3. PEVNOST V TLAKU BETONU NA VÝVRTECH Vývrty jsou válcové zkušební vzorky, získané z konstrukce pomocí dobře chlazeného jádrového vrtáku. Vývrty jsou pečlivě vyšetřeny, upraveny buď zabroušením, anebo koncováním a zkoušeny v tlaku normovým postupem. Problematiku vývrtů řeší normy, zejména ČSN EN 12504-1, ČSN 12390-3 a ČSN 73 6172.
3.1.
Popis vývrtů
Po odběru z konstrukce se vývrty nejprve nesmazatelně označí na každé jejich části a vývrty se zdokumentují fotograficky s přiloženým měřítkem - viz obr. 3.1.
Obr. 3.1 Označení a dokumentace jádrového vývrtu. Při popisu vývrtu sledujeme zejména tyto vlastnosti: A) Posouzení kameniva: druh, přibližné složení frakcí, největší velikost zrna na povrchu vzorku, stejnoměrnost rozložení po výšce vývrtu, apod.; B) Zhutnění betonu: vizuálně určením velikosti kaveren, dutin a pórů. Stanoví se celková charakteristika (rozlišuje se beton bez pórů, málo pórovitý, pórovitý, velmi pórovitý, mezerovitý), počet dutin a kaveren, rozměry největší dutiny. C) Poloha výztuže - množství, směr, hloubka, rozměry a druh výztuže. Příklad popisu vývrtu z obr. 3.1.
Kamenivo: Těžené
Zákl. charakteristika: obyčejný hutný Max. velikost, tvar: 25 mm, 20 % zrn tvar. Index > 3
Póry:
Pórovitost: málo pórovitý
Průměr:
Výztuž:
75 mm
Délka:
220 mm
Odhad frakce: 0-16 mm Dutiny: 10 mm 5 mm (ojediněle) Ø 18 mm, žebříková – 10425 (V), hloubka 100 mm od povrchu
Směr výztuže: kolmý k ose 1
.
3.2.
Test karbonatace betonu
Pro hodnocení kvality betonu má význam také fenolftaleinový test karbonatace betonu. Povrch betonu ihned po odvrtání jádra nebo po rozdrcení zkušebního tělesa nastříkáme 1% roztokem fenolftaleinu rozpuštěného v etylalkoholu. Pokud je test pozitivní, tj. povrch betonu se zbarví červeno-fialovou barvou, má beton pH vyšší než 9,5 a není zkarbonatován. Zcela zdravý beton je zásaditý a má pH vyšší než 12,0. Pokud je test negativní (nezbarví se), má beton hodnotu pH nižší než 9,5. Negativní test ukazuje na pokročilou degradaci betonu, který ztrácí funkci pasivní ochrany výztuže proti korozi. Ve cvičení provedeme test po rozdrcení zkušebního tělesa.
3.3.
Úprava zkušebních těles
Zkušební tělesa se ze vzorků vrtných jader připravují řezáním na válce. Přednostní poměry délky vývrtu k průměru podle ČSN EN 12504-1 jsou: a) 2,0, jestliže se má pevnost porovnávat s válcovou pevností; b) 1,0, jestliže se má pevnost porovnávat s krychelnou pevností. Zkoušení na tělesech s d ≠ 150 mm norma ČSN EN 12504-1 řeší následovně: Výsledky na tělesech s průměrem d = 100 mm se nepřepočítávají, považují se za shodné s tělesy o průměru d = 150 mm. Pro zkoušení na tělesech o průměru menším než 100 mm by měly být provedeny kalibrace (pro každý typ betonu vlastní!).
3.4.
Zkoušení tělesa
Zkušební tělesa se pečlivě zabrousí (zakoncují), změří a zváží. Dále se stanoví pevnost v tlaku u každého zkušebního tělesa, a to dělením maximálního zatížení průřezovou plochou, vypočtenou ze středního průměru. Výsledek se zaokrouhlí na nejbližší 0,1 MPa nebo 0,1 N/mm2. Při zkoušce je nezbytně nutné zkontrolovat plochy porušení zkušebních těles – viz. obr. 3.2. V případě, že porušení tělesa neodpovídá požadavkům dle ČSN 12390-3, je třeba výsledek zkoušky vyřadit. Obr. 3. 2 Vyhovující a nevyhovující způsoby porušení válcových zkušebních těles dle ČSN EN 12390-3.
