ACI 211.3R-02 (Revisada en 2009)
Guía para la Selección de Proporciones
para Hormigón-n Slump Informado por el Comité ACI 211
Michael J. Boyle Silla
Francois de Larrard
Tarif M. Jaber
William L. Barringer
Terrence E. Arnold *
Donald E. Dixon
Robert S. Jenkins
P. Muhammed Basheer
Calvin L. Dodl
Casimir Bognacki
Darrell F. Elliot
Colin L. Lobo
Donald L. Schlegel * †
Gary L. Brenno
Michael R. Gardner
Mark D. Luther
James M. Shilstone
Marshall L. Brown Ramón L. Carrasquillo James E. Cook John F. Cocine
Raymond A. Cook David A. Crocker D. Daniel génica
*
Frank A. Kozeliski
John T. Guthrie
Royce J. Rhoads John P. Ries
G. Michael Robinson
Howard P. Lux
G. Terry Harris, Sr.
Ava Shypula Jeffrey F. mota
Gart R. Masa *
Godfrey A. Holmstrom Richard D. Colina
David L. Hollingsworth George W. Hollon Said Iravani
Ed T. McGuire
William X. Sypher
Dipak T. Parekh
Stanley J. Virgalitte
James S. Pierce *
Woodward L. Vogt
Michael F. Pistilli
Dean J. White, II
Steven A. Ragan *
Richard M. Ala
Los miembros del subcomité que prepararon revisiones. del Subcomité C.
† Presidente
El Gary Knight y Tom Holm subcomité gracias por la prestación de asistencia para algunos de los gráficos en este informe.
Esta guía pretende ser un complemento a ACI 211.1. Un procedimiento se presenta para la dosificación de hormigón que tiene depresiones en el intervalo de cero a 25 mm (1 in.) Y consistencias por debajo de este
CONTENIDO Capítulo 1-Alcance y límites, p. 211.3R-2
intervalo, por agregados de hasta 75 mm (3 pulg.) De tamaño máximo. se describe un equipo adecuado para la medición de tales consistencias. Tablas y gráficos similares a los de ACI 211.1 se proporcionan
Capítulo consideraciones 2-preliminares, p. 211.3R-2
que, junto con las pruebas de laboratorio sobre las propiedades físicas de agregado fino y grueso,
2.1 General
rendimiento información ón para la obtención de proporciones concretas para una mezcla de prueba.
2.2-Los métodos para medir la consistencia 2,3-Mixing requerimiento de agua
Este documento también incluye apéndices en mezclas de dosificación para el hormigón compactado con
Capítulo 3-La selección de proporciones, p. 211.3R-4
rodillo, teja de hormigón, las unidades de mampostería de hormigón, y el concreto permeable para los propósitos de drenaje. Los ejemplos se proporcionan como una ayuda en el cálculo de proporciones de estas aplicaciones
3.1 General
especiales.
3,2-Slump y el agregado de tamaño máximo agua y requisitos de clasificación de agregados de 3.3 Estimación
palabras clave:d urabilidad; dosificadora mezcla; concreto sin asentamiento; rollercompacted concreta;
relación de materiales de 3,4-Selección de agua-cemento
slump de prueba; materiales proporción de cemento-agua.
3,5-estimación de la cantidad de agregado grueso
Comité de informes ACI, guías, manuales, prácticas estándar, y comentarios están destinados para la orientación en la planificación, diseño, ejecución y la inspección de la construcción. Este documento está destinado para el uso de las personas que son competentes para evaluar la importancia y las limitaciones de su contenido y recomendaciones y que aceptará la responsabilidad de la aplicación del material que contiene. El American Concrete Institute se exime de toda responsabilidad a los principios establecidos. El Instituto no será responsable por cualquier pérdida o daños derivados.
Capítulo cálculos 4-dosificación (unidades SI), pag. 211.3R-7 criterios generales de dosificación de 4,1
4,2-Ejemplo de cálculos de dosificación cantidades de 4,3 dosificador para la producción de lotes de tamaño
4,4-Ajuste de la mezcla de ensayo
No se hará referencia a este documento en los documentos del contrato. Si los artículos
ACI 211.3R-02 reemplaza a ACI 211.3R-97 211.3R-97 y entró en vigor el 11 de enero enero de 2002. Copyright © 2002, 2002, American
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conocimiento o de recuperación o dispositivo, a menos que el permiso por escrito se obtiene de los propietarios de derechos de autor.
211.3R-1
211.3R-2
INFORME DEL COMITÉ ACI
Capítulo 5-referencias, p. 211.3R-8 5.1 con referencia a las normas e informes
5.2 citados referencias
Tabla 2.1-Comparación de mediciones de consistencia para depresión y aparato Vebe Descripción La consistencia Slump, mm Slump, en. extremadamente seca
Apéndice cálculos 1-dosificació 1-dosificación n (unidades pulgada-libra), pulgada-libra ), pág. 211.3R-9
Muy duro Rígido
plástico rígido
pruebas 2-laboratorio Apéndice, p. 211.3R-11 Apéndice 3-compactado con rodillo de dosificación mezcla de hormigón, p. 211.3R-12
Apéndice 4-Concrete dosificación mezcla teja, p. 211.3R-20 Apéndice dosificación mezcla unidad de mampostería 5-Concrete, p. 211.3R-21
El plastico
muy plástica
-
-
32-18
-
-
18-10
0 a 25
0a1
10 a 5
25 a 75
1a3
5a3
75 a 125
3a5
3a0
5 a 7-1 / 2
-
125-190
Tabla 2.2-aproximado contenido relativo de agua para diferentes consistencias contenido relativo de agua aproximado,%
Descripción consistencia
Thaulow 5
extremadamente seca
Muy duro
Apéndice 6-permeable dosificación mezcla de hormigón, p. 211.3R-24
Rígido
plástico rígido El plastico
CAPÍTULO 1-alcance y los límites
Vebe, s
muy plástica
Tabla 6.3.3, ACI 211.1
78
-
83
-
88
-
93
92
100
100
106
106
ACI 211.1 proporciona proporciona métodos para la dosificación dosificación de hormigón con las depresiones mayores de 25 mm (1 in.) Como se mide por ASTM C 143 / C 143M. Esta guía es una extensión de ACI
concreto sin asentamiento tendrá mala trabajabilidad si consolidado con la
211,1 y aborda la dosificación de hormigón que tiene caída en el intervalo
mano-varilla. Si se utiliza la vibración, sin embargo, tan concreta podría considerar
de cero a 25 mm (1 in.).
que tiene una adecuada trabajabilidad. Por consiguiente, la gama de mezclas de
Los valores apareados indicados en pulgadas-libras y unidades del SI son los resultados de las conversiones que reflejan el grado deseado de precisión. Cada
viables se puede ensanchar por medio de técnicas de consolidación que imparten una mayor energía en la masa a ser consolidados. El aparato Vebe,
1,2 el
aparato de
sistema se utiliza independientemente del otro en los ejemplos. La combinación de
factor de compactación, 3 el ensayo de compactación modificado, y la tabla de la gota
valores de los dos sistemas puede resultar en una no conformidad con esta guía.
Thaulow 4 son dispositivos de laboratorio que pueden proporcionar una medida útil de la consistencia de las mezclas de hormigón con menos de 25 mm (1 in.) de
Además de la discusión general sobre la dosificación de no-asentamiento de la mezcla, esta guía incluye procedimientos de dosificación para estas clases de
asentamiento. De las tres mediciones de consistencia, el aparato Vebe se utiliza con frecuencia hoy en día en el hormigón compactado con rodillo y se hace referencia en
esta guía. La prueba se describe en Vebe Apéndice 2 . Si ninguno de estos métodos no-asentamiento no-asentamiento de la mezcla: hormigón hormigón compactado con rodillo ( ( Apéndice 3 ) ; tejas ( Apéndice 4) ; unidad es de mampostería de hormigón (CMU) ( Apéndice 5 ); y el con creto
están disponibles, la consolidación de la mezcla de ensayo en condiciones reales de
permeable ( ( Apéndice 6 ).
colocación en el campo o laboratorio, por necesidad, sirven como com o un medio para determinar si la consistencia y trabajabilidad son adecuados. trabajabilidad adecuada se basa a menudo en el juicio visual para productos prefabricados de
Capítulo 2-PRELIMINAR CONSIDERACIONES 2.1 General
hormigón hechos a máquina.
Los comentarios generales contenidas contenidas en ACI 211.1 son pertinentes para los procedimientos procedimientos discutidos en esta guía. La descripción de los materiales constituyentes constituyentes del hormigón, las diferencias en la dosificación de los
Una comparación de los resultados de pruebas Vebe con el ensayo de asentamiento
ingredientes, ingredientes, y la necesidad de conocimiento de las propiedades físicas de los
convencional se muestra en la Tabla 2.1. Tenga en cuenta que la prueba Vebe puede
agregados y materiales cementosos se aplican igualmente a esta guía. El nivel de
proporcionar una medida de coherencia en mezclas denominadas “extremadamente seco.”
overdesign indica en ACI 301 y ACI 318 / 318R se debe aplicar a la resistencia a
Tiempo Vebe en compactación está influenciada por otros factores como la condición de
la compresión se utiliza para la dosificación.
humedad de los agregados, intervalo de tiempo después de la mezcla, y las condiciones climáticas.
2.2-Los métodos para medir la consistencia consistencia Trabajabilidad es propiedad de concreto que determina la facilidad con que se
2,3-Mixing requerimiento de agua En ACI 211.1, se dan los requerimientos de agua de mezcla relativos aproximados
puede mezclar, colocar, consolidó y terminó. Hay una sola prueba es que se
para conformar hormigón a las descripciones de consistencia de plástico rígido,
disponga para medir esta propiedad en términos cuantitativos. Por lo general, es
plástico, y muy plástica, como se muestra en la Tabla 2.2 de esta guía. Teniendo en
conveniente utilizar algún tipo de medición de la consistencia como un índice para
cuenta el requisito de agua para los 75 a 100 mm (3 a 4 pulg.) De asentamiento en
la trabajabilidad. La consistencia se puede definir como la capacidad relativa del
función del 100%, los contenidos de agua relativos para esos tres consistencias son 92,
hormigón recién mezclado a fluir. El ensayo de asentamiento es el método de
100, y 106%, respectivamente. Thaulow 5 extendido este concepto de contenidos de
ensayo más familiar para la consistencia y es la base para la medición de la
agua relativos a incluir mezclas más rígidos, como se muestra en la Tabla 2.2.
consistencia bajo ACI 211.1.
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE PROPORCIONES DE HORMIGÓN NO-SLUMP
211.3R-3
Fig. Requerimientos de agua de mezcla 2,1-aproximados de los diferentes consistencias y agregado de tamaño máximo para hormigón nonair-arrastrado.
Fig. Requerimientos de agua de mezcla 2,2-aproximados de los diferentes consistencias y agregado de tamaño máximo para concreto con aire.
Las figuras 2.1 y 2.2 se han preparado en base a los resultados de una serie de
combinación de materiales, una serie de factores afectará el requisito real
pruebas de laboratorio en el que los contenidos de aire promedio fueron como se
del agua de mezcla y puede resultar en una considerable diferencia de los
indican en Fig. 2.3 . Estas pruebas muestran q ue los factores de Tabla 2.2 ser necesario
valores mostrados en la Fig. 2.1 y
aplicar a las cantidades dadas en ACI 21 1.1 para obtener el contenido de agua
2.2. Estos factores incluyen forma de las partículas y l a clasificación del
aproximado para los seis denominaciones de consistencia. los requerimientos de agua
agregado, contenido de aire y la temperatura del hormigón, la eficacia de la
de mezcla relativa aproximada se dan en kg / m 3 ( l b / yd
mezcla, aditivos químicos, y el método de consolidación. Con respecto a la
3) utilizando
los contenidos de
agua relativas mostradas por Thaulow 5 p ara las consistencias rígidas, muy rígidas y
mezcla, por ejemplo, espiral de cuchillas y de tipo pan mezcladores son más
extremadamente secas. Para una dada
eficaces para hormigones no-slump que los mezcladores están girando de tambor.
211.3R-4
INFORME DEL COMITÉ ACI
Fig. 2.3 contenido en el aire de las mezclas de concreto para diferentes agregado de tamaño máximo.
Capítulo 3-SELECCIÓN DE PROPORCIONES 3.1 General materiales cementosos incluyen la masa combinada de cemento, puzolanas naturales, cenizas volantes, escoria granulada molida-de alto horno (EAHGM), y humo de sílice que se usan en la mezcla.
debido a que la consistencia óptima depende de los equipos, métodos de producción, y los materiales utilizados altamente. Se recomienda además que, siempre que sea posible, las consistencias utilizados deben estar en el rango de muy rígido o más seco, debido a que el uso de estas consistencias más secas que se consolidan de manera adecuada se traducirá en una mejor calidad y un producto más económico.
Como se recomienda en el ACI 211.1, hormigón debe colocarse utilizando la mínima cantidad de agua consistente con la mezcla, colocación, consolidación y acabado de requisitos, ya que esto tendrá una influencia favorable sobre la resistencia, durabilidad y otras propiedades físicas de mezcla. Las principales consideraciones en la selección de proporciones se aplican igualmente bien a los hormigones no-slump como a las mezclas de más de plástico. Estas consideraciones son:
El tamaño máximo nominal del agregado para ser seleccionados para un tipo particular de construcción está dictada principalmente por la consideración de tanto la dimensión mínima de una sección y la clara separación mínima entre las barras de refuerzo, tendones de pretensado, conductos para-post tensado de tendones, o de otro elementos embebidos. El agregado más grande de tamaño máximo admisible se debe utilizar; Sin embargo, esto no excluye el uso de tamaños más pequeños si están disponibles y su uso dé lugar a la fuerza igual o mayor sin perjuicio de otras
•
durabilidad adecuada de acuerdo con ACI 201.2R para soportar
propiedades del hormigón.
satisfactoriamente el clima y otros agentes destructivos a los que puede estar expuesto; •
La fuerza necesaria para soportar las cargas de diseño con el margen de
Para reforzados, productos prefabricados de hormigón, tales como tubería, el tamaño máximo de agregado grueso es generalmente 19 mm (3/4 pulg.) O menos.
seguridad requerido;
•
El mayor tamaño máximo de agregado consistente con la disponibilidad económica, la colocación satisfactoria, y la resistencia del hormigón;
•
La consistencia más dura que puede ser consolidado de manera eficiente; y
3.3-Estimación de las necesidades de agua y el agregado clasificadoras La cantidad de agua por unidad de volumen de hormigón necesario para producir una mezcla de la consistencia deseada está influenciada por el tamaño máximo,
•
geometría miembro.
forma de las partículas, la clasificación del agregado, y la cantidad de aire arrastrado. Es relativamente poco afectada por la cantidad de material cementoso debajo de
3,2-Slump y el agregado de tamaño máximo ACI 211.1 contiene recomendaciones para consistencias en el rango de
alrededor de 360 a 390 kg / m 3 ( 610-660 lb / yd 3). En las mezclas más ricas que estos, mezclando los requerimientos de agua puede aumentar significativamente como
plástico rígido a muy plástica. Estos, así como consistencias más rígidos, se
contenidos materiales cementosos se incrementan. gradaciones agregados
incluyen en Fig. 2.1 y 2.2 . Consistencias en el rango muy rígida y más seco se
aceptables se presentan en la ASTM C 33 y AASHTO M 6 y M 80.
utilizan a menudo en la fabricación de varios elementos prefabricados tales como, tubo, los miembros de pretensado, CMU, y tejas. También, compactado con rodillo y hormigones permeables caen en las categorías no-slump como se
granulometría de los agregados es un parámetro importante en la selección de proporciones
discute en Apéndice 3 m ediante 6 . No hay ninguna justifica ción aparente para
para el hormigón en productos prefabricados hechos a máquina, tales como tuberías, CMU,
establecer los límites para la consistencia máxima y mínima en la fa bricación de
baldosas de techo, bocas de inspección, y productos pretensados. Los formularios para estos
estos materiales
productos se eliminan inmediatamente después se coloca el hormigón y se consolidan, o el hormigón
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE PROPORCIONES DE HORMIGÓN NO-SLUMP
211.3R-5
se coloca por un proceso de extrusión. En cualquier caso, el hormigón no tiene apoyo externo inmediatamente después de la colocación y consolidación; Por lo tanto, la mezcla de hormigón fresco debe ser lo suficientemente cohesiva para mantener su forma después de la c onsolidación. La cohesión se consigue proporcionando suficientes multas en las mezclas. Algunas de estas multas se pueden obtener mediante una cuidadosa selección de las gradaciones agregado fino. Pozzolans, such as fly ash, have also been used to increase cohesiveness. In some cases, the desired cohesiveness can be improved by increasing the cementitious materials content. This approach is not recommended, however, because of negative effects of excessive cementitious materials such as greater heat of hydration and drying shrinkage.
