חומרי בניה/בטון/תכן תערובת

עקרונות כלליים

הפרמטר הראשון בחשיבותו בתכן תערובת בטון הוא התאמת עבידות הבטון לדרישות היציקה. בטון בעל תכונות חוזק וקיים טובות ככל האפשר אינן מועילות אם הבטון אינו מצטופף וממלא כראוי את תבנית היציקה.

לא קיימת שיטה מושלמת לתכן תערובת בטון. השוני בתכונות החומרים והשפעתו על תכונות התערובת אינם ניתנים למדידה בצורה כזו שמודל מתמטי כלשהו יאפשר תכנון אוטומטי של תערובת בטון מכל חומר גלם. לכן, לא משנה באיזו שיטה משתמשים לתכן תערובת, יש להכין תערובת ניסיון, לשנות, לנתח, ושוב לשנות את תערובת הניסיון, עד שמגיעים לתערובת בעלת תכונות מספקות.

מאחר שלא קיימת שיטה אידיאלית לתכן תערובת, ומכיוון ששיטת השלמת הנפחים היא הפשוטה ביותר, בחרתי להביאה בחיבור זה.

תכן תערובת בשיטת השלמת הנפחים

קביעת הסומך כמות המים והגרגר המירבי

יש לקבוע את הגרגר המירבי של האגרגט הגס, כך שלא יעלה על: 1/5 המידה המזערית בין הטפסות, 1/3 מעובי התקרה או הרצפה, 3/4 המרחק בין מוטות זיון בודדים, קבוצות מוטות או גדילי דריכה, 3/4 המרחק בין הזיון לטפסות. להובלה במשאבה, גודל הגרגר המירבי של האגרגט הגס לא יעלה על 1/5 קוטר המשאבה.

את הסומך קובעים ע"פ אמצעי הריטוט, נוחות הריטוט ואמצעי ההובלה. ככול שדרגת הסומך נמוכה יותר, כך הבטון מכיל פחות עיסה צמנטית ולכן זול יותר ובעל קיים טוב יותר. כאשר יש קושי לצופף את הבטון, מומלץ להשתמש בדרגת הסומך הגבוהה מבין דרגות הסומך המומלצות. גם כאשר יש חשש שהפועלים באתר יוסיפו מים לדילול הבטון, מומלץ לתכנן בטון דליל יותר.

לאחר שקובעים את הגרגר המירבי ודרגת הסומך, ניתן לקבוע את כמות המים המשוערת לפי הטבלה

להובלה במשאבה דרוש בטון בסומך S5 או יותר.

דרוג הסומך, ציפוף וכמות המים לבטון מאגרגט גרוס ללא מוספים

דרוג הסומך	דרוג סומך הבטון				גודל מירבי של אגרגט גס (מ"מ)
	תאור הבטון	שיטת הציפוף המתאימה	הירד במבחן חמיטה (מ"מ)	זמן ריטוט ב- Ve-Be (שניות)	9.5	14	19	25	37	50
					תכולת מים משוערת (ליטר למ"ק בטון טרי)
V0, V1	יבש מאוד	ריטוט אינטנסיבי ביותר בתעשיה בתוספת לחץ	0	>20	170	155	140	135	-	-
V2	יבש	ריטוט אינטנסיבי ביותר בתעשיה	0	11-20	180	165	150	145	150	-
V3, S1	יבש	ריטוט אינטנסיבי במגמר	>40	5-10	190	175	160	155	140	130
V4, S2	לח	ריטוט חזק בשכבות דקות	41-65	<5	200	185	170	165	150	140
S3	לח פלסטי	ריטוט חזק	66-90	-	210	195	180	175	160	150
S4	פלסטי	ריטוט רגיל	91-115	-	220	205	190	185	170	160
S5	רך	ריטוט קל, ציפוף בידיים	116-140	-	230	215	200	195	180	170
S6	רך יציק	ציפוף בידיים	141-165	-	240	225	210	205	190	-
S7	יציק	ציפוף קל בידיים	166-190	-	250	235	220	215	200	-
S8	דליל	ללא ציפוף מיוחד (ישור בלבד)	191-215	-	260	245	230	220	-	-

קביעת כמות אויר משוערת

כמות האויר הכלואה בבטון תלויה בעיקר במוספים, עבידות הבטון ובפילוג הגרגרים. על-מנת להעריך את כמות האויר בבטון שמתוכנן לא על-בסיס תערובת קיימת, משתמשים בערכים הבאים:

גודל נומימינלי של האגרגט הגס (מ"מ)	כמות אויר משוערת (ל'\מ"ק)
9.5	30
14	25
19	20
25	15
37.5	10
50	5

מקובל להניח, שמוסף מפחית מים הכולא אויר בכמות מוגבלת מוסיף 15 ל' למ"ק על הערכים הנקובים. מניחים שבטון עם מוסף כולא אויר מכיל כ- 35 ל' למ"ק אויר יותר מהערכים הנקובים בטבלה.

