Zkoušení pevnosti betonu v tlaku – co, proč a jak?

Informace od National Ready Mixed Concrete Association

CO je pevnost betonu v tlaku?

Betonové směsi mohou být navrženy tak, aby poskytovaly širokou škálu mechanických a trvanlivých vlastností a splňovaly tak požadavky na konstrukci. Pevnost betonu v tlaku je nejběžnějším měřítkem vlastností, které inženýr používá při navrhování budov a jiných konstrukcí. Pevnost v tlaku se měří porušováním válcových vzorků betonu ve zkušebním stroji. Pevnost v tlaku se vypočítá ze zatížení při poruše vyděleného plochou průřezu, která zatížení odolává, a uvádí se v jednotkách síly v librách na čtvereční palec (psi) v jednotkách US Customary nebo v megapascalech (MPa) v jednotkách SI. Požadavky na pevnost betonu v tlaku se mohou pohybovat od 2500 psi (17 MPa) u obytného betonu až po 4000 psi (28 MPa) a více u komerčních konstrukcí. Pro určité aplikace jsou specifikovány vyšší pevnosti až do a nad 10 000 psi (70 MPa).

Proč se stanovuje pevnost v tlaku?

Výsledky zkoušek pevnosti v tlaku slouží především ke zjištění, zda dodaná betonová směs splňuje požadavky na specifikovanou pevnost, ƒ′c, ve specifikaci úlohy.:

Výsledky zkoušek pevnosti z odlitých válců lze použít pro kontrolu kvality, přejímku betonu nebo pro odhad pevnosti betonu v konstrukci pro účely plánování stavebních operací, jako je odstraňování bednění, nebo pro posouzení přiměřenosti vytvrzování a ochrany poskytnuté konstrukci. Válce zkoušené pro přejímku a kontrolu kvality se vyrábějí a vytvrzují v souladu s postupy popsanými pro standardně vytvrzené vzorky v normě ASTM C 31 Standardní postupy pro výrobu a vytvrzování zkušebních vzorků betonu v terénu. Pro odhad pevnosti betonu na místě jsou v normě ASTM C 31 uvedeny postupy pro vzorky vytvrzené v terénu. Válcové vzorky se zkoušejí podle normy ASTM C 39, Standardní zkušební metoda pro pevnost válcových betonových vzorků v tlaku.

Výsledkem zkoušky je průměr alespoň dvou standardně vytvrzených vzorků pevnosti vyrobených ze stejného vzorku betonu a zkoušených ve stejném stáří. Ve většině případů jsou požadavky na pevnost betonu při stáří 28 dní.

Projektanti používají stanovenou pevnost ƒ´c k navrhování konstrukčních prvků. Tato specifikovaná pevnost je zapracována do zadávací dokumentace. Betonová směs se navrhuje tak, aby průměrná pevnost ƒ´cr byla vyšší než specifikovaná pevnost, takže se minimalizuje riziko nedodržení pevnostní specifikace. Pro splnění pevnostních požadavků specifikace zakázky platí obě následující kritéria přijatelnosti:

• Průměr 3 po sobě jdoucích zkoušek by měl být roven nebo vyšší než specifikovaná pevnost, ƒ´c
• Žádná jednotlivá zkouška pevnosti by neměla klesnout pod ƒ´c o více než 500 psi (3.45 MPa); nebo o více než 0,10 ƒ´c, pokud je ƒ´c větší než 5000 psi (35 MPa)

Je důležité si uvědomit, že jednotlivá zkouška, která klesne pod ƒ´c, nemusí nutně znamenat nesplnění požadavků specifikace. Pokud je průměr pevnostních zkoušek na zakázce na úrovni požadované průměrné pevnosti ƒ′cr, je pravděpodobnost, že jednotlivé pevnostní zkoušky budou nižší než specifikovaná pevnost, přibližně 10 %, což je zohledněno v přejímacích kritériích.

Pokud výsledky pevnostních zkoušek ukazují, že dodaný beton nesplňuje požadavky specifikace, je důležité si uvědomit, že chyba může být ve zkouškách, nikoli v betonu. To platí zejména v případě, že výroba, manipulace, vytvrzování a zkoušení válců nejsou prováděny v souladu se standardními postupy. Viz CIP 9, Nízká pevnost betonových válců.

Záznamy o historických zkouškách pevnosti používá výrobce betonu ke stanovení cílové průměrné pevnosti betonových směsí pro budoucí práce.

