Betonirakenteiden suunnittelussa käytettävää betonin lujuutta kutsutaan suunnittelu- eli nimellislujuudeksi f ck (aiemmin K-lujuus). Betonirakenteiden suunnittelussa käytettävä betonin nimellislujuus perustuu arvosteluiässä 150 mm:n kuutioilla saatuihin koetuloksiin. Esimerkiksi lujuusluokan C30/37 betonin nimellislujuus on 37 MPa (MN/m 2 ) 28 vuorokauden iässä, ellei siitä poikkeavaa arvosteluikää ole erikseen mainittu
Betonimassan ja rakenteen valmistuksessa esiintyy vaihtelua aineosien laadussa, olosuhteissa ja työnsuorituksessa. Tämän vuoksi täytyy tavoitelujuuden olla nimellislujuutta korkeampi riittävällä hajonnasta riippuvalla marginaalilla. Tavoitelujuudella tarkoitetaan työn aikana tavoitteena pidettävää betonin keskimääräistä puristuslujuutta. Betonin tavoitelujuus K t lasketaan kertomalla nimellislujuus f ck tavoitelujuuskertoimella k t eli K t = f ck k t k t on jatkuvassa valmistuksessa yleensä vähintään 1,2. Alkuvaiheen valmistuksessa tavoitelujuuskertoimen tulee olla oleellisesti tätä korkeampi.
Betonin koostumusta määritettäessä betonille lasketaan ensin suhteituslujuus K s. Suhteituslujuus saadaan kertomalla tavoitelujuus suhteituslujuuskertoimella k s eli K s = k s x K t Suhteituslujuuskerroin k s lasketaan kaavalla kk ss = 42,5 NN jossa N on sementin koestuslujuus betonin arvosteluiässä. Sementin koestuslujuus varmistetaan yleensä sementin toimittajalta. Jos sementin koetuslujuutta ei tunneta, sen oletetaan olevan sama kuin sementin lujuusluokka. Suhteituslomake on laadittu siten, että käytetyn sementin koetuslujuudeksi oletetaan 42,5 MPa.
Suhteituslujuus K s lasketaan siten kaavalla K s = k s x k t x f ck Suhteituslujuus ei ole betonista mitattavissa oleva lujuus, vaan se on apusuure, jolla on suhteitusnomogrammia hyväksi käyttäen mahdollista muuttaa tunnettua sementtiä käytettäessä tavoitelujuus (vesi+ilma)- sementtisuhteeksi.
1. Betonin nimellislujuus f ck on 45 MN/ m². Sementin koestuslujuus N on 42,5 MN/m². 2. Betonin nimellislujuus on 45 MN/ m². Sementin koestuslujuus on 48 MN/m². 3. Betonin lujuusluokka on C30/37. Betonin valmistukseen käytetään Paraisten Plussementtiä
1. 45 * 1,2 * 42,5/42,5 = 54 2. 45 * 1,2 * 42,5/48 = 47 37* 1,2 * 42,5/50 = 38
Seulojen # 0,125 mm ja # 4 mm ohjeläpäisyarvot määritetään rakeisuusohjeen avulla. Ohjeläpäisyarvoja pidetään kiintopisteinä, jotka toteutuessaan antavat tehokkaan lopputuloksen varsinkin betonin lujuuden ja taloudellisuuden kannalta. Tällöin keskisuuret rakeet ja betonin hienoainekset ovat parhaassa mahdollisessa tasapainossa.
Nomogrammin oikeasta alakulmasta saadaan yhdistetylle kiviainekselle ohjeläpäisyarvot 0,125 mm ja 4 mm seuloille. Ohjeläpäisyarvoja pidetään kiintopisteinä, jotka toteutuessaan antavat tehokkaan lopputuloksen varsinkin betonin lujuuden ja taloudellisuuden kannalta. Tällöin keskisuuret rakeet ja betonin hienoainekset ovat parhaassa mahdollisessa tasapainossa
Ohjearvojen määritystä varten tulee tuntea käytettävän kiviaineksen maksimiraekoko eli ylänimellisraja ja betonin suhteituslujuus K s. Kiviaineksen ylänimellisraja on sen seulan todellinen tai otaksuttu silmäkoko, jonka kohdalla läpäisyarvo on 95 %. Koska yhdistettyä kiviainesta ei tunneta, joudutaan suurin raekoko arvioimaan suhteituksessa mukana olevan karkeimman osakiviaineksen avulla. Tällöin ylänimellisrajaksi arvioidaan se seulan silmäkoko, jonka kohdalla karkeimman osa-kiviaineksen läpäisyarvo on 90 %. Yhdistetyn kiviaineksen 95 %:n läpäisyarvoa vastaava raekoko tulee tarkistaa, kun kiviainesten yhdistäminen on suoritettu.
Kun suurin raekoko on #32 mm Kun suurin raekoko on #16 mm.
Vinoviivalta nomogrammissa voidaan lukea vesisementtisuhde. Esimerkiksi suhteituslujuudella 29 MPa (vesi + ilma)/ sementti = 0,77 Lukuarvoa ei kuitenkaan laskuissa tarvita, vaan osa-aineiden määrät voidaan nomogrammilta lukea. (Vesi +ilma)/sementti -suhteen laatu on litraa / kg
Vedentarpeen arvioinnissa otetaan huomioon seuraavat tekijät (esimerkki ei liity edellä olevaan esimerkkiin): Kiviaineksen hienous (H=450) Notkeus (painuma 150 mm) Murskeeen osuus kiviaineksessa (60 %) Sementtimäärä (K s = 40 MPa) Ilmamäärä (50 dm 3 /m 3 )
Äskeinen esimerkki: Sementtiä 410 kg/m 3 Kiviainetta 625 dm 3 /m 3 Vesi+ilma 244 dm 3 /m 3 = Vesi 194 dm 3 /m 3 Ilma 50 dm 3 /m 3
Katso erillinen harjoitusmoniste 2 Betonin suhteitus