אל כמות האויר העודפת יש להתחשב בחישוב יחס מים צמנט לחוזק כאילו היתה מים, ע"פ המשוואה:

$\omega ={\frac {W+\Delta A}{C+k\cdot P}}$

ω – יחס מים צמנט אפקטיבי לחוזק

W – כמות המים (ק"ג למ"ק)

ΔA – נפח האויר המוסף (ל' למ"ק) מעל המצויין בטבלה

C – כמות הצמנט (ק"ג למ"ק)

k – מקדם יעילות פוצולני

P – כמות מוסף פוצולני (ק"ג למ"ק)

מקדם היעילות הפוצולני k עבור אפר פחם ע"פ ת"י 118

דרגת החשיפה	כמות צמנט מקסימלית הניתנת להחלפה עבור CEM I	כמות צמנט מקסימלית הניתנת להחלפה עבור CEM II	k
1-3	30	25	0.5
4	25	20	0.4
הערות: כמות הצמנט המינימלית 230 ק"ג למ"ק. עבור דרגות חשיפה 5-11 יש להשתמש בעיקרון התפקוד השקיל

מקדם היעילות הפוצולני k עבור מיקרו-סיליקה ע"פ ת"י 118

תנאי	k	מגבלות
יחס מים לצמנט גדול מ- 0.45	1	לא יותר מ- 11% מתכולת חומרי המליטה
יחס מים לצמנט שווה או קטן מ- 0.45	2
תנאי חשיפה 1-4		לא יוחלף יותר מ- 30 ק"ג למ"ק צמנט

מציאת כמות הצמנט

מוצאים את כמות הצמנט ע"פ כמות הצמנט המירבית מבין כמות צמנט לחוזק או כמות צמנט לקיים. יש לשים לב שהנוסחא לחישוב יחס מים לצמנט לחוזק ולקיים שונה מעט.

קביעת יחס מים\צמנט ע"פ חוזק

מוצאים את יחס המים לצמנט מתוך גרף חוזק כנגד יחס מים לצמנט המתאים לצמנט בשימוש לפי גרף חוזק-יחס מים לצמנט

גרף חוזק-יחס מים לצמנט

, או מבצעים אינטרפולציה למציאת יחס מים לצמנט על-פי תערובות קודמות מאותו צמנט. במקרה שנעשה שימוש במוסף פוצולני, נוח יותר לקבוע את הכמות המתואמת של חומר המליטה, ואחר כך לחשב בנפרד את כמויות חומרי המליטה השונים. החישוב נעשה על-פי הנוסחא:

$b={\frac {W+\Delta A}{\omega }}$

כאשר:
$b=C+kP$
ויתר הסימנים על-פי הפרוט למעלה. בדרך כלל, משתמשים ביחס קבוע בין המוסף הפוצולני לבין הצמנט.

הערך k הנתון בת"י 118 נגזר מהצורך לעמוד בתנאי שרות (קיים). הערך k לחוזק עשוי להיות שונה. לכן כאשר אין ניסיון בהחלפת צמנט באפר פחם בתנאים הספציפים של התערובת, יש צורך בתערובת ניסיון למציאת החוזק.

