Stabilirea compozitiei betonului

STABILIREA COMPOZITIEI BETONULUI

Betonul este un material sub forma de conglomerat obtinut prin intarirea unui amestec de agregat, liant si apa. Functie de domeniul in care vrem sa-l utilizam el va avea diferite compozitii.

Se intelege prin RETETA unui beton cantitatile de agregat, liant si apa ce se amesteca in vederea obtinerii unui metru cub de beton intarit.

In cele ce urmeaza vom prezenta modul de stabilire a retetei pentru betoane de clasa mai mica de C8/ 10 si pentru betoane de clasa mai mare de C8/ 10.

Se intelege prin CLASA BETONULUI rezistenta la compresiune standard, determinata pe cilindrii cu diametrul de 150mm si inaltimea de 300mm sau cuburi cu latura de 150mm, la 28 zile sub care pot fi cel mult 5% din rezistentele la compresiune obtinute.

Pentru a putea calcula reteta betonului trebuie sa cunoastem:

clasa betonului

clasa de expunere

caracteristicile elementului

gradul de omogenitate dorit

gradul de impermeabilitate dorit a elementelor

forma si dimensiunea minima in care va fi turnat betonul

agregatul utilizat:   - tip

- granula maxima

- parte fina

consistenta dorita

modul de transport

modul de punere in opera

tipul de aditiv utilizat

orice alta indicatie de care se dispune

1. Stabilirea compozitiei pentru betoane de clasa < C 8 / 10

Compozitia betoanelor de clasa mai mica decat C 8/10 se stabileste conform datelor din tabelul B.27.

Betoane de clasa < C 8/10

Tabelul B.27

Aceste clase de beton nu se gasesc in normele europene

Independent de tipul de ciment

Proportia dintre diferitele sorturi de agregat se adopta astfel incat agregatele sa se incadreze in limitele prevazute (tabelele B.17, B.18, B.19, B.20 si B.21).

Alegerea compozitiei se va face prin incercari preliminare, urmarindu-se realizarea rezistentelor cerute. in acest scop se prepara doua amestecuri de beton de minimum 30 l.

primul amestec avand compozitia de baza stabilita anterior;

al doilea amestec avand dozajul de ciment sprit cu 20 kg/m³ fata de cel al compozitiei de baza, mentinand constant cantitati de apa si agregate.

Din fiecare amestec se confectioneaza minimum 6 epruvete. confectionarea si pastrarea epruvetelor se face conform STAS 1275-88.

Epruvetele se incearca la 7 zile, iar pe baza rezultatelor obtinute se adopta dozajul de ciment care la aceasta varsta asigura o rezistenta cel putin egala cu clasa betonului.

2. Stabilirea compozitiei pentru betoane cu clasa C 8/10

2.1. In functie de:

clasa de expunere

clasa betonului

tipul betonului

masivitatea betonului

se va alege tipul de ciment necesar din tabelele B.7, B.8 si B.10.

Stabilirea tipului de ciment pentru beton simplu, beton armat si beton precomprimat, turnat monolit, aflat in clasa de expunere 1 si 2a.

Tabelul B.7

Observatie:

Pentru executarea elementelor cu grosimi mai mici de 1,5 m, pe timp friguros, se recomanda utilizarea cimenturilor cu intarire rapida (R).

Stabilirea tipului de ciment pentru beton simplu, beton armat si beton precomprimat, turnat monolit, aflat in clasele de expunere 2b si 3.

Tabelul B.8

Stabilirea tipului de ciment pentru beton simplu, beton armat si beton precomprimat, turnat monolit, aflat in clasele de expunere 4 si 5.

Tabelul B.10

Observatie :

Cimentul de clasa 42,5 se utilizeaza la beton de clasa egala sau mai mare de C 30/37.

2.2. In functie de:

clasa betonului

clasa cimentului

se alege din tabelul B.11 valoarea maxima a raportului A/C utilizat, care nu va fi mai mare decat cea prevazuta in tabelul B.14, deci se alege valoarea mai mica.

Tabelul B.11

* Clase de beton care nu se gasesc in normele europene

Raportul A/C maxim

Valoarea maxima a raportului A/C pentru realizarea clasei betonului, se stabileste in functie de clasa cimentului si gradul de omogenitate al betonului, conform tabelului B.11, cu urmatoarele precizari:

valorile din tabel sunt valabile pentru gradul II de omogenitate al betonului; pentru gradul I valorile cresc cu 0,05, iar pentru gradul III scad cu 0,05;

in cazul utilizarii agregatelor de concasaj, valorile din tabel se maresc cu 10%;

in cazul accelerarii intaririi betonului prin tratare termica, tinand seama de reducerea rezistentei finale, valorile raportului A/C prevazute in tabel, vor fi considerate valabile pentru gradul I, urmand ca pentru gradul II sa fie diminuate cu 0,05.