The quantities of water shown in Fig. 2.1 and 2.2 of this guide are sufficiently accurate for preliminary estimates of proportions. Actual water requirements need to be established in laboratory trials and verified by field tests. This should result in water-cementitious materials ratios ( w/cm)
in the range of 0.25 to 0.40 or higher. Examples of such adjustments are given further in this guide. Para, productos de hormigón prefabricados hechos a máquina, tales como tuberías y CMU, la regla general es utilizar tanta agua como el producto va a tolerar sin caída o formación de grietas cuando se eliminan las formas.
relación de materiales de 3,4-Selección de agua-cemento La selección de w / cm d epende de la potencia requerida. Figura 3.1
Fig. 3.1-relaciones entre la relación de los materiales de cemento de agua y resistencia a la compresión del hormigón.
proporciona información inicial para w / cm. Las resistencias a la compresión son para 150 x 300 mm (6 x 12 pulg.) De cilindros, preparado de acuerdo con la norma ASTM C 192, se somete a curado húmedo estándar, y probado a los 28 días de acuerdo con ASTM C 39 para los distintos ratios. Lo requerido w / cm p ara lograr una resistencia deseada depende de si el hormigón es arrastrado aire.
hormigón son aproximadamente 20% más baja que para el hormigón nonair-arrastrado. Estas diferencias pueden no ser tan grande en las mezclas no-slump ya que el volumen de aire arrastrado en estas mezclas utilizando un cemento incorporador de aire, o la cantidad habitual de aditivo incorporador de aire por unidad de material de cemento, se reducirá significativamente con prácticamente sin pérdida de resistencia a la congelación y descongelación y la
Usando el máximo permisible w / cm de la Fig. 3.1 y el aproximado
densidad. Además, cuando el contenido de material de cemento y la consistencia
requerimiento de agua de mezcla de Fig. 2.1 y 2.2 , El c ontenido de material de
son constantes, las diferencias en la fuerza se compensan total o parcialmente por
cemento se puede calcular dividiendo la masa de agua necesaria para la
la reducción de la mezcla de los requerimientos de agua que resultan de arrastre
mezcla por el w / cm. Si las especificaciones para el trabajo contienen un
de aire.
requisito mínimo de contenido de material de cemento, los correspondientesw / cm para la estimación de la fuerza puede ser calculada dividiendo la masa de agua por la masa del material de cemento. El más bajo de los tres w / cm - esos para la durabilidad, fuerza, o material cementoso contenido deben ser seleccionados para el cálculo de proporciones concretas.
La resistencia media requerida necesaria para asegurar la resistencia especificada para un trabajo concreto depende del grado de control sobre todas las operaciones involucradas en la producción y el ensayo del hormigón. Ver ACI 214 para una guía completa. Si resistencia a la flexión es un requisito en lugar de resistencia a la compresión, la relación entre w / cm y resistencia a la flexión debe ser determinado por las pruebas de laboratorio utilizando los materiales de trabajo.
Incorporador de aire aditivos o cementos incorporadores de aire puede ser beneficioso en asegurar hormigón durable además de proporcionar otras ventajas, como la reducción en la dureza mezcla con ningún aumento en el agua. concreto con aire arrastrado se debe utilizar cuando se espera que los productos de hormigón de estar
3,5-estimación de la cantidad de agregado grueso La mayor cantidad de agregado grueso por unidad de volumen de concreto
expuestos a frecuentes ciclos de congelación y descongelación en una condición
se debe utilizar y ser consistente con placeability adecuada. A los efectos de
húmeda, críticamente saturada. Se recomienda ASTM C 666 pruebas antes de la
este documento, placeability se define como la capacidad de consolidar
construcción para evaluar la resistencia a freezingand-descongelación características
adecuadamente la mezcla con el mínimo de tiempo y esfuerzo físico y
del hormigón no-caída. Si estas mezclas de hormigón no-depresión pueden estar
mecánico. Para un agregado dado, la cantidad de agua de mezcla requerida
expuestos a descongelante sales, también deben ser ensayados de acuerdo con la
será entonces en un mínimo y la fuerza en un máximo. Esta cantidad de
norma ASTM C 666.
agregado grueso mejor puede determinarse a partir de las investigaciones de laboratorio utilizando los materiales para el trabajo previsto con ajuste posterior
Figura 3.1 se basa en el contenido de aire mostrado en Fig. 2.3 . En la Fig. 3.1 a igual w / cm, los puntos fuertes para el aire arrastrado
en el campo o planta.
211.3R-6
INFORME DEL COMITÉ ACI
Fig. 3.2-Volumen de agregado grueso por unidad de volumen de hormigón de consistencia plástica (75 a 125 mm [3 a 5 en.] Asentamiento).
Fig. 3.3-factores de corrección de volumen para agregado grueso seco-rod para el hormigón de diferentes consistencias. Si estos datos no están disponibles o no se pueden obtener, Fig. 3.2 proporciona una
usado, la consistencia disminuirá. Para las consistencias muy plástico y plástico, el
buena estimación de la cantidad de agregado grueso para diversos hormigón que tiene
volumen de agregado grueso por unidad de volumen del hormigón es
un grado de facilidad de trabajo adecuado para la habitual construcción de hormigón
esencialmente sin cambios de la mostrada en la Fig. 3.2. Para las
armado (aproximadamente 75 a 100 mm [3 a 4 en. ] asentamiento). Estos valores de
consistencias-los más rígidos que requieren de vibraciones la cantidad de
volumen rodded seca de agregado grueso por unidad de volumen del hormigón se
agregado grueso que puede acomodarse aumenta en lugar bruscamente en
basan en relaciones empíricas establecidas para agregados clasificados dentro de los
relación con la cantidad de agregado fino requerido. Figura 3.3 muestra algunos
límites convencionales. Los cambios en la consistencia del hormigón pueden ser
valores típicos de la volumen de agregado grueso por unidad de volumen de
afectados por el cambio de la cantidad de agregados gruesos por unidad de volumen
hormigón para diferentes consistencias, expresada como un porcentaje de los
del hormigón. Como mayores cantidades de agregado grueso por unidad de volumen
valores se muestra en la Fig. 3.2. La información contenida en estas dos figuras
son
proporciona una base para seleccionar
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE PROPORCIONES DE HORMIGÓN NO-SLUMP
211.3R-7
una cantidad apropiada de agregado grueso para la primera mezcla de ensayo. Los
a 4.75 mm, se puede utilizar y está disponible localmente. vibración interna y externa
ajustes en esta cantidad probablemente será necesaria en la operación de campo o de la
pesada están disponibles para lograr la consolidación, lo que permite el uso de
planta.
hormigón muy rígido. La densidad en seco rodded del agregado grueso es 1600 kg /
En productos de hormigón prefabricado que se requiere cohesión para conservar la forma de hormigón después de que las formas son despojados, el volumen de
m 3. Debido a que la exposición es severa, se utilizará concreto con aire. Las proporciones se pueden calcular como sigue:
agregado grueso se puede reducir e n cierta medida de los valores indicados en Fig. 3.2 . El grado de cohesión requerida depende del proceso particular utilizado para hacer el producto concreto. Uniformemente zahorras es importante en la tubería de hormigón prefabricado; por lo tanto, se utilizan frecuentemente mezclas de dos o más agregados gruesos.
De Fig. 3.1 , el w / cm re querida para producir una resistencia media de 28 días de 35 MPa en concreto con aire incorporado se demuestra que es aproximadamente 0,40 en masa. La cantidad aproximada de agua de mezcla necesaria para producir una consistencia en el intervalo muy rígido en concreto con aire hecha con 40 mm nominal
Hormigón de trabajabilidad comparable se puede esperar con agregados de tamaño comparable, la forma, y la clasificación cuando se usa un volumen rodded seco dado de agregado grueso por unidad de volumen del hormigón. En el caso de diferentes tipos de agregados, particularmente aquellos con diferentes formas de partícula, el uso de un volumen fijo rodded seca de agregado grueso hace automáticamente en cuenta las
agregado de tamaño máximo es de 130 kg / m 3 ( F ig. 2.2 ) . En F ig. 2.3 , El contenido de aire requerido para la mezcla de más de plástico se indica que es 4,5%, lo que será producido por el uso de un aditivo incorporador de aire. Un aditivo incorporador de aire, cuando se añade a la mezcladora en forma de líquido, debe ser incluido como parte de la mezclar agua. La nota a la figura llama la atención sobre el contenido de aire
diferencias en los requisitos de mortero como se refleja por el contenido de vacíos del agregado grueso. Por ejemplo, los agregados angulares tienen un mayor contenido de vacíos, y por lo tanto, requieren más mortero que los agregados redondeados.
inferiores arrastradas en mezclas más rígidos. Para este concreto, asumir el contenido de aire para ser
3,0% cuando se siguen las sugerencias de la nota. De los dos párrafos Este procedimiento agregada de la estimación no refleja las variaciones en la clasificación de los agregados gruesos dentro de diferentes límites de tamaño máximo, excepto como se reflejan en porcentajes de huecos. Para agregados gruesos cae dentro de los límites de las especificaciones de clasificación
anteriores, se puede observar que el material de cemento requerida es de 130 / 0,40 = 325 kg / m 3. sólo se utilizará cemento portland. Figura 3.2 , Con u n agregado de tamaño máximo nominal de 40
convencionales, esta omisión probablemente tiene poca importancia. El
mm y un módulo de finura de arena de 2,80, 0,71 m 3 d e agregado grueso sobre una base
volumen rodded seco óptima de agregado grueso por unidad de volumen del
rodded seco, que sería necesario en cada metro cúbico de hormigón que tiene una caída
concreto depende de su tamaño máximo y el módulo de finura del agregado fino
de aproximadamente 75 a 100 mm.
tal como se indica en Fig. 3.2 .
En Fig. 3.3 , Par a la consistencia muy rígida desea, el cantidad de agregado grueso debe ser 125% de la de la consistencia de plástico, o 0,71 × 1,25 = 0,89 m 3. La cantidad en un metro cúbico será 0,89 m 3,
CAPÍTULO CÁLCULOS 4-DOSIFICACIÓN
que en este caso es 0,89 m 3 × 1600 kg / m 3 = 1 424 kg.
(UNIDADES SI)
criterios generales de dosificación de 4,1 El cálculo de proporciones se explicará por un ejemplo. se supone que los siguientes criterios: •
La gravedad específica de cemento es 3,15;
•
Los agregados gruesos y finos en cada caso son de calidad satisfactoria y se
Con las cantidades de cemento, agua, árido grueso y aire establecidos, el contenido de arena se calcula de la siguiente manera: volumen sólido de =
cemento
325 ---------------------------3.15 1000 ×
= 0,103 m 3
clasifican dentro de los límites de especificaciones generalmente aceptados tales como ASTM C 33 y C 331;
•
El agregado grueso tiene una gravedad específica, mayor horno seco, de
130
------------
Volumen de agua =
= 0,130 m 3
1000
2,68, y una absorción de 0,5%; y
•
El agregado fino tiene una gravedad específica, secada en horno a granel, de
volumen sólido de agregado grueso =
1424 ---------------------------2.68 1000 ×
2,64, una absorción de 0,7%, y módulo de finura de 2,80.
4,2-Ejemplo de cálculos de dosificación Se requiere concreto para un producto extruido en el norte de Francia, que estará
Volumen de aire
=
= 0,531 m 3
= 0,030 m 3
1 0,030 ×
Volumen total de los
expuesta al mal tiempo con frecuentes ciclos de congelación y descongelación.
ingredientes excepto la
consideraciones estructurales requieren para tener una resistencia a la compresión
arena
= 0,794 m 3
de diseño de 30 MPa a los 28 días. A partir de la experiencia previa en la planta de producción de productos similares, el coeficiente de variación esperada de los puntos fuertes es del 10%. Además, es requerido que no más de una prueba en 10
volumen sólido de arena =
requerido
caerá por debajo de la resistencia de diseño de 30 MPa a los 28 días. De la Fig. 4.1
masa requerida de arena
(a) de ACI 214, la fuerza media requerida a los 28 días debe ser 30 MPa × 1,15, o
secada en horno
=
1 0,794 -
= 0,206 m 3
= 544 kg
× × 0.206 2,64 1.000
35 MPa. El tamaño de la sección y separación de la armadura son tales que un tamaño máximo de agregado grueso nominal de 40 mm, calificada
Agua absorbida por los agregados horno-secos
x( 544 0,007
) + = 11 kg
=
1424 0.005 x(
)
211.3R-8
INFORME DEL COMITÉ ACI
Tabla 4.1-Comparación entre cantidades de los lotes calculadas y aquellos utilizados en la producción cantidades de los lotes de hormigón por metro cúbico
ingredientes Computarizada, kg
Cemento el agua de mezcla neta
Arena
Agregado grueso
Total
325
130
130
544 (seco horno)
571 (húmedo)
1438 (húmedo)
11
-
-
- 30
2434
2434
141
100
Exceso de agua
El agua añadida al mezclador
= 0,55 × 571 = 314 kg
El agregado grueso (húmedo) = 0,55 × 1438 = 791 kg agua a añadir
= 0,55 x 100 = 55 kg
Se utiliza en la producción, en kg
325
1424 (seco horno)
agua absorbida
Sand (húmedo)
4,4-Ajuste de la mezcla de ensayo La estimación de requerimiento total de agua da en Fig. 2.1 y 2.2 puede subestimar el agua requerida. En tales casos, la cantidad de materiales de cemento se debe aumentar para mantener el w / cm, Salvo indicación en contrario mediante pruebas de laboratorio. Este ajuste será ilustrada por el supuesto de que el hormigón para el ejemplo se encontró en el lote de prueba para requerir 135 kg de agua de la mezcla en lugar de 130 kg. En consecuencia, el contenido de materiales de cemento debería aumentarse de 325 a (135/130) x 325 = 338 kg / m 3 y las cantidades de los lotes vuelven a calcular en consecuencia.
