2010-12-28
1
Dobór jako
ś
ciowy składników.
Zarys tradycyjnych metod projektowania składu
betonu zwykłego
(metoda trzech równa
ń
, istota metody otulenia i przepełnienia,
metoda do
ś
wiadczalna „znanego zaczynu”)
Programy komputerowe wspomagaj
ą
ce
projektowanie składu betonu
Projektowanie składu betonu i jego
podstawowe elementy
• ZEBRANIE INFORMACJI
O PRZEDMIOCIE PROJEKTOWANIA
• PROJEKTOWANIE JAKO
Ś
CIOWE
(jako
ś
ciowy dobór składników)
• PROJEKTOWANIE ILO
Ś
CIOWE
(ilo
ś
ciowy dobór składników)
• DO
Ś
WIADCZALNA WERYFIKACJA
WYNIKÓW PROJEKTOWANIA
2010-12-28
2
• Charakterystyka elementu:
- rola w konstrukcji (klasa betonu),
- wymiary przekroju poprzecznego,
- g
ę
sto
ść
i rozstaw zbrojenia.
• Technologia i warunki betonowania:
- transport,
- układanie,
- zag
ę
szczanie (ew.zmiana w/c),
- obróbka termiczna,
- temperatura otoczenia.
• Warunki przyszłej eksploatacji (trwało
ść
):
- zło
Ŝ
one oddziaływanie
ś
rodowiska
(klasy ekspozycji wg PN-EN 206-1)
ZEBRANIE INFORMACJI O PRZEZNACZENIU
PROJEKTOWANEGO BETONU
W PEWNYCH PRZYPADKACH
NIE WYMAGANIA
KONSTRUKCYJNE,
LECZ
TRWAŁO
ŚĆ
B
Ę
DZIE DETERMINOWA
Ć
SKŁAD BETONU ORAZ
JEGO KLAS
Ę
Brak
oddz.
XC
(karbonatyzacja
)
XS
(woda
morska)
XD
(inne chlorki)
XF
(zamra
Ŝ
anie/
rozmra
Ŝ
anie)
XA
(agresja
chemiczna)
Klasa
betonu
C12/15
C20/25
C30/37
C25/30
C30/37
C
min
[kg/m
3
]
---
260
300
(w/c)
max
---
0,65
0,50
0,55
p
min
[%]
---
4,0
(z wyj
ą
tkiem
XF1)
---
cement odporny
na siarczany
OGRANICZENIA SKŁADU BETONU WYNIKAJ
Ą
CE ZE
ZRÓ
ś
NICOWANIA WARUNKÓW EKSPLOATACJI
(klasy ekspozycji według
g
PN-EN 206-1:
Beton. cz.I : Wymagania, wła
ś
ciwo
ś
ci, produkcja i zgodno
ść
)
2010-12-28
3
Jako
ś
ciowy dobór poszczególnych
komponentów
- cement
-kruszywo
(+ ewentualnie dodatki mineralne i domieszki
modyfikuj
ą
ce)
PROJEKTOWANIE JAKO
Ś
CIOWE
Rodzaj
cementu
Cechy charakterystyczne
Zalecane kierunki
zastosowania
Portlandzkie:
CEM I 32,5 N
CEM I 32,5 R
CEM I 42,5 N
-
umiarkowane ciepło
hydratacji,
-
umiarkowana dynamika
narastania wytrzymało
ś
ci
wczesnej i w dłu
Ŝ
szych
okresach dojrzewania
Betony zwykłe klas B 15 do B 40
(C12/15 do C30/37)
-
elementy i konstrukcje monolityczne lub
prefabrykowane dojrzewaj
ą
ce w warunkach
naturalnych i podwy
Ŝ
szonej temperatury
-
elementy i konstrukcje spr
ęŜ
one dojrzewaj
ą
ce w
warunkach naturalnych i podwy
Ŝ
szonej temperatury
-
drobnowymiarowe wyroby prefabrykowane
dojrzewaj
ą
ce w warunkach naturalnych
- betonowanie w warunkach obni
Ŝ
onej temperatury
Portlandzkie:
CEM I 42,5 R
CEM I 52,5 N
CEM I 52,5 R
- bardzo wysokie ciepło hyd-
ratacji
- szybkie narastanie wytrzy-
mało
ś
ci wczesnej
- niewielka dynamika
narastania wytrzymało
ś
ci w
dłu
Ŝ
szych okresach