Valoarea maxima a raportului A/C pentru asigurarea cerintelor de durabilitate, in functie de clasa de expunere, nu va depasi valorile din tabelul B.14.

Gradul de omogenitate

Gradul de omogenitate se apreciaza astfel:

pentru statiile de betoane in functiune, se considera gradul de omogenitate din luna precedenta pentru tipuri sau clase de beton similare, determinat din tabele;

pentru statiile noi, se apreciaza in functie de nivelul de dotare si calitatea sorturilor de agregate, urmand a fi calculat in functie de rezultatele obtinute in prima perioada de preparare a betonului;

In cazul in care betoanele trebuie sa indeplineasca conditii speciale, in ceea ce priveste gradul de impermeabilitate, nu se admite ca raportul A/C sa depaseasca valorile:

0,6 pentru gradul de impermeabilitate P₄¹⁰;

0,55 pentru gradul de impermeabilitate P₄¹⁰ (betoane simple expuse la agresivitate);

0,50 pentru gradul de impermeabilitate P₈¹⁰;

0,45 pentru gradul de impermeabilitate P₁₂¹⁰.

Cerinte minime de asigurare a durabilitatii pentru beton, in functie de clasele de expunere

Tabelul B.14

Nota :

* pentru betonul simplu nu exista conditie;

** se poate adopta clasa de beton minim C 12/15, cu conditia implinirii simultane a celorlalte cerinte minime pentru asigurarea durabilitatii.

Observatie:

In clasele de expunere 1 - 5 daca se indeplineste conditia de impermeabilitate minima P₁₂, precum si celelalte conditii minime de asigurare a durabilitatii, se poate alege pentru betonul precomprimat, clasa minima de beton C 20/25 sau C 25/30, functie de tipul de armaturi utilizate.

2.3. In functie de:

elementul in care se toarna betonul

tasarea dorita

se alege din tabelul B.28 clasa de consistenta.

Tabelul B.28

Nota :

* Este obligatorie utilizarea de aditivi superplastifianti.

Observatie:

Betoanele avand clasa de consistenta mai mare de T3, se transporta cu autoagitatoare.

2.4. In functie de:

clasa betonului

clasa de consistenta

se alege din tabelul B.15 apa de amestecare A₀ care se va corecta cu cantitatea a_c, conform notelor de sub tabel: A = A₀ + a_c

Cantitatea orientativa de apa de amestecare

Tabelul B.15

Valorile privind cantitatea de apa de amestecare prevazute in tabel sunt valabile in cazul agregatelor de balastiera 0 - 31mm.

Cantitatile de apa se vor corecta prin reducere sau stropire, dupa cum urmeaza:

reducere 10% in cazul agregatelor 0 - 71 mm;

reducere 5% in cazul agregatelor 0 - 40 mm;

reducere 10 - 20% in cazul folosirii de aditivi;

spor 10% in cazul folosirii pietrei sparte;

spor 20% in cazul agregatelor 0 - 7 mm;

spor 10% in cazul agregatelor 0 - 16 mm;

spor 5% in cazul agregatelor 0 - 2 mm.

2.5. Dozajul de ciment

Cu formula C = A/[A/C], se calculeaza dozajul de ciment care nu trebuie sa fie mai mic decat dozajul minim dat in tabelul B.9, deci se alege valoarea mai mare.

Dozajul minim de ciment pentru asigurarea cerintelor de durabilitate

Tabel B.9

NOTATII :

A.N.A. - ape naturale agresive, cu exceptia celor cu agresivitate sulfurica si apa Marii Negre.

A.S. - agresivitate sulfurica

1) ciment II A-S,

2) ciment H I; HII A-S,

3) ciment SR I; SR II A-S, (+) masuri suplimentare de protectie,

( ) valorile din paranteze se vor adopta pentru betoane suport sau de egalizare.