קביעת יחס מים\צמנט וכמות צמנט ע"פ תנאי שרות

לפי תקן ישראלי 466, מוצאים את הסביבה המתאימה ע"פ הטבלה הבאה:

רמות חשיפה, יחס מים לצמנט, עובי כיסוי ותכולת צמנט מינימלית לקיים
יחס מים לצמנט			0.70	0.60	0.50	0.45	0.4	מתחת 0.39	הפחתות	עובי כיסוי מינימלי לאחר הפחתות	תכולת צמנט מינימלית
סוג בטון מינימלי בהזמנה			ב-20	ב-25	ב-30	ב-40	ב-50
סוג	תנאי חשיפה		עובי הכיסוי המינימלי1,2 (מ"מ)
1	רכיב פנים באוירה רגילה, או רכיב חוץ באיזור מדברי בגובה של 2 מ' לפחות מעל לקרקע		25	25	25	20	20	20	5 מ"מ כשהרכיב מחופה בשכבה נוספת, כגון טיח בעובי של 15 מ"מ לפחות3 5 מ"מ כשנעשה שימוש במרווחונים למוטות הזיון בבטון היצוק באתר 5 מ"מ ברכיבים טרומים מתועשים 5 מ"מ בתקרה מקשית פנימית	15	230
2	רכיב חוץ כאשר R4 > 2 km ובגובה מעל ל 2 מ' מעל לקרקע		אסור	35	30	25	25	25		25	270
3	רכיב במגע עם מים או קרקע שאינם אגרסיבים, ועד 2 מ' מעליהם		אסור	50	45	35	35	30		30
4	רכיב חוץ 2<R>1 km 2 מ' מעל לקרקע		אסור	40	35	30	25	25		25
5	כאשר 1.0>R>0.2 km, חשוף לרוח מהים, או R > 0.2 km ובגובה של מעל 30 מ' מהקרקע		אסור	אסור	45	40	35	30		30	320
6	כאשר R < 0.2 km בגובה עד 30 מ', חשוף לרוח מהים אך אינו חשוף להתזה ישירה של מי ים		אסור	אסור	אסור	50	40	35	ללא הפחתות
7	בתוך הים בעומק הגדול מ- 2 מ'		אסור	אסור	אסור	65	55	50	על סמך חוות דעת של יועץ מוסמך, תוך שימוש בחומרים ושיטות לפי מפרט היועץ
8	באיזור התזת מי ים או בתוך הים בעומק עד 2 מ'		אסור	אסור	אסור	75	65	60			350
9	סביבה או קרקע בעלי אגרסיביות	קלה	אסור	אסור	50	45	40	35			320
10		בינונית	אסור	אסור	אסור	55	50	45
11		חמורה	אסור	אסור	אסור	65	55	50			350

הערות לטבלה

1. במוט מתיחה מבטון מזויין יגדל עובי הכיסוי שבטבלה ב- 5 מ"מ לפחות

2. בדריכת אחר יוגדל עובי הכיסוי שבטבלה לעורקי הדריכה ב- 10 מ"מ לפחות

3. ההפחתה בגין חיפוי מותרת בתנאי שהחיפוי יושלם, לכל היותר, תוך 6 חודשים מיציקת הבטון.

4. R - המרחק מן הים התיכון

את כמות הצמנט (והתוספים הפוצולנים) לקיים מחשבים לפי הנוסחא:

$b={\frac {W}{\omega }}$

על-פי ת"י 118 ניתן לחרוג מההרכבים המותרים בטבלאות (יחס מים לצמנט, כמות צמנט מינימלית, מקדם יעילות פוצולני, ואף שימוש בתוספים פוצולנים נוספים), וזאת בתנאי שנעשות בדיקות להבטחת תפקוד שקיל זהה לפחות. כלומר שמתקבלת אותה עמידות בחדירות לכלורידים, או דרישות עמידות אחרות שהתאם לדרישות השירות. יש לציין כי חריגה כזו אינה קיימת בת"י 466, שנמצא במעמד מחייב.

חישוב כמות האגרגט הגס

את היחסים בין האגרגטים הגסים (אגרגטים הגדולים מ- 4.75 מ"מ) ניתן לקבוע בצורה נסיונית ע"י הכנת תערובות ביחסים שונים, ע"י שימוש בשיטת ספרת הגרגר, או ע”י התאמה לעקום דרוג. כאשר קובעים את יחס האגרגטים מתוך תוצאות נסיוניות, בוחרים את התערובת בעלת המשקל המרחבי הגבוה ביותר.

מכיוון שלא ניתן להגיע לבטון יציק המכיל נפח אגרגטים גסים שווה לזה המתקבל מהמשקל המרחבי של האגרגטים הגסים, יש להפחית את נפח האגרגטים הגסים בתערובת. הפחתה זו מתבצעת ע"י הכפלת המשקל המרחבי של האגרגטים הגסים במקדם הפחתת נפח. ככול שהאגרגט המירבי קטן יותר, כך יש להפחית יותר מנפח הגסים. ככול שהחול גס יותר (ספרת גרגר גבוהה) יש להפחית יותר מנפח הגסים.

