A beton nyomószilárdságának vizsgálata – Mi, miért és hogyan?

Információk a National Ready Mixed Concrete Association-től

MIT jelent a beton nyomószilárdsága?

A betonkeverékek úgy tervezhetők, hogy a szerkezet tervezési követelményeinek megfelelő mechanikai és tartóssági tulajdonságok széles skáláját biztosítsák. A beton nyomószilárdsága a leggyakoribb teljesítménymutató, amelyet a mérnök az épületek és más szerkezetek tervezése során használ. A nyomószilárdságot henger alakú betonminták nyomópróba-gépben történő törésével mérik. A nyomószilárdságot a tönkremeneteli terhelés és a terhelésnek ellenálló keresztmetszeti terület hányadosaként számítják ki, és az amerikai szokásrendszerben font/négyzethüvelyk (psi) vagy az SI-egységekben megapaszkál (MPa) mértékegységben adják meg. A beton nyomószilárdsági követelményei a lakossági beton esetében 2500 psi (17 MPa) értéktől a kereskedelmi szerkezeteknél 4000 psi (28 MPa) és ennél magasabb értékekig terjedhetnek. Bizonyos alkalmazásoknál magasabb, akár 10 000 psi-t (70 MPa) elérő vagy meghaladó szilárdságot is előírnak.

MIÉRT határozzák meg a nyomószilárdságot?

A nyomószilárdsági vizsgálati eredményeket elsősorban annak megállapítására használják, hogy a szállított betonkeverék megfelel-e a munkaköri leírásban meghatározott ƒ′c szilárdság követelményeinek.:

Az öntött hengerek szilárdsági vizsgálati eredményei felhasználhatók a minőségellenőrzéshez, a beton elfogadásához, vagy a beton szilárdságának becslésére egy szerkezetben az építési műveletek ütemezése céljából, mint például a zsaluzás eltávolítása, vagy a száradás és a szerkezetnek nyújtott védelem megfelelőségének értékelésére. Az átvételi és minőségellenőrzési céllal vizsgált hengereket az ASTM C 31 szabványos gyakorlat a betonvizsgálati próbatestek terepen történő előállítására és kikeményítésére című szabványos szabványban leírt eljárásokkal összhangban kell elkészíteni és kikeményíteni. A helyben lévő beton szilárdságának becsléséhez az ASTM C 31 szabvány a helyszínen kikeményített próbatestekre vonatkozó eljárásokat írja elő. A hengeres próbatesteket az ASTM C 39, A hengeres beton próbatestek nyomószilárdságának szabványos vizsgálati módszere szerint vizsgálják.

A vizsgálati eredmény legalább két, ugyanabból a betonmintából készült és ugyanabban a korban vizsgált, szabványosan kikeményített szilárdsági próbatest átlaga. A legtöbb esetben a betonra vonatkozó szilárdsági követelményeket 28 napos korban határozzák meg.

A tervezőmérnökök a megadott ƒ´c szilárdságot használják a szerkezeti elemek tervezéséhez. Ezt a meghatározott szilárdságot beépítik a munkaszerződés dokumentációjába. A betonkeveréket úgy tervezik, hogy a megadott szilárdságnál nagyobb ƒ′cr átlagszilárdságot érjenek el, hogy a szilárdsági előírás be nem tartásának kockázata minimálisra csökkenjen. A munkaköri előírás szilárdsági követelményeinek való megfeleléshez a következő két elfogadási kritérium alkalmazandó:

• Három egymást követő vizsgálat átlagának el kell érnie vagy meg kell haladnia a megadott szilárdságot, ƒ´c
• Egyetlen szilárdsági vizsgálat sem maradhat ƒ´c alatt több mint 500 psi-vel (3 psi).45 MPa); vagy 0,10 ƒ´c-nél nagyobb mértékben, ha ƒ´c több mint 5000 psi (35 MPa)

Fontos megérteni, hogy az ƒ´c alá eső egyedi vizsgálat nem feltétlenül jelenti a specifikációs követelmények nem teljesítését. Ha egy munka során a szilárdsági vizsgálatok átlaga eléri az előírt átlagos szilárdságot, ƒ′cr, akkor annak valószínűsége, hogy az egyes szilárdsági vizsgálatok nem érik el az előírt szilárdságot, körülbelül 10%, és ezt figyelembe veszik az elfogadási kritériumokban.

Ha a szilárdsági vizsgálati eredmények azt jelzik, hogy a szállított beton nem felel meg az előírás követelményeinek, fontos felismerni, hogy a hiba a vizsgálatban, nem pedig a betonban lehet. Ez különösen akkor igaz, ha a hengerek gyártása, kezelése, kikeményítése és vizsgálata nem a szabványos eljárásoknak megfelelően történt. Lásd: CIP 9, Alacsony betonhengerek szilárdsága.

A betongyártó a betonszilárdsági vizsgálati jegyzőkönyveket a betonkeverékek átlagos célszilárdságának meghatározására használja a jövőbeli munkákhoz.

