Testarea rezistenței la compresiune a betonului – Ce, de ce și cum?

Informații de la National Ready Mixed Concrete Association

Ce este rezistența la compresiune a betonului?

Mestecurile de beton pot fi proiectate pentru a oferi o gamă largă de proprietăți mecanice și de durabilitate pentru a îndeplini cerințele de proiectare ale unei structuri. Rezistența la compresiune a betonului este cea mai frecventă măsură de performanță utilizată de inginer în proiectarea clădirilor și a altor structuri. Rezistența la compresiune se măsoară prin ruperea unor epruvete cilindrice de beton într-o mașină de testare la compresiune. Rezistența la compresiune se calculează pornind de la sarcina de rupere împărțită la suprafața secțiunii transversale care rezistă la sarcină și se raportează în unități de lire-forță pe inch pătrat (psi) în unități US Customary sau megapascali (MPa) în unități SI. Cerințele privind rezistența la compresiune a betonului pot varia de la 2500 psi (17 MPa) pentru betonul rezidențial la 4000 psi (28 MPa) și mai mult în cazul structurilor comerciale. Pentru anumite aplicații sunt specificate rezistențe mai mari de până la și peste 10.000 psi (70 MPa).

De ce se determină rezistența la compresiune?

Rezultatele testelor de rezistență la compresiune sunt utilizate în principal pentru a determina dacă amestecul de beton, așa cum este livrat, îndeplinește cerințele rezistenței specificate, ƒ′c, în specificația lucrării.:

Rezultatele încercărilor de rezistență din cilindri turnate pot fi utilizate pentru controlul calității, pentru acceptarea betonului sau pentru estimarea rezistenței betonului dintr-o structură în scopul programării operațiunilor de construcție, cum ar fi desfacerea cofrajelor sau pentru evaluarea caracterului adecvat al întăririi și protecției acordate structurii. Buteliile testate pentru acceptarea și controlul calității sunt realizate și întărite în conformitate cu procedurile descrise pentru epruvetele standard întărite în ASTM C 31 Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field. Pentru estimarea rezistenței betonului la locul de punere în operă, ASTM C 31 prevede proceduri pentru epruvetele întărite pe teren. Epruvetele cilindrice sunt încercate în conformitate cu ASTM C 39, Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens (Metoda standard de încercare pentru rezistența la compresiune a epruvetelor cilindrice de beton).

Un rezultat de încercare este media a cel puțin două epruvete de rezistență cu întărire standard, realizate din aceeași probă de beton și încercate la aceeași vârstă. În cele mai multe cazuri, cerințele de rezistență pentru beton sunt la o vârstă de 28 de zile.

Inginerii proiectanți folosesc rezistența specificată ƒ´c pentru a proiecta elementele structurale. Această rezistență specificată este încorporată în documentele contractului de lucrări. Amestecul de beton este proiectat pentru a produce o rezistență medie, ƒ′cr, mai mare decât rezistența specificată, astfel încât riscul de nerespectare a specificației de rezistență să fie minimizat. Pentru a respecta cerințele de rezistență ale unei specificații a lucrării se aplică atât următoarele criterii de acceptare:

• Media a 3 încercări consecutive trebuie să fie egală sau mai mare decât rezistența specificată, ƒ´c
• Nici o singură încercare de rezistență nu trebuie să scadă sub ƒ´c cu mai mult de 500 psi (3.45 MPa); sau cu mai mult de 0,10 ƒ´c atunci când ƒ´c este mai mare de 5000 psi (35 MPa)

Este important să se înțeleagă că o încercare individuală care se încadrează sub ƒ´c nu constituie neapărat o nerespectare a cerințelor din specificații. Atunci când media încercărilor de rezistență pe o lucrare se situează la rezistența medie necesară, ƒ′cr, probabilitatea ca încercările individuale de rezistență să fie mai mici decât rezistența specificată este de aproximativ 10%, iar acest lucru este luat în considerare în criteriile de acceptare.

Când rezultatele încercărilor de rezistență indică faptul că betonul livrat nu îndeplinește cerințele specificației, este important să se recunoască faptul că eșecul poate fi în încercare, nu în beton. Acest lucru este valabil mai ales dacă fabricarea, manipularea, întărirea și testarea cilindrilor nu sunt efectuate în conformitate cu procedurile standard. A se vedea CIP 9, Rezistența scăzută a cilindrilor de beton.

Înregistrările istorice ale încercărilor de rezistență sunt folosite de către producătorul de beton pentru a stabili rezistența medie țintă a amestecurilor de beton pentru lucrările viitoare.