להלן מקדמי הפחתת הנפח לאגרגטים הגסים:

גרגר מירבי של האגרגט הגס הגדול ביותר (מ"מ)	ספרת הגרגר של האגרגט הדק
	1.4	1.6	1.8	2	2.2	2.4	2.6	2.8	3
	מקדם הפחתת נפח
9.5	0.57	0.55	0.53	0.5	0.48	0.46	0.44	0.42	0.4
14	0.65	0.63	0.61	0.59	0.57	0.55	0.53	0.51	0.49
19	0.75	0.73	0.71	0.69	0.67	0.65	0.63	0.61	0.59
25		0.78	0.76	0.74	0.72	0.7	0.68	0.66	0.64
37.5			0.82	0.8	0.78	0.76	0.74	0.72	0.7

הערות לטבלה

1. הערכים מתאימים לבטונים יצוקים באתר בסומך S₄ עד S₈. עבור בטונים יבשים יותר המצופפים בריטוט חזק או אינטינסיבי בתעשיה, מומלץ להגדיל את הערכים ב- 0.01-0.03, ובתנאי שהמקדם אינו עולה על 0.9.
2. לבטונים יצוקים באתר, בתנאי חשיפה 2-11 לפי תקן ישראלי 466, לאלמנטים דקים עם זיון כבד, ולבטון מובל במשאבה, מומלץ להקטין את הערכים ב- 0.02-0.03
3. הערכים מתאימים לבטון ללא מוספים. מפרטים שונים מגבילים את ספרת הגרגר המזערית של האגרגט הדק ל- 2.2. החול המצוי בארץ, לרוב בעל ספרת גרגר נמוכה יותר, ויכול אף להיות בעל ספרת גרגר נמוכה מ- 1.4. במקרה כזה, סביר להניח שיהיה צורך בשימוש במוסף פלסטי.
4. במקרה של שימוש בתערובת של חולות יש להשתמש בספרת הגרגר של התערובת.

חישוב כמות החול

מחשבים את נפח כל אחד מהמרכיבים בהתאם למשקלו הסגולי מרחבי (מ.ס.מ.) ע"פ המשוואה

$v={\frac {w}{d}}$

כאשר w - משקל, d - מ.ס.מ., v - נפח

סוכמים את כל הנפחים, לרבות נפח האויר. מפחיתים מ- 1000 ליטר את סכום הנפחים. הנפח שהתקבל הוא נפח החול. את משקל החול מוצאים ע"י הכפלת נפח החול במ.ס.מ. של החול.

תיקוני רטיבות

תכן תערובת הבטון נעשה עם תכונות אגרגטים המתאימות למצב רווי יבש פנים, וזאת על-מנת למנוע השפעה על יחס המים לצמנט בבטון. כדי להעביר את תערובת הבטון ליצור, יש לנקוב במשקלי האגרגטים במצב הרטיבות הטבעי שלהם. המעבר בין מצב רטיבות רווי יבש פנים (ר.י.פ.) למצב רטיבות טבעי נקרא תיקון רטיבות. עבור כל אגרגט, מכפילים את משקל האגרגט למ"ק ברטיבות שלו (יחסית למצב ר.י.פ., מינוס מסמן ספיגה, ופלוס רטיבות פנים). המספר המתקבל הוא תיקון הרטיבות של האגרגט. את תיקון הרטיבות של כל אגרגט מוסיפים למשקלו (כלומר, עם יש ספיגות, המספר שלילי, ומתקבל לבסוף משקל אגרגט נמוך יותר). את סכום תיקוני הרטיבות של כל האגרגטים מפחיתים ממשקל המים. בצורה זו מוסיפים או גורעים מכמות המים לתערובת הבטון בהתאם למה שיספג מהתערובת או יתווסף לה על-ידי האגרגטים. סך-כל המשקלים של כל החומרים למ"ק בטון נותר זהה לאחר תיקוני הרטיבות.

אנליזה של תערובת בטון

אנליזה של תוכן בטון זאת אנליזה של תוכן בטון זאת אנליזה של תוכן בטון זאת אנליזה של תומר בטון זאת אנליזה של בוקר בטוב זאת הנזילה של קוטב בטון