VÝHODY DESTRUKTIVNÍHO ZKOUŠENÍ: přímá metoda měření metodika měření je široce uznávána, výsledky jsou srovnatelné a srozumitelné

Doc.Ing. Karel Trtík CSc.

BZ1 - Technologie betonu I

Přednáška: 5.

Strana: 1

.

ZKOUŠENÍ VLASTNOSTÍ ZTVRDLÉHO BETONU Základní vlastností betonu, která je předmětem zkoušení, je jeho pevnost. Pro její stanovování je možné používat dvou metodických postupů: n zkoušky destruktivní n zkoušky nedestruktivní DESTRUKTIVNÍ ZKOUŠKY PRINCIP DESTRUKTIVNÍHO ZKOUŠENÍ: § zkoušku provádíme na zkušebním tělese § těleso vystavíme ve speciálním zařízení účinku rostoucí síly až do jeho destrukce § zaznamenáme maximální hodnotu síly § z její velikosti stanovíme, na základě smluveného matematického výrazu, hodnotu fiktivního napětí, kterou prohlásíme za pevnost betonu VÝHODY DESTRUKTIVNÍHO ZKOUŠENÍ: § přímá metoda měření § metodika měření je široce uznávána, výsledky jsou srovnatelné a srozumitelné NEVÝHODY DESTRUKTIVNÍHO ZKOUŠENÍ: § ke zkoušce je třeba mít k dispozici zkušební těleso; proto je získaný soubor výsledků obvykle jen omezený § destruktivní zkoušky jsou podstatně náročnější na technické vybavení a tudíž jsou i dražší § zkoušíme beton, který má sice složení blízké betonu v konstrukci, ale způsob ukládání, hutnění i ošetřování se může významně lišit; tato nevýhoda je eliminována při odběru zkušebního tělesa z betonové konstrukce (např. jádrové vývrty) ZKOUŠKY PRO STANOVENÍ TLAKOVÉ PEVNOSTI BETONU: KRYCHELNÁ PEVNOST Pevnost v tlaku stanovovaná na tělesech tvaru krychle o velikosti hrany 150 mm. Velikost krychle ovlivňuje hodnotu pevnosti. Čím většího tělesa je při zkoušce použito, tím je stanovená hodnota pevnosti menší.

Určeno posluchačům Stavební fakulty ČVUT v Praze Doporučeno posluchačům paralelek ve kterých přednáší autor syllabu.

1



Přednáška: 5.

Strana: 2

.

Těleso musí být uloženo do zkušebního lisu tak, aby tlak zkušebního zařízení působil kolmo na směr hutnění (vrstva betonu, která se při výrobě nachází ve vodorovné rovině, musí být při zkoušení v rovině svislé). Výsledek zkoušky je významně ovlivněn třením ve styčné spáře mezi zkušebním tělesem a tlačnou plochou zkušebního lisu. Třecí síla brání možnosti volné příčné deformace ve směru kolmém na působící tlakovou sílu. Působí tedy jako síla, která zpevňuje oblast zkušebního tělesa v dotyku s čelistmi lisu. Tato okolnost je příčinou cca 20 - 30% nárůstu pevnosti oproti takovému uspořádání zkoušky, při kterém by bylo tření ve styčné ploše eliminováno. Rovněž geometrický tvar plochy porušení se podstatně změní, je-li tření odstraněno. Krychle se při klasickém uspořádání poruší ve tvaru dvoukuželové či dvoujehlanové plochy, zatímco při vyloučení třecí síly se táž krychle poruší osnovou prakticky svislých trhlin. Za krychelnou pevnost se považuje hodnota tlakového napětí odvozená z velikosti maximální síly zaznamenané při zkoušce ve zkušebním lisu a velikosti vodorovného středního řezu krychle při jejím zkoušení. HRANOLOVÁ PEVNOST Stanovuje se obvykle na hranolech o rozměru 100 x 100 x 400 nebo 150 x 150 x 600 mm. Hranol se poruší osnovou svislých trhlin v jeho střední části, tedy v té části, která již není ovlivněna zpevněním třecí silou v blízkosti dotyku s čelistmi zkušebního lisu. Hodnota hranolové pevnosti je cca 70 - 80% pevnosti krychelné. VÁLCOVÁ PEVNOST Novější předpisy (ENV 206) umožňují hodnocení jakosti betonu na základě zkoušek na válcích o velikosti průměru 150 mm a výšce 300 mm. Pevnost stanovená na normových válcích je cca 80% pevnosti krychelné. PEVNOST V TLAKU ZA OHYBU Zatímco napjatost vylolaná ve zkušební krychli se ve skutečné konstrukci vyskytuje jen zřídka, je namáhání struktury betonu tlakem vzniklým působením ohybového momentu jevem velice častým. Přesto se zkoušení pevnosti betonu při takto vyvolané napjatosti provádí jen výjimečně. Důvodem je potřeba speciálního zkušebního tělesa - trámce, který musí být vyztužen tak, aby při jeho zatížení nedošlo k porušení vlivem napjatosti v tažené oblasti, ale drcením betonu v oblasti tlačené. Tolik potřebná hodnota pevnosti betonu v tlaku při působení ohybového momentu je proto prakticky vždy odvozována z hodnot pevností stanovených při namáhání struktury betonu dostředným tlakem. ZKOUŠKY PRO STANOVENÍ TAHOVÉ PEVNOSTI BETONU: PEVNOST V PROSTÉM (OSOVÉM) TAHU Zkoušku pevnosti v osovém tahu lze uskutečnit na tělesech tvaru hranolu nebo válce. Ještě nedávno byla realizovatelná pouze obtížně, neboť vnesení tahové osové Určeno posluchačům Stavební fakulty ČVUT v Praze Doporučeno posluchačům paralelek ve kterých přednáší autor syllabu.