Dozajele de ciment sunt valabile in cazul folosirii agregatelor de rau 0 - 31 mm. Pentru agregatele de cariera (piatra sparta) dozajul se mareste cu 5%. Pentru agregate de   0 - 16 mm, dozajele se sporesc cu 10%, iar pentru agregatele de 0 - 71 mm se reduc cu 10%. In cazul folosirii de adaosuri la prepararea betoanelor, se admite adoptarea unor dozaje de ciment inferior celor din tabel, pe baza de reglementari tehnice speciale sau cu avizul unui institut de specialitate.

In cazul folosirii de aditivi reducatori de apa, cu avizul unui institut de specialitate si acordul proiectantului, se admite adoptarea unor dozaje de ciment inferioare celor rezultate din tabel, respectandu-se urmatoarele conditii:

a.  agresivitatea sulfurica - intensa si foarte intensa (1, 2, 3)

Reducerea dozajului de ciment va fi de 5 - 15%, functie de aditivul utilizat;

Dozajul de ciment nu va fi mai mic de 350 kg/m³ pentru betoanele armate, respectiv 310 kg/m³ pentru betoanele simple.

b. alte agresivitati - reducerea dozajului va fi de pana la 5% in cazul agresivitatii slabe, respectiv pana la 10% in cazul agresivitatilor intense si foarte intense.

c.  nu se va depasi limita prevazuta pentru raportul A/C.

d. consistenta betonului, la locul punerii in opera, va corespunde unei tasari de cel putin 7 cm.

2.6. Cantitatea de agregat

Cantitatea de agregat se calculeaza cu relatia:

Densitatea aparenta a agregatelor este data in tabelul B.22.

Tabelul B.22

r_ag se ia din tabelul B.22

r_c se ia egala cu 3 kg/l

r_a se ia egala cu 1 kg/l

P se ia in mod obisnuit 20 l/m³ sau in cazuri speciale se scoate din tabelul B.29

Tabelul B.29

2.7. In functie de:

dozajul de ciment "C"

clasa de consistenta / tasare

Se alege din tabelul 16 zona de granulozitate a agregatului.

Granula maxima a agregatelor

Dimensiunea maxima a granulei agregatelor se stabileste in functie de dimensiunea cea mai mica a elementelor, distanta dinte barele de armatura si stratul de acoperire cu beton a armaturilor, aplicand relatiile:

F_max 1/4 D

F_max d - 5 mm

F_max 1,3 c

in cazul porilor se aplica F_max 1,3 D

in cazul recipientilor si a monolitizarilor se ia F_max 1,3 D

D - dimensiunea cea mai mica a elementului structural

d - distanta dintre barele de armatura (cu exceptia cazului gruparii barelor)

c - marimea stratului de acoperire cu beton

Granulozitatea agregatului total

Curba de granulozitate a agregatului total se stabileste astfel incat sa se incadreze, functie de dozajul de ciment si consistenta betonului, in zona recomandata conform tabelului B.16.

Zonele de granulozitate recomandate

Tabelul B.16

Observatie:

Zonele indicate in paranteze se adopta cu precadere, daca la incercarile preliminare se constata ca amestecul de beton nu prezinta tendinta de segregare.

Printr-o metoda cunoscuta de la calculul A.O.A. se stabilesc pe sorturi cantitatile utilizand tabelele B.17, B.18, B.19, B.20 si B.21.

Limitele zonelor de granulozitate pentru agregate 0 - 7 mm

Tabelul B.17

Limitele zonelor de granulozitate pentru agregate 0 - 16 mm

Tabelul B.18

Limitele zonelor de granulozitate pentru agregate 0 - 20 mm

Tabelul B.19

Limitele zonelor de granulozitate pentru agregate 0 - 31 mm

Tabelul B.20

Limitele zonelor de granulozitate pentru agregate 0 - 40 mm

Tabelul B.21

La prepararea betoanelor se poate adopta o curba de granulozitate discontinua in domeniul 3 - 7 mm sau 3 - 16 mm. In aceste cazuri se va asigura incadrarea agregatului total pentru treceri pana la 3 mm inclusiv, in zona I de granulozitate.

