Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 1

MODELIRANJE SVOJSTAVABETONA

11. PREDAVANJETEORIJA I TEHNOLOGIJA BETONA 2011/12

1

Projektiranje sastava betona(Concrete Mix Design)

određuje svojstva betonske mješavine i materijale kojiće se koristiti uz postizanje maksimalne mogućeekonomičnosti

projektiranje sastava betona definira se kaoodređivanje sastava betonske mješavine koja ćezadovoljavati zahtjeve za beton, pri čemu se uzimaju uobzir i karakteristike sastojaka za izradu betona

22

Proporcioniranje mješavine(Mix-proportion)

označava sastav betona, odnosno udio pojedinihsastojaka u betonu

sastojci se doziraju u kg/m3 bet. i to je konačanrezultat u procesu projektiranja sastava betona (mix-design) prije izrade mješavine

moguća je i optimizacija mješavine nakon dobivenihrezultata ispitivanja svojstava betona

33

Projektiranje sastava betona temelji se na... eksperimentalno utvrđenim odnosima između sastava betona s

jedne strane te svojstava betona i karakteristika sastojaka zaizradu betona s druge strane.

4

• Utjecaj odabira razredacementa na odnos između

čvrstoće betona i v/c

• Utjecaj uvučenog zraka naodnos čvrstoće i

vodocementnog omjera

Izvor: Collepardi

4

5

Projektiranje sastava betona

ključna je faza u proizvodnji kvalitetnog betona usvježem i očvrsnulom stanju

svojstva svježeg i očvrsnulog betona su međusobnopovezana pa su samim time zahtjevi optimalnihsvojstava u oba slučaja u konfliktu

5

Dakle...

nije moguće varirati udio glavnih komponenti cementne paste i agregata,

niti pojedinih komponenti vode, cementa, pijeska i šljunka ...

bez utjecaja na obradljivost svježeg betona i svojstvaočvrsnulog betona: čvrstoću, trajnost, skupljanje i puzanje ...

66

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 2

Prednosti projektiranja sastava betona

Cilj projektiranja sastava betona jest dobivanje betonadobre kvalitete na ekonomičan način

Kvalitetan beton podrazumijeva: veću čvrstoću manju propusnost i veću trajnost gustoću i homogenost betona

77

Prednosti projektiranja sastava betona Ekonomičnost Ekonomičnost u potrošnji cementa ušteda do 15 % za beton razreda čvrstoće C 20/25 uz

pravilno projektiranje sastava betona povećanje zahtijevanog razreda čvrstoće betona rezultira

većim uštedama cementa manji udio cementa rezultira i nižom toplinom hidratacije,

a time rezultira i manjim skupljanjem betona. Optimalna upotreba raspoloživih materijala Druga svojstva postizanje visoke rane čvrstoće betona, veće savojne

čvrstoća betona, bolje obradljivosti betona i betona manjegustoće

88

Na svojstva betona utječu:

vrsta agregata, maksimalna veličina zrna agregata, granulometrijske krivulje agregata, vrsta cementa, sadržaj zraka, kvaliteta vode, proporcija mješavine, miješanje, ugradnja, njegovanje i dr.

99

Dakle…

Postoji veliki broj parametara koji utječu na kvalitetubetona, a veliki utjecaj imaju i njihove kombinacije.

Na osnovi svojstava betona pokusne mješavine usvježem i očvrsnulom stanju potrebno je korigiratisastav mješavine za beton željenih svojstava.

Projektiranje sastava betona je iterativni proces, asama razrada pojedinih metoda pridonosi brzinipostizanja betona željenih svojstava!

1010

Utjecaj raznih čimbenika na svojstva svježegbetona

Konzistencija, pa prema tome i obradivost svježegbetona se s vremenom mijenjaju

VAŽNO JE PROJEKTIRATI SASTAV SVJEŽEGBETONA TAKO DA IMA POTREBNUKONZISTENCIJU U TRENUTKU UGRADNJE UKONSTRUKCIJU

1111

Utjecaj raznih čimbenika na svojstva svježegbetona

Prema današnjem stanju u tehnologiji betona sve seviše betona spravlja u centralnim betonarama itransportira na velike udaljenosti,

tako da ispravno projektiranje svježeg betona dobivasve više na važnosti

1212

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 3

Pet temeljnih odnosa u projektiranju sastavabetona: Količina vode koja se upotrebljava (u kg/m3) ovisi o: -potrebnoj obradljivosti svježeg betona, vrsti agregata (riječni ili drobljeni), maksimalnom zrnu agregata postotku upotrijebljenih dodataka.

v/c omjer ovisi o: zahtijevanoj čvrstoći betona vrsti i razredu čvrstoće cementa

13

TPBK- Walzov dijagram

13

Pet temeljnih odnosa u projektiranju sastavabetona: v/c omjer također ovisi i o: željenoj trajnosti betona odnosno o razredu izloženosti

betonskog elementa Kad je poznata količina vode, količina cementa se određuje iz poznatog v/c faktora. v/c omjer se određuje kao najmanja vrijednost (v/c)min

između onog zahtijevanog iz uvjeta čvrstoće II) i uvjetatrajnosti III):

Ukupni volumen agregata Va mora se: podijeliti na volumene svakog dostupnog agregata prema

distribuciji zrna u odabranoj idealnoj krivulji (Füller, Bolomeyi dr.), kako je zahtijevano u optimalnoj kombinaciji agregata

14

1515

Utjecaj sastojaka na projektiranje sastavabetona

Mnogobrojni se autori bave proučavanjem pojedinihsastojaka i njihovom utjecaju na svojstva svježeg iočvrsnulog betona

Svaka pojedina metoda projektiranja sastava betonapropisuje korištenje svojih odnosa

Osnovni odnosi su…

1616

Utjecaj Dmax na količinu vode za miješanje izahtijevanu konzistenciju Za danu konzistenciju i što veći Dmax, manja je potrebna

količina vode za miješanje betona. veći Dmax rezultira manjom specifičnom površinom agregata i manjom

količinom vode koja je potrebna za močenje površine agregata.

