Betonin puristuslujuuden testaaminen – Mitä, miksi & miten?

Tietoa National Ready Mixed Concrete Associationilta

MITÄ on betonin puristuslujuus?

Betoniseokset voidaan suunnitella siten, että ne tarjoavat monenlaisia mekaanisia ja kestävyysominaisuuksia rakenteen suunnitteluvaatimusten täyttämiseksi. Betonin puristuslujuus on yleisin suorituskykymittari, jota insinööri käyttää rakennusten ja muiden rakenteiden suunnittelussa. Puristuslujuus mitataan murtamalla sylinterimäisiä betoninäytteitä puristuskoekoneessa. Puristuslujuus lasketaan murtokuormasta, joka jaetaan kuormaa kestävällä poikkipinta-alalla, ja se ilmoitetaan puntina neliötuumaa kohti (psi) Yhdysvaltain tavanomaisissa yksiköissä tai megapascaleina (MPa) SI-yksiköissä. Betonin puristuslujuusvaatimukset voivat vaihdella asuintalojen betonin 2500 psi:stä (17 MPa) kaupallisten rakenteiden 4000 psi:iin (28 MPa) ja sitä korkeampiin. Tiettyihin käyttökohteisiin on määritelty suurempia lujuuksia, jotka voivat olla jopa yli 10 000 psi (70 MPa).

MIKSI puristuslujuus määritetään?

Puristuslujuuskoetuloksia käytetään ensisijaisesti sen määrittämiseen, että toimitettu betoniseos täyttää työselityksessä määritellyn lujuuden, ƒ′c, vaatimukset.:

Valettujen sylintereiden lujuuskoetuloksia voidaan käyttää laadunvalvontaan, betonin hyväksymiseen tai rakenteen betonilujuuden arviointiin rakennustoimenpiteiden, kuten muotin poiston, aikatauluttamista varten tai rakenteen kovettumisen ja suojauksen riittävyyden arvioimiseksi. Hyväksymistä ja laadunvalvontaa varten testatut sylinterit valmistetaan ja kovetetaan ASTM C 31:ssä Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field (Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field) kuvattujen vakiokovettuneita koekappaleita koskevien menettelyjen mukaisesti. Paikalla olevan betonin lujuuden arvioimiseksi ASTM C 31:ssä esitetään menettelyt kentällä kovettuvia koekappaleita varten. Lieriömäiset koekappaleet testataan standardin ASTM C 39, Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens, mukaisesti.

Testitulos on vähintään kahden samasta betoninäytteestä valmistetun ja samassa iässä testatun vakiokovettuneen lujuusnäytteen keskiarvo. Useimmissa tapauksissa betonin lujuusvaatimukset ovat 28 päivän iässä.

Suunnittelijat käyttävät määritettyä lujuutta ƒ´c rakenneosien suunnitteluun. Tämä määritelty lujuus sisällytetään urakkasopimusasiakirjoihin. Betoniseos suunnitellaan siten, että keskimääräinen lujuus, ƒ′cr, on määriteltyä lujuutta suurempi, jotta riski lujuusvaatimusten noudattamatta jättämisestä on mahdollisimman pieni. Työeritelmän lujuusvaatimusten täyttämiseksi sovelletaan molempia seuraavia hyväksymiskriteerejä:

• Kolmen peräkkäisen kokeen keskiarvon tulisi olla yhtä suuri tai suurempi kuin määritetty lujuus, ƒ´c
• Kään yksittäinen lujuuskoe ei saisi alittaa ƒ´c:tä yli 500 psi:llä (3.45 MPa); tai yli 0,10 ƒ´c:llä, kun ƒ´c on yli 5000 psi (35 MPa)

On tärkeää ymmärtää, että yksittäisen testin alittuminen ƒ´c:n alapuolelle ei välttämättä merkitse sitä, että spesifikaation vaatimukset eivät täyty. Kun työn lujuuskokeiden keskiarvo on vaaditun keskimääräisen lujuuden ƒ′cr, todennäköisyys sille, että yksittäiset lujuuskokeet alittavat määritellyn lujuuden, on noin 10 %, ja tämä on otettu huomioon hyväksymiskriteereissä.

Kun lujuuskokeiden tulokset osoittavat, että toimitettu betoni ei täytä eritelmän vaatimuksia, on tärkeää tiedostaa, että vika voi olla testauksessa, ei betonissa. Tämä pätee erityisesti, jos sylinterien valmistusta, käsittelyä, kovettumista ja testausta ei ole suoritettu standardimenetelmien mukaisesti. Katso CIP 9, Betonin sylinterin alhainen lujuus.

Betonin valmistaja käyttää historiallisia lujuuskoepöytäkirjoja betoniseosten keskimääräisen tavoitelujuuden määrittämiseen tulevia töitä varten.