Las cantidades de los lotes estimados por metro cúbico de hormigón son:
A veces menos de agua que se indica en Fig. 2.1 y 2.2
Cemento
= 325 kg
Agua
= 141 kg (130 + 11)
puede ser requerido, pero se recomienda que ningún ajuste se hará en la
Arena, secado en horno
= 544 kg
cantidad de materiales de cemento para el lote en curso. resultados de
El agregado grueso, secado en horno = 1424 kg incorporador
resistencia pueden justificar lotes adicionales con materiales menos
de aire mezclado
cementosos. El ajuste en cantidades de los lotes es necesario para
= (Según se requiera) para 3% de aire
compensar la pérdida de volumen debido al agua reducida. Esto se hace
cantidades de 4,3 dosificador para la producción de lotes de tamaño
aumentando el volumen de sólidos de arena en una cantidad igual al volumen de la reducción de agua. Por ejemplo, suponga que 125 kg de
En aras de la conveniencia en la fabricación de los cálculos de mezcla de
agua se requiere en lugar de 130 kg para el hormigón del ejemplo.
ensayo, los agregados se han asumido para estar en un estado de secado en horno.
Entonces 125/1000 se sustituye por 130/1000 en el cálculo del volumen de
En condiciones de producción, por lo general serán húmedo y las cantidades a ser
agua en el lote. Esto se traduce en 0.005 m
dosificada en el mezclador debe ajustarse en consecuencia.
volumen de sólidos de arena se convierte en 0,206 + 0,005 = 0,211 m
3 menos
agua; Por lo tanto, el 3.
Con las cantidades de los lotes determinados en el ejemplo, se supone que las pruebas muestran la arena para contener 5,0% y la humedad total 1,0% agregado
El porcentaje de aire en algunos hormigón no-caída que puede ser consolidada en
grueso. Debido a que la cantidad de arena secada en horno requerida era 544 kg, la
el recipiente por la vibración se puede medir directamente con un medidor de aire
cantidad de arena húmeda que sopesarse a cabo debe ser 544 kg × 1,05 = 571 kg.
(ASTM C 231) o puede ser calculado gravimétricamente a partir de la medición de la
Del mismo modo, la cantidad de humedad agregada, grueso debería ser 1.424 ×
densidad de hormigón fresco de acuerdo con ASTM C 138. para cualquier conjunto
1,01 = 1,438 kg.
dado de condiciones y materiales, la cantidad de aire arrastrado es aproximadamente proporcional a la cantidad de aditivo incorporador de aire usado. El aumento del
El agua libre en los agregados, en exceso de su absorción, se debe considerar
contenido materiales cementosos o la fracción fina de la arena, la disminución de
como parte del agua de amasado. Debido a que la absorción de arena es 0,7%, la
asentamiento, o elevando la temperatura del hormigón generalmente disminuye la
cantidad de agua libre que contiene es de 5,0 - 0,7 = 4,3%. El agua libre en el
cantidad de aire arrastrado para una cantidad dada de mezcla. La clasificación y la
agregado grueso es de 1,0 - 0,5 = 0,5%. Por lo tanto, el agua de amasado
partícula forma de agregado también tienen un efecto sobre la cantidad de aire
aportado por la arena es 0.043 × 544 = 23 kg y que aportado por el agregado
arrastrado. La mezcla de trabajo no debe ser ajustado por fluctuaciones menores en w
grueso es 0,005 × 1,424 = 7 kg. La cantidad de agua que se añade la mezcla es
/ cm o contenido de aire. Una variación en w / cm d e ± 0,02, 0,38 a 0.42 en el ejemplo
de 130 - (23 + 7) = 100 kg. Tabla 4.1 muestra una comparación entre las
anterior, como resultado de mantener una consistencia constante, que se considera
cantidades de los lotes calculados y aquellos para ser utilizado en el campo para
normal para no-asentamiento de la mezcla donde compactibilidad y densificación
cada metro cúbico de hormigón. Las cantidades reales utilizados durante la
responden mejor a los valores objetivo para w / cm. Una variación de ± 1% en el
producción pueden variar porque depende de los contenidos de humedad de los
contenido de aire también se considera normal. Esta variación en el contenido de aire
agregados almacenadas que variarán.
será más pequeño en las mezclas secas.
Los cálculos de la mezcla de prueba anteriores proporcionan cantidades de los lotes para cada ingrediente de la mezcla por metro cúbico de hormigón. Rara vez es deseable o posible mezclar hormigón en exactamente 1 m 3 lotes. Por lo tanto, es necesario convertir estas cantidades en proporción al tamaño del lote para ser utilizado. Supóngase que un 0,55 m 3 mezclador de capacidad está disponible. Luego,
Capítulo 5-Referencias 5.1 con referencia a las normas e informes Las normas de las diversas normas que producen las organizaciones aplicables a este
para producir un lote de tamaño deseado y mantener las mismas proporciones, las
documento se enumeran a continuación con sus designaciones de serie. Dado que algunos
cantidades metros por lotes cúbicos de todos los ingredientes se deben reducir las
de estos estándares se revisan con frecuencia, generalmente en detalles menores
cantidades a las siguientes cantidades: Cemento
solamente, el usuario de este documento deberá ponerse en contacto con el grupo patrocinador, si se desea hacer referencia al documento más reciente.
= 0,55 × 325 = 179 kg
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE PROPORCIONES DE HORMIGÓN NO-SLUMP
Asociación Americana de Carreteras Estatales y Transporte (AASHTO)
D 1557
211.3R-9
Test Method for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort
M6
M 80
El agregado fino para Portland hormigón de cemento
Metric System
El agregado grueso para Portland hormigón de cemento
The above publications may be obtained f rom the following organizations:
American Concrete Institute (ACI) 116R
Cemento y hormigón Terminología
Guía 201.2R de hormigón duradero 211.1
Use of the International System of Units (SI): The Modern
SI 10
American Association of State Highway and Transportation
Práctica estándar para la selección de l as proporciones para Normal, peso pesado y hormigón en masa
Guía 207.1R de hormigón en masa
Officials 444 N. Capitol St. NW Suite 225 Washington, DC 20001
Concrete 207.5R compactado con rodillo de masas 214 Práctica recomendada para la evaluación de la resistencia Resultados de la prueba de hormigón
301
Especificaciones para Hormigón Estructural
American Concrete Institute P.O. Box 9094 Farmington Hills, MI 48333-9094
Requisitos 318 / 318R Código de Construcción para Estructural
Concreto y Comentario Informe 325.10R en pavimentos de hormigón compactado con rodillo
ASTM International 100 Barr Harbor Dr. West Conshohocken, PA 19428-2959
ASTM International C 29 /
Método de prueba estándar para la Unidad de peso y vacíos
C 29M
además
C 31 /
Práctica estándar para elaborar y curar
5.2—Cited references 1. Bahrner, V., 1940, “New Swedish Consistency Test Apparatus and Method,” Beto ng (Stockholm), No. 1, pp. 27-38.
2. Cusens, A. R., 1956, “The Measurement of the Work-
C 31M de hormigón muestras de análisis del campo C 33
C 39
Especificación estándar para hacer hormigón
ability of Dry Concrete Mixes,” Magazine of Concrete Research, V . 8, No.
Método de prueba estándar para resistencia a compresión de
22, Mar., pp. 23-30. 3. Glanville, W. H.; Collins, A. R.; and M atthews, D. D.,
probetas de hormigón cilíndricos
C 78
Método de prueba estándar para la resistencia a la flexión del hormigón
1947, “The Grading of Aggregates and Workability of Concrete,” Road
(utilizando una viga simple con tercer punto de carga)
Research Technical Paper No. 5, D epartment of Scientific and Industrial Research/Ministry of Transport, Her Majesty’s Stationery Office, London, 38
C 90
Especificación estándar para las unidades de mampostería de hormigón de
pp. 4. Thaulow, S., 1952, Field Testing of Concrete, N orsk Cementforening,
soporte de carga
C 136
Método de prueba estándar para el análisis granulométrico de agregados
Oslo. 5. Thaulow, S., 1955, Concrete Proportioning, N orsk Cementforening,
finos y gruesos
C 138
Método de prueba estándar para la Unidad de peso, rendimiento y
Oslo. 6. Meininger R.C., 1988, “No-Fines Pervious Concrete for
contenido de aire (gravimétrico) de hormigón
C 143 /
Método de prueba estándar para el asentamiento de H idráulica
Paving,” Concrete International, V. 10, No. 8, Aug., pp. 20-27.
7. NCMA High Strength Block Task Force, 1971, Special Considerations
C 143 M Hormigón Cemento C 150 Especificación estándar para el cemento Portland
C 192 /
for Manufacturing High Strength Concrete Masonry Units.
Práctica estándar para elaborar y curar 8. Menzel, C. A., 1934, “Tests of the Fire Resistance and
C 192M de hormigón muestras de análisis del Laboratorio C 231 Método de prueba estándar para el contenido de aire del hormigón
Strength of Walls of Concrete Masonry U nits,” PCA, Jan. 9. Grant, W., 1952, Manufacture of Concrete Masonry Units, C oncrete
fresco por el método de presión C 331
Especificación estándar para el agregado liviano para las unidades de mampostería de concreto
C 566
Método de prueba estándar para el total del contenido de humedad del agregado mediante secado
C 618
C 666
Publishing Corp., Chicago, Ill.
APÉNDICE CÁLCULOS 1-DOSIFICACIÓN (unidades pulgada-libra) criterios de dosificación-A1.1 general
Especificación estándar para Fly Ash y cruda calcinada o
El cálculo de proporciones se explicará por un ejemplo. se supone que
puzolana natural para el uso como adición mineral en Portland
los siguientes criterios:
hormigón de cemento
•
La gravedad específica de cemento es 3,15;
Método de prueba estándar para resistencia del hormigón a una rápida
•
Los agregados gruesos y finos en cada caso son de calidad satisfactoria y se clasifican
congelación y descongelación
C 1170
dentro de los límites de las especificaciones generalmente aceptadas;
Métodos de prueba estándar para determinar la consistencia y densidad del hormigón compactado con rodillo Uso de una mesa
•
vibratoria
C 1176
Practice for Making Roller-Compacted Concrete in Cylinder Molds Using a Vibrating Table
El agregado grueso tiene una gravedad específica, secado al horno a granel, de 2,68 y una absorción de 0,5%; y
•
El agregado fino tiene una gravedad específica, a granel secado en horno, de
2,64, una absorción de 0,7%, y módulo de finura de 2,80.
211.3R-10
INFORME DEL COMITÉ ACI
A1.2-Ejemplo de cálculos de dosificación
Volumen total de los
Se requiere de hormigón para un producto extruido que estará expuesta al clima severo con frecuentes ciclos de congelación y descongelación. consideraciones
= 21.45 ft 3
ingredientes excepto la arena
estructurales requieren para tener una resistencia a la compresión de diseño de 4000 psi a los 28 días. A partir de la experiencia previa en la planta de producción de
volumen sólido de arena
productos similares, el coeficiente de variación esperada de los puntos fuertes es del
requerido
10%. Además, es requerido que no más de una prueba en 10 caerá por debajo de la resistencia de diseño de 4000 psi a los 28 días. De la Fig. 4.1 (a) de ACI 214, la
peso requerido de arena
=
[27,00-21,45]
= 5.55 ft 3
= [5.55 × 2.64 × 62.4] = 914 lb
secada en horno
fuerza media requerida a los 28 días debería ser 4.000 × 1,15, o 4.600 psi. El tamaño de la sección y separación de la armadura son tales que un tamaño máximo de
Water absorbed =
agregado grueso nominal de 1-1 / 2 en. Graduada a No. 4 puede ser utilizado y está disponible localmente. vibraciones internas y externas pesadas están disponibles
3. Because
(2403 × 0.005)]
= 18 lb
The estimated batch quantities per cubic yard of concrete are: Cement
para lograr la consolidación, permitiendo el uso de hormigón muy rígido. La densidad en seco rodded del agregado grueso se encuentra para ser 100 lb / ft
[(914 × 0.007) +
= 523 lb
the
exposure is severe, air-entrained concrete will be used. The proportions may be computed as follows:
Water
= 243 lb (225 + 18)
Sand, oven-dry
= 914 lb
Coarse aggregate, oven-dry= 2403 lb Air-entraining admixture= (as required) for 3% air
From Fig. 3.1 , the w/ cm r equired to produce an average 28 day strength of 4600 psi in air-entrained concrete is shown to be approximately 0.43 by mass.
A1.3—Batching quantities for production use For the sake of convenience in making trial mixture computations, the aggregates have been assumed to be in an oven-dry state. Under
The approximate quantity of mixing water needed to produce a consistency in the very stiff range in air-entrained concrete made with 1-1/2 in. nominal
production conditions they generally will be moist and the quantities to be batched into the mixer must be adjusted accordingly.
maximum-size aggregate is to be 225 lb/yd 3 ( Fig. 2.2 ). In Fig. 2.3 , El contenido de aire deseado, que en este caso será producido p or el uso de un aditivo
With the batch quantities determined in the example, let it be assumed
incorporador de aire, se indica como 4,5% para las mezclas de más de plástico.
that tests show the total moisture of sand to be
Un aditivo incorporador de aire, cuando se añade a la mezcladora en forma de
5.0 and 1.0% for the coarse aggregate. Because the quantity of oven-dry
líquido, debe ser incluido como parte del agua de amasado. La nota a la figura
sand required was 914 lb, the amount of moist sand to be weighed out must
llama la atención sobre el contenido de aire inferiores arrastradas en estas
be 914 × 1.05 = 960 lb. Similarly, the weight of moist coarse aggregate must
mezclas más rígidos. Para este concreto, asumir el contenido de aire a 3,0%
be 2403 × 1.01 = 2427 lb.
cuando se siguen las sugerencias de la nota.
The free water in the aggregates, in excess of their absorption, must be considered as part of the mixing w ater. Because the absorption of sand is De los dos párrafos anteriores, se puede observar que el material de cemento requerida es 225 / 0,43 = 523 lb / yd
0.7%, the amount of free water which it contains is 5.0 – 0.7 = 4.3%. The free water in the coarse aggregate is 1.0 – 0.5 = 0.5%. Therefore, the
3.