2.8. Daca agregatul contine apa - este umed - se va corecta cantitatea de apa de amestecare, cu apa continuta in agregat (A_ag)

A_c = A - A_ag,

la fel corectandu-se si cantitatea de agregat

a) Pentru verificarea rezistentelor mecanice se prepara cate 3 amestecuri de beton de minimum 30 de l fiecare, pentru fiecare din urmatoarele compozitii:

compozitia de baza rezultata din calculele prezentate la punctele 2.1..2.8;

o compozitie suplimentara avand dozajul de ciment sporit cu 7% dar minim 20 kg/m³, mentionandu-se cantitatile de apa si agregat ale compozitiei de baza;

a doua compozitie suplimentara avand dozajul de ciment redus cu 7% dar minim 20 kg/m³ (numai daca dozajul nu este sub cel minim admis), mentinandu-se cantitatile de apa si agregat ale compozitie de baza;

b) din fiecare amestec se confectioneaza minimum 4 epruvete, rezultand in total cate 12 epruvete pentru fiecare compozitie. Confectionarea, pastrarea si incercarea epruvetelor se vor efectua conform STAS 1275-88;

c) cate 6 din epruvetele confectionate pentru fiecare compozitie se incearca la varsta de 7 zile. Se adopta compozitia preliminara pentru care, cu dozajul minim de ciment, rezistenta betonului la varsta de 7 zile e cel putin egala cu valoarea indicata in tabelul B.30.

Rezistenta la compresiune la 28 de zile pentru incercari preliminare

Tabelul B.30

Observatie:

Valorile sunt valabile pentru gradul II de omogenitate

d) Pentru gradul I, respectiv III de omogenitate la valorile prevazute in tabelul B.30 se scade, respectiv se adauga valoarea D, conform tabelului urmator

e) In cazurile urgente, se poate adopta preliminar compozitia betonului pe baza rezistentei la varsta de 7 zile, daca aceasta atinge cel putin urmatoarele procente din rezistenta la 28 de zile prevazuta in tabelul B.30:

55% pentru cimenturile tip H, II B, SR;

65% pentru cimenturile tip II A, I;

75% pentru cimenturile tip R.

f) Compozitia astfel stabilita se va corecta pe baza rezultatelor incercarilor la varsta de 28 de zile.

3. Exemple de calcul

3.1. Sa se stabileasca compozitia unui beton de clasa C16/20, fara aditivi, avand gradul II de omogenitate, preparat cu agregat de balastiera, de natura silicioasa, pe urmatoarele sorturi: (0-1); (1-3); (3-7); (7-16); (16-31)mm, betonul fiind utilizat la turnari de stalpi (elemente din beton armat, cu grosimi mai mici de 1,5m). Betonul se afla in clasa de expunere (2a).

1. Alegerea tipului de ciment - in functie de:clasa de expunere (2a), clasa betonului (C16/20) si masivitatea elementului, din tabelul B.7 T ciment 32,5

2. Valoarea maxima a raportului A/C - in functie de clasa betonului (C16/20), clasa cimentului (32,5), din tabelul B.11 T A/C = 0,55

Observatii:

a) nu este necesar a corecta aceasta valoare, deoarece betonul are gradul II de omogenitate;

b) valoarea maxima a raportului A/C se compara cu cea din tabelul B.14 - cerinte minime de asigurare a durabilitatii pentru beton, in functie de clasa de expunere.

0,55 > 0,50

Se alege valoarea A/C

3. Clasa de consistenta - in functie de elementul in care se toarna betonul (stalpi) - din tabelul B.28 T T3

Observatie:

Ramane la alegerea inginerului T3 sau T3/T4, in functie de conditiile concrete.

4. Apa de amestecare - in functie de clasa betonului (C16/20) si clasa de consistenta T3, din tabelul B.15 T Ao = 185 l/m³

Observatie:

Aceste valori se pot modifica (reduceri si/sau sporuri) tinand cont de situatiile posibile, indicate in subsolul tabelului.

5. Dozajul de ciment - calculat cu relatia:

kg/m³

Observatie:

Valoarea obtinuta se compara cu dozajul minim din tabelul B.9, in functie de clasa de expunere (2a), regimul de agresivitate si tipul elementului (stalpi - element de beton armat) T C_min = 290 kg/m³

C = 370 >

Se alege 370 kg/ m³.

6. Cantitatea de agregat Ag, se calculeaza cu relatia:

A_g = r_ag (1000 - C/ r_c - A₀/ r_a - P),

unde:

r_ag = 2,7 kg/dm³ - tabelul B.22 densitatea agregatului, in functie de tipul

acestuia (balastiera de natura siliciosa);

C = 370,00 kg/m³ dozajul de ciment calculat la punctul 5;

r_c = 3 kg/l densitatea cimentului;

r_a = 1 kg/l densitatea apei;

P = 20 l/m³

Observatie:

In cazul utilizarii aditivilor, valoarea lui P se modifica, conform tabelului B.29.