dojrzewania
Betony zwykłe klas B 25 do B 50
(C20/25 do C40/50)
Betony wysokowarto
ś
ciowe klas B 50
i wy
Ŝ
szych (C40/50 i wy
Ŝ
sze)
- elementy i konstrukcje prefabrykowane
dojrzewaj
ą
ce w warunkach naturalnych oraz
podwy
Ŝ
szonej i obni
Ŝ
onej temperatury
- elementy i konstrukcje spr
ęŜ
one dojrzewaj
ą
ce w
warunkach naturalnych i podwy
Ŝ
szonej temperatury
- drobnowymiarowe wyroby prefabrykowane
dojrzewaj
ą
ce w warunkach naturalnych
- betony o wymaganej wysokiej wytrzymało
ś
ci
wczesnej
- betonowanie w warunkach zimowych
Orientacyjny zakres stosowania oraz ogólne charakterystyki
wybranych cementów powszechnego u
Ŝ
ytku
2010-12-28
4
Rodzaj
cementu
Cechy
charakterystyczne
Zalecane kierunki
zastosowania
Portlandzkie
popiołowe:
CEM II/A-V 32,5 R
CEM II/A-V 42,5 N
Portlandzkie
Ŝ
u
Ŝ
lowe:
CEM II/A-S 32,5 R
CEM II/A-S 42,5 R
Portlandzkie
Ŝ
u
Ŝ
lowo-
popiołowe:
CEM II/A-SV 32,5 R
CEM II/A-SV 42,5 R
- umiarkowane ciepło
hydratacji
- umiarkowana
dynamika narastania
wytrzymało
ś
ci wczesnej
- bardzo dobra dynamika
narastania
wytrzymało
ś
ci w
dłu
Ŝ
szych okresach
dojrzewania
Betony zwykłe klas B 15 do B 40
(C12/15 do C30/37)
- elementy i konstrukcje monolityczne lub
prefabrykowane dojrzewaj
ą
ce w
warunkach naturalnych i podwy
Ŝ
szonej
temperatury
- drobnowymiarowe wyroby
prefabrykowane dojrzewaj
ą
ce w
warunkach naturalnych
Orientacyjny zakres stosowania oraz ogólne charakterystyki
wybranych cementów powszechnego u
Ŝ
ytku
Informacje podane na wykładzie i
ć
wiczeniach
Rodzaj
cementu
Cechy
charakterystyczne
Zalecane kierunki
zastosowania
Hutnicze:
CEM III/A 32,5 N
CEM III/A 42,5 N
Pucolanowe:
CEM IV/A 32,5 N
CEM IV/A 42,5 N
- niskie ciepło hydratacji
- powolne narastanie
wytrzymało
ś
ci wczesnej
- bardzo dobra dynamika
narastania wytrzymało
ś
ci
w dłu
Ŝ
szych okresach
czasu
- wysoka odporno
ść
na
agresj
ę
chemiczn
ą
Betony zwykłe klas B 7,5 do B 40
(C8/10 do C30/37)
- elementy i konstrukcje monolityczne lub
prefabrykowane dojrzewaj
ą
ce w warunkach
naturalnych i podwy
Ŝ
szonej temperatury
- konstrukcje masywne
- konstrukcje hydrotechniczne
- betony o podwy
Ŝ
szonej odporno
ś
ci na
agresj
ę
chemiczn
ą
- betony podkładowe (chude)
Hutniczy:
CEM III/B 32,5N
Pucolanowy:
CEM IV/B 32,5 N
- bardzo niskie ciepło
hydratacji
- bardzo powolne
narastanie wytrzymało
ś
ci
wczesnej
- bardzo dobra dynamika
narastania wytrzymało
ś
ci
w dłu
Ŝ
szych okresach
dojrzewania
- bardzo wysoka
odporno
ść
na agresj
ę
chemiczn
ą
Betony zwykłe klas B 7,5 do B 35
(C8/10 do C30/37)
- elementy i konstrukcje monolityczne lub
prefabrykowane dojrzewaj
ą
ce w warunkach
naturalnych i podwy
Ŝ
szonej tempe-ratury
- konstrukcje masywne
- konstrukcje hydrotechniczne