2



Přednáška: 5.

Strana: 3

.

síly do zkušebního tělesa je nesnadné. Teprve s dostupností moderních lepidel, umožňujících připojit ke zkušebnímu tělesu ocelový přípravek který lze sevřít do čelistí zkušebního lisu, lze zkoušku uskutečnit bez větších obtíží. Přesto se provádí spíše výjimečně, neboť její výsledek je mimořádně závislý na ideálním vnesení osové síly. I při vnesení malých výstředností (např. v důsledku nedokonale souosého přichycení ocelových přípravků) významně ovlivňuje stanovenou hodnotu pevnosti a zejména statistický rozptyl stanovované charakteristiky. PEVNOST V PŘÍČNÉM TAHU Principiálně vychází ze skutečnosti, že při lokálně vneseném tlakovém napětí dojde dříve k porušení zkušebního tělesa od příčných tahových napětí. Vnesení tlakové síly nepředstavuje žádný větší technický problém, i když i zde je třeba pečlivého osazení do zkušebního zařízení. Zkouška je nejčastěji prováděna na zkušebních krychlích shodných s těmi, na kterých je zkoušena pevnost krychelná. Tato zkouška je doporučována řadou normových předpisů (nejen ČSN 73 2400 i ČSN P ENV 206, ale i předpisy a doporučení ISO). V literatuře bývá někdy označována jako zkouška grenobelská. Zkoušku lze uskutečnit i na tělesech tvaru válce. Tato zkouška je nazývána zkouškou brazilskou. Již jen výjimečně je používáno zkoušení pevnosti betonu v příčném tahu na krychlích uložených nakoso, při kterém není třeba přípravků tvaru kruhové úseče. PEVNOST V TAHU ZA OHYBU Je zkoušena na trámcích stejné velikosti, jakou mají trámce používané pro zkoušku pevnosti tlakové. Trámec může být ve zkušebním zařízení uložen buď tak, že je zatěžován jedním břemenem v polovině rozpětí, nebo dvěma břemeny uloženými ve třetinách rozpětí. V prvém případě, vzhledem k průběhu ohybového momentu, předem určujeme, že k porušení dojde právě v polovině rozpětí trámce, definujeme tedy místo porušení. V případě druhém, kdy je ohybový moment (zanedbáme-li účinek vlastní tíhy) ve střední třetině trámce konstantní, dojde k porušení v nejslabším místě tohoto úseku zkušebního tělesa. Výsledek zkoušky při druhém uspořádání je proto více na straně bezpečnosti. I při této zkoušce musí být trámec umístěn ve zkušebním lisu tak, aby směr zatížení působil kolmo na směr hutnění, tj. horní plocha trámce při výrobě je při zkoušení boční stěnou. JINÉ DESTRUKTIVNÍ ZKOUŠKY BETONU Destruktivní metodikou zkoušení je rovněž ověřována schopnost betonu spolupůsobit s betonářskou výztuží. Při zkoušce je sledováno chování ocelového prutu zabetonovaného do betonové krychle nebo betonového trámce. Stanovuje se síla, která odpovídá podmínkami zkoušky předepsané hodnotě vzájemného posunutí ocelové tyče a okolního betonu. Při zabetonování do krychle je tyč namáhána osovým tahem, při zabetonování do trámce tahem vzniklým působením ohybového momentu. Výsledek Určeno posluchačům Stavební fakulty ČVUT v Praze Doporučeno posluchačům paralelek ve kterých přednáší autor syllabu.