Za dani Dmax i zadanu konzistenciju, količina potrebne vodepovećava se ako se koristi drobljeni agregat nepravilnog oblikazrna i grube površine umjesto riječnog glatkog agregata.

1717

Ako se koriste kemijski dodaci… Količina vode za miješanje betona može se smanjiti za

vrijednost prema specifikaciji proizvođača, npr.: za 5 % - s aerantom (doziranje 0,04 – 0,06 % na masu

cementa) za 8 % - s plastifikatorom (doziranje 0,3 – 0,4 % na masu

cementa) za 20 % - sa superplastifikatorom (doziranje 0,8 – 1,2 % na

masu cementa) za 30 % - sa superplastifikatorom na bazi polikarboksilata

(doziranje 0,8 – 1,0 % na masu cementa)

1818

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 4

Količina vode i konzistencija betona

Za odabrane sastojke betona, konzistencija svježemješavine u prvoj aproksimaciji ovisi jedino o količinivode

Ovisnost : količina cementa se može mijenjati u relativno

širokim granicama, a da konzistencija ostane ista pri tome se onda mijenja po volji vodocementni

(v/c) omjer tj. svojstva očvrsnulog betona

1919

Količina potrebne vode u m3 svježeg betonaraščlanjuje se na:

Va

• vodu koju upije agregat• obično 0,5 do 1,5 % mase agregata

Vp

• vodu koja omoči površinu agregata• zavisi od specifične površine agregata odnosno modula zrnavosti

Vp

• dodatne vode, koja zavisi od oblika zrna, teksture i mineraloškopetrografskog sastava agregata

Vk• vodu potrebnu za normnu konzistenciju cementne paste

∆Vk• dodatnu vodu za podešavanje željene konzistencije betona

2020

Količina vode i konzistencija betona

Stvarne potrebne količine vode za projektirani sastavbetona moraju se odrediti eksperimentalno!!!

Potrebno je raditi optimizaciju količine vode ubetonskoj mješavini

2121

Vodocementni omjer, v/c kao funkcijačvrstoće i vrste cementa

Čvrstoća fcu/cm se povećava sa smanjenjem v/c omjerai korištenjem cementa većeg razreda čvrstoće

2222

Vodocementni omjer, v/c kao funkcijačvrstoće i vrste cementa

Ako se kod miješanja betona koristi cement većegrazreda, dobit će se veća čvrstoća betona uzkorištenje istog vodocementnog omjera.

Drugim riječima, korištenje većeg razreda cementaomogućuje korištenje većeg vodocementnog omjera,v/c za dobivanje iste čvrstoće betona

2323

Vodocementni omjer v/c i zrak kao funkcijatrajnosti Norma HRN EN 206-1 je usredotočena na tri najvažnija

principa koji utječu na projektiranje sastava betona: Razredba okoliša na temelju njegove agresivnosti prema

betonu i/ili armaturnim šipkama. Prihvaćanje v/c omjera koji mora biti smanjivan s

povećanjem stupnja agresivnosti okoliša, kako bi se spriječiloprodiranje agresivnih tvari u beton.

Sadržaj zraka u slučajevima kad je konstrukcija izloženautjecaju ciklusa smrzavanja i odmrzavanja.

2424

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 5

Granulometrijski sastav betona i sitne čestice Nakon što se izračuna volumen agregata Va, on se mora podijeliti na potrebne volumene pojedinih

frakcija agregata prema idealnim krivuljama agregata. Za sastav betona bez segregacija i pretjeranog izdvajanja vode

nakon zbijanja treba: sastaviti dobar granulometrijski sastav, osigurati i dovoljnu količinu sitnih čestica

OPREZ!!! glinene čestice djeluju nepovoljno na svojstva očvrsnulog

betona

2525

Stabilnost svježeg betona

STABILNOST - sposobnost svježeg betona: da agregat ne segregira da se ne izdvaja voda da se plastično skupljanje i slijeganje zbijenog

betona svede na minimum

2626

Ispravno projektiranje sastava betona Faktori koji povećavaju sklonost betona segregaciji povećanje maksimalnog zrna preko 25 mm povećanje gustoće krupne frakcije u odnosu na pijesak smanjenje udjela pijeska smanjenje udjela cementa povećanje udjela zrna nepovoljnog oblika promjena u količini vode

Sprečavanje segregacije ispravno projektiranje sastava betona dodavanje mljevenog kvalitetnog pucolana ili aeranta

2727

Izdvajanje vode

Uzrok: nemogućnost agregata i cementa da zadržesvu vodu prilikom zbijanja

Utjecaj dodataka betonu na izdvajanje vode: plastifikatori povećavaju izdvajanje vode, ako su svi

drugi sastojci betona ostali u istim omjerima posebno izraženo u slučaju velike konzistencije

mješavine i paralelnog korištenja usporivača vezanja aeranti smanjuju izdvajanje vode dodavanje pucolana, silicijske prašine i letećeg

pepela

2828

Kemijski dodaci

Utjecaj ubrzivača vezanja (s) ili ubrzivača očvršćavanja(h) na stupanj hidratacije (a) i tlačnu čvrstoću (f) uodnosu na kontrolni beton (c)

2929

Usporivači se koriste za…

odgađanje vezivanja, obično za vrijeme visokihtemperatura koje ubrzavaju hidrataciju cementa.

također se upotrebljavaju kad je potrebno duževrijeme za ugradnju betona

važno je primijetiti da usporivači smanjuju početnučvrstoću betona

3030

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 6

Aeranti

Koriste se za povećanje otpornosti betona nadjelovanje smrzavanja i odmrzavanja.

