Specyficzne cechy kruszyw lekkich, do których na­leżą duża porowatość, nasiąkliwość, szorstka i nieregularna powierzchnia ziarn, stosun­kowo niska wytrzymałość — niższa wielokrotnie od zaczynu cementowego — oraz możliwość wymiany wody zawartej w kruszywie z zaczynem cementowym, powodują trudność w opracowaniu uniwersalnej metody projektowania składu betonu. Znanych jest wiele metod projektowania składu betonu niejednokrotnie zasadniczo różniących się w przyjmowanych założeniach. Przykładowo wymienić można metody Skramtajewa, Bużewicza, Wolfa, Szczekanienki, Rothfuchsa, Wolżehskiego, Popowa i in. Z polskich oryginalnych metod należy wymienić metodę Eymana oraz Pietrasa i Kowa-lenki. W normie PN-75/B-06263 stwierdza się, że skład mieszanki betonowej można usta­lać dowolną metodą pod warunkiem, że zastosowana metoda będzie spełniała warunek określony wzorem. gdzie: C—ilość cementu, kg/m3 betonu; M—ilość mikrowypełniacza, kg/m3 beto­nu; K—ilość kruszywa, kg/m3 betonu; Qrz — rzyczywista gęstość pozorna betonu, kg/m3. Jednocześnie dopuszczalne odchylenie gęstości pozornej rzeczywistej q„ od gęstości pozornej określonej składem mieszanki betonowej nie może przekroczyć +5%. Najprostszą metodą projektowania betonów lekkich jest tzw. metoda kolejnych przy­bliżeń, zbliżona w swym układzie do metody Popowa. Ze względu na prostotę postę­powania ten sposób określania składu betonów jest najczęściej zalecany w instrukcjach technologicznych. Wprowadzenie każdego nowego rodzaju kruszywa lekkiego na rynek związane jest z wydaniem odpowiednich wytycznych wykonywania z niego betonów oraz ew. elementów. Instrukcje te z zasady zawierają ustalone doświadczalnie składy mieszanek betonowych dla różnych klas betonu, które są podstawą do zaprojekto­wania betonu metodą kolejnych przybliżeń z aktualnie będącego do dyspozycji kru­szywa. W tablicach 6-16, 6-17, 6-18 podano orientacyjne składy betonów z różnych kruszyw, opracowane na podstawie istniejących wytycznych w dostosowaniu do aktualnie obo­wiązującej normy na beton lekki PN-75/B-06263. Opierając się na danych zawartych w wymienionych tablicach metodą kolejnych przybliżeń określa się skład mieszanki betonowej. Ustalenie składu betonu tą metodą polega na dobraniu w pierwszej kolejności uziar-niania kruszywa, jego ilości, następnie ilości cementu i ewentualnych dodatków mi­krowypełniacza (popiołu lotnego) oraz optymalnej ilości wody. Następnie wykonuje się próbne mieszanki betonowe, sprawdza rzeczywiste ilości składników i koryguje skład na podstawie uzyskanej wytrzymałości betonu. Dobór uziarnienia kruszywa. Do betonów jamistych można stoso­wać kruszywo o uziarnieniu 54-10 mm, 10420 mm lub mieszaninę tych frakcji. Użycie frakcji drobniejszej, tj. 5410 mm, powoduje otrzymanie betonu o wyższej wytrzymałości lecz o większej gęstości pozornej aniżeli przy użyciu frakcji grubszych, przy tym samym zużyciu cementu. Stosowanie do betonu jamistego kruszywa złożonego wyłącznie z frakcji 20440 mm daje tworzywo o bardzo porowatej strukturze i dużej przepuszczalności powietrza (przewiewanie). Dla betonów półzwartych można przyj­mować orientacyjnie udział poszczegól­nych frakcji określony w tabl. 6-19. Betony półzwarte ze względu