ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΝΘΕΣΗΣ Εξαρτάται από Εργάσιμο νωπού Γενικές οδηγίες Κόστος μηχανική αντοχή αντοχή σε γήρανση σκληρυμένου σκυροδέματος Απαιτούμενη κάθιση εντός ορίων Καθορίζεται από το τσιμέντο. Μέση συμβατική αντοχή σε 28 Μία τάξη μεγέθους μεγαλύ- ημέρες να ξεπερνά την απαιτού- Κάθιση ανάλογη της περιε- τερο από τα αδρανή. μενη. κτικότητας σε νερό. Επιδιώκεται χρήση ελάχιστης Αύξηση αντοχής με μείωση του Ρευστότητα που απαιτείται για ποσότητας τσιμέντου. λόγου Ν/Τ. Προτιμότερη η μή διάστρωση, συμπύκνωση, τελεί- αύξηση της ποσότητας του τσιωμα. Επιδιώκεται χρήση χαμηλού μέντου. κόστους τσιμέντο με προσμί- Για βελτίωση συνεκτικότητας ξεις όπου είναι δυνατόν. Χρήση αερακτικών ή άλλων προτιμάται η αύξηση του λόγου πρόσμικτων (αντιγηραντικά). άμμος / χονδρά αδρανή αντί της αναλογίας των λεπτόκοκκων συστατικών της άμμου. Για μεγάλες απαιτήσεις ρευστότητας χρησιμοποιούνται ρευστοποιητικά αντί για πρόσθετο νερό. Για δεδομένη κάθιση η απαιτούμενη ποσότητα νερού: μειώνεται με αύξηση του μέγιστου κόκκου. μειώνεται με μείωση των αδρανών με γωνιώδεις τραχειές επιφάνειες. μειώνεται αυξάνοντας την ποσότητα εγκλωβισμένου αέρα. ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ Μέγιστος κόκκος αδρανών. Ελάχιστη ποσότητα τσιμέντου. Μέγιστος λόγος Ν/Τ. Για να εξασφαλίζεται προστασία οπλισμών. Αντοχή σε παγετό. Αντοχή σε βλαβερά χημικά.
Μελέτη σύνθεσης Που γίνεται; Κάθε πότε γίνεται; Δεδομένα που απαιτούνται Εργαστήρια ΥΠΕΧΩΔΕ Στην αρχή κάθε έργου. α) Κάθιση Εργαστήρια ΑΕΙ Επαναλαμβάνεται σε: β) Απαιτούμενη αντοχή. Αναγνωρισμένα ιδιωτικά α) αλλαγή πηγής λήψης αδρανών γ) Μέγιστος κόκκος. εργαστήρια εποπτευόμενα από Το ΥΠΕΧΩΔΕ. β) αλλαγή κοκκομετρικής δια- δ) Ελάχιστη περιεκτικότητα βάθμισης αδρανών. τσιμέντου. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ γ) Αλλαγή πρόσμικτων, τύπου ε) Μορφή δοκιμίων ελέγχου τσιμέντου ή κατηγορίας αντο- (κυβικά ή κυλινδρικά). χής τσιμέντου. στ) Ειδικές απαιτήσεις (επιχριδ) Όταν η κάθιση δεν ικανοποιεί σμένο, ανεπίχριστο μπετόν, τις σχετικές απαιτήσεις. παραθαλάσσιο περιβάλλον, υδατοστεγανότητα κλπ). Ο Ελληνικός Κανονισμός στερείται αριθμητικής διαδικασίας. Δεδομένα της ελληνικής πραγματικότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση μιας προκαταρκτικής σύνθεσης χωρίς ειδικές απαιτήσεις που πρέπει να επιβεβαιωθεί με πειραματικούς ελέγχους. Η διαδικασία θεωρεί δεδομένο το μέτρο λεπτότητας της άμμου. Χρησιμοποιείται μια διαδικασία, εμπειρική σε μεγάλο βαθμό, βασισμένη στις Αμερικάνικες προδιαγραφές ACI 211.1-91. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ (Α) Προσδιορισμός απαιτούμενης περιεκτικότητας νερού στο ανάμιγμα. Σαν συνάρτηση: 1. του μέγιστου κόκκου των αδρανών. Δεν επιτρέπεται να ξεπερνά το 1/3 - του πάχους επικάλυψης των οπλισμών. - του πάχους του στοιχείου που θα κατασκευαστεί. 2. της επιθυμητής κάθισης, που για συνήθη στοιχεία από οπλισμένο σκυρόδεμα πρέπει να: - ξεπερνά τα 30 mm για συλλεκτά αδρανή. - ξεπερνά τα 50 mm για θραυστά αδρανή. Μικρότερες τιμές κάθισης επιτρέπονται μόνο για προκατασκευασμένα στοιχεία που συμπυκνώνονται με ισχυρά μέσα δόνησης, για δάπεδα ή για άοπλα ογκώδη στοιχεία.