- betony o wysokiej odporno
ś
ci na agresj
ę
chemiczn
ą
- betony podkładowe (chude)
Orientacyjny zakres stosowania oraz ogólne charakterystyki
wybranych cementów powszechnego u
Ŝ
ytku
Informacje podane na wykładzie i
ć
wiczeniach
2010-12-28
5
Wskazówki dotycz
ą
ce
poprawnych uziarnie
ń
kruszywa
drobnego i grubego
Informacje podane na
ć
wiczeniach
Zakresy
zalecanych
uziarnie
ń
kruszyw do
betonów
Informacje podane na
ć
wiczeniach
2010-12-28
6
Ilo
ś
ciowy dobór składników w oparciu
o jedn
ą
z metod projektowania
oraz
weryfikacja jego zgodno
ś
ci z wymaganiami
normowymi
PN-EN 206-1
PROJEKTOWANIE ILO
Ś
CIOWE
PODSTAWY
PROJEKTOWANIA
SKŁADU BETONÓW
ZWYKŁYCH
2010-12-28
7
KLASYCZNA METODA TRZECH RÓWNA
Ń
jako przykład podej
ś
cia do projektowania
składu betonów zwykłych
jako prostego układu trójskładnikowego
C+W+K
1) Równanie szczelno
ś
ci
C/
ρρρρ
c
+ K/
ρρρρ
k
+ W/
ρρρρ
w
= 1,000
2) Równanie konsystencji
C
w
c
+ K
w
k
= W
3) Równanie wytrzymało
ś
ci Bolomey’a
f
cm 28
=
A
(C/W
±±±±
0,5)
C, K, W [kg/m
3
];
ρ
c
,
ρ
k
,
ρ
w
[kg/m
3
];
w
c
,w
k
[dm
3
/m
3
];
f
cm28
[MPa]
A
[-]
Równanie szczelno
ś
ci
(wa
Ŝ
ne dla wszystkich betonów konstrukcyjnych)
(suma obj
ę
to
ś
ci wszystkich składników mieszanki = 1 lub 1000)
C/
ρρρρ
c
+ K/
ρρρρ
k
+ W/
ρρρρ
w
= 1,000
cement C
kruszywo K
woda W
=
1 m
3
Mieszanka betonowa
jest
bezporowata
2010-12-28
8
Równanie konsystencji
(tylko betony bez domieszek upłynniaj
ą
cych -
ilo
ść
wody wynika z zało
Ŝ
onej
konsystencji i wynikaj
ą
cego z niej zapotrzebowania na ni
ą
ze strony składników
ziarnistych)
cement C
kruszywo K
woda
do cementu C
w
c
=
woda
do kruszywa K
w
k
woda do mieszanki W
Mieszanka
posiada
zało
Ŝ
on
ą
konsystencj
ę
C
w
c
+ K
w
k
= W
f
cm 28
=
A
(C/W
±±±±
0,5)
Równanie wytrzymało
ś
ci Bolomey’a
(tylko betony zwykłe)
Beton stwardniały
posiada zało
Ŝ
on
ą
28 dniow
ą
wytrzymało
ść
ś
redni
ą
f
cm
2010-12-28
9
Rozwi
ą
zanie układu trzech, niezale
Ŝ
nych równa
ń
stanowi
wst
ę
pny skład betonu:
C; W; K
Zarób próbny i sprawdzenie rzeczywistych wła
ś
ciwo
ś
ci mieszanki:
konsystencja; zawarto
ść
powietrza; urabialno
ść
oraz wła
ś
ciwo
ś
ci
betonu stwardniałego:
wytrzymało
ść
na
ś
ciskanie …
Ewentualne dodatkowe korekty składu
Konfrontacja z wymaganiami PN-EN 206-1
(klasa ekspozycji)
DO
Ś
WIADCZALNA METODA PROJEKTOWANIA
patrz
ć
wiczenia
i laboratorium
2010-12-28
10
PODSTAWY INNYCH METOD PROJEKTOWANIA
(metoda przepełnienia)
(
µ
g
zale
Ŝ
y od
konsystencji)
ziarno
kruszywa
grubego
2/d
max
jamistość kruszywa
grubego
Ziarno
kruszywa
grubego
2 mm/d
,max
Przepełnienie jam
kruszywa zaprawą
wsp. µ
g
Przepełnienie jam
piasku zaczynem
wsp. µ
p
V
zacz
= f (j
p
, kons.); V
zap
= f (j
g
, kons.)
