Projekt mieszanki betonowej o konsystencji plastycznej dla betonu

POLITECHNIKA POZNANSKA
INSTYTUT KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH
PRACOWNIA MATERIALOZNAWSTWA
I TECHNOLOGII
Projekt mieszanki betonowej o konsystencji
plastycznej dla betonu klasy B-17,5 wykonany
metoda iteracji.
Prowadzacy dr inz. B. Zgola
Wykonali:
Zielinska Magdalena
Przymusiak Tomasz
gr. IV TOB sem. VI
Poznan, listopad 2004r.
KRZYWA SKLADU ZIARNOWEGO KRUSZYWA
PIASKOWO-ZWIROWEGO ORAZ ZWIRU
1. Wyniki doswiadczenia dla zwiru
Tabela 1. Oznaczenie skladu zwiru.
Frakcja
[mm]
Wymiar
sita
[mm]
I
2,00 - 4,00
II
4,00 - 8,00
III 8,00 - 16,00
IV 16,00 - 32,00
V 32,00 - 63,00
2
4
8
16
32
Przesiewy
[g]
Srednia
I
II
III
1,6
14,0
735,2
249,2
0
1000
0
5,7
806,6
187,7
0
1000
0
14,5
802,5
183,0
0
1000
0,53
11,4
781,43
206,63
0
999,99
Udzial
Udzial
przesiewu
przez
poszczególnych
poszczególne
frakcji kruszywa
sita
[%]
[%]
0,05
0,05
1,14
1,19
78,14
79,34
20,66
100,00
0,00
100,00
Wykres 1. Ponizszy wykres przedstawia udzial poszczególnych frakcji badanego kruszywa
78,14%
80,00%
70,00%
60,00%
50,00%
[%] 40,00%
0,00%
20,66%
30,00%
20,00%
0,05%
10,00%
1,14%
0,00%
I
II
III
Frakcje
1
IV
V
Wykres 2. Ponizszy wykres przedstawia udzial poszczególnych frakcji badanego zwiru
(krzywa przesiewu)
100,00%
100,00%
Krzywa przesiewu zwiru
90,00%
100,00%
85,00%
80,00%
70,00%
70,00%
60,00%
50,00%
40,00%
40,00%
30,00%
20,00%
15,00%
10,00%
0,00%
0,00%
I
II
III
Frakcje
IV
Przesiewany zwir to zwir i grys z otoczaków wielofrakcyjny 8,0÷31,5 Zawartosc frakcji III
8,0÷16,0 nie spelnia wymagan normowych wg PN-86/B-06712.
2. Wyniki doswiadczenia dla kruszywa piaskowo-zwirowego
Tabela 2. Oznaczenie skladu kruszywa.
Frakcja
[mm]
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
0 - 0,125
0,125 - 0,25
0,25 - 0,50
0,50 - 1,00
1,00 - 2,00
2,00 - 4,00
4,00 - 8,00
8,00 - 16,00
16,00 - 32,00
32,00 - 63,00
Wymiar
sita
[mm]
0
0,125
0,25
0,5
1
2
4
8
16
32
Przesiewy
[g]
Srednia
I
II
III
0
1
11
79
151
343
387
21
0
0
993
0
1
8
66
209
347
357
15
0
0
1003
0
0
13
10
344
236
368
28
0
0
999
2
0,00
0,67
10,67
51,67
234,67
308,67
370,67
21,33
0,00
0,00
998,33
Udzial
Udzial
przesiewu
przez
poszczególnych
poszczególne
frakcji kruszywa
sita
[%]
[%]
0,00
0,00
0,07
0,07
1,07
1,14
5,18
6,31
23,51
29,82
30,92
60,73
37,13
97,86
2,14
100,00
0,00
100,00
0,00
100,00
V
Wykres 3. Ponizszy wykres przedstawia udzial poszczególnych frakcji badanego kruszywa.
40,00%
37,13%
35,00%
30,92%
30,00%
23,51%
25,00%
[%] 20,00%
15,00%
10,00%
5,00%
5,18%
2,14%
0,00% 0,07% 1,07%
0,00% 0,00%
0,00%
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
Frakcje
Wykres 4. Ponizszy wykres przedstawia udzial poszczególnych frakcji badanego kruszywa
narastajaco.