na zwię­kszoną ilość wolnych przestrzeni między-ziarnowych mają mniejszą gęstość pozo­rną, wymagają jednak większego zużycia cementu dla otrzymania tej samej wytrzy­małości, co w przypadku betonów zwar­tych. Urabialność betonów półzwartych jest gorsza niż betonów zwartych. Ten rodzaj betonu nie zapewnia wystarczającej ochrony zbrojenia przed korozją, które należy do­datkowo powlekać powłokami antykorozyjnymi. Dla betonów o strukturze zwartej na ogół stosuje się kruszywo o składzie ziarno­wym określonym w tabl. 6-19. Oczywiście możliwe są pewne odstępstwa od podanych wielkości, wynikające przede wszystkim z właściwej urabialności mieszanki i zwartości struktury. W betonach o strukturze zwartej zawartość ziarn od 0 do 0,5 mm we frakcji 04-5 mm powinna wynosić przynajmniej 30%. W przypadku mniejszej ich zawartości jest konieczne stosowanie dodatku popiołu lotnego lub piasku kwarcowego. Zwartość struktury betonu jest uzależniona również od wielu innych czynników, takich jak kształt i powierzchnia ziarn, ilość zaprawy w 1 m3 betonu oraz sposobu i intensywności zagęsz­czania masy betonowej. Uzyskanie zwartej struktury oprócz właściwego doboru uziar-nienia kruszywa ułatwia zawsze dodatek popiołu lotnego lub piasku naturalnego. Do betonów wyższych klas zaleca się stosować piasek kwarcowy. Orientacyjnie można przyjmować, że ilość kruszywa w 1 rn3 betonu wynosi. gdzie: K„x — gęstość nasypowa kruszywa w stanie zagęszczonym, kg/m3; K—ilość kruszywa, kg/m3. Jeżeli jest znana gęstość pozorna betonu w stanie suchym q, to ilość kruszywa można obliczyć w przybliżeniu ze wzoru gdzie: C — ilość cementu, kg/m3; M— ilość ewentualnego dodatku mikrowypełniacza popiołu lotnego lub piasku, kg/m3. Określenie ilości cementu. Ilość cementu w 1 m3 betonu należy przyj­mować w pierwszym przybliżeniu na podstawie orientacyjnych składów betonu poda­nych w tabl. 6-16 do 6-18. Na ich podstawie należy wykonać co najmniej trzy mieszanki próbne z różnymi ilościami cementu, różniącymi się o 30450 kg cementu/m3. Dokładną ilość cementu ustala się przez interpolację wyników z badania wytrzymałości betonu na ściskanie po 28 dniach. W uzasadnionych przypadkach do celów doraźnych inter­polację można prowadzić na podstawie wyników 7-dniowych, uwzględniając współ­czynniki określone w PN-75/B-06263. W normie tej stwierdza się, że wytrzymałość betonu lekkiego wykonanego przy użyciu cementu marki 350 po 7 dniach twardnienia w warunkach laboratoryjnych powinna wynosić co najmniej: 0,85 — wytrzymałość po 28 dniach twardnienia dla betonów jamistych, 0,7 — jw. dla betonów półzwartych i zwartych, 0,6 — jw. dla betonów zwartych z dodatkiem popiołów lotnych. Ilość popiołu lotnego. Dodatek popiołu lotnego polepsza urabialność masy betonowej, jej zagęszczanie oraz szczelność betonu. Czynniki te wpływają korzyst­nie na zwiększenie wytrzymałości, szczególnie betonów o malej zawartości cementu. Dodatek popiołu można ustalić na podstawie orientacyjnych danych dotyczących skła­du betonów podanych w tabl. 6-16 do 6-18, przestrzegając ogólnych zaleceń podanych w p. 6.4.2, w którym omówiono mikrowypełniacze. Ilość piasku kwarcowego. Podobną rolę jak popiół lotny spełnia do­datek piasku naturalnego. W zależności