Ελάχιστες συνιστώμενες τιμές κάθισης δίδονται στον ΠΙΝΑΚΑ 1: ΠΙΝΑΚΑΣ 1 Ελάχιστες συνιστώμενες τιμές κάθισης ενώ μέγιστες και ελάχιστες τιμές κάθισης κατά ACI 211.1-91 δίδονται στον ΠΙΝΑΚΑ 2: ΠΙΝΑΚΑΣ 2 Μέγιστες και ελάχιστες τιμές κάθισης ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Οι τιμές των παραπάνω Πινάκων αυξάνονται κατά 50% σε: υψηλές θερμοκρασίες. μεγάλη πυκνότητα οπλισμών. συμπύκνωση χωρίς δονητή. Το απαιτούμενο νερό προσδιορίζεται από τον ΠΙΝΑΚΑ 3:
ΠΙΝΑΚΑΣ 3 Απαιτούμενη ποσότητα νερού ανάμιξης συναρτήσει κάθισης και μέγιστου κόκκου ΣΗΜΕΙΩΣΗ Οι τιμές του παραπάνω Πίνακα 3 ισχύουν για σκυρόδεμα θραυστών αδρανών χωρίς αερακτικά πρόσμικτα. Χρήση στρογγυλεμένων αδρανών (συλλεκτά) συνεπάγεται μείωση του νερού κατά 13 kg. Χρήση ρευστοποιητικού επιτρέπει μείωση του νερού κατά 5%. (Β) Εύρεση λόγου Ν/Τ Ανάλογα με την απαιτούμενη μέση συμβατική αντοχή σκυροδέματος σε 28 ημέρες και τον τύπο του τσιμέντου χρησιμοποιείται ο ΠΙΝΑΚΑΣ 4 για προσδιορισμό του λόγου Ν/Τ: ΠΙΝΑΚΑΣ 4
ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Οι τιμές του παραπάνω Πίνακα 4 ισχύουν για καλή συμπύκνωση με δονητή. Μέγιστος λόγος Ν/Τ Σύμφωνα με τον ΚΤΣ ο μέγιστος λόγος Ν/Τ ορίζεται ως: 0,70 για επιχρισμένο σκυρόδεμα. 0,67 για ανεπίχριστο ή επικάλυψη μαρμάρου. 0,58 για μειωμένη υδατοπερατότητα. 0,50 για μέγιστο κόκκο 31,5 ή 16 mm. 0,60 για σκυρόδεμα σε νερό (όχι διαβρωτικό). 0,48 για σκυρόδεμα στη θάλασσα. 0,48 για παραθαλάσσιο περιβάλλον. Για σκυρόδεμα ανθεκτικό σε χημικές προσβολές ισχύουν οι τιμές του Πίνακα 5. ΠΙΝΑΚΑΣ 5 Βαθμός προσβολής και απαιτήσεις για σκυρόδεμα που προσβάλλεται από χημικά Σημείωση: Οι απαιτήσεις του Πίνακα 5 ισχύουν για ήπιες κλιματολογικές συνθήκες, για φυσικό νερό που έχει μολυνθεί από χημικές ουσίες και είναι στάσιμο ή ρέει με βραδύτητα, όπως και για εδάφη που είναι υγρά ή υγραίνονται συχνά.