Drugi koristan utjecaj djelovanja aeranata jest: smanjenje potrebne količine vode (manje od 5%), smanjenja segregacije i izdvajanja vode poboljšanje plastičnosti svježeg betona

Loša posljedica korištenja aeranata jest: smanjenje tlačne čvrstoće betona. svakih dodatnih 1% uvučenog zraka može smanjiti

čvrstoću betona za 5%

31

Modifikatori viskoznosti

koriste se za: smanjenje segregacije betona velike obradljivosti smanjenje ispiranja kod betoniranja pod vodom smanjenje trenja i pritiska kod pumpanih betona kompenzaciju lošeg granulometrijskog sastava

agregata, osobito kod nedostatka sitnih čestica upijesku

smanjenje prašinastih čestica u samozbijajućembetonu

smanjenje izdvajanja vode u betonu poboljšanje čvrstoće kod mladog betona

3232

Plastifikatori i superplastifikatori

Plastifikatori mogu djelovati na smanjenje količinecementa, zbog čega se smanjuje i toplina hidratacije

Ako se dodaju u mješavinu bez ikakvih promjena usastavu betona, izazivaju povećanje konzistencijebetona, odnosno bolju obradljivost betona.

Postiže se i poboljšanje svojstava očvrsnulog betona

3333

Zbog velikog broja čimbenika…

razvijeno je nekoliko metoda kako bi se sastav betonaodredio na znanstveni način IS metoda DOE metoda ACI metoda RRL metoda …

3434

Potrebno je znati da…

Niti jedna metoda za projektiranje sastava betona nedaje točne proporcije kojima će se na najekonomičnijinačin postići konačni rezultat.

Ove metode samo služe kao baza za početakprojektiranja sastava i kako bi se konačni rezultatipostigli u što manje pokušaja.

3535

Zašto korištenje software-a?

Postoje dva cilja kod proizvodnje nekoliko uzastopnihbetonskih mješavina: Proizvodnja betona jednakih proporcija Proizvodnja betona jednakih svojstava u svježem i

očvrsnulom stanju

Ako uzmemo da se 1. točka podrazumijeva,pozornost treba posvetiti faktorima koji utječu nadrugu točku:

3636

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 7

Da bi se dobila konstantna svojstva betona…

Potrebno je kompenzirati promjene u: Svojstvima agregata Svojstvima cementnih materijala i kemijskih

dodataka Proizvodnji, dostavi i klimatskim uvjetima ugradnje ...

3737

Mix Design Software

Programi za proračun sastava betona koji su dostupnina tržištu mogu se podijeliti na:

Programe za određivanje potrebnih svojstavabetona

Programe za proporcioniranje i optimizacijumješavine

Programe praćenja cjelokupnog procesaproizvodnje betona

3838

Mix Design Software

programi dostupni putem interneta: Easy & Quick 2008 (Collepardi) SeeMix III Concrete Mix Design Mix Sim

39

1. Easy & Quick 2008

Programski paket ovog tipa je Easy & Quick 2008 kojisu razvili ENCO SRL i prof. Mario Collepardi

namijenjen je projektantima koji žele specificiratikarakteristike betona prema europskim normama iprednormama koje su trenutno na snazi i koje će se udogledno vrijeme prihvatiti

4040

Easy & Quick 2008

Ovaj program se temelji na izradi sastava betona kojiće zadovoljiti zahtjeve betona obzirom na: Razrede čvrstoće (Rck); Razrede izloženosti (trajnost); Razrede konzistencije (obradljivost); Vrstu i razred čvrstoće cementa; Vrstu i maksimalno zrno agregata; Metodu ugradnje (zbijanja) i njegovanja.

4141

Easy & Quick 2008

U software je potrebno unijeti parametre koji supotrebni kako bi se dobile karakteristike betona.

Projektant unosi specifične podatke o zahtijevanojčvrstoći, uvjetima okoliša, raspoloživosti sirovina teuvjetima betoniranja.

4242

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 8

Osnovni dijagram tijeka funkcioniranjaprogramskog paketa Easy & Quick

4343 4444

45

ČVRSTOĆA

CEMENT

ZAHTJEVANA TLAČNAČVRSTOĆA

TIP KONTROLETLAČNE ČVRSTOĆE

VLAČNA/SAVOJNAČVRSTOĆA

RANA TLAČNAČVRSTOĆA

TIP CEMENTA(tablica 7)

RAZRED CEMENTA(tablica 8)

TIP UZORKA ZAISPITIVANJE

(Kocka, Valjak)

KARAKTERISTIČNA TLAČNAČVRSTOĆA fcu/ck [MPa] (Kocka,

Valjak)

Kriterij 1fcm ≥ fck + 4MPa Kriterij 2

fcm ≥ fck + 1.48σf

Standardna devijacija σ

Potrebna vlačna/savojnačvrstoća

1-dnevna 2-dnevna

7-dneva Nije potrebna

Nije potrebna

45

Dijagram tijeka unosa agregata u programskipaket Easy & Quick

46

AGREGAT

TIP AGREGATA

MAKSIMALNO ZRNOAGREGATA (mm)

RIJEČNI DROBLJENI

< 1.3 *(debljina zaštitnogsloja)