3



Přednáška: 5.

Strana: 4

zkoušky je významně ovlivněn jednak geometrickým tvarem povrchu výztuže.

vlastnostmi

struktury

betonu,

.

jednak

Jednou z moderních metod zkoušení pevnosti struktury betonu je zkouška, při které je zkušební těleso namáháno kroutícím momentem. Výhodou této zkoušky je zcela obecný geometrický tvar plochy porušení. Tento tvar je předem v minimální míře ovlivněn uspořádáním zkoušky. Naopak v míře maximální je ovlivněn právě vlastnostmi struktury zkoušeného betonu.

Obr.1: Schéma uspořádání a vyhodnocení zkoušek pevnosti betonu v příčném tahu a v tahu za ohybu


4



Přednáška: 5.

Strana: 5

.

NEDESTRUKTIVNÍ ZKOUŠKY PRINCIP NEDESTRUKTIVNÍHO ZKOUŠENÍ: § stanovíme hodnotu jistého znaku betonu § za pomoci tzv. kalibračního vztahu určíme z hodnoty znaku hodnotu hledané pevnosti Jak plyne z předchozího, zkoušky destruktivní lze označit jako zkoušky přímé, zkoušky nedestruktivní pak jako nepřímé (stanovujeme během nich jiný znak než přímou pevnostní charakteristiku). VÝHODY NEDESTRUKTIVNÍHO ZKOUŠENÍ: § je možné jej uskutečnit přímo na betonu v konstrukci, tj. na betonu, který má nejen složení blízké předpokládanému, ale jehož vlastnosti jsou obrazem skutečného způsobu ukládání, hutnění i ošetřování, § jsou obvykle levnější, § lze získat statistický soubor o podstatně větším počtu prvků, § velice často jsou jediným možným způsobem, jak pevnost betonu stanovit. NEVÝHODY NEDESTRUKTIVNÍHO ZKOUŠENÍ: § závislost stanovené pevnosti na zkouškou určené hodnotě znaku je pouze stochastická, § nejčastěji používané metody nedestruktivního zkoušení vycházejí pouze z vlastností povrchových vrstev betonu; ten nemusí být charakteristickým obrazem betonu v konstrukci. Základem nedestruktivní metody je existence dostatečně věrohodného kalibračního vztahu. Ten je obvykle definován autorem zkoušky. Tomuto kalibračnímu vztahu říkáme vztah obecný. Byl sice stanoven na dostatečně rozsáhlém souboru zkoušek, zobrazuje však právě podmínky charakteristické pro prostředí, ve kterém metoda vznikla. Z tohoto důvodu je cennější kalibrační vztah odvozený, který si s postupem času vytváří ten, který příslušnou nedestruktivní zkoušku používá. Dále lze kalibrační vztahy rozdělit na široké, jejichž platnost se vztahuje na betony několika tříd, a úzké, které pracují s betony v rozsahu pouze jediné třídy. ZÁKLADNÍ TYPY NEDESTRUKTIVNÍCH ZKOUŠEK: § metody sklerometrické § metody lokálního porušení § metody impulsní Určeno posluchačům Stavební fakulty ČVUT v Praze Doporučeno posluchačům paralelek ve kterých přednáší autor syllabu.

5



Přednáška: 5.

Strana: 6

.