100,00%
100,00%
97,86%
100,00%
90,00%
80,00%
80,00%
70,00%
65,00%
60,00%
60,73%
50,00%
50,00%
Krzywa przesiewu mieszanki kruszywa piaskowo-zwirowego
40,00%
30,00%
29,82%
20,00%
20,00%
10,00%
8,00%
0,00%
0,07%
0,00%
I
II
1,14%
III
6,31%
IV
V FrakcjeVI
VII
VIII
IX
Przesiewana mieszanka kruszywa jest najbardziej zblizona do mieszanki kruszywa
naturalnego drobnego o frakcji 0÷4,0. Kruszywo to nie spelnia wymagan normowych
dotyczacych wielkosci procentowej frakcji w kruszywie - wg PN-86/B-06712.
3
X
3. Wyniki doswiadczenia dla piasku
Tabela 3. Oznaczenie skladu kruszywa.
Wymiar
sita
[mm]
Frakcja
[mm]
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
0 - 0,125
0,125 - 0,25
0,25 - 0,50
0,50 - 1,00
1,00 - 2,00
2,00 - 4,00
4,00 - 8,00
8,00 - 16,00
16,00 - 32,00
32,00 - 63,00
0
0,125
0,25
0,5
1
2
4
8
16
32
Przesiewy
[g]
Srednia
I
II
III
13,30
20,56
283,14
139,55
50,80
5,36
3,87
0,0
0,0
0,0
500,00
10,50
17,10
277,20
120,41
48,12
13,13
0,0
0,0
0,0
0,0
499,70
12,59
16,04
259,47
139,55
53,87
7,70
0,0
0,0
0,0
0,0
500,83
12,13
77,90
273,27
133,17
50,93
8,73
0,00
0,00
0,00
0,00
Udzial
Udzial
przesiewu
przez
poszczególnych
poszczególne
frakcji kruszywa
sita
[%]
[%]
2,43%
2,43%
15,58%
18,01%
54,65%
72,66%
26,63%
99,29%
10,19%
109,48%
1,75%
111,23%
0,77%
112,00%
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Wykres 5. Ponizszy wykres przedstawia udzial poszczególnych frakcji piasku.
54,65%
60,00%
50,00%
26,63%
40,00%
30,00%
15,58%
10,19%
20,00%
10,00%
2,43%
1,75%
0,00%
I
II
III
IV
Frakcje
4
V
VI
Wykres 6. Ponizszy wykres przedstawia udzial poszczególnych frakcji piasku narastajaco.
Krzywa przesiewy piasku
100,00%
90,00%
80,00%
70,00%
60,00%
50,00%
40,00%
30,00%
20,00%
10,00%
0,00%
I
II
III
IV
V
VI
Frakcje
Przesiewany piasek jest najbardziej zblizony do piasku drobnego o frakcji 0,125÷1,0.
Kruszywo to nie spelnia wymagan normowych dotyczacych wielkosci procentowej
frakcji w kruszywie - wg PN-86/B-06712.