CUM se testează rezistența betonului

• Eșantioanele cilindrice pentru încercarea de acceptare trebuie să aibă dimensiunea de 6 x 12 inch (150 x 300 mm) sau 4 x 8 inch (100 x 200 mm) atunci când este specificat. Epruvetele mai mici tind să fie mai ușor de realizat și de manipulat pe teren și în laborator. Diametrul cilindrului utilizat trebuie să fie de cel puțin 3 ori mai mare decât dimensiunea nominală maximă a agregatului grosier utilizat în beton.
• Înregistrarea masei epruvetei înainte de capsulare oferă informații utile în caz de contestații.
• Pentru a asigura o distribuție uniformă a sarcinii în timpul încercărilor, cilindrii sunt capsulați în general cu mortar de sulf (ASTM C 617) sau cu capace cu tampoane de neopren (ASTM C 1231). Capacele de sulf trebuie aplicate cu cel puțin două ore și de preferință cu o zi înainte de testare. Capacele de neopren pot fi folosite pentru a măsura rezistențele betonului între 1500 și 7000 psi (10 și 50 MPa). Pentru rezistențe mai mari, de până la 12 000 psi, este permisă utilizarea capsulelor de neopren dacă acestea sunt calificate prin testarea complementară cu capsule de sulf. Cerințele privind duritatea Durometrului pentru plăcuțele din neopren variază între 50 și 70, în funcție de nivelul de rezistență testat. Tampoanele trebuie înlocuite dacă există o uzură excesivă.
• Cilindrii nu trebuie lăsați să se usuce înainte de testare.
• Diametrul cilindrului trebuie măsurat în două locații în unghiuri drepte una față de cealaltă la jumătatea înălțimii epruvetei și trebuie calculată media pentru a calcula aria secțiunii transversale. În cazul în care cele două diametre măsurate diferă cu mai mult de 2%, cilindrul nu trebuie testat.
• Extremitățile epruvetelor nu trebuie să se abată de la perpendicularitatea cu axa cilindrului cu mai mult de 0,5º, iar capetele trebuie să fie plane cu o precizie de 0,002 inci (0,05 mm).
• Cilindrii trebuie să fie centrați în mașina de testare la compresie și încărcați până la cedarea completă. Rata de încărcare pe o mașină hidraulică ar trebui menținută în intervalul 0,15 – 0,35 MPa/s (20 – 50 psi/s) în timpul celei de-a doua jumătăți a fazei de încărcare. Trebuie înregistrat tipul de rupere. Un model comun de rupere este o fractură conică (a se vedea figura).
• Rezistența betonului se calculează prin împărțirea sarcinii maxime la rupere la suprafața medie a secțiunii transversale. C 39 are factori de corecție dacă raportul lungime/diametru al cilindrului este cuprins între 1,75 și 1,00, ceea ce este rar. Cel puțin doi cilindri sunt testați la aceeași vârstă, iar rezistența medie este raportată ca rezultat al testului la cea mai apropiată valoare de 10 psi (0,1 MPa)
• Tehnicianul care efectuează testul trebuie să înregistreze data la care au fost primiți în laborator, data testului, data testului, identificarea specimenului, diametrul cilindrului, vârsta testului, sarcina maximă aplicată, rezistența la compresiune, tipul de fractură și orice defecte ale cilindrilor sau ale capacelor. Dacă se măsoară, ar trebui, de asemenea, să se noteze masa cilindrilor.
• Majoritatea abaterilor de la procedurile standard de fabricare, întărire și testare a epruvetelor de testare a betonului vor avea ca rezultat o rezistență măsurată mai mică.
• Diferența dintre cilindrii însoțitori din același set și testați la aceeași vârstă ar trebui să fie, în medie, de aproximativ 2 până la 3% din rezistența medie. Dacă diferența dintre doi cilindri însoțitori depășește prea des 8% sau 9,5% pentru trei cilindri însoțitori, procedurile de încercare din laborator trebuie evaluate și rectificate.
• Rezultatele încercărilor efectuate de laboratoare diferite pe aceeași probă de beton nu trebuie să difere cu mai mult de aproximativ 13% din media celor două rezultate ale încercărilor.
• Dacă unul sau ambii cilindri dintr-un set de cilindri se rup la o rezistență mai mică de ƒ´c, evaluați cilindrii pentru probleme evidente și păstrați cilindrii încercați pentru o examinare ulterioară. Frecvent, cauza unei încercări eșuate poate fi ușor de observat în cilindru, fie imediat, fie prin examinare petrografică. Dacă acesta este aruncat, se poate pierde o ocazie ușoară de a corecta problema. În unele cazuri, se confecționează cilindri de rezervă suplimentari care pot fi testați dacă un cilindru dintr-un set s-a rupt la o rezistență mai mică.
• Un test de 3 sau 7 zile poate ajuta la detectarea unor potențiale probleme legate de calitatea betonului sau de procedurile de testare în laborator, dar nu este o bază pentru respingerea betonului, cu o cerință de rezistență la 28 de zile sau la o altă vârstă.
• ASTM C 1077 prevede că tehnicienii de laborator implicați în testarea betonului trebuie să fie certificați.
• Rapoartele testelor de rezistență la compresiune oferă informații valoroase echipei de proiect pentru proiectele curente și viitoare. Rapoartele trebuie transmise cât mai repede posibil producătorului de beton, antreprenorului și reprezentantului proprietarului.

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 improprie test-cylinder curing, Ward R. Malisch, Concrete Producer Magazine, noiembrie 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

Înapoi la Sfaturi pentru beton

Utilizat cu permisiunea NRMCA

.