Sólo cemento Portland se utilizará.
mixing water contributed by the sand is 0.043 × 914 = 39 lb and that
De Fig. 3.2 , Con un agregado de tamaño máximo nominal de 1-1 / 2 pulg. Y un módulo de finura de arena de 2,80, 0,71 ft 3 de agregado grueso, en una
contributed by the coarse aggregate is 0.005 × 2403 = 12 lb. The quantity of mixing water to be added, then, is 225 – (39
base de rodded seco, que sería necesario en cada pie cúbico de hormigón que tiene una
+ 12) = 174 174 lb. lb. Table A1.1 shows a co mparison between the computed
depresión de aproximadamente 3 a 4 in.
batch quantities and those actually to be used in the field for each cubic
En Fig. 3.3 , for th e very stiff consistency desired, the amount of coarse aggregate should be 125% of that for the plastic consistency, or 0.71 × 1.25 = 0.89. The quantity in a cubic yard will be 27 × 0.89 = 24.03 ft 3, w hich in this case is 100 × 24.03, or 2403 lb.
yard of concrete. The preceding computations provide batch quantities for each ingredient of the mixture per cubic yard of concrete. It is seldom desirable or possible to mix concrete in exactly 1 yd 3 l otes. Por lo tanto, es necesario convertir estas
With the quantities of cement, water, coarse aggregate, and air
cantidades en proporción al tamaño del lote para ser utilizado. Supóngase que un 16 pies 3 m ezclador de capacidad está disponible. Para producir un lote de
established, the sand content is calculated as follows:
tamaño deseado y mantener las mismas proporciones, las cantidades patio volumen sólido de cemento
lotes cúbicos de todos los ingredientes para el proyecto deben reducirse en la
= [523 / (315 × 62.4)] = 2.66 ft 3
proporción 16/27 = 0,593, así: Cemento
Volumen de agua =
[225 / 62,4]
== 3.61 3.61 ftft 3 = 0.593 × 523 = 310 lb
volumen sólido de
agregado grueso = [2403 / (2,68 × 62.4)] = 14.37 ft
Sand (húmedo)
= 0.593 × 960 = 569 lb
3
El agregado grueso (húmedo) = 0,593 x 242 = 144 lb agua a Volumen de aire
=
27.00 × 0,030
= 0,81 ft 3
añadir
= 0.593 × 174 = 103 lb
GUIDE FOR SELECTING PROPORTIONS FOR NO-SLUMP CONCRETE
Table A1.1—Comparison between computed batch quantities and those used in production Batch quantities of concrete per cubic yards Ingredients
Computed, lb
Cement
Net mixing water Sand
Coarse aggregate
Total
computations. A sample of cement of the type selected for the project should be
523
obtained from the mill that will supply the job. The sample quantity should
225
225
be adequate for tests contemplated with a liberal margin for additional tests
960 (moist) 2427 (moist)
that might later be considered desirable. Cement samples should be shipped in airtight containers or in moisture-proof packages.
—
18
—
– 51
4083
4084
243
174
Water added at mixer
be assumed to be 3.15 without introducing appreciable error in mixture
523
914 (dry)
Excess water
mixture proportions is specific gravity. The specific gravity of cement may
Used in production, lb
2403 (dry)
Water absorbed
211.3R-11
A2.3—Properties of aggregate Sieve analysis, specific gravity, absorption, and moisture content of both fine and coarse aggregate and dry-rodded density of coarse aggregate are essential physical properties required for mixture computations. Other tests
A1.4—Adjustment of trial mixture The estimate of total water requirement given in Fig. 2.1 and 2.2 ma y underestimate the water required. In such cases, the amount of cementitious materials should be increased to maintain the w/cm, unless otherwise indicated by laboratory tests. This adjustment will be illustrated by assuming that the concrete for the example w as found in the field trial batch to require 240 lb/yd 3 o f mixing water instead of 225 lb/yd
that may be desirable for large or special types of work include petrographic examination, tests for chemical reactivity and soundness, durability, resistance to abrasion, and for various deleterious substances. All such tests yield valuable information for judging the ultimate quality of concrete and in selecting appropriate proportions.
3.
Consequently, the cementitious materials content should be increased from 523 to (240/225) × 523 = 558 lb/yd 3 a nd the batch quantities recomputed accordingly. Sometimes less water than indicated in Fig. 2.1 a nd 2.2 puede ser requerido, pero se recomienda que ningún ajuste se hará en la cantidad de materiales de cemento para el lote en curso. resultados de resistencia pueden justificar lotes adicionales con materiales menos cementosos. El ajuste en cantidades de los lotes es necesario para
granulometría de los agregados o la distribución de tamaño de partícula es un factor importante en el control de requisito de unidad de agua, la proporción de agregado grueso a la arena, y el contenido de cemento de mezclas de hormigón para un grado dado de trabajabilidad. Se han propuesto numerosas curvas de granulometría de los agregados “ideales”, pero un estándar universalmente aceptado no ha sido desarrollado. La experiencia y el juicio individual deben seguir desempeñando un papel importante en la determinación de gradaciones agregados aceptables. trabajabilidad adicional, realizado mediante el uso de la entrada de aire, permite el uso de gradaciones agregados menos restrictivas en cierta medida.
compensar la pérdida de volumen debido al agua reducida. Esto se hace aumentando el volumen de sólidos de arena en una cantidad igual al volumen de la reducción de agua. Por ejemplo, supongamos que se requieren 215 lb de agua en lugar de 225 lb para el hormigón del ejemplo. Entonces 215 / 62.4 se sustituye por 225 / 62,4 en el cálculo del volumen de agua en el lote, y el volumen sólido de arena se convierte en 5,71 en lugar de 5,55 ft 3.
gradaciones de arena adversas pueden ser corregidos a la distribución de tamaño de partícula deseado por:
•
La separación de la arena en dos o más fracciones de tamaño y recombinación en proporciones adecuadas;
•
Aumentar o disminuir la cantidad de determinados tamaños para equilibrar la
•
Reducing excess coarse material by grinding; or
•
By the addition of manufactured sand. Undesirable coarse aggregate
clasificación;
APÉNDICE 2 PRUEBAS DE LABORATORIO-A2.1
gradings may be corrected by:
General As stated in the Introduction, selection of concrete mixture proportions
•
Crushing excess coarser fractions;
can be accomplished most effectively from results of laboratory tests that
•
Wasting excess material in other fractions;
determine basic physical properties of materials needed for proportioning
•
Supplementing deficient sizes from other sources; or
no-slump concrete mixtures; that establish relationships between w/cm,
•
A combination of these methods. The proportions of various sizes of
coarse aggregate should be held closely to the grading of available air content, cement content, and strength; and which furnish information on
materials to minimize the amount of waste material. Whatever processing is
the workability characteristics of various combinations of ingredient
done in the laboratory should be practical from a standpoint of economy
materials. The extent of investigation of fresh and hardened concrete
and job operation. Samples of aggregates for concrete mixture tests should
properties for any given job will depend on the size of the project, and
be representative of aggregate selected for use in the work. For laboratory
importance and service conditions involved. Details of the laboratory
tests, the coarse aggregates should be cleanly separated into required size
program will also vary depending on facilities available and on individual
fractions to provide for uniform control of mixture proportions.
preferences. The particle shape and texture of both fine and coarse aggregate also
A2.2—Physical properties of cement Physical and chemical characteristics of cement influence the properties
influence the mixing water requirement of concrete. Void content of compacted dry, fine, or coarse aggregate can be used as an indicator of
of hardened concrete. The only property of cement directly concerned in
angularity. Void contents of more than 40% in conventionally graded
computation of concrete
aggregates
211.3R-12
ACI COMMITTEE REPORT
gradaciones agregados, diferentes tipos y marcas de cemento, diferentes aditivos, diferentes tamaños máximos nominales de agregado, las consideraciones de la durabilidad del hormigón, propiedades térmicas, y cambio de volumen, que incluye la contracción por secado y de la temperatura debido a la hidratación del cemento.
A2.5-Especificaciones y métodos de ensayo especificaciones apropiadas y métodos de ensayo para los diferentes ingredientes en concreto y para hormigón fresco y endurecido son publicados por la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales, la Asociación Americana de Carreteras Estatales y Transporte, y varias agencias federales y estatales. Una lista de los métodos de ensayo útil es se muestra en el apéndice de ACI 211.1.
A2.6-Equipos y técnicas para medir la consistencia The following is a more detailed description of the equipment and techniques involved in a meth od for measuring consistency described in Section 2.2 .
A2.7—Vebe apparatus The Vebe apparatus consists of a heavy base, resting on three rubber feet, a vibrating table supported on rubber shock absorbers, a motor with rotating eccentric mass, a cylindrical metal container to hold the concrete sample (approximate inside dimensions: 240 mm [9-1/2 in.] in diameter and 195 mm [7-3/4 in.] high), a slump cone (ASTM C 143/ C 143 M), a funnel for filling the slump cone, a swivel arm holding a graduated metal rod, and a Fig. A2.1—Modified Vebe apparatus. Photograph provided by Soiltest
clear plastic disk (diameter of disk slightly less than diameter of cylindrical
Division, ELE International.
metal container). The vibrating table is typically 380 mm (15 in.) in length, 260 mm (10-1/4 in.) in width, and 300 mm (12 in.) in height. The overall
indicate angular material that will probably require more mixing w ater than
width, with the disk swung away from the container, is 675 mm (26-1/2 in.).
given in Fig. 2.1 and 2.2 . Converse ly, rounded a ggregates with voids below
The overall height above floor level from the top edge of the funnel used to
35% will probably need less water.
fill the slump cone is approximately 710 mm (28 in.). The total mass of the equipment is approximately 95 kg (210 lb). Figure A2.1 shows the apparatus mounted on a concrete pedestal approximately 380 mm (15 in.)
A2.4—Concrete mixture tests
in height.
The values listed in the figures ( 2.1 , 2.2 , 2.3 , 3.1 , 3.2 , and 3.3) can be used for establishing a preliminary trial mixture. They are based on averages obtained from a large number of tests and do not necessarily apply exactly to materials being used on a particular job. If facilities are available, it is advisable to make a series of concrete tests to establish the relationships needed for selection of appropriate proportions based on the materials actually to be used.
Air-entrained concrete or concrete with no measurable slump must be machine-mixed. Before mixing the first batch, the laboratory mixer should be “buttered,” as described in ASTM C 192/ C 192 M, because a clean mixer retains a percentage of mortar that should be taken into account. Similarly, any processing of materials in the laboratory should simulate, as
To carry out the Vebe test devise shown in Fig. A2.1, the sample of concrete is compacted in the slump cone, the top struck off, the cone removed, and the slump measured, as per ASTM C 143/C 143 M. The swivel arm is then moved into position with the clear plastic disk and graduated rod resting on top of the concrete sample. The vibrator is switched on and the time in seconds to deform the cone into a cylinder, at which stage the whole face of the plastic disk is in contact with the concrete, is determined. This time in seconds is used as a measure of the consistency of the concrete.
closely as practicable, corresponding treatment in the field. Adjustments of the preliminary trial mixture will almost always be necessary. It should not be expected that field results will check exactly with laboratory results. An adjustment of the selected trial mixture on the job is usually necessary.
APPENDIX 3—ROLLER-COMPACTED CONCRETE MIXTURE PROPORTIONING A3.1—General Roller-compacted concrete (RCC) is defined in ACI 116R as “concrete compacted by roller compaction; concrete that in its unhardened state will support a roller while being compacted.” Conventional concrete cannot
Some of the variables that may require a more extensive program are alternative aggregate sources and different
generally be reproportioned for use as RCC by any single action, such as
GUIDE FOR SELECTING PROPORTIONS FOR NO-SLUMP CONCRETE
altering the proportions of mortar and coarse aggregate, reducing the water content, changing the w/cm, or increasing the fine aggregate content.
211.3R-13
A3.3—Durability Although the resistance of RCC to deterioration due to cycles of freezing
Differences in conventional portland cement concrete and RCC mixture
and thawing has been good in some pavements and other structures, RCC
proportioning procedures are primarily due to the relatively dry consistency
should not be considered resistant to freezing and thawing unless it is
of RCC and the possible use of unconventionally graded aggregates.
air-entrained or some other protection against critical saturation is provided. If the RCC does not contain a sufficiently fluid paste, proper air entrainment
This guide describes methods for selecting proportions for RCC mixtures for use in mass concrete and horizontal concrete slab or pavement
will be difficult, if not impossible, to achieve. In addition, a test method for measuring the air content of fresh R CC has not been standardized.
construction applications. The methods provide a first approximation of proportions intended to be checked by trial batches in the laboratory or field, and adjusted, as necessary, to produce the desired characteristics of the RCC. Additional information on RCC can be found in ACI 207.5R and ACI 325.10R.
Other ways of protecting RCC from frost damage in mass concrete applications may include sacrificial RCC on exposed surfaces, a conventional air-entrained concrete facing, or some means of membrane protection.
RCC produced with significant amounts of clay will check and crack when exposed to alternating cycles of wetting and drying, while that
A3.2—Consistency
proportioned with nonplastic aggregate fines generally experiences no
For RCC to be effectively consolidated, it must be dry enough to support
deterioration.
the weight mass of a vibratory roller yet wet enough to permit adequate compaction of the paste throughout the mass during the mixing and compaction operations. Concrete suitable for compaction with vibratory
A3.4—Strength The strength of compacted RCC, assuming the use of consistent quality
rollers differs significantly in appearance in the unconsolidated state from
aggregates, is determined by the watercement ratio ( w/c). Differences in
that of concrete having a measurable slump. There is little evidence of any
strength and degree of consolidation for a given w/cm c an result from
paste in the mixture except for coating on the aggregate until it is
changes in maximum size of aggregate; grading, surface texture, shape,
consolidated. RCC mixtures should have sufficient paste volume to fill the
strength, and stiffness of aggregate particles; differences in cement types
internal voids in the aggregate mass and therefore may differ from related
and sources; entrapped air content; and the use of admixtures that affect
materials such as soil cement or cement-treated base course.
the cement hydration process or develop cementitious properties themselves. ASTM C 1176 is the standard method practice for fabricating test specimens, which involves molding specimens by filling the molds in
Aunque el ensayo de asentamiento es el medio más familiares de la medición de consistencia del hormigón en los Estados Unidos y es la base para las medidas de
layers and consolidating each layer of RCC under a surcharge on a vibrating table.
consistencias que se muestran en el ACI
211.1, que no es adecuado para medir RCC consistencia. RCC tendrá mala trabajabilidad si se intenta la compactación con la mano-varilla. Si se utiliza la vibración, sin embargo, las características de manejabilidad del mismo concreto podrían considerarse como excelente. La gama de mezclas de viables se puede ampliar mediante la adopción de compactación técnicas que imparten una mayor energía en la masa a ser consolidadas. El método de prueba estándar para medir la consistencia de RCC es ASTM C
A3.5—Selection of materials Materials used to produce RCC consist A3.5.1 General — of cementitious materials, water, fine and coarse aggregate, and sometimes chemical admixtures. Materials and mixture proportions used in various projects to date have ranged from pit- or bank-run, minimally processed, aggregates with low cementitious material contents, to fully processed
1170, que utiliza el aparato de Vebe modificado. El aparato Vebe modificado mostrado en la Fig. A2.1 se compone de una mesa vibratoria de frecu encia fija y amplitud, con una
0,009 m 3 ( 0 .33 pies
concrete aggregates having normal size separations and high cementitious materials contents. Mixture proportions and materials selection criteria for RCC in massive concrete applications are based on the need to provide bond between layers while still maintaining a cementitious material content
ontainer 3) c
attached to the table. A representative
sample of RCC is loosely placed in the container under a surcharge of 23
low enough to minimize temperature rise due to the heat of hydration that can cause thermal cracking when the RC C cools quickly. The specified
kg (50 lb). The measure of consistency is the time of vibration, in seconds,
strength, durability requirements, and intended application affect the
required to fully consolidate the concrete, as evidenced by the formation of
materials selected for use in RCC slabs and pavements.