A_g = 2,7 (1000 - 370,00/ 3 - 185/ 1 - 20) = 1813,50 kg/m³

7. Alegerea zonei de granulozitate - in functie de dozajul de ciment (370,00) si clasa de consistenta (T3), din tabelul B.16 T zona III

8. Corectia cantitatii de apa de amestecare - daca agregatul este umed

Observatie:

Nu este cazul, agregatul in acest caz este uscat.

9. Calcularea agregatului pe sorturi - metoda sorturilor

9a) Se alege curba granulometrica din zona III de granulozitate - tabelul B.20

9b) Se calculeaza sorturile, in procente:

sort (0-1) mm = 15

sort (1-3) mm = 10

sort (3-7) mm = 20

sort (7-16) mm = 20

sort (16-31) mm = 35

----- ----- -----

S

9c) Se calculeaza agregatele pe sorturi:

sort (0-1) mm = 15 1813,50 = 272,00 kg/m³

sort (1-3) mm = 10 1813,50 = 181,00 kg/m³

sort (3-7) mm = 20 1813,50 = 363,00 kg/m³

sort (7-16) mm = 20 1813,50 = 363,00 kg/m³

sort (16-31) mm = 35 1813,50 = 634,50 kg/m³

----- ----- -------

VERIFICARE S = 1813,50 kg/m³

Cu aceste trei retete se vor confectiona cel putin 4 cilindrii sau cuburi pe care se vor face incercarile la compresiune la 28 zile si se va alege reteta cu cele mai bune rezultate.

3.2. Sa se stabileasca compozitia pentru 20 litri de beton de clasa C25/30, preparat fara aditivi, avand gradul I de omogenitate, preparat cu agregat de concasaj, de natura bazaltica, pe urmatoarele sorturi: (0-1); (1-3); (3-7); (7-16) mm, betonul fiind utilizat la turnari de stalpi (elemente din beton armat, cu grosimi mai mici de 1,5m). Betonul se afla in clasa de expunere (1). Agregatul are o umiditate de 2

1. ciment 42,5
2. A/C = 0,55

Observatie:

• gradul I de omogenitate T majorare cu 0,05
• agregat de concasaj    T spor 10

T    A/C = 0,55 + 0,05 + 0,055 = 0,655

0,655 > 0,65, deci se ia 0,65

3. T3
4. Ao = 200 l/m³
• agregat (0-16) mm T spor 10
• agregat de concasaj (piatra sparta) T spor 10

T A_f = 200 + 20 + 20 = 240 l/m³

5. C = A/A/C = 240/0,65 = 369 kg/m³

Observatie:

Valoarea obtinuta se compara cu dozajul minim din tabelul B.9, in functie de clasa de expunere (1), regimul de agresivitate si tipul elementului (stalpi - element de beton armat) T C_min = 275 kg/m³

C = 369 >

Se alege 369 kg/ m³.

6. A_g = r_ag (1000 - C/r_c - A/r_a - P)  = 2,9 ( 1000 - 369/3 - 240/1 - 20) = 1789,3 kg/m³

7. Zona de granulozitate T zona III

8. Corectia de apa   C_a = 2/100 Ag = 35,78 l/m³

A_f^corectata = A_f - C_a = 240-35,78= 204,22 l/m³

A_g ^corectat = A_g + C_a = 1789,30 + 35,78 = 1825,08 kg/m³

9. Agregatul pe sorturi

9a) alegerea curbei din zona III

9b) sort (0-1) mm = 20

sort (1-3) mm = 15

sort (3-7) mm = 20

sort (7-16) mm = 45

----- ----- -----

S

9c) sort (0-1)    mm = 20 1825,08 = 365,02 kg/m³

sort (1-3) mm = 15 1825,08 = 273,76 kg/m³

sort (3-7) mm = 20 1825,08 = 365,02 kg/m³

sort (7-16) mm = 45 1825,08= 821,28 kg/m³

----- ----- -------

VERIFICARE S = 1825,08 kg/m³

Observatie:

Aplicand regula de trei simpla, se calculeaza reteta pentru 20 litri, obtinand:

E x e r c i t i i:

3.3. Sa se stabileasca compozitia unui beton de clasa C ../ .., cu/fara aditivi

- avand gradul de omogenitate,

- preparat cu agregat    - de ..,

- de natura .

- pe urmatoarele sorturi: (..-..); (..-..); (..-..); (..-..); (..-..) mm,

- cu umiditate .

- betonul este utilizat la turnari de .

- betonul se afla in clasa de expunere ().