od klasy betonu ilość dodawanego piasku po­winna wynosić od 200 do 300 kg/m3. Przy projektowaniu konkretnego składu betonu jako wielkość wyjściową należy przyjmować dane z tabl. 6-16 do 6-18. Począwszy od klasy betonu B250, ze względu na zapewnienie wymaganej wytrzymałości i ogranicze­nie odkształcalności, należy stosować wyłącznie dodatek piasku. Konsystencja mieszanki betonowej i ilości wody. W celu wstępnego określenia ilości wody należy korzystać z danych określonych w tabl. 6-16 do 6-18. W trakcie wykonywania zarobu ilości dodawanej wody należy korygować w zależności od założonej do uzyskania konsystencji mieszanki. Betony zwarte mogą być wykonywane z mieszanek betonowych o konsystencji wil­gotnej, gęstoplastycznej i plastycznej, betony półzwarte — z mieszanek o konsystencji wilgotnej i gęstoplastycznej. Betony o konsystencji wilgotnej stosuje się tylko w przypadkach, gdy sposób zagęsz­czania jest bardzo intensywny, np. przez wibroprasowanie. Ze względu na dobre zagęszczanie masy betonowej oraz większą jednorodność cech wytrzymałościowych zaleca się stosowanie konsystencji gęstoplastycznej. Konsystencja plastyczna stosowana jest rzadko, głównie tam, gdzie wymaga tego skomplikowany kształt form, duża ilość zbrojenia itp. Konsystencja betonów jamistych mieści się w wąskim zakresie ograniczonym warun­kiem uzyskania urabialnej masy z jednej strony, a niedopuszczeniem do wystąpienia objawów spływania zaczynu z ziarn kruszywa w trakcie zagęszczania — z drugiej stro­ny. Ilość wody należy ustalać doświadczalnie. Dla betonu jamistego wynosi ona prze­ciętnie od 140 do 170 l/m3. Optymalnej ilości wody towarzyszy pojawianie się lśniącego połysku na powierzchni ziarn kruszywa. Dla betonu półzwartego przeciętna ilość wody wynosi od 200 do 250 l/m3, dla be­tonu zwartego od 260 do 320 l/m3. W przypadku stosowania dodatku popiołów lotnych należy zwracać szczególną uwagę przy dozowaniu wody, gdyż bardzo łatwo nastąpić może przekroczenie jej optymalnej ilości. Zaleca się w trakcie dodawania wody zarobowej sprawdzać doświadczalnie zacho­wanie się masy betonowej podczas jej zagęszczania. Sprawdzenie konsystencji betonów zwartych o łącznej zawartości cementu, ziarn kruszywa O-f-0,125 mm oraz mikrowypełniacza, wynoszącej co najmniej 400 kg/m3 betonu, należy wykonywać przez pomiar aparatem Ve-Be zgodnie z PN-75/B-06250, przyjmując następujące wartości w sekundach: dla konsystencji wilgotnej — powyżej 30 s, dla konsystencji gęstoplastycznej — 16-r30 s, dla konsystencji plastycznej — 8416 s, dla konsystencji plastycznej z dodatkiem środków napowietrzających — 64-16 s. Dla betonów lekkich, półzwartych i jamistych konsystencję mieszanki betonowej można określać makroskopowo. Wobec specyficznych właściwości kruszyw lekkich należy konsystencję betonu — do czasu opracowania zadowalającej i sprawdzonej metody — oceniać wizualnie, kie­rując się następującymi wskaźnikami <7): a. Konsystencja wilgotna — masa betonowa ciemnieje, ziarna drobnych frakcji poniżej 1 mm wykazują tendencję do tworzenia grudek, jednak tylko część ziarn otacza się cementem. Na powierzchni ziarn grubszych cement przyczepia się miejscami. Masa wykazuje tendencję do zachowania kształtu nadanego przez