a ring of mortar between the edge of the surcharge and the wall of the container. The Vebe time is normally determined for a given RCC mixture and compared with the field results of onsite compaction tests conducted with vibratory rollers to determine if adjustments in the mixture proportions
Cementitious materials — Cementitious materials used in
are necessary. The optimum Vebe time is influenced by the mixture
RCC can include portland cement, blended hydraulic cements, or a
proportions, particularly the water content, nominal m aximum aggregate
combination of portland cement and pozzolans. The selection of cement
size, fine aggregate content, and the amount of aggregate finer than the 75 µ
types should be based in part on the design strength and the age at which
m (No. 200) sieve.
this strength is required. In addition, applicable limits on chemical composition required for different exposure conditions and alkali reactivity should
211.3R-14
ACI COMMITTEE REPORT
follow standard concrete practices. For massive RCC structures, the use of
afectar significativamente las densidades alcanzadas en el campo. Para
cement with heat of hydration limitations is recommended. A detailed
aplicaciones de pavimento de RCC en el cual longitudinal y transversal suavidad
discussion of cementitious materials for use in mass concrete is found in ACI
pavimento son de importancia, los agregados gruesos y finos deben combinarse
207.1R.
de modo que una mezcla de agregado denso graduada se produce que se
Selection of a pozzolan suitable for use in RCC should be based on
aproxima a una clasificación de máxima densidad. La ecuación (A3.1), la ecuación
conformance with applicable standards or specifications, its performance in
para la curva densidad máxima de Fuller, da un porcentaje acumulado
the concrete, and its availability to the project location. Pozzolans have been
aproximado de material más fino que cada tamiz. Esta clasificación como
successfully used in RCC to reduce heat generation, increase ultimate
resultado una mezcla que es compactable todavía estable por debajo del rodillo.
strength beyond 180 days age, and increase the paste volume of mixtures to improve compaction characteristics. The use of fly ash is a particularly effective means of providing additional fine material to aid in the compaction of those RCC mixtures that contain standard graded concrete fine
P = (d / D) 1/2 ( 1 00)
(A3.1)
aggregate. dónde The aggregates generally comprise 75 A3.5.3 Aggregates —
P = por ciento más fino que el acumulado re- t amiz tamaño;
a 85% del volumen de una mezcla de RCC, dependiendo de la aplicación prevista, y
d = abertura de tamiz, mm (in.); y
significativamente afectar tanto a las propiedades fresco y endurecido de hormigón. En
= D N MSA, mm (in.).
recién mezclado RCC, propiedades del agregado afectan la viabilidad de una mezcla y
In areas where pozzolans are not readily available, the use of blended
su potencial para segregar, que a su vez afecta la capacidad de la mezcla para
sands or mineral fines can be a beneficial means of reducing or filling
consolidar bajo un rodillo vibratorio. propiedades de agregado también afectan
aggregate voids; in some instances, however, their use can also increase
endurecieron características concretas tales como la resistencia, propiedades elásticas y
the amount of water required to achieve the consistency needed to ensure
térmicas, y durabilidad. La granulometría de los agregados y forma de las partículas
thorough consolidation. The effects of these materials on the RCC mixture
afectan el requisito de pasta de una mezcla de RCC. Para RCC de alta calidad, tanto el
proportions should be evaluated by determining their effect on minimum
grueso y fracciones de agregados finos deben estar compuestas de partículas duras,
paste volume requirements or by evaluation of test specimens for strength,
duraderas, y la calidad de cada deben ser evaluados por ensayos de propiedades físico
shrinkage, or both.
estándar, tales como las dadas en la norma ASTM C 33. Si RCC de menor calidad es aceptable, a continuación, una variedad de fuentes de agregado que puede que no
Chemical admixtures, including A3.5.4 Admixtures —
cumpla ASTM de clasificación y los requisitos de calidad puede ser satisfactorio siempre
water-reducing and retarding admixtures, have experienced wide use in
y cuando se cumplan los criterios de diseño. Por ejemplo, en rígido, mezclas de RCC
RCC placed in massive sections, but their use has been more limited in
magras que deben utilizarse en las secciones masivas, límites más amplios para algunas
pavement applications. The ability of these admixtures to lower the water
sustancias perjudiciales que los especificados en la norma ASTM pueden ser
requirements or to provide extended workability to a mixture appears to be
aceptables.
largely dependent on the amount and type of aggregate finer than the 75 µ m (No. 200) sieve. Air-entraining admixtures have seen limited use in RCC. Conventional methods of adding air-entraining admixtures at the mixer have only been marginally successful in entraining proper air-void systems in
Greater economy may be realized by using the largest practical nominal
lean RCC mixtures. Limited data have shown, however, that if air can be
maximum-size aggregate (NMSA). Increasing the NMSA reduces the void
entrained in RCC, significant improvements in resistance to freezing and
content of the aggregate and thereby lowers the paste requirement of a
thawing can be achieved.
mixture. Lower cementitious material contents, in turn, reduce the potential for cracking due to thermal stress in massive sections. The disadvantages of increasing the NMSA are primarily associated with RCC mixing and handling problems. In the United States, the N MSA has generally been limited to 25.0 mm (1 in.) in RCC produced for horizontal applications such
A3.6—Selection of mixture proportions A number of RCC mixture proportioning A3.6.1 General —
as pavements and slabs, and to 75 mm (3 in.) in R CC used in massive
methods have been successfully used to produce mixtures for mass
sections.
concrete applications and pavements and other horizontal concrete construction applications. These methods have differed significantly for a number of reasons. One significant reason has been the philosophy of the
The range in gradings of aggregate used in RCC mixtures has varied from standard graded concrete aggregate with normal size separations to
treatment of the aggregates as either conventional concrete aggregates or as aggregates used in the placement of stabilized materials.
pit- or bank-run aggregate with little or no size separation. Changes in consistency and workability are affected by changes in aggregate grading.
Dos métodos se describen en el presente documento para la selección de las
The relative compactability of RCC is also affected by the aggregate
proporciones de las mezclas de RCC. El primero se recomienda principalmente para su
grading and fines content.
uso en la selección de proporciones de mezclas pobres, que típicamente contienen un 37,5 mm (1-1 / 2 pulg.) O más grande NMSA y que están destinados para su uso en secciones
The volume of coarse aggregate in an RCC mixture directly affects the
relativamente masivas. se recomienda principalmente El segundo método para mezclas de
effort required to compact the mixture. Assuming an adequate volume of
proporción para las secciones relativamente delgadas, tales como pavimentos o losas. El
paste is available in the mixture, a wide range of coarse and fine aggregate
primer método se basa en la dosificación de RCC
gradings is not likely to
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE PROPORCIONES DE HORMIGÓN NO-SLUMP
211.3R-15
meet specified limits of consistency, and the latter method is based on proportioning RCC, using soil’s compaction concepts. Although RCC designed for use in horizontal concrete construction applications can be proportioned using the first method, the second method is limited for use on those mixtures containing 19 mm (3/4 in.) or smaller NMSA. Proportions determined by the use of either procedure should result in mixtures that contain sufficient paste volume to fill voids between aggregate particles and coat individual aggregate particles.
A3.6.2.1 Procedure for proportioning RCC to meet specified limits of consistency — This method uses the modified Vebe test, a s previously described in Section A3.2 , as the basis for determining optimum workability and aggregate proportions. The vibration time for full consolidation is measured and compared with field-compaction tests conducted with vibratory rollers. The desired time is determined based on the results of density tests and evaluation of cores. The vibration time is influenced by a number of parameters of the m ixture, including water content, combined aggregate grading, NMSA, fine aggregate content, and content of material finer than the 75 µ m (No. 200) sieve. Mixtures that contain relatively clean concrete sands and fixed aggregate grading in lines 18 and 19 with 38 mm (1-1/2 in.) NMSA generally require 15 to 30 s to fully consolidate. Those mixtures containing clean sands, fixed aggregate grading, and 19 mm (3/4 in.) or smaller NMSA to be used for horizontal construction applications require approximately 35 to 50 s to fully consolidate.
Fig. A3.1—Relation between unit water content and compressive strength of mass concrete.
encontrado que es un medio adecuado para la determinación de la w / cm requerido para consideraciones de resistencia. Una vez que el mortero es proporcional a satisfacer los
A3.6.2.2 Water content— Esas mezclas con volúmenes de pasta en exceso de
requisitos de resistencia, porcentajes variables de mortero y agregado grueso puede ser
volúmenes de huecos agregados consolidará plenamente a aproximadamente 98%
proporcionada para lograr una trabajabilidad dada medida por el tiempo Vebe. Estas
de sus densidades teóricas como se define por la norma ASTM C 138. Las
determinaciones se basan en el mortero requerida por unidad de volumen de RCC.
variaciones en el contenido de agua mezcla afectará directamente al esfuerzo de compactación requerida para lograr la consolidación completa. El contenido de agua
A3.6.2.4 contenido de agregado fino -El contenido de vacíos de
óptimo de una mezcla dada es que cuya variabilidad tiene el menor efecto sobre
agregado fino, tal como se determina en las mediciones de densidad rodded secos,
esfuerzo de compactación de integración global. Si el contenido de agua de una
normalmente varía de 34 a 42%. El volumen mínimo de pasta puede ser
mezcla es demasiado baja, los huecos agregados ya no serán llenados con pasta y
determinada por las curvas de densidad máxima en mucho la misma manera que el
la fuerza de la mezcla disminuirán aunque el w / cm ha disminuido. Figura A3.1
contenido óptimo de agua se determina en los suelos. El agregado fino se añade en
muestra un ejemplo de la variación de la fuerza con contenido de agua para un
incrementos iguales a la pasta de proporciones en el baño determinados para la
contenido de materiales cementosos fija.
mezcla, y las mediciones de densidad espécimen se hacen usando ASTM D 1557 o vibración extendida. Los valores de densidad se representan gráficamente frente a los volúmenes de pasta calculado y el volumen de pasta producir la densidad
A3.6.2.3 contenido- material cementoso E l contenido de material de cemento se
máxima de las probetas de mortero pueden ser determinadas. El volumen de pasta,
utiliza en mezclas de RCC depende de la resistencia especificada, requisito de fianza
como una proporción del volumen total del mortero, debería aumentarse de 5 a 10%
entre las capas, y consideraciones térmicas. Para un contenido de materiales de
para las mezclas de hormigón en masa, y de 20 a 25% para aquellas mezclas
cemento dado, la fuerza a una determinada edad se maximiza cuando el volumen de
diseñadas para su uso cuando un mortero de unión no se utiliza entre ascensores
pasta es justo lo suficiente para llenar el vacíos agregado. Fuerza se reducirá si el
horizontales de RCC.
volumen de pasta no es suficiente para llenar los vacíos de aire atrapadas o si el contenido de agua se incrementa a un punto que crea exceso de pasta pero un mayor w / cm. Por lo tanto, cuando aumenta el contenido de pasta, el contenido de agua se
A3.6.2.5 contenido de agregado grueso —For any NMSA,
puede reducir y la fuerza optimizado sin perder trabajabilidad. Para la mayoría de 150
the minimum aggregate volume to produce no-slump consistency can be
de tipo I o II cementos ASTM C, Fig. A3.2 s e puede utilizar como una guía para la
determined by proportioning the mortar fraction to yield the approximate
proporción RCC igual resistencia para proporciones variables de cemento portland y
strength that is required and then adjusting the proportions of coarse
ASTM C 618 Clase F puzolanas. Resultados similares se pueden esperar con otras
aggregate and mortar to achieve a zero slump. Once the coarse
puzolanas. El uso de pruebas de resistencia a la compresión de mortero también han
aggregatemortar ratio that yields zero slump is determined, the coarse
sido
aggregate can be increased until the ratio is reached that results in the desired modified Vebe time. The absolute
211.3R-16
ACI COMMITTEE REPORT
Table of notation p/c = v olumetric ratio of pozzolan to cement P T = m inimum paste content P v = r atio of air-free volume of paste to air-free volume of mortar
olume of coarse aggregate V CA = v olume of air in mixture V A = v nit volume of concrete upon which proportions are based C v = u ir-free volume of paste V P = a V MT = t otal mortar volume
ir-free volume of mortar V m = a olume of fine aggregate V FA = v olume of water V W = v olume of cement V C = v olume of pozzolan V F = v w/c+p = v olumetric ratio of water to cement plus pozzolan
Step 5— C alculate the air-free volume of paste, V P,f rom V P = ( P T/ 100 × V MT) – V A V MT = T otal mortar volume = C V – V CA
where
Or if a value of P v i s selected in Step 2 V P = V m × P v where
V m = v olumen libre de aire de mortero = do V - V California - V UN
Fig. A3.2—Proportioning curves for equal-strength concrete.
segundo
Paso 6 - Determinar el volumen agregado fino, V FA, de
Table A3.1—Recommended absolute volumes of coarse aggregate per unit volume of RCC NMSA*, mm (in.)
Absolute volume, % of until RCC volume
150 (6)
63 to 64
115 (4-1/2)
61 to 63 57 to 61
75 (3)
*
37.5 (1-1/2)
52 to 56
19 (3/4)
46 to 52
9.5 (3/8)
42 to 48
NMSA = nominal maximum size aggregate.
V FA = do V - V California - V PAG - V UN
o V FA = V metro x ( 1 - PAG v)
Paso 7 - Determinar el volumen de agua de prueba, V W, de V W = V PAG × w / (c + p) / [ 1 + w / (+ p c)]
dónde: w / (c + p) = relación de los materiales de cemento de agua,
por volumen (Fig. A3.2). Paso 8 - Determinar el volumen de cemento, V DO, de
V C = V W / { w / (c + p) X [1 + ( p / c)]} Paso 9 -Determinar el volumen puzolana, V F, de V F = V do x ( p / c) Paso 10 - Calcular la masa de cada material
volume for coarse aggregate per unit volume of RCC will generally fall within the limits of Table A3.1.
por multisurcando su volumen absoluto por su respectivo densidad aparente sólido.