Δεν ισχύουν για θαλασσινό νερό, για υγρά βιομηχανικά απόβλητα, για αποθέσεις στερεών βιομηχανικών αποβλήτων και γενικά για εδάφη με περιεκτικότητα θειϊκών μεγαλύτερη από 100mg θειοϊόντων ανά kg εδαφικού υλικού ξηραμένου στον αέρα. Οι απαιτήσεις κάθε στήλης του Πίνακα 5 ισχύουν ακόμα και αν ένας μόνο από τους αναγραφόμενους χημικούς παράγοντες βρίσκεται στην περιοχή που ορίζεται σ αυτή τη στήλη. Αν συγχρόνως δύο ή περισσότερες τιμές χημικών παραγόντων μιας στήλης βρίσκονται στο πάνω τέταρτο (για το pη στο κάτω τέταρτο)των ορίων προσβολής, τότε ως βαθμός προσβολής θεωρείται ο επόμενος δυσμενέστερος του Πίνακα 5. Οι ελάχιστες ποσότητες τσιμέντου που αναγράφονται στον Πίνακα 5 ισχύουν για αδρανή με μέγιστο κόκκο 31,5 mm. Οι ποσότητες αυτές πρέπει να ελαττώνονται κατά 30Kg/m 3 για αδρανή με μέγιστο κόκκο 63 mm και να αυξάνονται κατά 30Kg/m 3 για αδρανή με μέγιστο κόκκο 16 mm. Ελάχιστη ποσότητα τσιμέντου Για επίτευξη ικανοποιητικού επιπέδου ανθεκτικότητας η ποσότητα του τσιμέντου στο σκυρόδεμα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από μία ελάχιστη τιμή, όπως: Για μέγιστο κόκκο 31,5 ή 1 και 63 mm ή 1 ½ 270 Kg/m 3 για επιχρισμένο σκυρόδεμα χωρίς ειδικές απαιτήσεις. 300 Kg/m 3 για ανεπίχριστο (ή βαμμένο ή με επικάλυψη μαρμάρου) Για μέγιστο κόκκο 8 mm ή 3/8 320 Kg/m 3 για επιχρισμένο σκυρόδεμα χωρίς απαιτήσεις. 350 Kg/m 3 για ανεπίχριστο Για μέγιστο κόκκο 16 ή ½ 300 Kg/m 3 για επιχρισμένο σκυρόδεμα χωρίς απαιτήσεις. 330 Kg/m 3 για ανεπίχριστο. Για τσιμέντα ειδικών απαιτήσεων Σκυρόδεμα ανθεκτικό σε επιφανειακή φθορά 350 Kg/m 3. Σκυρόδεμα μειωμένης υδατοπερατότητας 350 Kg/m 3 και 400 Kg/m 3 για μέγιστο κόκκο 31,5mm και 16 mm αντίστοιχα. Σκυρόδεμα μέσα σε νερό (όχι διαβρωτικό) 350 Kg/m 3. Σκυρόδεμα στη θάλασσα 400 Kg/m 3. Σκυρόδεμα σε παραθαλάσσιο περιβάλλον 330 Kg/m 3. Σκυρόδεμα ανθεκτικό σε χημικές προσβολές ισχύει ο Πίνακας 5. (Γ) Εύρεση συνολικού όγκου αδρανών Αφαιρείται από το 1 m 3 του αναμίγματος ο όγκος των: (α) νερού (β) τσιμέντου (γ) αέρα Όγκος στερεών αδρανών/m 3 = 1 (m Τ /ρ Τ ) (m N /1000) όγκος αέρα (1)
όπου: m Τ = μάζα τσιμέντου (Kg) ρ Τ = πυκνότητα τσιμέντου (Kg/m 3 ) m N = μάζα νερού (Kg) αν ενδιαφέρει (1) η συνολική ποσότητα των αδρανών, πολλαπλασιάζεται ο όγκος με την πυκνότητα των στερεών αδρανών ρ α. (2) διαφορετικά υπολογίζονται οι ποσότητες των χονδρόκοκκων αδρανών (γαρμπίλι και σκύρα) και της άμμου στο ανάμιγμα ώστε να ελαχιστοποιηθεί το ποσοστό των κενών του μίγματος των αδρανών. Ο φαινόμενος όγκος των χονδρόκοκκων καθορίζεται από τον ΠΙΝΑΚΑ 6 συναρτήσει του μέτρου λεπτότητας της άμμου και του μέγιστου κόκκου των αδρανών. Ο όγκος αυτός μετατρέπεται σε μάζα πολλαπλασιάζοντας με την αντίστοιχη φαινόμενη πυκνότητα, και μετά σε όγκο στερεών, διαιρώντας τη μάζα με την πυκνότητα στερεών του μίγματος των χονδρόκοκκων αδρανών. Στη συνέχεια, ο όγκος στερεών της άμμου υπολογίζεται με αφαίρεση του όγκου στερεών του μίγματος των χονδρόκοκκων αδρανών από τον όγκο στερεών των αδρανών που υπολογίστηκε από την εξίσωση (1). Τέλος, μάζα της άμμου υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας το όγκο στερεών της με την αντίστοιχη πυκνότητα. ΠΙΝΑΚΑΣ 6 Φαινόμενος όγκος σκύρων και γαρμπιλιού ανά m 3 σκυροδέματος Σημείωση Οι τιμές του Πίνακα 6 ισχύουν για μη αντλητό σκυρόδεμα. Για αντλητό σκυρόδεμα μειώνονται κατά 10%. Οι παραπάνω υπολογισμοί ισχύουν για αδρανή εσωτερικά κορεσμένα και επιφανειακά ξηρά. Αν τα αδρανή έχουν μια ποσότητα επιφανειακής υγρασίας, αυτή πρέπει να αφαιρεθεί από την ποσότητα του νερού ανάμιξης που έχει προσδιοριστεί, ενώ ταυτόχρονα πρέπει να αυξηθεί το βάρος των αδρανών στο ανάμιγμα. Το αντίθετο πρέπει να γίνει αν τα αδρανή απορροφούν υγρασία από το ανάμιγμα.