Jak zkoušet pevnost betonu

• Válcové vzorky pro přejímací zkoušky by měly mít rozměr 6 x 12 palců (150 x 300 mm) nebo 4 x 8 palců (100 x 200 mm), pokud je to stanoveno. Menší vzorky bývají jednodušší na výrobu a manipulaci v terénu i v laboratoři. Průměr použitého válce by měl být alespoň trojnásobkem jmenovité maximální velikosti hrubého kameniva použitého v betonu.
• Zaznamenání hmotnosti vzorku před uzavřením poskytuje užitečné informace v případě sporů.
• Pro zajištění rovnoměrného rozložení zatížení při zkoušce se válce obvykle uzavírají sirnou maltou (ASTM C 617) nebo neoprenovými podložkami (ASTM C 1231). Sirné uzávěry by měly být aplikovány nejméně dvě hodiny a nejlépe jeden den před zkouškou. Neoprenové krytky lze použít pro měření pevnosti betonu v rozmezí 1500 až 7000 psi (10 až 50 MPa). Pro vyšší pevnosti až do 12 000 psi je povoleno používat neoprenové podložky, pokud jsou kvalifikovány doprovodnou zkouškou pomocí sirných krytek. Požadavky na tvrdost neoprenových podložek se pohybují od 50 do 70 v závislosti na zkoušené úrovni pevnosti. Podložky by se měly vyměnit, pokud dojde k nadměrnému opotřebení.
• Válce by se neměly před zkouškou nechat vyschnout.
• Průměr válce by se měl změřit na dvou místech v pravém úhlu k sobě ve střední výšce vzorku a zprůměrovat pro výpočet plochy průřezu. Pokud se oba naměřené průměry liší o více než 2 %, válec by se neměl zkoušet.
• Konce vzorků by se neměly odchýlit od kolmice k ose válce o více než 0,5º a konce by měly být rovné s přesností 0,002 palce (0,05 mm).
• Válce by měly být vycentrovány v lisovacím stroji a zatíženy do úplného selhání. Rychlost zatěžování na hydraulickém stroji by se měla udržovat v rozmezí 20 až 50 psi/s (0,15 až 0,35 MPa/s) během druhé poloviny fáze zatěžování. Typ porušení by se měl zaznamenat. Běžným typem lomu je kuželový lom (viz obrázek).
• Pevnost betonu se vypočítá vydělením maximálního zatížení při porušení průměrnou plochou průřezu. C 39 má korekční faktory, pokud je poměr délky k průměru válce mezi 1,75 a 1,00, což je vzácné. Zkouší se nejméně dva válce stejného stáří a průměrná pevnost se uvádí jako výsledek zkoušky s přesností na 10 psi (0,1 MPa)
• Technik provádějící zkoušku by měl zaznamenat datum přijetí do laboratoře, datum zkoušky, identifikaci vzorku, průměr válce, stáří zkoušky, maximální použité zatížení, pevnost v tlaku, typ lomu a případné vady válců nebo uzávěrů. Pokud se měří, měla by se zaznamenat také hmotnost válců.
• Většina odchylek od standardních postupů pro výrobu, vytvrzování a zkoušení betonových zkušebních vzorků bude mít za následek nižší naměřenou pevnost.
• Rozptyl mezi společníky válců ze stejné sady a zkoušených ve stejném stáří by měl být v průměru asi 2 až 3 % průměrné pevnosti. Pokud rozdíl mezi dvěma doprovodnými válci příliš často přesáhne 8 % nebo 9,5 % u tří doprovodných válců, měly by se vyhodnotit a napravit zkušební postupy v laboratoři.
• Výsledky zkoušek provedených různými laboratořemi na stejném vzorku betonu by se neměly lišit o více než asi 13 % průměru výsledků obou zkoušek.
• Pokud se jeden nebo oba válce ze sady zlomí při pevnosti nižší než ƒ´c, vyhodnoťte válce, zda nemají zjevné problémy, a testované válce uschovejte pro pozdější zkoušku. Často lze příčinu neúspěšné zkoušky snadno zjistit na lahvi, a to buď okamžitě, nebo petrografickým zkoumáním. Pokud je vyhozena, může být ztracena snadná příležitost k nápravě problému. V některých případech jsou vyrobeny další rezervní válce, které lze zkoušet, pokud se jeden válec ze sady rozbil při nižší pevnosti.
• Třídenní nebo sedmidenní zkouška může pomoci odhalit potenciální problémy s kvalitou betonu nebo zkušebními postupy v laboratoři, ale není základem pro odmítnutí betonu s požadavkem na 28denní nebo jiné stáří pevnosti.
• ASTM C 1077 vyžaduje, aby laboratorní technici zapojení do zkoušení betonu byli certifikováni.
• Zprávy o zkouškách pevnosti v tlaku poskytují projektovému týmu cenné informace pro současné i budoucí projekty. Protokoly by měly být co nejrychleji předány výrobci betonu, dodavateli a zástupci vlastníka.

1. ASTM C 31, C 39, C 617, C 1077, C 1231, Annual Book of ASTM Standards, Volume 04.02, ASTM, West Conshohocken, PA, www.astm.org
2. Concrete in Practice Series, NRMCA, Silver Spring, MD, www.nrmca.org
3. In-Place Strength Evaluation – A Recommended Practice, NRMCA Publication 133, NRMCA RES Committee, NRMCA, Silver Spring, MD
4. How producers can correct improper test-cylinder curing, Ward R. Malisch, Concrete Producer Magazine, listopad 1997, www.worldofconcrete.com
5. NRMCA/ASCC Checklist for Concrete Pre-Construction Conference, NRMCA, Silver Spring, MD
6. Tips on Control Tests for Quality Concrete, PA015, Portland Cement Association, Skokie, IL, www.cement.org
7. ACI 214, Recommended Practice for Evaluation of Strength Tests Results of Concrete, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, www.concrete.org

Zpět na Tipy pro beton

POUŽITO S POVOLENÍM NRMCA

.