A3.6.3 Proportioning steps — Step 1 — Select the volumetric pozzolan-cement ratio ( p/c)
paso 11 p ruebas de coherencia -Realizar en lotes de prueba como
and w/(c+p) f rom Fig. A3.2 for the production of trial mortar and concrete
discutido previamente para conseguir el tiempo Vebe modificado deseado o para
batches.
determinar la duración mínima vibración necesaria para lograr la máxima densidad
Step 2 — Determine the minimum paste content P T a s a percentage of the total mortar volume using procedures previously discussed. As an
de compactado. Paso 12 - Después de los volúmenes agregados finales se seleccionan,
alternative, the ratio of the air-free volume of paste to the air-free volume of
proporción al menos dos lotes-uno adicionales que tienen una superior y uno que
mortar, P v,
tiene una menor w / cp. Terreno frente a la fuerza w/cp
in the range of 0.38 to 0.46 can be selected. Careful attention should be
to determine the final mixture proportions.
given to selecting this value if it is not based on specific test results.
A3.6.4 Example problem —Concrete is required for a large, 1200 mm (48 in.) thick overflow slab located in a moderate exposure
Step 3 — Determine the volume of coarse aggregate, V CA,
environment. The specified compressive strength is 14 MPa (2000 psi) at
by trial methods as previously discussed until the desired modified Vebe
90 days. Water velocities will be less than 12 m/s (40 ft/s), and the concrete
time is obtained or by selection from Table A3.1.
will be continuously submerged. No reinforcement is required and the area is accessible to large equipment. Placement conditions allow the use of 75
Step 4 — Assume the entrapped air content is 1.0 to 2.0% of the total concrete volume. Calculate the volume of air in the mixture from
V A = ( a ir content/100) × C V
mm (3 in.) NMSA. Three coarse-aggregate size groups, consisting of 4.75 to 19 mm (No. 4 to 3/4 in.), 19 to
37.5 mm (3/4 to 1-1/2 in.), and 37.5 to 75 mm (1-1/2 to 3 in.),
GUIDE FOR SELECTING PROPORTIONS FOR NO-SLUMP CONCRETE
serán utilizados en el hormigón. Estos agregados gruesos se combinarán en las
211.3R-17
Step 11 — A sample taken from the trial batch indicates the
proporciones de 34, 26, y 40% en volumen, respectivamente, para que coincida con la
modified Vebe time is only 11 s. Adjust the trial mixture proportions by
clasificación combinada idealizada dada en ACI 211.1. Tipo II cemento portland y
either increasing P v o r decreasing V CA,o r both, and recalculate the material
cenizas de Clase F están disponibles y se especificará. Proporción una mezcla de
absolute volumes and masses.
RCC que tiene un tiempo Vebe modificada de 15 a 20 s, que permitan lograr la
Step 12— A fter the aggregate volumes are finalized, proportion two additional mixtures; one having a higher and one having a lower w/(c+p). Plot
resistencia a la compresión especificado.
compressive strength versus Paso 1 m ezcla inicial -Un estará en proporción con p / c =
w/(c+p) to determine the final mixture proportions.
3. (mezclas subsiguientes también probable ser proporcionadas con otro ordenador
Steps 3-10 in inch-pound units
Step 3— From Table A.3.1 , the per centage of aggregate, by
personal s ). De F ig. A3.2 , w / (c + p) = 1 ,3 en vol umen.
absolute volume, per unit volume of concrete is selected to be 59.
Paso 2 - basado en la experiencia anterior, un valor de PAG v = 0.39 se selecciona para la relación del volumen libre de aire de la pasta con el volumen libre de
Therefore, V ca = 0 .59 × 27 ft
aire de mortero.
Los pasos 3-10 se presentan en unidades SI y se repiten en unidades pulgada-libra, que se muestran en el texto enmarcado.
Paso 3 - De Tabla A3.1 , the percen tage of aggregate, by absolute volume, per unit volume of concrete is selected to be 59. Therefore,
3 = 1 5.93
ft
3
and
No. 4 to 3/4 in. = 0.34 × 15.93 ft 3 = 5 .42 ft
3
3/4 to 1-1/2 in. = 0.26 × 15.93 ft 3 = 4 .14 ft
3
1-1/2 to 3 in. = 0.4 × 15.93 ft 3 = 6 .37 ft
3
Step 4 —An entrapped air content of 1.0% is assumed. The
V ca = 0 .59 × 1 m
.59 3 = 0
m
volume of air, V A, is:
3
and
V A = ( 1 .0/100) × 27 ft 4.75 to 19 mm = 0.34 × 0.59 m 3 = 0 .201 m
3
19 to 37.5 mm = 0.26 × 0.59 m 3 = 0 .153 m
3
37.5 to 75 mm = 0.40 × 0.59 m 3 = 0 .236 m
3
3 = 0 .27
ft
3
Step 5 — The air-free volume of mortar, V m, is: V m = 27 ft
3 –
(0.59 × 27 ft
3) –
0.27 ft
3
The value of V p is:
Step 4 —An entrapped air content of 1.0% is assumed. The
V p = 1 0.80 ft
volume of air, V A, is:
3 ×
0.39 = 4.22 ft
3
Step 6 — The fine aggregate volume, V FA, is:
V A = ( 1 .0/100) × 1 m
3 = 0 .01
m
3
V FA = 1 0.80 ft
Step 5 — The air-free volume of mortar, V m, is: V m = 1 m 3 – (0.59 × 1 m
3) –
0.01 m
V W = ( 4 .22 × 1.3)/(1 + 1.3) = 2.39 ft
= 0.40 m 3
3
V c 3
3
Step 8 — The volume of cement, V c, is:
The value of V P is:
= 2.39/[1.3 × ( 1 + 3)] = 0.46 ft 3
Step 9— T he volume of fly ash, V F, is:
Step 6 — The fine aggregate volume, V FA, is:
V F = 0 .45 × 3 = 1.38 ft
V FA = 0 .40 m 3 × (1 – 0.39) = 0.244 m
3
3
Step 10 — The bulk density of each material is (specific
Step 7 — The volume of water, V W, is:
gravity × 62.4):
V W = ( 0 .156 × 1.3)/(1 + 1.3) = 0.088 m
3
Step 8 — The volume of cement, V C, is: V C = 0 .088/[1.3 × (1 + 3)] = 0.017 m
3
Step 9 — The volume of fly ash, V F, is: V F = 0 .017 × 3 = 0.051 m
( 1 – 0.39) = 6.59 ft
Step 7 — The volume of water, V W, is: 3 f
V P = 0 .40 m 3 × 0.39 = 0.156 m
3 ×
3
Step 10 — The bulk density (saturated surface dry basis) of each of the materials is:
cement
= 196.6 lb/ft 3
fly ash
= 143.5 lb/ft 3
No. 4 to 3/4 in. = 169.1 lb/ft 3 3/4 to 1-1/2 in. = 170.4 lb/ft 3 1-1/2 to 3 in.
fine aggregate = 167.9 lb/ft 3 water
cement
= 3150 kg/m 3
fly ash
= 2300 kg/m 3
= 170.4 lb/ft 3
= 62.4 lb/ft 3
Then the mass of each material (saturated-surface dry basis) required for 1 yd 3 o f concrete is (volume in proportions × bulk density):
4.75 to 19 mm = 2710 kg/m 3 19 to 37.5 mm = 2730 kg/m 3
cement
= 88.5 lb
37.5 to 75 mm = 2730 kg/m 3
fly ash
= 198.1 lb
fine aggregate = 2690 kg/m 3 water
= 1000 kg/m 3
Then the mass of each material (saturated-surface dry basis) required for 1 m 3 o f concrete is (volume in proportions
No. 4 to 3/4 in. = 916.5 lb 3/4 to 1-1/2 in.
= 705.3 lb
1-1/2 to 3 in.
= 1085.1 lb
fine aggregate = 1106.2 lb water
× bulk density):
= 147.9 lb cement
= 54 kg
fly ash
= 117 kg
4.75 to 19 mm = 545 kg 19 to
Steps 11 and 12 remain the same as before.
37.5 to 75 mm = 644 kg fine
A3.7—Proportioning using soil compaction concepts A3.7.1 General— T his proportioning method involves establishing a
aggregate = 656 kg water
relationship between the dry density and moisture content of the RCC by
37.5 mm = 418 kg
= 88 kg
compacting specimens at a
211.3R-18
ACI COMMITTEE REPORT
Table A3.2—Recommended RCC pavement combined aggregate grading limits Sieve size
and should be determined in accordance with ASTM C 566. After completion of compaction tests conducted at incremental moisture contents, the moisture-density data points are plotted, and a smooth curve is drawn
Cumulative percent passing
25 mm (1 in.)
through them. The peak of the parabolic curve establishes the optimum
100
moisture content ( F ig 3 .3 ).
19 mm (3/4 in.)
82 to 100
12.5 mm (1/2 in.)
72 to 93
9.5 mm (3/8 in.)
66 to 85
A3.7.5 Proportioning steps —
4.75 mm (No. 4)
51 to 69
Step 1 — Combine dry coarse and fine aggregate to produce a
2.36 mm (No. 8)
38 to 56
grading within the limits of Table A3.2. Approximately 9 kg (20 lb) of the
1.18 mm (No. 16)
28 to 46
combined aggregate are needed for each moisture-density test.
600 µ m (No. 30) 30)
18 to 36
300 µ m (No. 50)
11 to 27
Step 2— S elect a cementitious materials content according to the
150 µ m (No. 100)
6 to 18
compressive or flexural strength. For RCC pavements having specified
75 µ m (No. 200)
2 to 8
flexural strengths as determined in accordance with ASTM C 78, of 4 to 5 MPa or 600 to 700 psi, the amount of cementitious materials used should range between 12 and 16% by mass of dry aggregate. The value selected will
given compactive effort over a range of moisture content. It is similar to the
depend partially on the type and amount of pozzolan used.
method used to determine the relationship between the moisture content and dry density of soils and soil-aggregate mixtures. The compaction equipment used includes a 4.54 kg (10 lb) compaction hammer having an 457 mm (18 in.) drop and a 152 mm (6.0 in.) diameter steel mold having a height of 116 mm (4.6 in.). Both are described in ASTM D 1557. The method is suited to those mixtures that have a NMSA of 19 mm (3/4 in.) or less and cementitious material contents greater than typically used in RCC mixtures for massive sections. It should generally be considered for use in proportioning RCC mixtures for relatively thin section such as pavements or slabs. The compactive effort to be applied to the moisture-density
Step 3 — Using the combined aggregate and the selected cementitious materials content, determine the optimum moisture content of the RCC in accordance with ASTM D 1557. A minimum of four moisture-density specimens should be molded, and each specimen should be prepared from a separate batch of RCC to avoid excessive cement hydration. Each successive batch should contain a higher moisture content than previous ones. This is done by adding sufficient water to the batch so as to increase the RCC moisture content, as a percentage of the dry mass of RCC by 0.75 to 1.0%.
specimens corresponds to that described in ASTM D 1557. Step 4 — Determine the optimum moisture content by plotting the dry mass of each specimen versus its respective moisture content and drawing a smooth curve through these plotted points ( Fig. A3.3 ). The
A3.7.2 Cementitious materials content— T he cementitious materials content is determined by the compressive or flexural strength at the
moisture content a nd dry density co rresponding to the peak of this curve is the optimum moisture.
optimum water content for different mixtures. The cementitious material content is expressed as a percentage of the dry mass of aggregate. The
Step 5 — Assume an entrapped air content of 2.0%. (The
cementitious material content for RCC pavements generally ranges from 10
actual value can be calculated from compaction test results and the zero
to 17%, depending on the strength and durability requirements. This range
air-voids curve.)
corresponds to approximately 210 to 360 kg/m
3 or
350 to 610 lb/yd
3 of
cementitious material.
Step 6 — Using the optimum moisture content, the selected cementitious materials content, and the value for the air content, calculate the absolute volumes and masses of the materials for the required unit volume of
A3.7.3 Fine and coarse aggregate content —Fine and
concrete.
coarse aggregate should be blended to create a dense-graded combined
Step 7— F ollow Steps 2 through 6 using a higher and lower cementitious
aggregate. Recommended grading limits for 19 mm (3/4 in.) NMSA to be
materials content. After trial batches are produced at the optimum moisture
used in RCC pavement mixtures are given in Table A3.2. The volume of
content for each cementitious materials content, plot strength versus
fine and coarse aggregate per unit volume of concrete are determined after
cementitious materials content to determine the value needed for the final
the optimum water content of the aggregate-cementitious material mixture is
mixture proportions. Follow Steps 2 through 6 again with the selected
determined.
cementitious materials content to determine the optimum moisture content and recalculate the material absolute volumes and mass.
or a given compactive effort, the optimum A3.7.4 Water content— F moisture content of the mixture is depends upon the properties of the aggregates used and the cementitious material content. Strength loss will
A3.7.6 Example problem —Concrete pavement is required
occur with a moisture content below the optimum. This is due to insufficient
for a large storage terminal located in a moderate climate. The specified
paste and the presence of voids between aggregate particles. Strength loss
flexural strength is 4.5 MPa (650 psi) at 28 days age. Local aggregate
will also occur if the moisture content is significantly above the optimum due
sources are capable of producing ample supplies of aggregate fractions
to an increase in the w/cm.
which, when properly blended, will be well-graded. A nominal maximum-size aggregate of 19 mm (3/4 in.) is selected based on the type
The moisture content (by mass) is expressed as a percent of the dry mass of the aggregate-cementitious material mixture
of modified paving equipment that is anticipated for use. Type I
GUIDE FOR SELECTING PROPORTIONS FOR NO-SLUMP CONCRETE
211.3R-19
portland cement and Class F fly ash are available and will be specified. Proportion an RCC mixture which may be compacted such that it contains not more than 2% voids and will achieve the required strength.
Step 1— Aggregates for the project are supplied in two size groups—4.75 to 19 mm (No. 4 to 3/4 in.) and 75 µ m to 4.75 mm (No. 200 to No. 4). Sieve analysis tests indicate that if 46% of the coarse aggregate is combined with 54% of the fine aggregate, a well-graded combined aggregate grading within the limits of Table A3.2 is produced. Four 9 kg or 20 lb batches of the combined dr y aggregate are bat ched in preparation for the production of compaction test specimens.
Step 2 — A cementitious materials content of 14% by dry mass of aggregates is initially selected for use. A fly ash content of 25% by absolute volume of cementitious materials is also selected. Varying cementitious materials contents and fly ash contents should be considered, depending on specification requirements during the mixture proportioning
Fig. A3.3—Typical moisture-dry density relationship.
study. Steps 3 and 4— C ompaction tests are conducted in accordance with
4.75 to 19 mm = 0.347 m 3 ( 9 45 kg) cement = 0.069 m 3 ( 216 kg)
ASTM D 1557, Method D, at regularly spaced RCC moisture contents. The moisture-dry density curve indicates the optimum moisture content is 5.8%
fly ash
and the maximum dry density of 2348 kg/m 3 o r 146.5 lb/ft
water
= 0.119 m 3 ( 119 kg)
air
= 0.02 m 3
3.