ugniatanie ręką. W całości masa sprawia wrażenie suchej i nie ma połysku. b. Konsystencja gęstoplastyczna — masa betonowa ma połysk; drobne ziarna łączą się w grudki i łańcuchy, układając się między większymi ziarnami. Większe ziarna wciąż zachowują częściowo wolną powierzchnię. Struktura masy wydaje się gruboziarnista. Wyraźnie zaznacza się zdolność zaprawy do klejenia ziarn. Masa zachowuje kształt nadany jej przez ugniatanie ręką. c. Konsystencja plastyczna — między ziarnami jest widoczna zaprawa o wyglądzie gliny lub smaru. Woda dodawana porcjami do masy jest przyjmowana opornie, jednak po zmieszaniu zostaje wchłonięta. Na większych ziarnach tworzą się warstewki mleczka cementowego. Zaprawa przykleja się do większych ziarn i trudno się od r.ich oddziela. W całości masa jest jednak porowata i ma wilgotny połysk. Do dna naczynia przylepia się lepka warstwa zaprawy złożona z cementu, drobnych ziarn kruszywa i wody. d. Konsystencja półciekła i ciekła — mleczko cementowe ma tendencję do spływania, a w dolnej części masy wycieka woda. Pory betonu w większości są zamknięte. W dol- nej części próbki tworzy się lita warstwa zaprawy. Opisany wygląd masy betonowej może ulec pewnej zmianie w przypadku wprowa­dzenia dodatku popiołów lotnych, które powodują, że masa ma wygląd bardziej suchy. Dopiero podczas wibrowania uwidocznia się jej właściwa konsystencja. Ustalenie składu betonu nal m3. Opierając się na ogólnych zasadach doboru składników betonu omówionych w p. 6.4.2 i określeniu na podstawie trzech zarobów składu mieszanki betonowej (przede wszystkim zawartości spoiwa) wykonuje się próbny zarób o objętości ok. 10 1. Po wymieszaniu składników umieszcza się masę betonową w metalowym cylindrze pomiarowym o wymiarach: średnica 210 mm, wysokość 300 mm lub zbliżonych, i zagęszcza sieją w sposób podobny do stosowanego w produkcji. Gęstość pozorną świeżego betonu Qbs oznacza się ze wzoru. gdzie: Ci — ilość cementu w mieszance próbnej, kg; Ki — ilość kruszywa w mieszance próbnej, kg; Mi — ilość popiołu lub piasku naturalnego w mieszance próbnej, kg; Wi — ilość wody w mieszance próbnej, kg; Vi — objętość betonu mieszanki próbnej, 1. Skład betonu w kg/m3 oblicza się dzieląc masę poszczególnych składników zarobu próbnego przez objętość mieszanki i mnożąc przez 1000. gdzie: C — ilość cementu, kg/m3; X—ilość kruszywa, kg/m3; Af—ilość popiołu lotnego lub piasku naturalnego, kg/m3; W—ilość wody, I. Ustalenie recepty roboczej. Ilość kruszywa na 1 m3 betonu przy uwzględnieniu jego zawilgocenia oblicza się ze wzoru gdzie: K2— ilość kruszywa wilgotnego, kg/ra3, K—ilość kruszywa suchego, kg/m3; a — wilgotność kruszywa, %. Receptę roboczą na 1 zarób betoniarki oblicza się ze wzorów. gdzie: A — robocza pojemność betoniarki (orientacyjnie — 0,85 nominalnej pojem­ności betoniarki); C2 — ilość cementu na jeden zarób betoniarki, kg; M2 — ilość po­piołu lotnego lub piasku na jeden zarób betoniarki, kg; K3 — ilość kruszywa na jeden zarób betoniarki, kg; W2 — ilość wody na jeden zarób betoniarki, 1. Należy jednak ponownie zwrócić uwagę, że ze względu na nieuniknione wahania wilgotności kruszywa, o ostatecznej ilości dodanej wody decyduje uzyskanie założonej konsystencji betonu.