Testning af betonens trykstyrke – Hvad, hvorfor og hvordan?

Informationer fra National Ready Mixed Concrete Association

Hvad er betonens trykstyrke?

Betonblandinger kan designes til at give en lang række mekaniske og holdbare egenskaber for at opfylde konstruktionskravene til en konstruktion. Betonens trykstyrke er den mest almindelige præstationsmåling, som ingeniøren anvender ved udformning af bygninger og andre konstruktioner. Trykstyrken måles ved at bryde cylindriske betonprøver i en kompressionsprøvningsmaskine. Trykstyrken beregnes ud fra brudbelastningen divideret med det tværsnitsareal, der modstår belastningen, og angives i enheder af pound-force pr. kvadrattomme (psi) i US Customary-enheder eller megapascal (MPa) i SI-enheder. Kravene til betonens trykstyrke kan variere fra 17 MPa (2500 psi) for beton til boliger til 28 MPa (4000 psi) og derover i kommercielle konstruktioner. Højere styrker på op til og over 10.000 psi (70 MPa) er specificeret til visse anvendelser.

Hvorfor bestemmes trykstyrke?

Det er primært resultaterne af trykstyrkeprøvningen, der anvendes til at fastslå, at betonblandingen som leveret opfylder kravene til den specificerede styrke, ƒ′c, i arbejdsspecifikationen.:

Styrkeprøveresultater fra støbte cylindre kan anvendes til kvalitetskontrol, accept af beton eller til at vurdere betonstyrken i en konstruktion med henblik på at planlægge byggeoperationer som f.eks. forskalling eller til at vurdere, om hærdningen og beskyttelsen af konstruktionen er tilstrækkelig. Cylindre, der testes med henblik på godkendelse og kvalitetskontrol, fremstilles og hærdes i overensstemmelse med de procedurer, der er beskrevet for standardhærdede prøveemner i ASTM C 31 Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field. Til vurdering af betonens styrke på stedet er der i ASTM C 31 fastsat procedurer for hærdede prøveemner i marken. Cylindriske prøveemner afprøves i overensstemmelse med ASTM C 39, Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens.

Et prøvningsresultat er gennemsnittet af mindst to standardhærdede styrkeprøver fremstillet af den samme betonprøve og afprøvet ved den samme alder. I de fleste tilfælde er styrkekravene til beton ved en alder på 28 dage.

Designingeniører bruger den specificerede styrke ƒ´c til at designe konstruktionselementer. Denne specificerede styrke er indarbejdet i arbejdskontraktens dokumenter. Betonblandingen er konstrueret til at give en gennemsnitlig styrke ƒ′cr, der er højere end den specificerede styrke, således at risikoen for ikke at overholde styrkespecifikationen er minimeret. For at overholde styrkekravene i en arbejdsspecifikation gælder begge følgende acceptkriterier:

• Gennemsnittet af 3 på hinanden følgende prøver skal være lig med eller overstige den specificerede styrke, ƒ´c
• Ingen enkelt styrkeprøve må falde under ƒ´c med mere end 500 psi (3.45 MPa); eller med mere end 0,10 ƒ´c, når ƒ´c er mere end 5000 psi (35 MPa)

Det er vigtigt at forstå, at en enkelt prøve, der falder under ƒ´c, ikke nødvendigvis er ensbetydende med, at kravene i specifikationen ikke er opfyldt. Når gennemsnittet af styrkeprøverne på et arbejde ligger på den krævede gennemsnitsstyrke, ƒ′cr, er sandsynligheden for, at individuelle styrkeprøver vil ligge under den specificerede styrke, ca. 10 %, og der tages højde for dette i acceptkriterierne.

Når resultaterne af styrkeprøverne viser, at den leverede beton ikke opfylder kravene i specifikationen, er det vigtigt at erkende, at fejlen kan ligge i prøvningen og ikke i betonen. Dette gælder især, hvis fremstilling, håndtering, hærdning og prøvning af cylinderne ikke er udført i overensstemmelse med standardprocedurer. Se CIP 9, Lav betoncylinderstyrke.

Historiske optegnelser over styrkeprøvninger anvendes af betonproducenten til at fastsætte den gennemsnitlige målstyrke for betonblandinger til fremtidigt arbejde.