< ¼ minimalnogpoprečnog presjeka

< (udaljenost izmeđušipki armature) - 5mm

46

Dijagram tijeka unosa zahtjeva obradljivosti uprogramski paket Easy & Quick

47

OBRADLJIVOST

KLASA OBRADLJIVOSTI u mjeri Slump(tablica 9)

OBRADLJIVOST ZA SCC (Self CompactingConcrete) u mjeri Slump Flow

RAZRED OBRADLJIVOSTI u mjeriSlump (tablica 9)

47

Dijagram tijeka unosa uvjeta betoniranja uprogramski paket Easy & Quick

48

UVJETI BETONIRANJA

TEMPERATURA OKOLIŠAKOD BETONIRANJA

0 – 4 °C

31 – 37 °C24 – 30 °C

17 – 23 °C10 – 16 °C

5 – 9 °C

UPOTREBAUBRZIVAČA

UPOTREBAUBRZIVAČA

UPOTREBAUBRZIVAČA

48

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 9

ZAKLJUČAK- Easy & Quick

Programski paket je koncipiran na način da projektantodabire ponuđene opcije za pojedini zahtjev.

Koncept bi se mogao opisati na način da projektantdaje odgovore na pitanja koja postavlja program,ovisno o prethodnom unosu podataka.

Program vodi projektanta kroz unos svih potrebnihpodataka koji su potrebni za projektiranje sastavabetona.

4949

ZAKLJUČAK- Easy & Quick

Program daje izlaz u obliku teksta koji je podijeljen nanačin koji je prikazan prema slici

50

IZLAZ

ULAZNIPODACI

KARAKTERISTIKEBETONA SASTOJCI

PROPISI ZAIZVOĐAČA

50

ZAKLJUČAK- Easy & Quick

Dakle, programom se projektiraju karakteristikebetona, a ne sastav betona!

U izvještaju se ne dobivaju količine potrebnihsastojaka betona, već samo koji su sastojci potrebnida bi se postigle karakteristike svježeg i očvrsnulogbetona potrebnog za izvedbu konstrukcije.

5151

2. see Mix III Programski paket seeMIX III je kombinacija više računalnih

programa izrađenih od strane The Shilstone Companies, Inc.www.contekonline.com, koji uključuju:

seeMIX II, za projektiranje sastava betona, analizu iprilagodbu

seeSTAT, za spremanje rezultata ispitivanja betona iprovođenje statističke analize rezultata

seeMAT-A, za spremanje rezultata ispitivanja agregata,provođenje statističke analize i analize sastava

5252

seeMIX III je programski paket za kontrolu kvalitete betona i služi za: Analizu betonske mješavine Projektiranje sastava novih betonskih mješavina Prilagođavanje betonske mješavine prema promjenama

karakteristika materijala Spremanje rezultata ispitivanja agregata, generiranje izvještaja

o ispitivanju agregata i statističku analizu Izračunavanje optimalne mješavine agregata kako bi se

zadovoljili zahtjevi Spremanje rezultata ispitivanja betona i generiranje izvještaja

o ispitivanju betona i statističke analize

53

seeMIX III

54

seeMIX III

Postava programa

Specifikacije

Materijali

Ispitivanje agregata

Ispitivanje betona

Projektiranje sastava betona (Mix Design)

Sastav agregata

54

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 10

seeMIX III

Odabir omjera pojedinih materijala u betonskojmješavini zahtjeva od projektanta unos sljedećihpodataka: odabir metode proračuna unos podataka potrebnih kod odabrane metode unos podataka o korištenim materijalima

Ovaj proces omogućuje stvarno projektiranje sastavabetona umjesto samo projektiranja betonskemješavine

55

Modul zaprojektiranjesastava betonaprogramskogpaketa seeMIX III

56

PROJEKTIRANJESASTAVA BETONA

(MIX DESIGN)

PROJEKTIRANJE MJEŠAVINE(MIXTURE DESIGN)

ANALIZA MEŠAVINE(MIX ANALYSIS)

IZVJEŠTAJ

Mješavina

cementVoda

KomentarOpćeniti podaci o mješavini

Jedinice mjere

Mineralni dodaci Kemijski dodaci

Agregat

Udio pojedinih materijala Analiza mješavine

Granulometrijski sastavagregata

Grafovi

56

Osnovni podaci o mješavini: Oznaka mješavine

Opis mješavine Čvrstoća: veličina, način ispitivanja

(odabir tlačne, savojne, vlačnecijepanjem, direktni vlak), starostkod ispitivanja

Betonske mješavine mogu segrupirati odabirom jedne odponuđenih vrsta betona u opcijiClass

Način korištenja betona

Metoda ugradnje betona

Odabir prethodno definiranegrupe materijala za projektiranjemješavine

Vrsta i maksimalno zrno agregata Razred izloženosti

Količina zraka u betonu Obradljivost betona

5757

seeMIX III Potrebno je istaknuti da je program napravljen prema ACI

metodi (American Concrete Institute) proračuna sastavabetona.

Proračun uvodi parametre i faktore koji su drugačiji od onihkoji se koriste kod proračuna prema EN 206

POTREBAN OPREZ!

Software nudi više metoda unošenja pojedinih sastojakabetona, tako se npr. cement unosi prema dijagramu:

58

Modul za unos podataka o cementuprogramskog paketa seeMIX III

CEMENT

METODA ODABIRACEMENTA

PODACI ZA ODABIRCEMENTA

SVOJSTVA CEMENTA

ACI TABLICE STATISTIKA

VODOCEMENTNI OMJER DIREKTNI UNOS

59

Zaključak - seeMix III

Programski paket seeMix III koncipiran je na način daprojektant unosi potrebne podatke u za topredviđene prozore.