zaczyn znany:
- rodzaj i klasa cementu;
- w/c (ze wzoru Bolomeya)
(
µ
p
zale
Ŝ
y od
konsystencji)
PODSTAWY INNYCH METOD PROJEKTOWANIA
(metoda otulenia)
ziarno
kruszywa
grubego
2/d
max
promień otulenia
zaprawą
ziarno piasku
0/2 mm
promień otulenia
zaczynem
V
zacz
= f (F
p
, kons.); V
zap
= f (F
g
, kons.)
zaczyn znany:
- rodzaj i klasa cementu;
- w/c (ze wzoru Bolomeya)
(promie
ń
zale
Ŝ
y od
konsystencji)
(promie
ń
zale
Ŝ
y od
konsystencji)
2010-12-28
11
PROJEKTOWANIE
„OD WYMAGA
Ń
DO SKŁADU”
Dane wej
ś
ciowe
Charakterystyka
jako
ś
ciowa składników.
Wymagania dotycz
ą
ce
wła
ś
ciwo
ś
ci mieszanki
betonowej i betonu
stwardniałego.
Dane wyj
ś
ciowe
Skład ilo
ś
ciowy mieszanki
betonowej.
Układ równa
ń
analityczno-
do
ś
wiadczalnych
PROJEKTOWANIE WPOMAGANIE KOMPUTEROWO
PROJEKTOWANIE
„OD SKŁADU DO WŁA
Ś
CIWO
Ś
CI”
Dane wej
ś
ciowe
Charakterystyka
jako
ś
ciowa składników.
Skład ilo
ś
ciowy mieszanki
betonowej.
Dane wyj
ś
ciowe
Wła
ś
ciwo
ś
ci mieszanki
betonowej i betonu
stwardniałego.
Realne
do
ś
wiadczenie lub
wykorzystanie
znanych zale
Ŝ
no
ś
ci
empirycznych lub
analitycznych
PROJEKTOWANIE WPOMAGANIE KOMPUTEROWO
2010-12-28
12
(cytowane za zgodą autora p.F. de Larrard’a)
Program „BETONLAB” - ekran podstawowy
grube/piasek
w/c
kr. grube [kg/m
3
]
piasek [kg/m
3
]
cement … [kg/m
3
]
Ŝ
u
Ŝ
el mielony [kg/m
3
]
m
ą
czka min. [kg/m
3
]
popiół lotny [kg/m
3
]
pył krzemionk. [kg/m
3
]
plastyfikator [% mc.]
superplastyf. [% mc.]
dom.napow. [tak/nie]
woda [dm
3
/m
3
]
zaw. pow. w miesz. [%]
opad sto
Ŝ
ka [mm]
por.bet.stwardn. [%]
koszt 1 m
3
[FF/m
3
]
„zarób” numer
grube/piasek
w/c
kr. grube
piasek
cement …
Ŝ
u
Ŝ
el miel.
m
ą
czka min.
popiół lotny
pył krzem.
plastyfikator
superplast.
dom. napow.
woda
zaw. pow. [%]
opad [mm]
por.betonu [%]
koszt [FF/m
3
]
moŜliwość zgromadzenia 90 receptur
charakterystyka cementu i kruszywa
p
rz
e
w
id
y
w
a
n
e
w
ła
ś
ci
w
o
ś
ci
Prezentowane za zgod
ą
autora F. de Larrarda
(cytowane za zgodą autora p. F. de Larrad’a)
Program „BETONLAB” – mo
Ŝ
liwo
ść
analizy wpływu zawarto
ś
ci
składników na wła
ś
ciwo
ś
ci materiału
Jak zawarto
ść
plastyfikatora wpływa na opad sto
Ŝ
ka ?
Opad = f(zaw.dom.plast)
Prezentowane za zgod
ą
autora F. de Larrarda
2010-12-28
13
Jak zawarto
ść
pyłu krzemionkowego wpływa
na wytrzymało
ść
na
ś
ciskanie ?
f
c28
= f(zaw.pyłu krzem.)
Program „BETONLAB” – mo
Ŝ
liwo
ść
analizy wpływu zawarto
ś
ci
składników na wła
ś
ciwo
ś
ci materiału
Prezentowane za zgod
ą
autora F. de Larrarda