Badanie wytrzymałości betonu na ściskanie i zginanie metoda normalną.

Demczuk Robert

Beton

Beton jest konglomeratem ziaren kruszywa zespolonych w sztuczny kamień w wyniku stwardnienia zaczynu cementowego. Podstawowymi cechami świeżej masy betonowej są jej urabialność i potencjalna wytrzymałość. Wytrzymałość ta przejawia się dopiero po stężeniu, ale jej wartość jest przesądzona składem masy betonowej i techniką jej przygotowania. Na wytrzymałość betonu mają wpływ właściwości cementu oraz stosunek cementu do wody (stosunek cementowo-wodny). Świeża mieszanka betonowa powinna zawierać tyle cementu i wody, aby osiągnąć żądaną konsystencję pozwalającą na ułożenie mieszanki w deskowaniu. Z drugiej strony mieszanka po stwardnieniu powinna osiągnąć projektowaną wytrzymałość.

Twardnienie mieszanki zaczyna się już w parę godzin po zarobieniu. Po upływie 28 dni beton osiąga około 90% swojej nominalnej wytrzymałości. Poprzez zastosowanie odpowiednich dodatków oraz zastosowanie obróbki termicznej można przyśpieszyć dojrzewanie betonu w początkowym okresie. Podstawowym testem wytrzymałościowym betonu jest osiowe ściskanie próbki w maszynie wytrzymałościowej.

W Polsce podstawową próbką do badań jest próbka sześcienna o wymiarze boku 15 cm.

Przygotowanie i przebieg badania.

Wykonanie próbek.

1. Beton w formach po smarowanych środkiem antyadhezyjnym, należy układać i zagęszczać w taki sam sposób, jaki stosowano przy betonowaniu wyrobu, elementu lub konstrukcji, tzn. za pomocą wibrowania albo ręcznego zagęszczania lub ubijania.

2. W przypadku stosowania wibrowania, mieszankę betonową układa się w formie z nadmiarem i wibruje do wystąpienia mleczka cementowego na powierzchni.

3. W przypadku ręcznego zagęszczania, mieszankę układa się w formie i zagęszcza prętem stalowym o średnicy 16 mm, z zaokrąglonym końcem.

4. Po zagęszczeniu mieszanki betonowej w formie należy usunąć nadmiar mieszanki i wygładzić powierzchnię przez zatarcie.

5. W przypadku próbek wycinanych, płaszczyzny przenoszące obciążenie, nie spełniające wymagań, powinny być wyrównane przez szlifowanie lub wyprawienie. W tym celu mogą być stosowane zaczyny z szybkotwardniejącego cementu lub inne wyprawy, których wytrzymałość jest zbliżona do wytrzymałości betonu. Maksymalna grubość warstwy wyrównującej - 5 mm.

Przechowywanie próbek:

1. Próbki przed i po ich rozformowaniu należy przechowywać w warunkach zbliżonych do warunków dojrzewania betonu w wyrobie, elemencie lub konstrukcji, z uwzględnieniem ewentualnej obróbki cieplnej.

2. W przypadku, gdy beton w wyrobie, elemencie lub konstrukcji dojrzewa w warunkach naturalnych dopuszcza się przechowywanie próbek w warunkach laboratoryjnych.

3. W celu zapewnienia wilgotności wymaganej w warunkach laboratoryjnych dopuszczalne jest przechowywanie próbek na ruszcie nad wodą pod przykryciem z folii.

4. Przy stosowaniu obróbki cieplnej temperatura betonu w próbkach powinna być zbliżona do temperatury betonu w obiekcie. Po zakończeniu obróbki cieplnej próbki należy przechowywać w warunkach laboratoryjnych.

5. W przypadku, gdy betonowanie i dojrzewanie betonu odbywa się w warunkach obniżonych temperatur, próbki przechowuje się w warunkach zbliżonych do tych, w jakich dojrzewa beton w obiekcie przez okres:

- 1 dnia w przypadku cementu szybkotwardniejącego,

- 5 dni w przypadku cementów portlandzkich,

- 8 dni w przypadku cementu hutniczego.

Dalsze przechowywanie próbek powinno się odbywać w warunkach laboratoryjnych.

Wykonanie badania:

1. Do wykonania próby ściskania lub zginania (rozciągania) należy stosować prasy wytrzymałościowe z ważnym świadectwem legalizacji, odpowiadające wymaganiom.

2. Płyty oporowe powinny mieć znaki ułatwiające osiowe ustawienie próbki, a jedna z płyt powinna być łożyskowana wahliwie. Zakres pomiarowy siłomierza powinien być tak dobrany, aby największa siła potrzebna do zniszczenia próbki była nie mniejsza niż 20% i niewiększa niż 90% pełnego zakresu obciążeń.

3. Próbki sześcienne umieszcza się w prasie bez podkładek w pozycji obróconej o 90° w stosunku do kierunku formowania; płaszczyzna, która była wyrównywana po zaformowaniu próbki powinna znajdować się z boku. Wzrost siły obciążającej próbkę powinien odpowiadać prędkości przyrostu naprężenia równej 0,5 ±0,1 MPa/s. Za wynik badania przyjmuje się największe obciążenie przeniesione przez próbkę w czasie próby ściskania.

Wymiary próbek:

Ściskanie osiowe:

Próbkę o wymiarach 150x150x150 umieszcza się miedzy głowicami prasy i osiowo ściska.

Naprężenia podczas ściskania oblicza się ze wzoru:

R_c = F_n/A

gdzie: R_c - wytrzymałość na ściskanie,

F_n - siła ściskająca (niszcząca) próbkę,
A - przekrój poprzeczny próbki ściskanej, prostopadły do kierunku działania siły.

W którym siła normalna równa się sile osiowej F_n (odczytanej z siłomierza maszyny wytrzymałościowej) natomiast pole powierzchni A równa się polu podstawy próbki.

Rozciąganie osiowe:

Próbkę o wymiarach 100x100 lub 150x150 i długości równej podwójnemu wymiarowi poprzecznemu umieszcza się w uchwytach głowicy prasy i osiowo rozciąga.

Wytrzymałość osiowego rozciągania obliczamy:

f_ct^dir =F/A

gdzie:

F - siła zrywająca próbkę,

A - pole powierzchni, w którym nastąpiło zniszczenie

Jeżeli zniszczenie nastąpiło poza środkową częścią próbki (w 3/4 jej długości), to otrzymany wynik należy odrzucić. Badanie to jest trudne ze względu na konieczność osiowego przyłożenia siły i statycznego obciążenia. W praktyce otrzymuje się duży rozrzut wyników badań.

Rozciąganie przy zginaniu:

Przeprowadza się je, najczęściej na betonowej próbce o wymiarach przekroju poprzecznego bh i długości l=4d. Obciąża się ją dwiema siłami skupionymi, o wartości F/2 każda przez rolki stalowe o średnicy od 20 do 40 mm, usytuowane w równych odległościach od podpory.

Zaleca się wymiary próbki b = h =150mm i l = 600mm.

Wytrzymałość betonu na rozciąganie dla próbek liczymy ze wzoru:

f_ct^flex =Fl/bh2

Za niszczącą przyjmuje się siłę F powodującą złamanie beleczki, które następuje w najsłabszym przekroju w obszarze M_max. Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu jest znacznie większa od wytrzymałości na osiowe rozciąganie nawet do 80%.

---