Hvordan man tester betonens styrke

• Cylindriske prøver til acceptprøvning skal have en størrelse på 6 x 12 tommer (150 x 300 mm) eller 4 x 8 tommer (100 x 200 mm), hvis det er specificeret. De mindre prøver har tendens til at være lettere at fremstille og håndtere i marken og i laboratoriet. Diameteren på den anvendte cylinder bør være mindst 3 gange den nominelle maksimale størrelse af det grove tilslag, der anvendes i betonen.
• Registrering af prøvens masse før afdækning giver nyttige oplysninger i tilfælde af tvister.
• For at sikre en ensartet belastningsfordeling ved prøvning afdækkes cylindere generelt med svovlmørtel (ASTM C 617) eller neoprenpudehætter (ASTM C 1231). Svovlkapsler skal påføres mindst to timer og helst en dag før prøvning. Neoprenhætter kan anvendes til måling af betonstyrker på mellem 10 og 50 MPa (1500 og 7000 psi). Ved højere styrker på op til 12 000 psi er det tilladt at anvende neoprenpuder, hvis de er kvalificeret ved hjælp af ledsagende prøvning med svovlkapsler. Durometerhårdhedskravene til neoprenpuder varierer fra 50 til 70 afhængigt af den testede styrke. Puderne skal udskiftes, hvis der er overdreven slitage.
• Cylinderne må ikke tørre ud før prøvning.
• Cylinderdiameteren skal måles to steder vinkelret på hinanden i midten af prøvens højde og beregnes som gennemsnit for at beregne tværsnitsarealet. Hvis de to målte diametre afviger med mere end 2%, bør cylinderen ikke afprøves.
• Prøvernes ender må ikke afvige mere end 0,5º fra vinkelretheden med cylinderaksen, og enderne skal være plane med en nøjagtighed på 0,002 tommer (0,05 mm).
• Cylinderne skal være centreret i trykprøvningsmaskinen og belastes til fuldstændig svigt. Belastningshastigheden på en hydraulisk maskine bør holdes i intervallet 20 til 50 psi/s (0,15 til 0,35 MPa/s) i den sidste halvdel af belastningsfasen. Brudtypen skal registreres. Et almindeligt brudmønster er et kegleformet brud (se figur).
• Betonstyrken beregnes ved at dividere den maksimale belastning ved brud med det gennemsnitlige tværsnitsareal. C 39 har korrektionsfaktorer, hvis cylinderens længde/diameterforhold er mellem 1,75 og 1,00, hvilket er sjældent. Mindst to cylindre testes ved samme alder, og den gennemsnitlige styrke rapporteres som testresultatet med en nøjagtighed på 0,1 MPa (10 psi)
• Den tekniker, der udfører testen, skal registrere datoen for deres modtagelse på laboratoriet, testdatoen, prøveidentifikation, cylinderdiameter, testalder, maksimal påført belastning, trykstyrke, brudtype og eventuelle defekter i cylinderne eller kapperne. Hvis de er målt, skal cylindernes masse også noteres.
• De fleste afvigelser fra standardprocedurer for fremstilling, hærdning og afprøvning af betonprøver vil resultere i en lavere målt styrke.
• Spændet mellem kammeratcylindre fra samme sæt og afprøvet ved samme alder bør i gennemsnit være ca. 2 til 3 % af den gennemsnitlige styrke. Hvis forskellen mellem to ledsagende cylindre for ofte overstiger 8 % eller 9,5 % for tre ledsagende cylindre, bør prøvningsprocedurerne på laboratoriet evalueres og korrigeres.
• Resultater af prøvninger foretaget af forskellige laboratorier på den samme betonprøve bør ikke afvige mere end ca. 13 % af gennemsnittet af de to prøvningsresultater.
• Hvis en eller begge af et sæt cylindre bryder ved en styrke under ƒ´c, vurderes cylindrene for åbenlyse problemer, og de prøvede cylindre opbevares med henblik på senere undersøgelse. Ofte kan årsagen til en fejlprøvning let ses i cylinderen, enten umiddelbart eller ved petrografisk undersøgelse. Hvis den smides væk, risikerer man at miste en nem mulighed for at rette op på problemet. I nogle tilfælde fremstilles yderligere reservecylindre, som kan testes, hvis en cylinder i et sæt gik i stykker ved en lavere styrke.
• En 3- eller 7-dages test kan hjælpe med at opdage potentielle problemer med betonkvaliteten eller testprocedurerne på laboratoriet, men er ikke et grundlag for at afvise beton med krav om 28-dages eller anden aldersstyrke.
• ASTM C 1077 kræver, at laboratorieteknikere, der er involveret i testning af beton, skal være certificerede.
• Rapporter om trykstyrkeprøvninger giver værdifulde oplysninger til projektgruppen for de nuværende og fremtidige projekter. Rapporterne bør fremsendes til betonproducenten, entreprenøren og bygherrens repræsentant så hurtigt som muligt.

2. ASTM C 31, C 39, C 617, C 1077, C 1231, Annual Book of ASTM Standards, Volume 04.02, ASTM, West Conshohohocken, PA, www.astm.org
3. Concrete in Practice Series, NRMCA, Silver Spring, MD, www.nrmca.org
4. In-Place Strength Evaluation – A Recommended Practice, NRMCA Publication 133, NRMCA RES Committee, NRMCA, Silver Spring, MD
5. Hvordan producenter kan korrigere ukorrekt hærdning af testcylindere, Ward R. Malisch, Concrete Producer Magazine, november 1997, www.worldofconcrete.com
6. NRMCA/ASCC Checkliste for Concrete Pre-Construction Conference, NRMCA, Silver Spring, MD
7. Tips on Control Tests for Quality Concrete, PA015, Portland Cement Association, Skokie, IL, www.cement.org
8. ACI 214, Recommended Practice for Evaluation of Strength Tests Results of Concrete, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, www.concrete.org

Tilbage til Betontips

BRUGT MED TILLADELSE FRA NRMCA