U program se ovisno o odabranoj metodi unosepodaci potrebni za određivanje potrebne količinepojedinog materijala u mješavini

60

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 11

Zaključak - seeMix III

Tijekom samog unosa podataka, projektant ima velikupotporu u opsežnoj bazi za pomoć, „Help-u“

objašnjeni su svi koraci koje projektant prolazitijekom unosa, s objašnjenjima pojmova i dodanimtablicama iz propisa koji se koriste.

61

Zaključak- seeMix III

Za izradu mješavine koja će u očvrsnulom betonudavati posebna svojstva rani prirast čvrstoće, beton niske topline hidratacije,

beton otporan na smrzavanje, itd.

potrebno je poznavati utjecaj svojstava materijala kojise doziraju u mješavinu na zahtijevana svojstva betona

62

Zaključak- seeMix III

Projektant mora poznavati koje materijale, u kojojkoličini i u kojim omjerima mora dodati da bi dobiozahtijevani beton.

U suprotnosti sa programom Easy & Quick gdje jetočno definirano koja svojstva moraju imati pojedinekomponente.

63

3. Concrete Mix Design

temelji se na izvještaju American Concrete Institute-a(ACI), Committee 211, norma ACI 211.1-91,Reapproved 2002

opisuje normirani postupak određivanja sastavabetona za normalne, teške i masivne betone.

Autor programa je prof.dr.sc.Ashraf M. Ghaly saUnion College-a iz SAD-a,

program je napravljen kao web aplikacija i dostupan jena web adresi: http://concrete.union.edu/general.htm

64

Concrete Mix Design

Aplikacija se sastoji od dva glavna dijela koji suprikazani na dijagramima na slijedećim slide-ovima.

Prvi dio naziva se „postupak projektiranja“ određuju se osnovni parametri projektiranja sastava

betona

65

POSTUPAKPROJEKTIRANJA

ODABIR METODEPROJEKTIRANJA

ODABIR SISTEMAMJERNIH JEDINICA

ODABIR TIPABETONA

Težinski Apsolutni volumen

Metrički Imperial

Neaerirani Aerirani66

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 12

UNOS PODATAKA

KONZISTENCIJA SLIJEGANJEM

MAKSIMALNO ZRNO AGREGATA

SADRŽAJ VODE I ZRAKA

VODOCEMENTNI OMJER

SITNI AGREGAT

KRUPNI AGREGAT

MAX v/c ZA AGRESIVNI OKOLIŠ MINERALNI DODACI

KOREKCIJE ZBOG VLAŽNOSTI

AGREGATA VODE

REZULTATI

UVJETI ZA BETONSKU MJEŠAVINU

SASTAV MJEŠAVINE ZA TRAŽENI VOLUMEN

SASTAV MJEŠAVINE ZA 1m3

U drugom djeluprograma unose sepodaci potrebni zaprojektiranje sastavabetona

67

Zaključak - Concrete Mix Design

Koncepcija programa: projektant upisuje zahtijevane podatke u „kućice“

očitavajući parametre iz ponuđenih tablica ili ihjednostavno unosi iskustveno uz postojanjedetaljnih objašnjenja i zornih prikaza koji je podataki kako potrebno unijeti u dotičnu „kućicu“.

68

Zaključak - Concrete Mix Design

Nedostatak programa je: izostanak detaljnijeg razmatranja uvjeta trajnosti nemogućnost odabira specifične vrste cementa ne razmatraju se mogućnosti definiranja zahtjeva za

vlačnu čvrstoću betona, rani ili kasni prirastčvrstoće,

ne postoji mogućnost očitavanja v/c omjera zatlačne čvrstoće betona veće od 40 MPa,

ne postoji mogućnost optimizacije mješavine uslučaju podbacivanja uzoraka

69

Zaključak - Concrete Mix Design

Potrebno je naglasiti da autor programa ConcreteMix Design ističe da ACI nije odobrio korištenje i/ilireferenciranje programa.

70

4. Mix Sim

MixSim se temelji na istraživanjima i iskustvu Dr. J.D.Dewar, iz J.D. Dewar Consultancy, iz Velike Britanije

...prema CEN normama

71

Mix Sim Upotrebom programa MixSim mogu se pripremiti mješavine

koje kombiniraju: do tri vrste cementnih materijala, tri vrste sitnog agregata ili filera tri vrste krupnog agregata zajedno s tri vrste kemijskih dodataka.

U obzir je također uzet utjecaj potrebe korištenja: aeranata, plastifikatora ubrzivača vezanja i očvršćivanja

72

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 13

Mix Sim

Program razlikuje četiri tipa materijala:

praškasti (Powders) – cementi i cementni materijali sitni agregat (Fine aggregates) – pijesak, drobljeni fini

materijal, mineralni fileri krupni agregat (Coarse aggregates) – šljunci,

drobljena stijena i umjetni materijali tekući aditivi (Liquid Admixtures) – uključujući

plastifikatore i aerante

73

Mix Sim

Propisi i svojstva za materijale se mogu unijeti na dvanačina: Odabirom prethodno definiranih materijala u

prozoru Materials Database Direktnim unosom parametara u prozoru Mix

Details

74

Mix Sim Prozor Mix Details

75

Mix Sim Potrebno je spomenuti da program omogućuje optimizaciju

mješavine na osnovi rezultata ispitivanja tlačne čvrstoće.

Moguće je odabrati prikaz faza proračuna zbog:

Detaljnih podataka Detaljnih usporedbi Edukacijske namjene

Razmatrajući zamršenost pojedinih detalja procesa proračuna,osobito kad se koristi maksimalan mogući broj materijala idodataka.

