Programy komputerowe w dydaktyce i pracach laboratoryjnych z technologii betonu

(1)

Seria: B U D O W N IC TW O z. 81 N r kol. 1292

Rudolf M A C IE JO Ń C Z Y K , H enryk G LIŃ SK I

PROGRAMY KOMPUTEROWE W DYDAKTYCE I PRACACH LABORATORYJNYCH Z TECHNOLOGH BETONU

Streszczenie. W referacie przedstawiono założenia przyjęte do opracowania trzech programów komputerowych, sposób i przykłady ich wykorzystania w dydaktyce i pracach badawczych z technologii betonu.

Umożliwiają one ocenę - na podstawie badań laboratoryjnych - przydatności kruszywa do betonu, oraz projektowanie i analizę składów betonów w zależności od własności składników i parametrów składów.

COM PUTER PR O G R A M S IN T H E T EA C H IN G O F T H E C O N C R E T E T E C H N O L O G Y Summary. The developer computer programs make it possible to perform a detailed analysis of aggregate properties and concrete parameters in the process o f concrete mix design. In the paper the assumptions for development o f 3 computer programs, ways and examples o f their applications in the teaching process and research work in the field o f concrete technology are presented.

EDV - PR O G R A M M E F Ü R B ET O N T E C H N O L O G IE U N D B ETO N V O R F E R T IG U N G IN DER D ID A K TIK U N D IM LA B O R

Zusammenfassung. Es wurden drei EDV - Programme dargestellt - Vorraussetzungen zu ihrer Bearbeitung, Art und Beispiele der Nutzung in der Didaktik und in Forschungsarbeiten im Bereich der Betontechnologie und Betonvorfertigung. Auf Grund von Labortesten ermöglichen sie Sowohl die Auswertung der Qualität des Zuschlages für Beton als auch Planung und Analyse der Betonzusammensetzungen abhängig von den Komponenteneigenschaften und den Mischungsverhältnissen.

1. W PR O W A D ZEN IE

Od kilku lat w dydaktyce przedm iotu "m ateriały budow lane z technologia betonu" oraz w laboratoryjnych pracach badaw czych z zakresu technologii betonu, prow adzonych w K atedrze

(2)

372 R. M aciejończyk, H. Gliński P rocesów B udow lanych Politechniki Śląskiej, w ykorzystuje się trzy oryginalne dydaktyczne program y kom puterow e. U m ożliw iają one ocenę - na podstaw ie badań laboratoryjnych - przy

datności kruszyw naturalnych i łam anych do betonu oraz projektow anie i analizę własności b etonów zw ykłych, w zależności od zadanych 4+10 param etrów . Z e w zględu na zastosowaną prostotę p ro ced u r obsługi um ożliw iają ponadto w ykonanie szybkich analiz i obliczeń symula

cyjnych w ybranych w łasności betonów w zależności od zadanych cech technicznych skład

ników i składów betonów .

W artykule om ów iono podstaw y teoretyczne, założenia przyjęte do opracow ania przez autorów artykułu w spom nianych program ów i przykłady stosow ania ich w pracy dydak

tycznej.

P rogram y te o tytułach:

I. A naliza granulom etryczna i charakterystyka przydatności kruszyw a do betonu;

II. P rojektow anie betonu zw ykłego;

III. P rojekt i analiza składu betonu;

zajm ują łącznie 300 kB pamięci. M ożna je uruchom ić na dow olnym m ikrokom puterze klasy IB M PC, X T/A T /386/486 z tw ardego dysku lub dyskietki. W ydruki w yników m ożna uzyskać na dow olnej drukarce 9- lub 24-igłow ej.

2. O M Ó W IE N IE Z A Ł O Ż E N I Z A K R ESU PR O G R A M Ó W

2.1. P ro g r a m " A n a liz a g ra n u lo m e try c z n a i c h a ra k te ry s ty k a p rz y d a tn o ś c i kruszyw a do b e to n u "

P rogram obejm uje m oduły wejściowy, obliczeniow y i wyjściowy (graficzny).