5
WYZNACZENIE GESTOSCI N ASYPOWEJ ZWIRU,
PIASKU ORAZ KRUSZYWA PIASKOWO ZWIROWEGO
1. Wyniki doswiadczenia
ZWIR
1) masa cylindra – 4400g
2) masa piasku w stanie luznym – 3040g
3) masa zwiru po pierwszym utrzesieniu i wyrównaniu– 3200g
4) masa zwiru po drugim utrzesieniu i wyrównaniu– 3300g
Wykres 7. Wartosci gestosci nasypowej oraz masy próbek zwiru
3350
1,70
3300
1,65
3250
3200
1,6
3150
1,65
1,60
3100
1,55
3050
1,52
3000
1,50
2950
2900
1,45
Stan luzny
I utrzesienie
II utrzesienia
d L = 1,520kg / dm 3
Gestosc nasypowa zwiru w stanie luznym
d I = 1,600kg / dm 3
Gestosc nasypowa zwiru w stanie utrzesionym I
d II = 1,650kg / dm 3 Gestosc nasypowa zwiru w stanie utrzesionym II
PIASEK
1) masa cylindra – 4400g
2) masa piasku w stanie luznym – 3100g
3) masa piasku po pierwszym utrzesieniu i wyrównaniu – 3620g
6
4) masa pisku po drugim utrzesieniu i wyrównaniu masa zwiru – 3640g
Wykres 8. Wartosci gestosci nasypowej oraz masy próbek piasku
3700
1,81
3600
1,82
1,85
1,80
3500
1,75
3400
1,70
3300
1,65
3200
1,60
3100
1,55
1,55
3000
1,50
2900
1,45
2800
1,40
Stan luzny
I utrzesienie
II utrzesienia
d L = 1,550kg / dm3
Gestosc nasypowa piasku w stanie luznym
d I = 1,810kg / dm 3
Gestosc nasypowa piasku w stanie utrzesionym I
d II = 1,820kg / dm 3 Gestosc nasypowa piasku w stanie utrzesionym II
KRUSZYWO PIASKOWO_ZWIROWE
1) masa cylindra – 4400g
2) masa kruszywa w stanie luznym – 3320g
3) masa kruszywa po pierwszym utrzesieniu i wyrównaniu – 3540g
4) masa kruszywa po drugim utrzesieniu i wyrównaniu masa zwiru – 3620g
Wykres 9. Wartosci gestosci nasypowej oraz masy próbek kruszywa piaskowozwirowego
3650
1,85
3600
3550
3500
1,81
1,77
1,75
3450
3400
3350
3300
3250
1,80
1,70
1,66
1,65
1,60
3200
3150
1,55
Stan luzny
I utrzesienie
7
II utrzesienia
d L = 1,660kg / dm 3
Gestosc nasypowa piasku w stanie luznym
d I = 1,770kg / dm 3
Gestosc nasypowa piasku w stanie utrzesionym I
d II = 1,810kg / dm 3 Gestosc nasypowa piasku w stanie utrzesionym II
8
ZAWARTOSC PYLÓW I ZANIECZYSZCZEN W
KRUSZYWACH
1. Zawartosc pylów i zanieczyszczen w badanych kruszywach
ZWIR
masa próbki przed przeplukaniem : m1 = 500g
masa próbki po przeplukaniu : m2 = 404,5g
Zawartosc pylów w próbce
K=
m1
m2
m1
× 100%
k = 19,1%
Zawartosc zanieczyszczen obcych w zwirze
W próbce 500 g masa zanieczyszczen obcych 0,5 g, co wynosi, ze wartosc
zanieczyszczen w próbce wynosi 0,1 %. Kruszywo to spelnia wymagania
normowe wg PN-78/B-06714/13 i klasyfikowane jest jako kruszywo marki 50.
PIASEK
masa próbki przed przeplukaniem : m1 = 500g
masa próbki po przeplukaniu : m2 = 483,5g
Zawartosc pylów w próbce
K =
m1 m2
× 100 %
m1
k = 3,3%
Zawartosc zanieczyszczen obcych w piasku
W próbce nie znaleziono zadnych zanieczyszczen obcych.
9
2.
Zawartosc ziaren nieforemnych
ZWIR
Tabela 4. Zawartosc ziaren nieforemnych zwirze
L.p.
Frakcja
[mm]
I
II
III
4-10
10-20
20-40
Waga
frakcji
[g]
150
500
862
Waga ziaren nieforemnych
w danej frakcji
[g]
13,5
33,3
40,7
Procentowy udzial ziaren
nieforemnych w danej frakcji
ZN [g]
9,00
6,66
4,72
3. Zawartosc ziaren nieforemnych w calym kruszywie
ZW =
Z N1 * f1 + Z N2 * f2 + Z N 3 * f 3
f1 + f2 + f 3
4,7 * 57 + 6,7 * 33 + 9 * 10
57 + 33 + 10
= 5,8 %
ZW =
ZW
f1,2,3 - udzial ziaren poszczególnych zbadanych frakcji w sredniej próbce laboratoryjnej
Kruszywo to spelnia wymogi dotyczace ziaren nieforemnych. ZW <10% i klasyfikowane
jest jako zwir wielofrakcyjny powyzej 4,0mm ze skal magmowych i metamorficznych
oraz otoczaków – wg PN-78/B-06714/16.
