-0,5), w przypadku c/w < 2,5 R = A.(c/w+0,5), w przypadku c/w ≥ 2,5 gdzie: R – średnia wytrzymałość na ściskanie betonu [MPa], A – współczynnik zależny od rodzaju i marki kruszywa, c – ilość cementu [kg], w – Ilość wody [kg] c/w – wskaźnik cementowo-wodny – stosunek ilości cementu do ilości wody w mieszance, powszechniej stosowana jest jego odwrotność w/c – wskaźnik wodno –cementowy, który w ujęciu normy PN-EN 206-1 zastąpiony zostaje współczynnikiem wodno-spoiwowym zdefiniowanym jako w/(c+k.dodatek)

Warunek konsystencji: w = c.wc+d.wd+k.wk gdzie: c – ilość cementu [kg] d – ilość dodatku [kg] w – ilość wody [kg] k – ilość kruszywa [kg] wc – wodożądność cementu [dm3/kg] wd – wodożądność dodatku [dm3/kg] wk – wodożądność kruszywa [dm3/kg], ustalona metodami np. wodożądności poszczególnych frakcji

gdzie: c – ilość cementu [kg] 3. Warunek szczelności: c/ρc+d/ρd+k/ρk+w = 1000 gdzie: c – ilość cementu [kg] d – ilość dodatku [kg] w – ilość wody [kg] k – ilość kruszywa [kg] ρc – gęstość cementu [kg/dm3] ρd – gęstość dodatku [kg/dm3] ρk – gęstość kruszywa [kg/dm3]

Metoda kolejnych przybliżeń Ustalenie składu betonu metodą kolejnych przybliżeń polega na oddzielnym przygotowaniu kruszywa i zaczynu o stosunku C/W wyliczonym ze wzoru Bolomey’a. Następnie sukcesywnie należy dodawać przygotowany zaczyn do kruszywa tak, aby uzyskać założoną konsystencję. W miarę zwiększania ilości zaczynu dodawanego do kruszywa mieszanka betonowa staje się bardziej ciekła. Znając masę użytych składników w wykonanej próbie oraz objętości próbnej mieszanki można obliczyć ilości poszczególnych składników w 1m3 betonu.

Sprawdzenie wyników projektowania – wprowadzenie odpowiednich korekt i weryfikacja uzyskanych rezultatów Niezależnie od przyjętej metody projektowania betonu, rezultat tego typu działań powinien zostać sprawdzony i poddany ewentualnym korektom. Pewne zmiany i korekty mogą być wprowadzone już na etapie projektowania, jednak weryfikacja końcowa powinna mieć zawsze miejsce, aby wyeliminować wszystkie pomyłki i niezgodności. Szczególnie należy zwrócić uwagę na zgodność klasy wytrzymałości betonu wynikającą z ustaleń konstruktorskich i wymagań trwałościowych, wskazanych w normie PN-EN 206-1. Korekta zawartości cementu Korekta wskaźnika w/c Korekta ilości zaprawy i cząstek poniżej 0,125 mm

Doświadczalna weryfikacja składu betonu Proces projektowania betonu powinien zostać zakończony wykonaniem zarobu próbnego, podczas którego sprawdzeniu poddaje się konsystencję mieszanki betonowej oraz zawartość powietrza w mieszance zagęszczonej. Beton można uznać za dobrze zaprojektowany, jeżeli wszystkie wymagania dotyczące jego składu i właściwości w stanie plastycznym oraz stwardniałym są zgodne z założeniami projektowymi oraz wymaganiami obowiązującej normy.

Poniżej przedstawiono ogólny schemat wnioskowania prowadzącego do wyspecyfikowania betonu projektowanego lub recepturowego.                                                                                                               beton projektowany - w którym specyfikujący w wyniku analizy warunków wbudowania mieszanki i warunków użytkowania betonu określa wymagania do jego właściwości. beton recepturowy - jest to beton w którym specyfikujący w wyniku analizy warunków nie poprzestaje na określeniu wymagań, lecz definiuje skład betonu, zapewniający uzyskanie określonych właściwości. Składniki betonu projektowanego dobierane są tak, aby zostały spełnione określone wymagania dla mieszanki betonowej i betonu łącznie z konsystencją, gęstością , wytrzymałością, trwałością, ochrona przed korozją stali w betonie z uwzględnieniem procesu produkcyjnego i planowanych metod realizacji prac betonowych

Właściwości mieszanki betonowej i stwardniałego betonu

Właściwości mieszanki betonowej Konsystencja mieszanki betonowej ≥ ≤ ≤ ≥ ≤

Urabialność mieszanki betonowej

Właściwości stwardniałego betonu Wytrzymałość na ściskanie

Mrozoodporność

Wiesław Kurdowski – Chemia cementu i betonu, Wyd Wiesław Kurdowski – Chemia cementu i betonu, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2010 Beton według normy PN – EN 206-1 – komentarz-, praca zbiorowa pod kierunkiem prof. Lecha Czarneckiego, Wyd. Polski Cement, Kraków 2004 A.Bobrowski, M.Gawlicki, A.Łagosz, W.Nocuń-Wczelik – „Cement. Metody badań. Wybrane kierunki stosowania”, Wyd. AGH, Kraków 2010

DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