2
3.5. Alternativní přepočty pevnosti v tlaku na tělesech jiných než normových rozměrů Při diagnostice často narážíme na problém, že není možné odebrat vývrty základních normových rozměrů. Dosažená pevnost v tlaku musí pak být přepočítána např. podle zásad ČSN EN 12390-3, Z1. Pro přepočet pevností na válcovou (základní válec o průměru 150 mm a výšce 300 mm) použijeme součinitel štíhlosti c,cyl a součinitel příčného rozměru c,cube. Pro přepočet válcové pevnosti na krychelnou opět použijeme součinitel cyl,cube z normy ČSN EN 12390-3, Z1. Pevnost betonu v tlaku na válcích fc,cyl v MPa se vypočítá ze vztahu
F Ac
f c,cyl c,cube c,cyl kde
F
je nejvyšší dosažená síla při zkoušce v N;
A
je tlačná plocha zkušebního tělesa v mm2;
c,cube je opravný součinitel pro příčný rozměr tělesa různý od 150 mm. Lze ho získat buď experimentálně (min. 16 sad těles), anebo bereme jeho hodnotu c,cube = 0,95 pro d = 100 mm, c,cube = 0,91 pro d = 50 mm.
c,cyl
je opravný součinitel pro štíhlost válce menší než 2,0 (ale > 1,0), který platí pro pevnost fc,cyl v rozsahu od 16 MPa do 60 MPa:
c,cyl 0,80
0,933 26,667
.
Krychelná pevnost betonu fc,cube v MPa se určí ze vztahu
f c,cube cyl,cube f c,cyl kde
cyl,cube je součinitel pro přepočet válcové pevnosti na krychelnou, závislý na hodnotě válcové pevnosti v tlaku – tab. 3.1.
Tab 3.1. - Převodní součinitel při převodu pevnosti betonu zjištěné na válcích základních rozměrů na pevnost krychelnou [ČSN EN 12390-3, Z1] fc,cyl [MPa]
8
12
16
20
25
30
35
40
cyl,cube
1,252
1,252
1,252
1,251
1,249
1,246
1,242
1,236
fc,cyl [MPa]
45
50
55
60
70
80
90
100
cyl,cube
1,230
1,223
1,215
1,206
1,195
1,184
1,172
1,159
Objemová hmotnost betonu s přirozenou vlhkostí Dr v kg/m3 se vypočítá ze vztahu
Dr V
mr V
je objem tělesa v m3;
mr
je hmotnost tělesa v kg;
3
.
3.6. Vyhodnocení pevnosti betonu v konstrukci 3.6.1. Charakteristická pevnost betonu v konstrukci dle ČSN ISO 13822 Charakteristickou pevnost betonu v konstrukci ze zkoušek na vývrtech lze v současné době stanovit podle ČSN ISO 13822 a ČSN 73 0038, kde je uveden obecný postup po všechny druhy materiálů. Tyto normy doporučují provést pro „známé“ betonové konstrukce nejméně 3 až 6 zkoušek. Pokud o sledované konstrukci nemáme spolehlivé informace (např. při průzkumu staré konstrukce), je konstrukce brána jako neznámá, počet vzorků by měl být výrazně vyšší. Z výsledků n zkoušek x1, x2, …, xn materiálové vlastnosti X se stanoví průměr mx, směrodatná odchylka sx, a variační součinitel Vx, podle vztahů
mx
x
i
n
s
;
2 x
( x
mx ) 2 ; n 1
Vx
i
sx mx
Za předpokladu normálního rozdělení materiálové vlastnosti charakteristická hodnota Xk (dolní 5% kvantil) stanoví ze vztahu:
mx mx knVx mx mx kn
X k mx (1 knVx ) , kde
kn
X
se
pak
sx mx kn sx mx
je součinitel pro stanovení 5% kvantilu, který je uveden v tab. 3.2.