10
PROJEKTOWANIE MIESZANKI BETONOWEJ B17.5 O KONSYSTENCJI PLASTYCZNEJ METODA
ITERACJI
Celem drugiej czesci bylo zaprojektowanie mieszanki betonowej o konsystencji
plastycznej dla betonu klasy B-17,5. Beton nalezy zaprojektowac metoda iteracji.
Metoda iteracji polega, jak sama nazwa wskazuje, na dokonywaniu pewnych prób.
Celem tej metody jest znalezienie takich stosunków kruszyw majacych sie skladac na
mieszanke, które zapewniaja najlepsza szczelnosc. Proces rozpoczynamy od dosypywania
do gruntu ziaren o najwiekszych wymiarach ziaren (grys) grunt o srednich wymiarach
ziaren (zwir). Po uzyskaniu maksymalnej szczelnosci rozpoczynamy dodawanie gruntu o
najmniejszych ziarnach (piasek), aby wypelnil on luki miedzy ziarnami o wiekszych
wymiarach. Przebieg poszukiwan mieszanki o najlepszej szczelnosci przedstawilismy w
Tabeli 4.
Tabela 4. Tabela iteracji kruszyw
L.p.
Kolejnosc
Kolejne iteracje mieszanki kruszyw
postepowania
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
1.
Zwir gruby
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,33
2,33
2,33
2.
Zwir drobny
-
1
1,5
2
2,5
3
3,5
3,5
3,5
3,5
3.
Piasek
-
-
-
-
-
-
-
-
1,0
1,5
2,0
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
5,83
6,833
7,333
1,22
1,58
1,84
2,10
2,34
2,56
2,90
3,00
3,40
3,72
1,6393
1,8987
1,9022
1,9048
1,9231
1,943
2,0098
1,9713
2,65
2,65
2,65
2,65
2,65
2,65
2,65
2,65
4.
5.
Suma mas m
[kg]
Objetosc V
[dcm3]
Gestosc
nasypowa
ns
=
v m
kruszyw
?
6.
1,9530 1,8960
[kg/dcm3]
7.
Gestosc kruszyw
? [kg/dcm3]
11
2,65
2,65
Szczelnosc
8.
s=
? ns
?
0,6186
0,7165
0,7178
0,7188
0,7256
0,7370 0,7157
0,7333
0,7584
0,7439
Aby okreslic ilosc kazdego ze skladników konieczna do wyrobienia odpowiedniej
mieszanki nalezy rozwiazac uklad równan:
Wc =0,29
W p=0,091309
W z=0,019246
W g=0,034074
γc =3,1
γg=2,65
γz=2,65
γp=2,65
G
Z
Z
= 0,6657
P = 3,5
Gdzie:
G - masa grysu [kg],
Z- masa zwiru [kg],
P - masa piasku [kg],
W - objetosc wody [dm3 ],
C - masa cementu [kg],
x - stosunek G/Z odczytujemy z tabeli iteracji,
y - stosunek Z/P odczytujemy z tabeli iteracji,
w - wskazniki wodozadnosci (w zaleznosci od indeksu piasku, zwiru, grysu, cementu),
obliczone wedlug tabel wskazników dla zadanej konsystencji,
γ - gestosci kruszyw, dla wszystkich 2,65 [kg/dm3 ],
Rb - 1,3*klasa betonu,... 22,75
A1 - 18,
Zwir Gruby
Frakcja
[mm]
0 - 0,125
0,125 - 0,25
0,25 - 0,50
0,50 - 1,00
1,00 - 2,00
2,00 - 4,00
4,00 - 8,00
8,00 - 16,00
16,00 - 32,00
32,00 - 63,00
Wskaznik
wodozadnosci
konsystencja
plastyczna
0,239
0,122
0,084
0,058
0,043
0,032
0,026
0,020
0,016
0,013