76

Zaključak - Mix Sim MixSim je ponajprije programski paket za optimizaciju

mješavine betona koji se temelji na iterativnom dobivanjuoptimalne mješavine.

Program je relativno nepregledan zbog korištenja velikog brojakratica za podatke koje je potrebno unijeti i same koncepcijekorisničkog sučelja u obliku MS Excel tablice.

Također program je relativno kompliciran jer se uvodepojmovi, koeficijenti, metode proračuna za čije je shvaćanjepotrebno opširnije znanje i dostupna literatura.

77

Zaključak - Mix Sim Izlazni podaci iz programa MixSim uključuju tablice i grafove

koji se prikazuju odnose:

zahtjeva za vodom, postotka sitnih čestica, plastične gustoće, tlačne čvrstoće, udjela pojedinih materijala u mješavini ovisno o

veličini mješavine, vlažnosti agregata definiranom slijeganju.

78

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 14

Zaključak - Mix Sim

Nedostatak programa je u izostanku podataka o metodama proračuna

sastava betona i metodama optimizacije. Prednost upotrebe ovog programa je: sam postupak iteracije, odnosno izrade betonskih

mješavina i unošenja rezultata ispitivanja tihmješavina u programsku bazu podataka.

nakon toga moguće je korigirati buduće mješavinena osnovi probnih mješavina.

79

CMD 2009 –Computerized mix-design 2009 Računalni program namijenjen projektantima koji žele

specificirati karakteristike betone prema europskim normama iizraditi sastav betona koji će zadovoljiti: Razred čvrstoće Razred izloženosti Razred konzistencije Vrsta i razred čvrstoće cementa Vrsta i maksimalno zrno agregata Metoda ugradnje i njegovanja…

80

CMD 2009ULAZ Trajnost Čvrstoća Agregat Obradljivost Transport Uvjeti betoniranja

IZLAZ Ulazni podaci Karakteristike betona Sastojci i njihova količina Propisi za izvođača

8181

TRAJNOST

NAČIN ARMIRANJA

NAČIN NJEGOVANJA BETONA

UVJETI OKOLIŠA

POTREBNA PROPUSNOST BETONA

82

ČVRSTOĆA

CEMENT

KONTROLA TLAČNEČVRSTOĆE

ZAHTIJEVANA TLAČNAČVRSTOĆA

SAVOJNA, VLAČNA, RANATLAČNA ČVRSTOĆA?

83

AGREGAT

PODRIJETLO

GUSTOĆA

MAKSIMALNO ZRNOAGREGATA

84

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 15

Transport

vrijeme transporta – od betonare do mjesta ugradnje(od < 15 min. do 120 min.)

temperatura pri transportu (od 5°C do 37°C)

85

Uvjeti betoniranja

temperatura okoliša kod betoniranja (od 0 do 37°C) pri betoniranju na niskim temperaturama u moguće

koristiti ubrzivače

86

87

IZLAZ

ULAZNIPODACI KARAKTERISTIKE

BETONASASTOJCI IKOLIČINA

PROPISI ZAIZVOĐAČA

87

Zadatak 1.

Treba izbetonirati tanku, jako armiranu betonsku ploču razreda tlačnečvrstoće C30/37. Ploča će se nalaziti u industrijskoj hali, gdje se uproizvodnji koristi amonijak. Predviđa se korištenje prirodnogfrakcioniranog agregata, četverofrakcijskog B 16, gustoće ρag.=2680 kg/m3.Beton će se ugrađivati posudom na kranu. Za izradu betona koristiti će secement razreda 42,5!

88

Zadatak 2.

Treba izbetonirati stupove mosta u morskom okolišu, koji su uizravnom dodiru s morskom vodom, kvadratnog poprečnogpresjeka 2,0 x 2,0 m, minimalnog razmaka između šipki armature5cm. Predviđa se korištenje drobljenog agregata, optimalne krivuljeA. Gustoća ρag.= 2750 kg/m3. Beton će se ugrađivati pumpom.Potrebna razreda betona je C30/37, a izrađivat će se korištenjemcementa razreda 42,5!

8989

Zadatak 3.

Treba izbetonirati aerodromsku pistu betonom razreda čvrstoćeC35/45, čvrstoće na savijanje nakon 28 dana, 4,5 N/mm2. Beton ćebiti izložen ekstremnom habanju. Predviđa se korištenjedrobljenog četverofrakcijskog agregata B 32, gustoće ρag.= 2630kg/m3. Aerodromska pista se nalazi u području u kojem je tloizloženo smrzavanju, a izrađivat će se korištenjem cementarazreda 42,5!

9090

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 16

CMD 2009

izrađen prema europskim normama i talijanskimpreporukama i tablicama

različiti zahtjevi i ograničenja materijala

91

TMS – Conactive računalni program zaproračun mješavine računalni program

namijenjen stručnimosobama za rad ubetonarama

računalni program kojipomaže pri projektiranjusastava betona i upravljanjuresursima

izrađen je kako biautomatizirao osnovneprocese pri proizvodnjibetona u betonarama

9292

TMS – Conactive računalni program zaproračun mješavine

93

TMS – CONACTIVERačunalni program

TMS – ConactiveProcess control (CP)

Kontrola nadprocesima

TMS – ConactiveManagement (CM)

Upravljanje

TMS – ConactiveLaboratorium (CL)

Laboratorij

93

TMS – Conactive Laboratorium

modul pruža mogućnost izračuna mješavina, tekontrolu glavnih sastojaka, ispitivanja, bilježi podatke omaterijalu, prikazuje analize i rezultate ispitivanja

mogućnost praćenja procesa i kvalitete proizvoda radiizrade detaljnih izvješća za potrebe kontrole ubetonari i inspekcijska tijela