Tab. 3.2 Součinitele kn,x pro stanovení 5% kvantilu (charakteristické hodnoty) Počet n
1
2
3
4
5
6
8
10
20
30
∞
kn,x pro Vx 2,31 2,01 1,89 1,83 1,80 1,77 1,74 1,72 1,68 1,67 1,64 známý kn,x pro Vx neznámý
-
-
3,37 2,63 2,33 2,18 2,00 1,92 1,76 1,73 1,64
Variační součinitel Vx lze považovat za známý, jestliže to ukazují dlouhodobé zkušenosti získané za stejných podmínek. Přestože tab. 3.2. naznačuje v tomto případě možnost využití jedné zkoušky, doporučuje se provést minimálně 3 až 6 zkoušek. V případě diagnostiky neznámé konstrukce nelze nižší počet zkoušek než 6 vůbec doporučit, spíše je vhodné počet zvýšit. 3.6.2. Vyhodnocení pevnosti betonu v tlaku v konstrukci podle ČSN EN 13791 Norma ČSN EN 13791 je zaměřena na stanovení pevnosti betonu v konstrukci a měla by být využívána spíše u „nových“ konstrukcí. K stanovení charakteristické pevnosti betonu v talku v konstrukci by se s ohledem na zabezpečení potřebné spolehlivosti mělo vyzkoušet co největší množství vývrtů, přičemž z jednotlivého prvku to musí být minimálně 3 vývrty. Pro posouzení shody uvádí tato kritéria:
4
Kritérium A (pro nejméně 15 vývrtů)
f ck,is f m(n),is 1,48s
f ck,is fis,nejmenší 4
Platí menší z obou výsledných hodnot, přitom musí být ověřeno, zda se jedná o normální rozdělení. Jestliže se neprokáže, že soubor výsledků má normální rozdělení, má se provést nové hodnocení, např. tak, že soubor se rozdělí na dva. Kritérium B (pro 3 až 14 vývrtů)
f ck,is f m(n),is k
f ck,is fis,nejmenší 4
Platí menší z obou výsledných hodnot. Pokud výsledek je značně na straně bezpečnosti, doporučuje se odebrat více vývrtů. V kritériích: je charakteristická pevnost betonu v tlaku v konstrukci, je průměrná pevnost betonu v tlaku stanovená na n počtu vývrtů, je nejmenší pevnost zjištěná na vývrtech, je směrodatná odchylka pevností vývrtů; pokud je menší než 2,0 MPa, dosadí se hodnota 2,0 MPa. k je součinitel závislý na počtu vývrtů n (pro 3-6 vývrtů k=7, pro 7-9 vývrtů k=6, pro 10-14 vývrtů k=5. ČSN EN 13791 požaduje pro splnění požadavku na projektovanou pevnost betonu dosažení v konstrukci pouze 85 % charakteristické pevnosti na normových tělesech. Hodnoty charakteristické pevnosti in situ jsou uvedeny v tab. 3.3 fck,is fm(n),is fis,nejmenší s
Tab. 3.3 - Minimální charakteristická pevnost v tlaku betonu v konstrukci podle normy ČSN EN 13791 Pevnostní třída betonu Poměr charakteristické pevnosti Minimální charakteristická podle ČSN EN 206-1 betonu v tlaku v konstrukci pevnost betonu v tlaku v k charakteristické pevnosti betonu konstrukci N/mm2 v tlaku normových těles fck,is,cyl fck,is,cube C8/10
0,85
7
9
C12/15
0,85
10
13
C16/20
0,85
14
17
C20/25
0,85
17
21
C25/30
0,85
21
26
C30/37
0,85
26
31
C35/45
0,85
30
38
C40/50
0,85
34
43
C45/55
0,85
38
47
C50/60
0,85
43
51
5