M oduł w ejściow y um ożliw ia w prow adzenie - na podstaw ie badań laboratoryjnych lub przyjęciu w artości liczbowych - następujących param etrów charakteryzujących kruszywo:

=> wyniki w ażenia 1+3 próbek (naw ażek) o masie 1000+4000 g, lub

=> składu granulom etrycznego 1+3 różnych kruszyw złożonych z frakcji f^+ fę lub fi+fio

=> do w ykonania wspólnej krzywej przesiewu; w % M o d u ł obliczeniow y pozw ala na obliczenie:

=> średniej arytm etycznej masy naw ażek lub 2+3 różnych kruszyw, w g i w % oraz wartości liczbowych opisujących krzyw e przesiew u kruszywa,

=> punktu piaskow ego (0+2 m m) - Pp; %

(3)

=> punktu pyłow o-piaskow ego (0+0,125 mm) - P ; %

=> wskaźnika uziarnienia U - w g Kuczyńskiego,

=> powierzchni właściwej dla kruszywa naturalnego i łam anego F, w dm 3/kg,

=> wodożądności W k dla pięciu norm owych konsystencji mieszanek betonow ych - K I do K5, dm3/kg.

Moduł wyjściowy umożliwia graficzne przedstawienie składu granulom etrycznego na tle krzywych granicznych w g PN -88/B -06250, dla dw óch w ariantów uziarnienia kruszywa: I - do 16 mm, II - do 31,5 mm.

Z wyjątkiem wartości naważek kruszywa i danych personalnych, które wpisuje się do pamięci kom putera posługując się klawiaturą, pozostałe param etry dla danego kruszywa wybiera się kursorem. W pamięci kom putera wpisane są bowiem literaturow e wartości liczbowe opisujące własności kruszyw, np. wskaźniki w odne poszczególnych frakcji kruszywa, gęstości nasypowe i objętościowe, wskaźniki do obliczenia pow ierzchni właściwej.

2.2. Program "Projektowanie betonu zwykłego"

Do program u obliczeń przyjęto algorytmy otrzym ane z przekształcenia w zorów do projektowania betonu m etodą trzech rów nań podstawowych. [1][3],

W obliczeniach przyjęto 1,2 < C/W < 3,2

Gc = 3,1 - gęstość pozorną cementu, kg/dm 3>

G^ = 2,65 - gęstość pozorną kruszywa naturalnego, kg/dm 3>

Gfc = 2,90 - gęstość pozorną kruszywa łam anego, kg/dm 3 - Wodożądność mieszanek kruszywa:

0,015 < < 0,085 dm 3/kg co 0,001 dm3/kg

Wodożądność cementu dla pięciu norm owych konsystencji mieszanek betonow ych:

Wc = 0,23+0,32 dm 3/kg.

Wartość w spółczynnika A - w edług norm y [3],

Obliczenia składów betonu dla różnych param etrów składników zaprojektow ano dla następujących norm owych klas betonów zwykłych, dla kruszyw naturalnych i łam anych: B7.5, B10, B12.5, B15, B 20, B30, B35, B40, B50 i m arek cementów: 25, 35, 40, 45 i 55 (M Pa)[4], Program oblicza zaw artość cementu, kruszywa i w ody (C, W, K) dla pięciu norm ow ych konsystencji m ieszanek betonow ych K -l do K-5, podając składy betonu w zależności od wartości w odożądności mieszanki kruszywa naturalnego (G]i=2,65) lub łam anego (G k=2,9) -

(4)

374 R. M aciejończyk, H. Gliński

W k . Pom inięto składy, w których zaw artość cem entu w 1 m3 betonu je s t niższa od 150 kg/m3 lub przekracza 600 k g /n P -H lK I-

K ursorem w ybiera się w artości liczbowe dla (w idocznych na ekranie komputera) następujących PA R A M E T R Ó W B ETO N U :

klasę betonu, m arkę cem entu, konsystencję mieszanki betonow ej, rodzaj kruszyw a (naturalne, łam ane) i w odożądność kruszywa.

U zyskuje się w artości liczbowe SK ŁA D N IK Ó W B E T O N U w kg/m 3 : cement, woda, kruszywo.