(Δ) Χρήση ορυκτών πρόσθετων Αν για την παρασκευή σκυροδέματος χρησιμοποιούνται και ορυκτά πρόσθετα, αυτά λαμβάνονται υπόψη στην παραπάνω διαδικασία για τον προσδιορισμό του λόγου Ν/Τ και της ελάχιστης ποσότητας τσιμέντου ως ισοδύναμη ποσότητα τσιμέντου, θεωρώντας ότι μια μονάδα βάρους τσιμέντου ισοδυναμεί (από άποψη ιδιοτήτων του σκυροδέματος)με k μονάδες βάρους του πρόσθετου, όπου k είναι συντελεστής ενεργότητας. Έτσι η ισοδύναμη ποσότητα Τ ισούται με την πραγματική μάζα τσιμέντου συν k επί τη μάζα του πρόσθετου. Οι τιμές του συντελεστή k εξαρτώνται από τον τύπο πρόσθετου (ΕΝ 206-1). Για ιπτάμενη τέφρα k = 0,2 ή 0,4 αν συνδυάζεται με τσιμέντο τύπου CEM I 32,5 ή CEM I 42,5 και πάνω αντίστοιχα. Σύμφωνα με τον ίδιο κανονισμό, αν η ποσότητα ιπτάμενης τέφρας είναι πάνω από το 0,33 της ποσότητας τσιμέντου, η ποσότητα τέφρας που ξεπερνά αυτό το 0,33 του τσιμέντου δεν λαμβάνεται υπόψη για τον υπολογισμό του λόγου: νερό/(τσιμέντο + k x ιπτάμενη τέφρα) Η ελάχιστη απαιτούμενη ποσότητα τσιμέντου βάσει της κατηγορίας έκθεσης (ΠΙΝΑΚΑΣ 7) του υπό παρασκευή σκυροδέματος μπορεί να μειωθεί το πολύ κατά: k x (ελάχιστη ποσότητα τσιμέντου 200) Kg/m 3 ενώ η ποσότητα: (τσιμέντο + ιπτάμενη τέφρα) δεν θα πρέπει να είναι μικρότερη από την ελάχιστη απαιτούμενη ποσότητα τσιμέντου για τις δεδομένες απαιτήσεις της σχετικής κατηγορίας έκθεσης. Για πυριτική παιπάλη σε συνδυασμό με τσιμέντο τύπου CEM I το k = 2, εκτός αν η προδιαγραφείσα τιμή του λόγου Ν/Τ είναι μεγαλύτερη από 0,45 και, ταυτόχρονα η κατηγορία έκθεσης είναι XC ή XF, οπότε k = 1. Η προαναφερθείσα για την ιπτάμενη τέφρα τιμή 0,33 είναι 0,11 στην περίπτωση της πυριτικής παιπάλης. Τέλος, η ποσότητα (τσιμέντο + k x πυριτική παιπάλη) δεν θα πρέπει να είναι μικρότερη από την ελάχιστη ποσότητα τσιμέντου για τις δεδομένες απαιτήσεις της σχετικής κατηγορίας έκθεσης, ενώ η ελάχιστη ποσότητα τσιμέντου δεν θα πρέπει να μειώνεται πάνω από 30Kg/m 3 σε σκυροδέματα για τα οποία η κατηγορία έκθεσης προβλέπει ελάχιστη ποσότητα τσιμέντου 300 Kg/m 3. ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ ΣΗΜΕΙΩΣΗ Η παραπάνω διαδικασία είναι εμπειρική και δίνει προσεγγιστικά αποτελέσματα, που πρέπει να ελεγχθούν στο Εργαστήριο. Το σκυρόδεμα που παρασκευάζεται βάσει της παραπάνω μελέτης σύνθεσης θα πρέπει να ελεγχθεί κυρίως ως προς το εργάσιμο και την αντοχή και ενδεχόμενα ως προς τον όγκο κενών. Οι τελικές αναλογίες σύνθεσης προκύπτουν συνήθως μετά από αρκετές δοκιμές.
