Technologia betonu

Projektowanie betonów zwykłych oraz badanie ich właściwości

Kraków, 2012 r.

Podstawowe

pojęcia

z zakresu te

chnologii

betonu

(wg PN-EN 206-1:2003 „Beton. Część 1: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność)

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

CEMENT

ZBROJENIE ROZPROSZ

ONE

WODA

DODATKI MINERALNE

DOMIESZKI CHEMICZNE

KRUSZYWOBETONBETON

CEMENT-ZACZYN-ZAPRAWA-BETON

woda

cementzaczyn

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.

RODZAJE BETONURODZAJE BETONU

BETON LEKKI

w stanie suchym 800 ≤ ρ ≤ 2000 kg/m3

BETON LEKKI

w stanie suchym 800 ≤ ρ ≤ 2000 kg/m3

BETON ZWYKŁY

2000 ≤ ρ ≤ 2600 kg/m3

BETON ZWYKŁY

2000 ≤ ρ ≤ 2600 kg/m3

BETON CIĘŻKI

ρ ≥ 2600 kg/m3

BETON CIĘŻKI

ρ ≥ 2600 kg/m3

KLASYFIKACJA BETONU

Istota projektowania składu betonów

zwykłych

Inżynieria materiałowa

sposób otrzymywania

budowa wewnętrzna

właściwości

Betonmikroskala

Beton – w/c a wytrzymałość

Obniżenie wskaźnika w/c pozwala uzyskać wyższą wytrzymałość betonu

przy tej samej zawartości cementu.

Beton - przepuszczalność

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.

Wstępne założenia

projektowe

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

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:Rodzaju i klasy cementu,

Rodzaju i uziarnienia kruszywa,Punktu piaskowego kruszywa,

Domieszek i dodatków,Konsystencji mieszanki

Dobór:Rodzaju i klasy cementu,

Rodzaju i uziarnienia kruszywa,Punktu piaskowego kruszywa,

Domieszek i dodatków,Konsystencji mieszanki

Kontrola poprawności założonych cechmieszanki i stwardniałego betonu na

podstawie zarobów próbnych

Kontrola poprawności założonych cechmieszanki i stwardniałego betonu na

podstawie zarobów próbnych

Dobór jakościowy składników

Dobór ilościowy składników

Minimalizacja

kosztów

Projektowanie betonów zwykłych

w zależności od

ich przeznaczenia

Dobór składników mieszanki betonowej

1. Dobór cementu

2. Woda zarobowa

≥

3. Kruszywo

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).

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:

1. 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 ≥ 2,5gdzie:

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)

2. 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

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.

                                                                                                             

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

1. Wiesław Kurdowski – Chemia cementu i betonu, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2010

2. Beton według normy PN – EN 206-1 – komentarz-, praca zbiorowa pod kierunkiem prof. Lecha Czarneckiego, Wyd. Polski Cement, Kraków 2004

3. A.Bobrowski, M.Gawlicki, A.Łagosz, W.Nocuń-Wczelik – „Cement. Metody badań. Wybrane kierunki stosowania”, Wyd. AGH, Kraków 2010

DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