Z astosow anie kursora do zm iany param etrów wyjściowych um ożliw ia natychmiastowe odczytanie składników betonu na ekranie m onitora ju ż przy zm ianie tylko jednego parametru.

Jest to szczególnie przydatne do szybkiego obliczania i spraw dzania popraw ności obliczeń receptur i projektow ania składów betonów oraz symulacji kom puterow ej zależności własności betonu od param etrów składu.

2.3. P ro g r a m " P r o je k t i a n a liz a s k ła d u b e to n u "

Program składa się z trzech części (w idocznych na ekranie m onitora) o nazwach:

I ZA ŁO ŻEN IA ,

II. SK ŁA D 1 m 3 BETO N U , kg

I I I . C H A R A K TE R Y ST Y K A SK ŁA DU (dla W ik = 0)

W części I ZA Ł O ŻE N IA m ożliw e jest zadaw anie przy użyciu kursora 10 różnych param etrów wyjściowych: klasę betonu, m arkę cem entu, konsystencję mieszanki betonowej, rodzaj kruszywa (naturalne, łam ane), w odożądność, gęstość nasypow ą i objętościową kruszyw a, zaw artość piasku 0+2 mm, zaw artość piasku (pyłu) 0+0,125 mm, wilgotność kruszywa.

W części II otrzym uje się wartości liczbowe składu 1 m 3 betonu, w kg; cementu, wody i kruszywa, o raz w artości C/W i W /C dla kruszyw a suchego (dla W jk = 0) i dla kruszywa o założonej w ilgotności.

o W części III dla kruszyw a suchego otrzym uje się param etry charakteryzujące skład 1 m betonu, zaw artości: żw iru, piasku, pyłu (0+0,125 m m ) - kg, jam istość kruszyw a Jj %, objętość cem entu i pyłu - V cpj - % , objętość zaczynu V c - % , objętość zapraw y Vzp - %.

(5)

Wyniki obliczeń kom puterow ych m ożna odczytać bezpośrednio na ekranie m onitora lub - po wpisaniu danych personalnych - uzyskać w postaci w ydruku kom puterow ego.

3. Przykłady wykorzystania obliczeń komputerowych w dydaktyce i laboratoryjnych pracach badawczych

Przykład 1

Na podstawie badań laboratoryjnych trzech próbek w ykonać analizę granulom etryczną kru

szywa naturalnego, ocem ć jeg o przydatność do betonu zw ykłego, a następnie zaprojektow ać z mego mieszankę b etonow ą dobrze urabialną konsystencji plastycznej do w ykonania betonu klasy B I 5, mając do dyspozycji cem ent portlandzki marki 25. D la w ykonanej mieszanki sprawdzić, czy spełnia zalecane n o rm ą PN -88/B -06250 w arunki: zaw artość zapraw y ⁼ 450+550 dm3/m 3 oraz cem entu łącznie z drobnym piaskiem (0+0,125 m m ) - Vcpi = 80 dm3/m 3 betonu.

Charakterystykę kruszyw a przedstaw iono w tablicach i na rysunku. Obliczone param etry składu dla kruszywa o w ilgotności w Ł - w tablicy.

Krzywa granulom etryczna badanego kruszyw a mieści się między norm ow ym i krzywymi granicznymi dla betonu zw ykłego, posiada d użą pow ierzchnię w łaściw ą F = 409,075 dm2/kg wynikającą z zaw artości frakcji 0+0,25 mm (krzywa przesiew u w tym przedziale pokryw a się z górną krzyw ą graniczną). P u n k t piaskowy Pp = 31,5 % w skazuje na w ystarczającą zaw artość piasku w stosie okruchow ym . Przedstaw ione param etry kruszyw a gw arantują uzyskanie mieszanki betonow ej dobrze urabialnej. Zaprojektow ana mieszanka spełnia przyjęte założenia.

Należy w ykonać zarób próbny o obliczonym składzie i sprawdzić, czy m ieszanka betonow a i stwardniały beton spełniają przyjęte założenia.