94

95

TMS – Conactive Laboratorium

DNEVNE RADNJE(funkcije koje se koristečesto, uzorci, mješavine,

doprema materijala)

IZVJEŠĆA(razna statistička izvješćakoja se kasnije prikazuju

u posebnom dijeluprograma)

MATERIJAL(cijena materijala, cement,

agregat, dodaci, punilo,voda, aditivi)

ZALIHE(postojeće zalihe,

promijene zaliha silosi itransportna vozila, mjestoutovara, gradilište, tvrtka)

SITA IGRANULOMETRIJSKI

SASTAV(sita, vrste sita, veličina

zrna)

96

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 17

Metode proračuna mješavine

CALDMETODA

METODAMINIMALNIHTROŠKOVA

METODAOPTIMALNOGGRANULOMET

RIJSKOGSASTAVA

NELINEARNAMETODA

MINIMALNIHTROŠKOVA

APSOLUTNAMETODA

PRORAČUNAMJEŠAVINE

97

Apsolutna metoda proračuna mješavine

Jedina metoda koja dopušta proračunu da prijeđepreko ograničenja koja su zadana

Pokazuje samo rezultat, a ne sadržaj mješavine Jedan od rezultata je vodovezivni omjer, očekivani

razred čvrstoće, količina klorida i alkalija itd. Ne zahtijeva podatke o nizu korištenih sita da bi se

izvršio proračun (jedino ako je agregat zadan onda ćeproračun tražiti i taj podatak

98

CALD metoda CALD metoda (Computed Average Least Dimension) metoda koja je sukladna je s nizom ograničenja zahtijeva dodatne analize:

prvo se izračuna potrebna količina kamenog agregata (sa svimkorekcijama), zatim se proračunava vodovezivni omjer i tek setada radi optimizacija mješavine)

99

Metoda minimalnih troškova Izračunava se korištenjem

linearnog programiranja da bi sedobila najjeftinija mješavina koja jeu skladu sa svim zadanimograničenjima.

Linearno programiranje je onokod kojeg su sve varijable složeneu ravne linije, a u kutovima seprovjerava da li mješavina dajenajbolje rješenje

Ako se koristi kombinacija vezivane može se koristiti ova vrstaoptimizacije

Mat

erija

l 2

Cijena Materijal 3

Materijal 1 Ogr

anič

enje

2

Ogr

anič

enje

1M

ater

ijal 4

100

Nelinearna metoda minimalnih troškova sukladna je s nizom ograničenja moguć je proračun s više varijabli

koje se mogu podešavati izračunava količinu vode u

agregatu koju treba korigirati uzima u obzir količinu vode u

kemijskim dodacima (samo ako takoličina prelazi količinu veću od 3litre kod proračuna zavodovezivni omjer)

Cijena Materijal 3

Materijal 1 Ogr

anič

enje

2

Ogr

anič

enje

1M

ater

ijal 4

Mat

erija

l 2

101

Metoda optimalnog granulometrijskog sastava

prije samog proračuna mješavine radi se proračunkako bi se ustanovio granulometrijski sastav mješavine

agregat se optimizira (metoda najmanjih kvadrata)prema idealnoj granulometrijskoj krivulji

granulometrijske krivulje pomažukod određivanja granulometrijskogsastava (maksimalna, minimalna), alinisu nužno potrebne za proračun

optimalna granulometrija jenapravljena na temelju optimizacijemješavine i u skladu je s zadanimograničenjima

102

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 18

Probne mješavine Napravljene su tri probne mješavine: Prva mješavina Druga mješavina Treća mješavina

Sve tri mješavine imaju isti granulometrijski sastav.

103

Granulometrijski sastav mješavina

104

Granulometrijski sastav mješavina

FRAKCIJA(mm)

VLAŽNOST(%)

APSORPCIJA(%)

0-4 6,0 4,1

8-16 3,0 1,8

16-32 1,5 0,9

105

Podaci za izradu mješavina

106

• Agregat: 0-4mm, 8-16mm,16-32mm• Cement: CEM II/A-S 42,5R• Aerant: Cementol ETA S• Pore: 6%• v/c : 0,52

Prva mješavina

• Agregat: 0-4mm, 8-16mm,16-32mm• Cement: CEM II/A-S 42,5R• Pore: 1,2%• v/c: 0,54

Druga mješavina

• Agregat: 0-4mm, 8-16mm,16-32mm• Cement: CEM III/B 32,5N-SR/LH• Pore: 1,5%• v/c: 0,50

Treća mješavina

106

Primjer izrade mješavine

Set granulometrijskih krivuljafrakciji se pridruži preporučljiva granična krivulja

optimalnog sastava agregata

Granulometrijski sastavformira se nova grupa pod nazivom

Set sitastvaramo novu grupu sita (frakciju)

Sita i granulometrijastvaramo novu grupu sita (frakciju)

107

Primjer izrade mješavine Unos podataka o agregatu pijesak / šljunak drobljeni / riječni osnovni podaci (oznaka,

detaljan opis, frakcija) ispitivanja (gustoća,

apsorpcija, vlažnost) analiza granulometrije

(ostaci agregata u gramimana pojedinom situ)