ΠΙΝΑΚΑΣ 7: Συνιστώμενες οριακές τιμές για τη σύνθεση και τις ιδιότητες του σκυροδέματος με τσιμέντο CEM I βάσει της κατηγορίας έκθεσης
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Ζητείται η προκαταρκτική μελέτη σύνθεσης για επιχρισμένο μη αντλητό σκυρόδεμα κατηγορίας C16/20 (του οποίου η αντοχή ελέγχεται βάσει κυβικών δοκιμίων) από θραυστά αδρανή με μέγιστο κόκκο 25mm, φαινόμενη πυκνότητα 1750Kg/m 3, πυκνότητα στερεών 2650Kg/m 3 και ικανότητα απορρόφησης νερού από το ανάμιγμα 2% του βάρους τους. Η άμμος έχει μέτρο λεπτότητας FM = 2,6, το τσιμέντο είναι τύπου CEM ΙΙ / 32,5, και η κάθιση προδιαγράφεται ίση με 100mm. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Από Πίνακα 3 : Νερό = 193 Kg/m 3, όγκος κενών 1,5% Απαιτούμενη μέση αντοχή: f a = f ck + 2,14s = 20 + 2,14x5 = 30,7 MPa Η τιμή είναι συντηρητική λόγω της μεγάλης τυπικής απόκλισης. Από Πίνακα 4: Ν/Τ = 0,56 0,70 (επιχρισμένο σκυρόδεμα) Τσιμέντο: 193/0,56 = 345 Kg/m 3 > 270 Kg/m 3 (επιχρισμένο σκυρόδεμα) Στερεός όγκος αδρανών = 1-345/3100 193/1000 0,15 = 0,68 m 3 /m 3 Χονδρόκοκκα αδρανή (σκύρα, γαρμπίλι), Πίνακας 6: Φαινόμενος όγκος = 0,69 m 3 /m 3 Μάζα = 0,69x1750 = 1205 Kg/m 3 Όγκος στερεών = 1205/2650 = 0,45 m 3 /m 3 Άμμος Στερεός όγκος = 0,68 0,45 = 0,23 m 3 /m 3 Μάζα = 0,23x2650 = 610 Kg/m 3 Οι παραπάνω ποσότητες ισχύουν για επιφανειακά ξηρά και εσωτερικά κορεσμένα αδρανή. Εφόσον τα αδρανή απορροφούν 2% του βάρους τους νερό οι ποσότητές τους πρέπει να μειωθούν σε 1205/1,02 = 1180 Kg/m 3 για τα χονδρόκοκκα και σε 610/1,02 = 600 Kg/m 3 για την άμμο. Η διαφορά των 0,02x(1205 + 610) = 36 Kg/m 3 είναι νερό που πρέπει να προστεθεί στο ανάμιγμα. Οι τελικές ποσότητες είναι: Νερό: 229 Kg/m 3 Τσιμέντο: 345 Kg/m 3 Άμμος: 600 Kg/m 3 Χονδρόκοκκα: 1180 Kg/m 3 Σύνολο 2360 Kg/m 3 Σημείωση: Αν η διόρθωση ως προς την υγρασία παραληφθεί, η απορρόφηση από τα αδρανή θα μειώσει το νερό σε 157 Kg/m 3, οπότε θα είναι Ν/Τ = 0,45, με αποτέλεσμα την αύξηση της μέσης αντοχής και τη μείωση του εργάσιμου (κάθιση).