§ metody jiné

METODY SKLEROMETRICKÉ ú ú ú

metoda špičáková metoda Weitzmannova kladívka metoda Schmidtova kladívka

Společným znakem této skupiny metod, znakem, na základě kterého určujeme pevnost betonu, je tvrdost povrchové vrstvy betonu. To je jistým nedostatkem tétom skupiny metod, neboť na základě tvrdosti povrchové vrstvy betonu usuzujeme na pevnost betonu v celé konstrukci. Přitom jakost betonu povrchové vrstvy se může od jakosti betonu „uvnitř“ konstrukce velmi významně lišit, a to oběma směry. Měření nesmí být provedeno v takových místech konstrukce, kde je na povrchu zkoumaného betonu velké zrno kameniva nebo v místě, které je viditelně oslabeno pórem nebo kavernou. Vhodná nejsou ani místa, která se nacházejí v blízkosti hran betonové konstrukce (pevnost betonu je zde významně ovlivněna absencí velkých zrn kameniva i sníženou úrovní zpracování i ošetřování). Tyto zkoušky rovněž nesmí být prováděny na betonu zasaženém karbonatací (reakce cementového kamene s oxidy uhlíku nebo jejich roztoky ve vodě). V případě, že je povrch betonu zasažen karbonatací (ověřuje se fenolftaleinovýcm testem), je třeba odstranit zkarbonatovanou vrstvu broušením a zkoušku provést až na betonu, který zasažen není. Při vyhodnocování zkoušek se nesmí zanedbat vliv stáří betonu v konstrukci. Ten se obvykle významně odlišuje od standardních dvaceti osmi dnů. Špičáková zkouška (metoda Maškova špičáku) Usuzuje na pevnost betonu z hloubky zaboření normového špičáku do struktury betonu po předepsaném počtu normových úderů. Obtížná kontrola síly, kterou má být normový úder veden, je slabinou tohoto způsobu zkoušení. Úder je třeba nacvičit, a to zkoušením pevnosti betonu touto nedestruktivní metodou na betonových tělesech, která jsou vzápětí podrobena zkoušce destruktivní. Přes jednoduchost až zdánlivou primitivnost zkoušky je jí užíváno, a to zejména v těch případech, kdy je třeba rozhodnout o pevnosti betonů nízké kvality. Její provedení však vyžaduje zkušeného a se zkouškou obeznámeného pracovníka. Weitzmannovo kladívko Zkouška vznikla v Kloknerově ústavu v padesátých letech. Ve své době znamenala velmi významný pokrok, neboť odstranila největší nedostatek zkoušky špičákové, tj. nejistotu v intenzitě normového úderu. Princip zkoušky je následující: Úder na kladívko zanechává dvě stopy: velikost otisku hlavy kladívka do zkoušeného betonu a otisk do ocelové tyčinky jejíž tvrdost je přesně známa. Přiměřená velikost otisku do kovové tyčinky také kontroluje přiměřenost Určeno posluchačům Stavební fakulty ČVUT v Praze Doporučeno posluchačům paralelek ve kterých přednáší autor syllabu.

6



Přednáška: 5.

Strana: 7

.