108

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 19

Primjer izrade mješavine Cement:• oznaka, kratki opis, detaljan opis,

vrsta cementa, udio klinkera,• analize koje su provedena na

cementu• potrebno je zadati kombinaciju

veziva (dvije ili više vrstacementa) u opciji Kombinacijeveziva

• funkcija čvrstoće (na temeljueksperimentalnih krivulja) –Waltzov dijagram

109109

Primjer izrade mješavine Unos podataka o vodi oznaka , kratki opis, detaljan

opis, ima li mulja u njoj analize koje treba ispitivati hladna / topla/ morska /

reciklirana

110

Primjer izrade mješavine Unos podataka o aerantu definira se nova vrsta kemijskog

dodatka ili se odabire većpostojeća

oznaka, kratki opis, detaljan opis,opciju uključenja automatskogdoziranja, i pod opcijom analizeupisujemo volumensku masu

Superplastifikator / plastifikator /aerant …

postoji i opcija Ostali dodaci(vlakna)

111

Primjer izrade mješavine

Upravljanje zalihama -Zalihematerijala - Silos

obavezno se unosi za potrebeproračuna

Nije bitna valuta novca,već omjercijena komponenata mješavine

Definiranje zalihe materijala

Definiranje cijene materijala

112

Upis podataka za proračun mješavine Općenito : oznaka i opis mješavine,

oznaka pretrage mješavine, normana koju se mješavina poziva, ciljanirazred tlačne čvrstoće mješavine,razred izloženosti okolišu,porodica betona, maksimalno zrnoagregata, razred konzistencije.

Materijali : količina kombinacijaveziva, količina kemijskog dodataka

Ostali materijali: agregat pofrakcijama s unesenim količinama ikoličina vode

113

Upis podataka za proračun mješavine

Zahtjevi: norma na koju semješavina poziva, ciljanirazred tlačne čvrstoćemješavine, razredizloženosti okolišu, razredkonzistencije,granulometrijske krivuljeizmeđu kojih se moranalaziti krivulja dobivenaprosijavanjem agregata,

zatim, količina zraka u mješavini, ograničenja minimalne imaksimalne količine cementa i količine vode, maksimalnog zrnaagregata, te granice konzistencije mješavine

114

Građevinski fakultet ZagrebDiplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 20

Izračun podataka za proračun mješavine

Slijedi

• Izračunaj / Spremi i sačuvaj• proračunom se dobivaju

Izvještaji

115

Rezultati proračuna - Izvještaji

Program nudi više vrsta Izvještaja ovisno o namjeni: Proračun Izvještaj za naručitelja Detaljno Izvješće Kratko izvješće Cijena mješavine Zahtijevana količina vode Ispravke Analize Ograničenja

116

Koji računalni program izabrati?

117

Koji računalni program izabrati?

Dostupnost Prilagodba normizaciji Cijena programa Sredstva s kojima se raspolaže Mogućnost edukacije

118

Pitanja Koja je svrha projektiranja sastava betona? Navedite bar dvije eksperimentalne ovisnosti sastava i svojstava betona koje

se koriste kao ulazni podatak pri projektiranju sastava. Zašto je projektiranje sastava betona obično iterativan proces? O čemu najviše ovisi konzistencija betona? Koja su svojstva betona bitna za izvođača? Koliko se dodavanjem aeranta smanji tlačna čvrstoća betona? Kako aerant utječe na svojstva betona u svježem stanju? Kada se primjenjuju modifikatori viskoznosti? Zašto se primjenjuju računalni programi pri proizvodnji betona? Navedite bar tri ulazna podatka o agregatu za potrebe projektiranja sastava

betona. Navedite bar tri ulazna podatka o cementu za potrebe projektiranja sastava

betona. Što se može pratiti na betonari primjenom računalnih programa?

119

Literatura Collepardi, M.:The New Concrete,GraficheTintorento, Italia, 2006.

Day, K.: Computer Control of Concrete Proportions,Concrete International,December 1996.

De Larrard, F.; Sedran,T.: Computer-Aided Mix Design: Predicting Final Results, Concrete International,December 1996.

TMS Conactive Laboratorium Project – Overview, http://www.ortec-tms.com/

Illeš, I.: Računalom podržano projektiranje sastava i kontrola kvalitete betona, diplomski rad, Građevinski fakultet Sveučilišta uZagrebu, Zagreb, 2009. godine

Milovanović, B.: Projektiranje sastava betona, seminarski rad na poslijediplomskom znanstvenom studiju iz kolegija Posebnapoglavlja tehnologije betona, Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, 2008.

Kolić,D.: Upravljanje kvalitetom u proizvodnji betona, diplomski rad, Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Zagreb, 2010.

Maiti, S. C.;Agarwal, R. K., Kumar,R.: Concrete MixProportioning, The Indian Concrete Journal,December 2006.

Mikulić, D.:Teorijski model osiguranja kvalitete betona, disertacija, Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Zagreb, 1993.

Popovics, S.; Popovics, J. S.: Novel Aspects in Computerisation of Concrete Proportioning,Concrete International,December1996.

Shakamenko, G., Birsh, J,: „Concrete Mix Design and Optimization“, 2nd International PhD Symposium in Civil Engineering,Budapest 1998.

Štirmer, N.; Mikulić, D.; Laarveld, R.; Illeš, I.: Projektiranje sastava betona i kontrola kvalitete pomoću aplikacije TMS Conactive,Treći internacionalni naučno-stručni skup Građevinarstvo - nauka i praksa, Lučić, Duško (ur.), Žabljak: Univerzitet Crne Gore,Građevinski fakultet, 2010. 765-770

Štirmer, N.; Mikulić, D.; Milovanović, B.; Kolić, D.: Upravljanje kvalitetom u proizvodnji betona, Kvalitetom do poslovneizvrsnosti,Drljača,Miroslav (ur.), Zagreb: OSKAR, Centar za razvoj i kvalitetu, 2011. 157-168

120