HOW to Test the Strength of Concrete

• Az átvételi vizsgálathoz használt hengeres mintáknak 6 x 12 inch (150 x 300 mm) méretűeknek kell lenniük, vagy 4 x 8 inch (100 x 200 mm) méretűeknek, ha előírás van rá. A kisebb méretű próbatesteket általában könnyebb elkészíteni és kezelni a terepen és a laboratóriumban. A használt henger átmérőjének legalább háromszorosának kell lennie a betonban használt durva adalékanyag névleges maximális méretének.
• A próbatest tömegének rögzítése a lezárás előtt hasznos információt nyújt vitás esetekben.
• A vizsgálat során az egyenletes tehereloszlás biztosítása érdekében a hengereket általában kénes habarccsal (ASTM C 617) vagy neoprén betétes sapkával (ASTM C 1231) zárják le. A kénes sapkákat legalább két órával, de lehetőleg egy nappal a vizsgálat előtt kell felhelyezni. A neoprén betétkupakok 1500 és 7000 psi (10 és 50 MPa) közötti betonszilárdság mérésére használhatók. Nagyobb, 12 000 psi-ig terjedő szilárdságok esetén a neoprénbetétes sapkák használata megengedett, ha azokat kénes sapkákkal végzett kísérő vizsgálatokkal minősítik. A neoprén betétekre vonatkozó keménységi követelmények a vizsgált szilárdsági szinttől függően 50 és 70 között változnak. A betéteket túlzott kopás esetén ki kell cserélni.
• A hengereket a vizsgálat előtt nem szabad hagyni kiszáradni.
• A henger átmérőjét két, egymásra merőleges helyen, a minta középmagasságában kell megmérni, és a keresztmetszeti terület kiszámításához átlagolni kell. Ha a két mért átmérő 2%-nál nagyobb mértékben tér el egymástól, a hengert nem szabad vizsgálni.
• A próbatestek végei nem térhetnek el a henger tengelyére merőlegesen 0,5º-nál nagyobb mértékben, és a végeknek 0,002 hüvelyk (0,05 mm) pontossággal síknak kell lenniük.
• A hengereket a nyomópróba-gépben középre kell állítani és teljes tönkremenetelig kell terhelni. A hidraulikus gépen a terhelési sebességet a terhelési fázis második felében 20-50 psi/s (0,15-0,35 MPa/s) tartományban kell tartani. A törés típusát fel kell jegyezni. A gyakori törésminta a kúpos törés (lásd az ábrát).
• A beton szilárdságát úgy kell kiszámítani, hogy a maximális tönkremeneteli terhelést elosztjuk az átlagos keresztmetszeti felülettel. A C 39 korrekciós tényezőkkel rendelkezik, ha a henger hossz/átmérő aránya 1,75 és 1,00 között van, ami ritka. Legalább két hengert vizsgálnak azonos korban, és a vizsgálati eredményként az átlagos szilárdságot jelentik 10 psi (0,1 MPa)
• A vizsgálatot végző technikusnak fel kell jegyeznie a laboratóriumba érkezés dátumát, a vizsgálat dátumát, a minta azonosítását, a henger átmérőjét, a vizsgálati kort, az alkalmazott maximális terhelést, a nyomószilárdságot, a törés típusát, valamint a hengerek vagy kupakok esetleges hibáit. Ha mérik, a hengerek tömegét is fel kell jegyezni.
• A beton próbatestek készítésére, kikeményítésére és vizsgálatára vonatkozó szabványos eljárásoktól való legtöbb eltérés alacsonyabb mért szilárdságot eredményez.
• Az azonos készletből származó és azonos korban vizsgált hengerek közötti eltérésnek átlagosan az átlagos szilárdság 2-3%-ának kell lennie. Ha két kísérőhenger közötti különbség túl gyakran meghaladja a 8%-ot, vagy három kísérőhenger esetén a 9,5%-ot, akkor a laboratórium vizsgálati eljárásait értékelni és korrigálni kell.
• A különböző laboratóriumok által ugyanazon betonmintán végzett vizsgálatok eredményei nem térhetnek el a két vizsgálati eredmény átlagának körülbelül 13%-ánál nagyobb mértékben.
• Ha egy sorozat hengerek közül az egyik vagy mindkét henger ƒ´c alatti szilárdságnál törik, értékelje a hengereket nyilvánvaló problémák miatt, és a vizsgált hengereket későbbi vizsgálatra tartsa meg. Gyakran a sikertelen vizsgálat oka könnyen látható a hengerben, akár azonnal, akár petrográfiai vizsgálattal. Ha eldobjuk, elveszíthetjük a probléma kijavításának könnyű lehetőségét. Bizonyos esetekben további tartalék hengereket készítenek, amelyeket meg lehet vizsgálni, ha egy készlet egyik hengere alacsonyabb szilárdságnál eltört.
• A 3 vagy 7 napos vizsgálat segíthet a betonminőséggel vagy a laboratóriumi vizsgálati eljárásokkal kapcsolatos esetleges problémák felderítésében, de nem alapozza meg a beton elutasítását, a 28 napos vagy más korú szilárdság követelményével.
• Az ASTM C 1077 előírja, hogy a beton vizsgálatában részt vevő laboratóriumi technikusoknak képesítéssel kell rendelkezniük.
• A nyomószilárdsági vizsgálatokról készült jelentések értékes információkat nyújtanak a projektcsoportnak a jelenlegi és jövőbeli projektekhez. A jelentéseket a lehető leggyorsabban továbbítani kell a betongyártónak, a kivitelezőnek és a tulajdonos képviselőjének.

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 manufacturers can correct improper test-cylinder curing, Ward R. Malisch, Concrete Producer Magazine, 1997. november, 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

Back to Concrete Tips

USED WITH PERMISSION FROM THE NRMCA

.