použité síly úderu. Po stanovení velikosti obou otisků obdržíme po dosazení do jednoduchého vztahu hodnotu hledané pevnosti. Nevýhodou zkoušky je její značná pracnost. Schmidtovo kladívko Hodnotou znaku je velikost odskoku úderníku kladívka, který je proti povrchu zkoušeného betonu vržen uvolněním velmi přesně kalibrované pružiny. Zkouška je na provedení nenáročná a při dobře připraveném povrchu lze získat v průběhu několika málo minut velké množství hodnot a tím i zvětšit váhu nalezené hodnoty pevnosti. Kalibrační vztah zohledňuje i polohu kladívka při zkoušce, tj. zda a jak je energie, se kterou je úderník vržen proti povrchu zkoušeného betonu, ovlivněna zemskou přitažlivostí. Tato zkouška je v současné době nejčastěji používanou nedestruktivní zkouškou betonu. Existují různé typy těchto sklerometrů, jejichž použití je přizpůsobeno jakosti zkoušeného betonu. Spolehlivost sklerometru se musí ověřovat pravidelně prováděnou kalibrací. METODY LOKÁLNÍHO PORUŠENÍ Nedestruktivní metody, při kterých je uskutečněna destrukce velmi malého objemu betonu v konstrukci. Pro tento účel jsou např. při betonáži osazeny do bednění ocelové přípravky, ke kterým lze po odbednění připojit zařízení, kterým lze přípravek z konstrukce vytrhnout při současném stanovení síly potřebné k vytržení. Tohoto způsobu bývá nejčastěji používáno pro ověření tzv. odbedňovací pevnosti betonu. Podobně lze pomocí jiné metody uskutečnit zkoušku tak, že je do betonu vyvrtán otvor a osazena hmoždinka, pomocí které lze dosáhnout podobého efektu. Mezi tyto metody patří i tzv. metoda vrtná nebo řezná, kde je hodnotou sledovaného znaku čas nebo spotřeba energie, které je zapotřebí k tomu, aby bylo ve struktuře betonu provedeno definované poškození (vyvrtání otvoru určitého průměru a hloubky nebo provedení rýhy dané šíře, hloubky a délky). Výsledek těchto zkoušek velmi závisí na stálosti kvality vrtacího nebo řezacího nástroje. METODY IMPULZNÍ Sledují rychlost, s jakou prochází strukturou betonu nějaký impulz. Nejčastěji užívanou zkouškou je zkouška ultrazvuková. K betonovému tělesu se přiloží vysílací a přijímací sondy. Vysílací sonda je zdrojem ultrazvukového vlnění, přijímací je schopna signál zachytit. Zařízení je schopno registrovat čas, který impuls spotřeboval na překonání vzdálenosti mezi sondami. Výhodou této metody je skutečnost, že umožňuje získat mimořádně velký počet výsledků. Nevýhodou naopak okolnost, že výsledky měření jsou významně ovlivněny kvalitou kontaktu vysílací sondy se strukturou betonu, kterou není snadné uskutečnit jako stálou.


7



Přednáška: 5.

Strana: 8

.

Bývá častěji používána při ověřování betonu v laboratorních podmínkách, mnohdy jako doplněk zkoušek destruktivních. Při tomto postupu se zkoušení betonu stává zkoušením dvouparametrickým, tj. na jednom betonu získáme dva údaje o jeho pevnosti. Jedním je výsledek zkoušky destruktivní, druhým výsledek zkoušky nedestruktivní. Dvou nebo více parametrické zkoušení betonu je moderním postupem, jehož použití v budoucnu bude nikoliv výjimkou, ale pravidlem. Věrohodnost dosaženého hodnocení kvality se při těchto postupech samozřejmě zvyšuje. ZKOUŠENÍ VLASTNOSTÍ STRUKTURY BETONU Je samostatnou oblastí zkoušení vlastností betonu. Jejím principem je zatlačování přesně opracovaného diamantového hrotu do struktury betonu. Metoda je označována jako indentace. Starší zařízení umožňovala zatlačit diamantový hrot zvolenou silou do struktury betonu, hrot oddálit a z velikosti zanechané stopy, kterou je třeba vyhledat a zobrazit s pomocí elektronového mikroskopu, vyhodnotit smluvenou metodikou hodnoty mikropevnosti. Moderní zařízení umožňují kontrolovat hloubku zatlačení v závislosti na narůstající síle a to až do dosažení zvolené hodnoty maximální síly (nebo přípustné velikosti zatlačení) a navíc stejnou charakteristiku i při zpětném odlehčování. Výsledkem je tudíž specifický pracovní diagram betonu ve zvoleném místě jeho struktury. Metoda pracuje s extrémně malou oblastí betonu a tudíž i na velmi malé ploše zkušebního vzorku lze uskutečnit velké počty měření. Velikost zatlačení hrotu registrují nejmodernější zařízení s citlivosti 1 nm, tedy jedné miliardtiny metru.

Obrázek otisku diamantového hrotu do struktury betonu (snímek pořízen v roce 1999 v rámci zkoušek uskutečněných ve spolupráci s ACMC University of Paisley UK) Určeno posluchačům Stavební fakulty ČVUT v Praze Doporučeno posluchačům paralelek ve kterých přednáší autor syllabu.

8

VÝHODY DESTRUKTIVNÍHO ZKOUŠENÍ: přímá metoda měření metodika měření je široce uznávána, výsledky jsou srovnatelné a srozumitelné

Recommend Documents