Steps 5 and 6— T he bulk densities (dry basis) of the materials are:
= 0.023 m 3 ( 5 6 kg)
The proportions of materials (dry basis) used in a batch prepared at the optimum moisture content are (in inch-pound units):
cement
= 3150 kg/m 3 ( 1 97 lb/ft
3)
fly ash
= 2450 kg/m 3 ( 1 53 lb/ft
3)
4.75 to 19 mm (No. 4 to 3/4 in.) = 2716 kg/m 3 ( 1 69.5 lb/ft
= 10.80 lb (0.0660 ft 3)
20 lb × 0.46
= 9.20 lb (0.0543 ft 3)
3)
75 µ m to 4.75 mm No. 200 to No. 4) = 2624 kg/m 3 ( 1 63.7 lb/ft water
20 lb × 0.54
No. 4 to 3/4-in.
3)
= 1000 kg/m 3 ( 6 2 lb/ft
3)
=
cementitious material volume = (20 lb × 0.14)/196.56 = 0.01425 ft
3
Calculations are given herein for SI units and the corresponding inch-pound values are in the framed text. The proportions of materials (dry basis) used in a batch prepared at the optimum moisture content are (in SI cement
units):
= (0.1425 ft 3 × 0.75) × 196.56 lb/ft 3
= 2.10 lb (0.01069 ft 3)
each cementitious No. 200 to No. 4 =
4.75 to 19 mm =
9 kg × 0.54
= 4.86 kg (0.00185 m 3)
9 kg × 0.46
= 4.14 kg (0.00152 m 3)
fly ash
= (0.01425 ft 3 × 0.25) × 152.88 lb/ft 3
water
=
20 lb × 0.058
= 0.54 lb (0.00356 ft 3)
= 1.16 lb (0.0186 ft 3)
cementitious total air-free
material volume = (9 kg × 0.14)/ 3150 = 0.0004 m 3 mm= cement
= (0.0004 m 3 × 0.75) × 3150 kg/m 3
= 0.945 kg (0.0003 m 3)
fly ash
= (0.0004 m 3 × 0.25) × = 0.245 kg (0.0001 m 3) 2450 kg/m 3 0.004292 = 228.33 75 µ m to 4.75 mm = 0.422 m 3 ( 1110 kg) 75 µ m to 4.75
water
total air-free batch volume
=
9 kg × 0.058
= 0.1532 ft 3
batch volume
= 0.522 kg (0.000522 m 3) = 0.004292 m 3
For 1 yd 3 o f concrete, multiply the volume of each material by (27 – strength specimens molded and tested at the optimum m oisture content for 0.54)/0.1532 = 172.72
No. 200 to No. 4 (dry) = 11.40 ft 3 ( 1 866.3 lb) No. 4 to 3/4-in. (dry)
= 9.38 ft 3 ( 1 589.7 lb)
cement
= 1.85 ft 3 ( 3 63.6 lb)
fly ash
= 0.61 ft 3 ( 9 3.3 lb)
water
= 3.21 ft 3 ( 2 00.3 lb)
air
= 0.54 ft 3
Step 7 —Follow Steps 2 through 6 using a higher and lower For 1 m 3 o f concrete, multiply the volume of each material by: (1 – 0.02)/
cementitious materials content. After trial batches are produced and flexural
211.3R-20
ACI COMMITTEE REPORT
materials content, plot flexural strength versus cementitious materials content to determine the value needed for the final mixture proportions. Follow Steps 2 through 6 again with the selected cementitious materials content to determine the optimum moisture content and recalculate the material absolute volumes and weights masses.
APPENDIX 4—CONCRETE ROOF TILE MIXTURE PROPORTIONING A4.1—General Concrete roof tiles are generally produced by an extrusion process, although some manufacturers incorporate a vibration and compaction process similar to that for producing masonry units and paving stones. The extrusion process requires a mixture incorporating only fine aggregate, whereas the vibration and compaction process incorporates both fine and
Fig. A4.1—Aggregate grading ranges for concrete roof tiles.
coarse aggregates. This guide deals only with the manufacture of concrete roof tiles by the extrusion process. replacement percentage should be determined so that sufficient early Roof tiles are produced by extruding a concrete mixture into a specific shape (profile) and cutting the extruded section to the proper length. The
strength is obtained for production and handling.
A4.2.3 Normalweight and lightweight aggregates— Most roof tiles are
freshly extruded roof tiles are transported by conveyor t o storage racks and
produced using only normalweight aggregates; however, some production
subsequently placed into kilns for air, mist, or low-pressure steam curing. The
incorporates lightweight aggregate. Lightweight roof tiles are produced
proportioning of materials for the concrete mixture will vary depending on the
mainly for the reroofing market where structures are not designed for
type of materials, the specific tile profile being produced, and the desired
normalweight roof tile dead loads. Considering that patents for lightweight
density.
roof tile production are held by certain manufacturing companies, this guide deals exclusively with the manufacture of roof tiles using normalweight
Material properties most critical for concrete roof tiles are strength,
aggregates.
absorption, durability, density, texture, and aesthetics. The strength of roof tiles is determined by measuring the flexural load capacity.
A4.2.4 Grading and fineness modulus— Fine aggregate only is used in the production of extruded concrete roof tile to facilitate cutting of the
A low-absorption value of concrete roof tiles is a major factor in the design of a roof-framing system due to the effect of increased dead load under inclement weather conditions. Low-absorption values are also thought to improve the durability aspects of roof tiles; however, further
extrudate and producing smooth ends. The fineness modulus of the aggregate should range between 2.2 and 3.0, with a typical value being 2.5. The grading limits that have been recommended by one an international supplier to the roof tile industry are shown in Fig. A4.1.
studies on this subject are warranted.
A4.2.5 Admixtures — The density of roof tiles determines the load per unit area that a structure must support. This can influence the feasibility of using concrete roof tile
Accelerators— D epending on the climate, production schedule, and type of cement, accelerating admixtures are used in the production of roof tiles.
instead of asphaltic shingles for a proposed reroofing operation. Water repellents— I ntegral water repellents can be used to decrease Texture and aesthetics are important for providing the purchaser with an architecturally desirable product that can be manufactured to match pigmented stucco walls or other building elements.
water absorption of roof tile. Use of low w/cm, pozzolans and low-absorption aggregates typically decrease water absorption as well. Plasticizers (wetting agents, water reducers)— Plasticizers can be used to increase the flow of material while improving the texture of the roof tile during extrusion and cutting.
A4.2—Selection of materials ype I and Type III portland cement (ASTM C A.4.2.1 Portland cement— T 150) are typically used in the production of concrete roof tile depending upon the climate, availability, and production schedule for the particular manufacturing facility.
igments are added integrally to the concrete mixture, A4.2.6 Pigments— P or placed in a cement slurry, or both, and applied to the roof tile after extrusion. This is done to obtain the desired aesthetics with the roof tile, either by producing a single color or applying a mottled color to the exposed surface for a specific effect.
ozzolans are sometimes used as partial A4.2.2 Mineral admixtures— P replacement of portland cement. Typically, either Class F or Class C fly ash (ASTM C 618) is used. Class C fly ash is often used because it provides
A4.3—Proportioning procedure A4.3.1 Water-cementitious materials ratio— The w/cm
faster strength gain than Class F. Class C fly ash can be used as a partial
can range from 0.32 to 0.45 depending on the fineness of the aggregate
replacement for cement in the range of 20 to 25%. The cement
and the profile of the roof tile being produced. When the amount of cementitious materials is
GUIDE FOR SELECTING PROPORTIONS FOR NO-SLUMP CONCRETE
211.3R-21
held constant, the w/cm w ill increase with decreasing aggregate fineness
can be calculated as a percent of the total mass of the aggregates. Cement
modulus (due to increased surface area), but it may not be clear how the
content can vary depending on design strength, aggregate grading and
type of roof tile profile being produced influences the w/cm.
quality, and expected curing condition. For ASTM C 90, CMU produced with normalweight aggregates, a cement content of 7 to 10% by mass of
For a given concrete roof tile mixture, the flexural load capacity of a
aggregate is the normal range. Obviously, higher cement factors are
convoluted roof tile will be greater than that of a flat roof tile due to a greater
needed for high-strength CMU and these may exceed 20% by mass of
moment of inertia for the convoluted tile. Therefore, to achieve the same
aggregates. 9
flexural load capacity, the concrete mixture for flat roof tile must be stronger than the mixture for convoluted roof tile. This is accomplished by increasing the cement content of the mixture, which in turn, decreases the
A5.3—Aggregates Aggregates for CMU may be made from either normalweight or
water-cementitious materials content.
lightweight materials. The normalweight materials are generally considered Cement-aggregate ratio by w eight mass —The cement to
to be gravel, crushed limestone, and unprocessed blast-furnace slag.
aggregate ratio varies from 1:2.5 to 1:4.5, with a typical cement to
Normalweight aggregates should conform to the requirements of ASTM C
aggregate ratio for flat and convoluted roof tile being 1:3 and 1:4,
33. Lightweight aggregates may be classified into three general types as
respectively. Example 1 — An example of a convoluted roof tile mixture using Type III portland cement and no admixtures is:
follows:
•
Aggregates prepared by expanding, pelletizing, or sintering products such as blast-furnace slag, clay, diatomite, fly ash, shale, or slate;
1200 kg (2600 lb) sand (FM = 2.60, SSD) 285 kg (620 lb) cement (cement-aggregate ratio = 1:4.2) 123 kg (267 lb) w ater ( w/c = 0 .43) •
Aggregates prepared by processing natural materials, such as
•
Aggregate consisting of end products of coal or coke combustion.
pumice, scoria, or tuff; or
10 kg (22 lb) pigment (3.5% by mass of cement) Example 2 — An example of a flat roof tile mixture using Type III portland cement and no admixtures is: 1200 kg (2600 lb) sand (FM = 2.60, SSD) 387 kg (840 lb) cement (cement-aggregate ratio = 1:3.1) 123 kg (267 lb) w ater ( w/c = 0 .32)
Lightweight aggregates should conform to ASTM C 331. Grading of aggregates— Generally, in CMU manufacture, material passing the 9.5 mm (3/8 in.) sieve and remaining on the 4.75 mm (No. 4) sieve is
13 kg (29 lb) pigment (3.5% by mass of cement)
designated as coarse aggregate. A coarser grading of normalweight aggregate results in less surface area and less inter-particle voids; therefore,
APPENDIX 5—CONCRETE MASONRY UNIT MIXTURE PROPORTIONING A5.1—General This guide contains methods for selecting mixture proportions for
less cement paste is needed. If the volume of cementitious materials is held constant, a lower w/cm can be used resulting in increased strength. Therefore, the ideally graded aggregate is that mixture that contains as much
standard CMU (less than no-slump mixtures) manufactured on conventional
coarse material as can be used, short of producing harshness in the mixture
vibrating block machines. Covered are the selection of cementitious
and an excessively rough-textured CMU.
materials, blending and proportioning aggregates for both normalweight and lightweight units, and curing conditions as they affect mixture proportioning. Mixture proportioning for decorative CMU is not covered due to its highly specialized nature.
Fine aggregates consist of natural sand, lightweight fines or stone screenings, which pass the 4.75 mm (No. 4) sieve. The grading of each aggregate to be used in the mixture should be determined in accordance with ASTM C 136. Fineness modulus— T he specific gravity for natural aggregates is
A5.2—Cementitious materials A5.2.1 Portland cement — Portland cement should conform to ASTM C
essentially constant for all sieve sizes and, as a result, the fineness
150. In certain areas, block cement is used, but this type of cement does not
modulus on a mass basis will directly reflect the volumes occupied by each
have a corresponding ASTM specification. This is a proprietary product and
particular size. In contrast, the specific gravities measured on each sieve
its performance characteristics should be discussed with the cement
size in a typical commercial lightweight aggregate blend reveal a
supplier. Types III and III-A portland cements are frequently used to achieve
progressive increase in specific gravity as the particle size decreases. It is
early strengths and to facilitate handling and storage.
the volume occupied by each size fraction, not the mass of m aterial retained on each sieve, that ultimately determines the void structure, paste
A5.2.2 Supplementary cementitious materials— commonly used
requirements, and workability characteristics. An example is included and
supplementary cementitious materials are ground granulated blast-furnace
shown in Table A5.1 to further demonstrate this differenc e between the
slag (GGBFS), fly ash (ASTM C
mass and volume occupied by particles on each sieve fo r a particular
618, Class F and C) and silica fume. Common additions by mass of cement
lightweight aggregate.
for GGBFS are 20 to 50%. Fly ash is normally used at a rate of 15 to 25% by mass of cement.
A5.2.3 Quantity of cementitious materials— Cementitious materials
From Table A5.1 it can be seen that the fineness modulus by volume of
content of CMU m ixtures can be expressed as kilograms (kg) or pounds (lb)
3.36 indicates a considerably coarser gradation than the fineness modulus by
of material per batch or per CMU (200 mm [8 in.] standard unit). Also,
mass, 3.15. Therefore, because of their unique characteristics, lightweight
cement content
aggregates require a
211.3R-22
ACI COMMITTEE REPORT
Fig. A5.1—Aggregate analysis graph: normal weight.
Table A5.1—Fineness modulus (FM) by mass and volume Cumulative percent retrained Specific gravity
Sieve size, mm or U.S. alternative Percent retained by mass
by mass
(SSD)
Percent retained
Cumulative percent retained
by volume
by volume
9.5 (3/8 in.)
0
0
—
—
—
4.75 (No. 4)
5
5
1.5
5.9
5.9
2.36 (No. 8)
25
30
1.6
27.8
33.7
1.18 (No. 16)
25
55
1.7
26.1
59.8
0.60 (No. 30)
10
65
1.8
9.9
69.7
0.30 (No. 50)
10
75
1.9
9.3
79.0
0.15 (No. 100)
10
85
2.0
8.9
87.9
2.2
12.1
Pan/FM
15
FM by mass
Total 100
3.15
—
Total 100
FM by volume 3.36
significantly larger percentage of material retained on the finer sieves, when
grading for 100% lightweight CMU. Although the curves are empirical, they
computed on a mass basis, than normalweight aggregates to provide a
can be modified to fit local market preferences for surface texture. The
comparable void system. Furthermore, pyroprocessed lightweight aggregate
optimum fineness modulus for normalweight aggregates is generally
particles passing the 150 µ m (No. 100) sieve are extremely beneficial
considered to be 3.70.
because they serve a dual role as both aggregate and pozzolan.
Menzel 8 s howed that the influence of grading (expressed in terms of fineness modulus) on the strength-making characteristics of CMU molded
It is important to recognize that the fineness modulus is a single number
with structural grade lightweight aggregate (LWA CMU) differed from units
index that suggests an average particle size, and identical fineness moduli
incorporating rounded sand and gravel. The compressive strength of the
may be obtained from fundamentally differing gradings. The fineness
CMUs made with expanded shales was essentially constant over a wide
modulus can be useful as an overall qualitative index or for quality control of
range of fineness modulus up to approximately
an individual supplier providing a specific standard gradation, but it is not a reliable index for comparing alternative aggregate sources. From the data
3.5, after which there was a rapid decline in strength levels with coarser
shown in Table A5.2 , it can be seen that an aggregate pro ducer could
gradings. This behavior was opposite to the sand and gravel CMUs, which
supply three different grading textures tha t have identical fi neness modulus
showed an increase of strength, ultimately reaching a maximum at a
that would produce CMUs w ith three significantly different textures.
fineness modulus above 4. Compressive strength levels for LWA CMU s
Because fineness modulus methodology reflects an average particle size,
significantly greater than ASTM C 90 minimums are best achieved when
by keeping the percent retained constant on the 1.18 mm (No. 16) sieve for
finer gradings of structural grade lightweight aggregate are used.
all gradings, one can manipulate numbers and arrive at the same fineness
Systematically eliminating large particles that have an inherently higher
modulus for all three fundamentally different products that satisfy the
porosity, and as a consequence a lower particle strength, will significantly
grading limits in ASTM C 331.
increase the strength. Lowering of the nominal maximum size of aggregate also reduces bridging of particles within the mass and improves the compactability of the mixture.