Zawartosc
kruszywa
poszczególnych
frakcjach
0,00
0,67
10,67
51,67
234,67
308,67
370,67
21,33
0,00
0,00
Udzial
poszczególnych
frakcji kruszywa
[%]
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,05
1,14
78,14
20,66
0,00
Wskaznik
wodozadnosci
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0016
0,0296
1,5628
0,3306
0,0000
1,9246
12
Kruszywo piaskowo-zwirowe
Frakcja
[mm]
0 - 0,125
0,125 - 0,25
0,25 - 0,50
0,50 - 1,00
1,00 - 2,00
2,00 - 4,00
4,00 - 8,00
8,00 - 16,00
16,00 - 32,00
32,00 - 63,00
Wskaznik
wodozadnosci
konsystencja
plastyczna
0,239
0,122
0,084
0,058
0,043
0,032
0,026
0,020
0,016
0,013
Zawartosc
kruszywa
poszczególnych
frakcjach
0,00
0,67
10,67
51,67
234,67
308,67
370,67
21,33
0,00
0,00
Udzial
poszczególnych
frakcji kruszywa
[%]
0,00
0,07
1,07
5,18
23,51
30,92
37,13
2,14
0,00
0,00
Wskaznik
wodozadnosci
0,0000
0,0085
0,0899
0,3004
1,0109
0,9894
0,9654
0,0428
0,0000
0,0000
3,4074
Piasek
Frakcja
[mm]
0 - 0,125
0,125 - 0,25
0,25 - 0,50
0,50 - 1,00
1,00 - 2,00
2,00 - 4,00
4,00 - 8,00
8,00 - 16,00
16,00 - 32,00
32,00 - 63,00
Wskaznik
wodozadnosci
konsystencja
plastyczna
0,239
0,122
0,084
0,058
0,043
0,032
0,026
0,020
0,016
0,013
Zawartosc
kruszywa
poszczególnych
frakcjach
12,13
77,90
273,27
133,17
50,93
8,73
0,00
0,00
0,00
0,00
Udzial
poszczególnych
frakcji kruszywa
[%]
2,43%
15,58%
54,65%
26,63%
10,19%
1,75%
0,77%
0,00
0,00
0,00
Wskaznik
wodozadnosci
0,0058
0,0190
0,0459
0,0154
0,0044
0,0006
0,0002
0,0000
0,0000
0,0000
9,1309
Oto wyniki, jakie otrzymalismy do wykonania 1m3 mieszanki betonowej:
Cement C = 256,249 kg
Woda W = 145,596 dcm3
Piasek P = 299,166 kg
Zwir Gruby Z = 1047,081 kg
Kruszywo G = 698,912 kg
Wykonywana mieszanka betonowa bedzie umieszczona w formie o pojemnosci 6 dcm3 ,
dlatego tez wyniki przez nas otrzymane mnozymy przez 0,006.
13
Cement C = 1,537 kg
Woda W = 0,874 dcm3
Piasek P = 1,795 kg
Zwir Gruby Z = 6,282 kg
Proporcje dla
uzyskania
6dcm3
mieszanki
betonowej
Kruszywo G = 4,193 kg
Okreslenie rzeczywistej klasy wytrzymalosci na sciskanie betonu po 7 dniach.
Objetosc próbek
V1 = 10,5 * 10,0 *10,0 = 1050,00cm 3
V2 = 10,0 * 10,0 * 10,0 = 1000cm 3
Pole powierzchni
A = 10 ⋅ 10 = 100cm 2 = 0,01m 2
Masy próbek
M1 = 2532g = 2,532kg
M2 = 2507g = 2,507kg
Sila niszczaca
N1 = 265kN
N2 = 228kN
N + N 2 265 + 228
NSR = 1
=
= 246,5kN
2
2
Wytrzymalosc na sciskanie z
uwzglednieniem
wspólczynnik korekcji ze
wzgledu na wymiary kostki
R1 = 0,9 * 26,5 = 23,85MPa
R2 = 0,9 * 22,8 = 20,5 MPa
Zgodnie z norma wytrzymalosc betonu po 7 dniach powinna stanowic ok. 70-80%
wytrzymalosci koncowej.