HOW to Test the Strength of Concrete

• Hyväksyntätestauksessa käytettävien sylinterimäisten koekappaleiden tulisi olla kooltaan 6 x 12 tuumaa (150 x 300 mm) tai määrittelyn mukaan 4 x 8 tuumaa (100 x 200 mm). Pienemmät näytteet ovat yleensä helpompia valmistaa ja käsitellä kentällä ja laboratoriossa. Käytettävän sylinterin halkaisijan tulisi olla vähintään kolme kertaa betonissa käytetyn karkean kiviaineksen nimellinen maksimikoko.
• Kappaleen massan kirjaaminen ennen peittämistä antaa hyödyllistä tietoa erimielisyyksien sattuessa.
• Kuormituksen tasaisen jakautumisen varmistamiseksi testauksen aikana sylinterit peitetään tavallisesti rikkilaastilla (ASTM C 617) tai neopreenipehmustekorkilla (ASTM C 1231). Rikkikorkit on levitettävä vähintään kaksi tuntia ja mieluiten yksi päivä ennen testausta. Neopreenikorkkeja voidaan käyttää betonin lujuuden mittaamiseen välillä 1500-7000 psi (10-50 MPa). Suurempien, jopa 12 000 psi:n betonilujuuksien mittaamiseen voidaan käyttää neopreenikorkkeja, jos ne on hyväksytty rikkikorkkien kanssa tehtävissä rinnakkaistesteissä. Neopreenityynyjen Durometer-kovuusvaatimukset vaihtelevat 50:stä 70:een testattavasta lujuusluokasta riippuen. Pehmusteet on vaihdettava, jos ne kuluvat liikaa.
• Sylinterien ei saa antaa kuivua ennen testausta.
• Sylinterin halkaisija on mitattava kahdesta kohdasta, jotka ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden näytteen puolivälin korkeudella, ja niistä on laskettava keskiarvo poikkipinta-alan laskemiseksi. Jos nämä kaksi mitattua halkaisijaa eroavat toisistaan yli 2 %, sylinteriä ei saa testata.
• Kappaleiden päät eivät saa poiketa sylinterin akseliin nähden kohtisuorasta enempää kuin 0,5º, ja päiden on oltava tasaisia 0,05 mm:n (0,002 tuuman) tarkkuudella.
• Sylinterit on keskitettävä puristuskoelaitteeseen ja kuormitettava täydelliseen murtumaan asti. Hydraulisessa koneessa kuormitusnopeus on pidettävä välillä 20-50 psi/s (0,15-0,35 MPa/s) kuormitusvaiheen jälkimmäisen puoliskon aikana. Murtumatyyppi on kirjattava. Yleinen murtumismuoto on kartiomainen murtuma (ks. kuva).
• Betonin lujuus lasketaan jakamalla suurin kuormitus murtumishetkellä keskimääräisellä poikkipinta-alalla. C 39:ssä on korjauskertoimet, jos sylinterin pituuden ja halkaisijan suhde on välillä 1,75-1,00, mikä on harvinaista. Vähintään kaksi sylinteriä testataan samassa iässä ja keskimääräinen lujuus ilmoitetaan testituloksena lähimpään 10 psi:n (0,1 MPa) tarkkuudella
• Testiä suorittavan teknikon on kirjattava laboratorioon saapumispäivämäärä, testipäivä, näytteen tunniste, sylinterin halkaisija, testin ikä, suurin käytetty kuorma, puristuslujuus, murtumatyyppi ja mahdolliset viat sylintereissä tai korkissa. Jos ne on mitattu, myös lieriöiden massa on kirjattava.
• Useimmat poikkeamat betonikoekappaleiden valmistuksen, kovettumisen ja testauksen vakiomenettelyistä johtavat alhaisempaan mitattuun lujuuteen.
• Samasta sarjasta peräisin olevien ja samassa iässä testattujen, toistensa kanssa vertailukelpoisten lieriöiden välisen vaihteluvälin tulisi olla keskimäärin noin 2-3 % keskimääräisestä lujuudesta. Jos kahden vierekkäisen sylinterin välinen ero ylittää liian usein 8 % tai 9,5 % kolmen vierekkäisen sylinterin osalta, laboratorion testausmenettelyt on arvioitava ja korjattava.
• Eri eri laboratorioiden samalle betoninäytteelle tekemien testien tulokset eivät saisi poiketa toisistaan enempää kuin noin 13 % näiden kahden testituloksen keskiarvosta.
• Jos yksi tai molemmat sarjan sylinterit murtuvat lujuuden alittaessa arviolta alle ƒ´c:n lämpötilan, arvioi sylinterit ilmiselvien vikojen havaitsemiseksi, ja säilytä testatut sylinterit myöhempää tarkastelua varten. Usein epäonnistuneen testin syy on helposti nähtävissä sylinterissä joko välittömästi tai petrografisella tutkimuksella. Jos se heitetään pois, voidaan menettää helppo tilaisuus ongelman korjaamiseen. Joissakin tapauksissa tehdään ylimääräisiä varasylintereitä, jotka voidaan testata, jos sarjan yksi sylinteri rikkoutuu alhaisemmalla lujuudella.
• Kolmen tai seitsemän vuorokauden testi voi auttaa havaitsemaan mahdollisia ongelmia betonin laadussa tai testausmenetelmissä laboratoriossa, mutta se ei ole peruste betonin hylkäämiselle, kun vaaditaan 28 vuorokauden tai muun ikäistä lujuutta.
• ASTM C 1077:ssä edellytetään, että betonin testaukseen osallistuvilla laboratoriohenkilökunnilla on oltava sertifikaatti.
• Puristuslujuuskokeen raportit antavat arvokasta tietoa projektiryhmälle nykyisiä ja tulevia hankkeita varten. Raportit tulisi toimittaa betonin tuottajalle, urakoitsijalle ja omistajan edustajalle mahdollisimman nopeasti.

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, marraskuu 1997, www.worldofconcrete.com
5. NRMCA/ASCC Checklist for Concrete Pre-Construction Conference (NRMCA:n ja ASCC:n tarkistuslista betonin esirakentamiskonferenssia varten), NRMCA, Silver Spring, MD
6. Vinkkejä laadukkaan betonin valvontakokeisiin, 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

Takaisin betonivinkkeihin

KÄYTETTY NRMCA:n luvalla

.