Przykład 2

Korzystając z program u II „Projektow anie betonu zw ykłego” obliczyć składy betonów klas B15, B20, B25, B30, B 35, B40, w ykonanych z cem entu portlandzkiego m arki 45 i kruszyw a naturalnego o w odożądności Wk = 0,030 dm3/kg - dla dw óch konsystencji - K - l, K -4, a następnie zawartości cem entu w 1 m3 betonu przedstaw ić w postaci zależności graficznych od wymienionych klas.

Przykład 3

Wykonać analizę zaw artości cem entu w 1 m3 betonu dla 2 kruszyw naturalnych K I i K2 opisanych w odożądnościam i W u = 0,020 dm3/kg i Wk2 = 0,060 dm3/kg w zależności od pięciu

(6)

KATEDRAPROCESOMBUDOULANYCHpognam dydaktyczny PARAMETRYBETONU

I a ’7 y Ssfgls

" H U !i 3 l N N N

tor

CM'O'®

io o o > o n — oo

PRZECHODZI PRZEZSITO

I

^' ²^.

0 5.1 8.4 13. 1 23.3 31.6 4 7.7 67.3 100.0

i Ü i

^0.06³ ^0.12⁵ ^0.25 ^0.5 ¹ ² ⁴ ⁸ ¹⁶

POZOSTAJEHASICIE

li

3 CM co «o o -o « o; CM 0

1

o>

3

o i o n o s m o i o s

sąaSfSiS|

l i"

CO

S

o o o o o o o o o 0

siSSSSSil 1

CM

§

O O O O O O O O O 0

s s s g s g g g g

1

g

0

1 P -

⁰ ⁰^.⁰⁶

3 0.125 0.25 0.5 1 2 4 8

I 1

=-»-

^.

O O O O — C M T S O —

■!• H- * + 1-

o o o o

1

M N t K j - l

. v

II

^{I ! I}

Jl

i i

} i

(7)

normowych konsystencji m ieszanek betonowych; odczytane z m onitora zaw artości cem entu przedstawić w postaci zależności graficznych.

-K-1 -K-4

Re [MPtt]

Rys. 2. Zależność wytrzymałości gwarantowanej betonu od zawartości cementu marki 45 w 1 m3 betonu i konsystencji mieszanki betonowej K -l i K-4

Fig. 2. Relationshop between the compressive strength, „grade 45” cement content and for concrete mixes K - l and K -4 stiffnes

-Kr1 -Kr2

Rys.3. Zależność zawartości cementu w 1 m3 betonu od konsystencji mieszanki betonowej i wodożądności kruszywa Wk| = 0,020 dm3/kg i = 0,060 dm3/kg

Fig. 3. Relationship between the cement content in one cubic meter of concrete, mix stifihes and aggregate water Wk, = 0,020 dm3/kg i = 0,060 dm3/kg

(8)

L IT ER A T U R A

[1] P raca zbiorow a: B udow nictw o betonow e. Technologia betonu, cz. 1 i 2, Arkady, W arszaw a 1972.

[2] R.M aciejończyk: Tablice liczbow e składów betonów zw ykłych, Zeszyty N aukow e Politechniki Śląskiej, n r 843, Seria B udow nictw o, Z .62/1985.

[3] P N -75/B -06250 - B eto n zwykły.

[4] P N -88/B -06250 - B eton zwykły.

Recenzent: D r hab. inż. Zbigniew Rusin Profesor Politechniki Świętokrzyskiej

W płynęło do R edakcji 30.05.1995 r.

A b s tr a c t

In the paper the assum ptions for the developm ent o f 3 com puter program s are presented.

N am es o f th e program s:

I. C oncrete aggregate granulom etric analysis and characteristic o f suitability;

II. Plain concrete design;

i n . D esign and analysis o f concrete com position.

The first program enables, on th e basis o f laboratory tests, calculation o f 6 aggregate param eters and presentation o f the granulom etric com position in a graphical form.

Into the program s I and II th e num erical values o f follow ing technological factors were incorporated: w ater/cem ent ratio, coefficients o f w ater, dem and for cem ent and aggregate, types o f cem ent acc. to Polish standards, strength classes o f concrete, specific gravities of cement, natural and crushed aggregate, aggregate m oisture content, sand and dust content in th e aggregate.

These 2 program s are used to design and analyse the m ix com position depending on the 10 initial param eters.