R SR
7 dni
=
R1 + R2 23,85 + 20,50
=
= 22,18MPa
2
2
RTER = R 7 dni *1,41 = 22,18 *1, 41 = 31, 27MPa
R
31, 27
KLASA = TER =
= 26,06
1, 2
1,2
Prognozowana klasa betonu B-25
14
Okreslenie rzeczywistej klasy wytrzymalosci na sciskanie betonu po 28
dniach.
Objetosc próbek
V1 = 9,9 * 10,0 * 10,1 = 999,90cm 3
V2 = 10,2 * 9,8 * 10,0 = 999,6cm 3
V3 = 10,3 * 10,0 * 10,0 = 1030,0cm 3
Pole powierzchni
A = 10 ⋅ 10 = 100cm 2 = 0,01m 2
Masy próbek
M1 = 2450g = 2,450kg
M2 = 2469g = 2,469kg
M3 = 2475g = 2,475kg
Sila niszczaca
N1 = 345kN
N2 = 310kN
N3 = 340kN
N + N 2 + N 3 345 + 310 + 340
NSR = 1
=
= 331,67 kN
3
3
WARUNEK PIERWSZY
R imin > αR bG gdzie αRbG = 17,5
310
kN
Rimin =
= 31000 2 = 31,0 MPa
0,01
cm
Uwzgledniajac ksztalt próbek
Rimin = 0,9 * 31,0 = 27,9 MPa
Warunek Pierwszy
Spelniony
WARUNEK DRUGI
27,9 MPa > 1,15 *17,5
27,9 MPa > 20,13MPa
min
1) R i
2) R
28dni
ad 1)
ad 2)
Warunek Drugi Spelniony
> αR bG oraz
SR
> 1, 2 * RbG
27,9MPa > 20,13MPa
RSR
28dni
RSR
28dni
R1 + R2 + R3
3
34,5 * 09 + 31,0 * 0,9 + 34, 0 * 0,9
=
= 29,85MPa
3
=
29,85Mpa > 1,2*17,5
29,85MPa > 21,0MPa
15
Mieszanka
wykonana
ze
zmieszania
skladników
w
zaprojektowanych
proporcjach spelnila w stopniu bardzo dobrym wymagania co do konsystencji.
Badania wytrzymalosciowe na próbkach betonu i ich ocena statystyczna wskazuja na
bardzo dobry poziom wytworzenia mieszanki oraz wysoka powtarzalnosc wyników.
Beton byl projektowany na klase wytrzymalosciowa B-17,5, jednak spelnia wszystkie
wymagania stawiane klasie B-25 i moze byc do niej zakwalifikowany wg normy PN88/B-06250. Oznacza to, ze projekt tej mieszanki moze byc udoskonalony poprzez
zmniejszenie bardzo wysokiej rezerwy wytrzymalosci (zredukowanie ilosci cementu),
co pozwoli na oszczednosci finansowe.
Badania laboratoryjne
i
projekt
wykonano
zgodnie
z
obowiazujacymi
Polskimi Normami, w szczególnosci:
PN-76/B-06714/12 Oznaczanie zawartosci zanieczyszczen obcych.
PN-78/B-06714/16 Kruszywa mineralne. Badania. Oznaczanie ksztaltu ziaren.
PN-91/B-06714/15 Kruszywa mineralne. Badania. Oznaczanie skladu ziarnowego.
PN-77/B-06714/07 Kruszywa mineralne. Badania. Oznaczanie gestosci nasypowej.
PN-78/B-06714/13 Kruszywa mineralne. Badania . Oznaczanie zawartosci pylów
mineralnych.
PN-86/B-06712 Kruszywa mineralne do betonu.
PN-B-19701 Cement powszechnego uzytku.
PN-EN 196-3 Metody badania cementu. Oznaczanie czasów wiazania i stalosci
objetosci.
PN-EN 196-1 Metody badania cementu. Oznaczanie wytrzymalosci
PN-88/B-06250 Beton zwykly.
16