Figure A5.1 illustrates the ideal grading and range for a blend of normalweight aggregates. A blend of intermediate-weight aggregate shown in Fig. A5.2 and A5.3 illustrates the ideal
Use of optimized gradings will result in a balance of qualities that include production characteristics (smooth feeding,
GUIDE FOR SELECTING PROPORTIONS FOR NO-SLUMP CONCRETE
211.3R-23
Fig. A5.2—Aggregate analysis graph: fine texture intermediate weight.
Fig. A5.3—Aggregate analysis graph: lightweight.
Table A5.2—Comparison of gradings for aggregates with equal fineness modulus ASTM C 331 limits for Sieve size, mm or U.S. alternative
ASTM C 331 limits for
Texture
combined aggregates, % retained
combined aggregates, % Fine
Medium Coarse
retained
9.5 (3/8 in.)
(0)
0
0
0
(0-10)
4.75 (No. 4)
(0-15)
5
10
15
(10-35)
2.36 (No. 8)
—
35
40
45
(35-65)
55
55
55
—
75
70
65
—
85
80
75
(75-90) (85-95)
1.18 (No. 16) 0.60 (No. 30)
(20-60) —
0.30 (No. 50)
(65-90)
0.15 (No. 100)
(75-95)
FM
—
90
90
90
3.45
3.45
3.45
—
compactability, green strength) as well as superior hardened concrete
a uniform, fine-textured surface with an optimum interstitial void system
properties. What is truly important in achieving the consistent quality
within the block concrete. This will, in turn, maximize the thermal, acoustical,
standards required of high-quality LWA CMUs is close attention to specific
and fire resistance as well as the strength-making properties of the finished
individual sieve sizes of aggregate, and in particular, the material retained
product.
on the 4.75 and 2.36 mm (No. 4 and No. 8) sieves (essential for texture control) and that passing the 150 µ m (No. 100) (critical for molding and handling
A5.4—Proportioning procedure Calculation of aggregate proportions— The percentage of coarse and fine
characteristics). Following the gradings recommendations shown in Fig.
aggregate by volume to achieve an optimum fineness modulus grading is
A5.3 will result in
calculated as follows
211.3R-24
ACI COMMITTEE REPORT
strength, surface texture, absorption, and green strength (the ability of a
OMB FM CA FM – C = ------------------------------------------------------( FM CA FM – FA ) × 100
FA%
(A5.1)
freshly molded block to withstand machinery and pallet movement without cracking).
where FM CA and FM FAa re the fineness modulus of coarse and fine
APPENDIX 6—PERVIOUS CONCRETE MIXTURE PROPORTIONING A6.1—General
aggregate, respectively; and FM COMB i s the recommended combined fineness modulus. Example—
This guide provides a method for proportioning no-slump pervious
Given: FM CA = 5 .48; FM FA = 2 .57 Desired
concrete that is used for pavements and other applications where drainage
combined FM
and percolation are needed. Pervious concrete is an open-graded material
COMB = 3 .70
that is bound by cement paste. The structure of the material allows the FA% =
5.48 3.70 – ---------------------------------------------- - 61% = – ) × 100 ( 5.48 2.57
(A5.2)
passage of water, yet provides moderate structural strength. Because of the high percentage of voids, pervious concrete has been used also as an insulating material.
Therefore, the blend would consist of 39% coarse aggregate and 61% fine aggregate, by volume. NOTE: F ineness modulus determinations are normally based on mass retained on given sieve sizes rather than volumes. Volume-based gradings can be developed for use in designing block mixtures; however, experience has shown that mass-determined fineness moduli provide a satisfactory basis for preliminary block mixtures because production adjustments are almost always needed. Block machine compaction and vibration will affect the surface texture of the masonry units as will the moisture content of the
A6.2—Materials Pervious concrete is composed of cement or a combination of cement and pozzolan, coarse aggregate, and water. Occasionally, a small amount of fine aggregate has been incorporated to increase compressive strength and to reduce percolation through the concrete. The most common gradings of coarse aggregate used in pervious concrete meet the requirements of ASTM C 33 sieve sizes 9.5 to 2.36 mm (Size No. 8), 12.5 to
mixture at time of use. 4.75 mm (Size No. 7), and 19.0 to 4.75 mm (Size No. 67). Portland cement should conform to ASTM C 150 or a combination of cementitious materials can be used that conform to the appropriate ASTM specifications.
Calculation of batch quantities— T o determine batch quantities, the volume capacity of the mixer to be used and the dry mass of the aggregates must be determined. For design purposes, the full-rated volume of the mixer is used, yet, total batch size may need adjusting as trial batches are run.
A6.3—Water-cementitious materials ratio The w/cm i s an important consideration for maintaining strength and the void structure of the concrete. A high w/cm
Trial batch example: Mixer volume
= 2.27 m 3 ( 8 0 ft
CA density (dry-rodded)
=1218 =1218 kg/m kg/m 3 ( 7 6 lb/ft
3)
FA density (dry-rodded)
== 1522 1522 kg/m kg/m 3 ( 9 5 lb/ft
3)
reduces the adhesion of the paste to the aggregate and causes the paste to 3)
The paste volume is only a little greater than the voids between the aggregate particles so that the dry-rodded volume is close to the concrete volume. A batch volume of 2.21 m 3 o r 78 ft 3 w ill be used.
flow and fill the voids even when lightly compacted. A low w/cm will tend to cause balling in the mixer and prevent an even distribution of materials. Experience has shown a range of 0.35 to 0.45 will provide the best aggregate coating and paste stability. Higher values of w/cm should only be used if the concrete is lightly tamped or compacted. The w/cm
versus compressive strength relationship, which is normally used with
Mass calculations in SI units: Mass of CA
= 2.21 m 3( 0 .39)1218 kg/m
3 = 1 050
kg
Mass of FA
= 2.21 m 3( 0 .61)1522 kg/m
3 = 2 052
kg
conventional concrete, does not apply to pervious concrete.
= 3102 kg
Total mass of aggregate
Cement factor: assume 10% by mass of aggregate Cement content = 3102(0.10)
A6.4—Durability Freezing-and-thawing tests of pervious concrete indicate poor durability
= 310 kg
Mass calculated in inch-pound units:
if the void system is filled with water. Tests have indicated that durability is improved when the void structure is permitted to drain and the cement
Mass of CA
= 78 ft 3 ( 0 .39) (76 lb/ft
3)
= 2312 lb
paste is air-entrained. No research has been conducted on resistance of
Mass of FA
= 78 ft 3 ( 0 .61) (95 lb/ft
3)
= 4520 lb
pervious concrete to the aggressive attack by sulfate-bearing or acidic
= 6832 lb
water that can percolate through the concrete. Therefore, caution should be
Total mass of aggregate Cement factor: assume 10% by mass of aggregate Cement content
= 6832 (0.10)
used in applications where aggressive water may exist. = 683 lb
The water content is adjusted until the mixture will “ball” in the hand. It will have sufficient cohesion to hold its shape when squeezed but will not exhibit any free moisture. This method is more of a trial-and-error approach than the volumetric
A6.5—Percent voids Compressive strength versus percolation —To ensure that
approach and therefore, is for trial designs only. Test batches must be run
water will percolate through pervious concrete, the percent voids, calculated
through the machine to be used in production to verify such characteristics
as percent air by the gravimetric method (ASTM C 138), should be 15% or
as compressive
greater as shown on
GUIDE FOR SELECTING PROPORTIONS FOR NO-SLUMP CONCRETE
211.3R-25
Fig. A6.1—Minimum void content for percolation based on NAA-NRMCA
Fig. A6.3—Relationship between paste and void content for No. 8
tests and test method.
aggregate size designations.
Table A6.1—Effective b/b o values b/b o
Percent fine aggregates
ASTM C 33
ASTM C 33
Size No. 8
Size No. 67
0
0.99
0.99
10
0.93
0.93
20
0.85
0.86
gate sizes No. 8 and No. 67 for fine aggregate contents of 0, 10, and 20% of the total aggregate.
Fig. A6.2—Relationship between void content and 28-day compressive strength for No. 67 and No. 8 aggregate size.
A6.7—Proportioning procedure The proportioning procedure for pervious concrete is based on the volume of paste necessary to bind the aggregate particles together while maintaining the necessary void content, as shown in Fig. A6.3. The quantity
Fig. A6.1. 6 A t this void content, the compressive strength of the concrete as
of aggregate depends on the dry-rodded density and the b/b o v alues
shown in Fig. A6.2 would be approximately 24 MPa (3500 psi) at 28 days.
selected from Table A6.1. Once the paste volume is determined from Fig.
The higher the percent voids, the higher the percolation rate and the lower
A6.3 and the desired w/cm i s selected, the cement and water quantities can
the compressive strength. The lower the percent voids, the lower the
be determined from the relationship:
percolation rate and the higher the compressive strength. Also, the compressive strength increases as the nominal maximum size aggregate
Paste volume ( V P) = c ement volume + water volume, or
decreases.
V P
= c/ 3 150 + w/ 1 000 (m
3)
In inch-pound units V P
A6.6—Amount of coarse aggregate Coarse aggregate, b/b o,d ry-rodded density tests made by the National Aggregates Association-National Ready Mixed Concrete Association (NAA-NRMCA) 6 s how that the dry-rodded density of coarse aggregate, as determined by ASTM C 29/C 29M, can be effectively used in proportioning pervious concrete, where:
= c/( 3 .15 × 62.4) + w/ 6 2.4 (ft
water-cement ratio is ( w/c) then w = (w/c)c; and
V P = c/ 3 150 + [( w/cm)c/ 1 000] (m
3)
In inch-pound units V p = c/( 3 .15 × 62.4) + [( w/c)c/ 6 2.4] (ft
b/b o = d ry-rodded volume of coarse aggregate in a unit volume of concrete; b
= solid volume of coarse aggregate in a unit volume of concrete; and
b o
= solid volume of coarse aggregate in a unit volume of coarse aggregate. The b/b o v alue automatically compensates
for the effects of different coarse aggregate particle shape, grading, and
3)
where c i s the mass of cement and w i s the mass of water. If the
3)
Therefore, once the paste volume is determined from Fig. A6.3 and the w/cm is selected, the mass of cement can be calculated. When fine aggregate is used, the paste volume should be reduced by 2% for each 10% fine aggregate of the total aggregate for well-compacted pervious concrete, and by 1% for each 10% fine aggregate of the total aggregate for lightly compacted pervious concrete. These reductions are necessary to maintain the same percent voids by volume.
specific gravity. Furthermore, the b/b o v alues for a range of nominal maximum-size aggregates normally used in pervious concrete, 10 to 20
Example— Proportion a well-compacted pervious concrete mixture with a
mm (3/8 to 3/4 in.), are very similar. Table A6.1 gives the b/b o v alues for
No. 8 coarse aggregate (ASTM C 33) that has a dry-rodded density of 1742
coarse aggre-
kg/m 3 ( 108.7 lb/ft 3), a bulk specific gravity (saturated surface dry) of 2.75, and an absorption of
211.3R-26
ACI COMMITTEE REPORT
1.2%. The mixture should have a void content of at least 20% and a
Cement
237 kg/m 3
compressive strength of 14 MPa or 2000 psi at 28 days. The pervious
Water
90 kg/m 3
concrete will be proportioned for w/c = 0.38, which has been selected as a
No. 8 aggregate
stable paste for this example. No fine aggregate will be used in the mixture.
Total mass
= 2072 kg/m 3
Density
= 2072 kg/m 3
Mass of aggregate ( M a) p er m
Check solid volume, per m 3:
3 ( yd 3);
M a = 1 742 × 0.99 = 1725 kg (dry) = 1725 × 1.012= 1746 kg (SSD) M a = 1 08.7 × 0.99 × 27 = 2906 lb (dry) = 2906 × 1.012 = 2941 lb (SSD) Solid volume of aggregate per m 3 ( yd 3)( V a); V a = 1 746/2750 = 0.635 m
3
From Fig. A6.3 , the pe rcent paste by volume is 16.5 when the voids equal 20% and the material is well-compacted. Figure A6.1 indica tes a percolation rate of approximately 125 mm/min (5 in./min) Figure A6.2 indicates a c ompressive stren gth of approximately 17
0.075 m 3
Water
0.090 m 3
No. 8 aggregate
0.635 m 3
Total
0.800 m 3
Volume of voids = 1.000 – 0.800 = 0.200 m
Solid volume of paste per m 3( V P); = 16.5/100 = 0.165 m 3, and
0.165 = c/ 3 150 + ((0.38) c/ 1 000), therefore; = 237 kg/m 3
w = 2 37(0.38) = 90 kg/m
Cement
399 lb/yd 3
Water
152 lb/yd 3
No. 8 aggregate
2941 lb/yd 3 ( S SD)
Total mass
= 3492 lb/yd 3
Density
= 129.3 lb/yd 3
V W = 9 0/1000 = 0.090 m
Cement
2.03 ft 3
Water
2.43 ft 3
No. 8 aggregate
17.14 ft 3
Total
21.60 ft 3
Volume of voids = (27 – 21.60) = 5.4 ft 3
V C = 2 37/3150 = 0.075 m
Percent voids 3
= 20.00
by trial batch and adjusted as required. In addition, it is recommended that
ft 3; and
trial batches include two additional mixtures with 30 kg/m and 30 kg/m 3 ( 5 0 lb/yd
4.46 = c/( 3.15 × 62.4) + 0.38( c/ 62.4) = 2.03 + 2.42, therefore;
= 399 lb/yd 3
3) l ess
0 3 ( 5
lb/yd
ore 3) m
cement. These mixtures should also include
the appropriate adjustments in: 1) water to produce the required w/cm; and in 2) aggregate to maintain the required percent voids. Generally, achieving
V C = 3 99/(3.15 × 62.4) = 2.03 ft w = ( 0 .38)399 = 152 lb
V W = 1 52/62.4 = 2.43 ft
3
The calculated mixture proportions should be checked in the laboratory
3
In inch-pound units V P = ( 1 6.5/100) × 27 = 4.46
c
3
Check solid volume, per lb/yd 3:
MPa (2500 psi).
c
Cement
The batch quantities, per yd 3, a re as follows:
3
V a = 2 941/(2.75 × 62.4) = 17.14 ft
V P
1745 kg/m 3 ( SSD)
3
the required void content and percolation rate with a stable paste are of greater importance than compressive strength of the mixture.
3
The batch quantities, per m 3, a re as follows:
