Badanie wytrzymałości betonu na ściskanie

Wstęp

Klasa betonu wyznaczana za pomocą wytrzymałości betonu na ściskanie jest w tej chwili podstawową cechą decydującą o przydatności betonu do zastosowania w konstrukcji. Wytrzymałość betonu na ściskanie (podawana w MPa) oblicza się jako obciążenie ściskające – niszczące, odniesione do powierzchni obciążanej w jednoosiowym stanie naprężenia.

Wpływ na wytrzymałość betonu na ściskanie ma przede wszystkim skład mieszanki betonowej, z której wykonano badane próbki (rodzaj kruszywa, rodzaj i ilość cementu czy stosunek w/c). O wartości wytrzymałości decydują również kształty badanej próbki, dla przykładu: próbki o kształtach cylindrycznych ( normowo h=15 cm, średnica d=30 cm) mają mniejszą wytrzymałość na ściskane w stosunku do próbek sześciennych (15 cm x 15 cm).

Wytrzymałość na ściskanie obliczono ze wzoru:

[MPa]

gdzie:

- wytrzymałość na ściskanie jednej próbki [MPa],

P- siła niszcząca podana przez prasę ściskającą próbkę [kN],

A- pole powierzchni próbki płaszczyzny prostopadłej do kierunku działania siły niszczącej [cm²].

Stosunek posiada jednostkę , zatem pomnożono te liczbę przez 10 aby otrzymać wynik w MPa.

Ustalenie klasy betonu wykonuje się na podstawie normy PN EN 206-1, która zastąpiła normę PN-88/B-06250, przy użyciu otrzymanych wyników w trakcie badania wytrzymałości na ściskanie.

3.2.1 Wykonanie próbek oraz sposób badania:

Próbki wykonaliśmy z jednego zarobu mieszanki betonowej o ustalonej wcześniej recepturze(podobnie jak belkę żelbetową, walce i beleczki badane na zginanie). Użyliśmy w tym celu 8 żelaznych form, które po wypełnieniu mieszanką utworzyły próbki o wymiarach 15x15x15 cm (zgodnie z PN-EN 12390-1). Wcześniej nasmarowane olejem formy napełniliśmy w 3 fazach-każda z innego wyładunku betoniarki. Następnie 4 próbki umieściliśmy na stole wibracyjnym (zg z PN-EN 12390-2), natomiast w przypadku pozostałych 4 użyliśmy wibrator ręczny. Po zakończeniu wibrowania wyrównaliśmy próbki i umieściliśmy je na równej powierzchni.

Trzeciego dnia rozformowaliśmy próbki, pomierzyliśmy je, zważyliśmy i opisaliśmy, po czym 4 z nich, które wibrowane były za pomocą stołu wibracyjnego umieściliśmy zgodnie z normą PN-EN 206-1 w wodzie. Pozostałe 4, które wibrowane były za pomocą wibratora ręcznego, pozostawiliśmy w miejscu suchym – oblewaliśmy je natomiast wodą podobnie jak pozostałe elementy, służące do dalszego badania.

Po 28 dniach 4 suche próbki oraz osuszone za pomocą szmatki , 4 mokre próbki zbadano pod względem wytrzymałości na ściskanie na specjalnej prasie. Otrzymane wyniki: wymiarów, wagi, gęstości, siły niszczącej i wytrzymałości przedstawiliśmy w tabeli.

Do określenia klasy betonu wykorzystaliśmy wyniki próbek, które znajdowały się przez 28 dni w wodzie jak i próbek suchych.

Z tego względu, że w 6 podgrupach beton został wykonany na bazie tej samej receptury zostanie również określona klasa betonu na 30 próbkach (suma próbek wykonanych przez wszystkie podgrupy), również na podstawie norm PN EN 206-1 i PN-88/B-06250.

3.2.2 Określenie klasy betonu dla 4 próbek mokrych wg normy PN-EN 206-1:

Tabela T 3.2.2 Wyniki badań 4 próbek mokrych na ściskanie.

nr		a [cm]		średnia		b [cm]		średnia		c [cm]		średnia	Pole	F [kN]	fci [MPa]
1*	15,04	15,04	15,02	15,03	15,11	15,05	15,03	15,06	15,10	15,15	15,18	15,14	226,45	815	36,0
2*	15,00	15,03	15,04	15,02	15,00	15,05	15,03	15,03	15,01	15,04	15,01	15,02	225,75	773	34,2
3*	15,00	14,98	15,00	14,99	15,09	15,07	15,10	15,09	15,05	15,07	15,09	15,07	226,20	802	35,5
4*	15,04	15,02	15,04	15,03	14,98	14,99	14,97	14,98	15,02	15,01	15,02	15,02	225,20	796	35,3
												średnia			35,3

Sprawdzenie klasy określimy na podstawie Tablicy 14 w wyżej wymienionej normie i zawartych w niej kryteriów:

Kryterium 1:

Kryterium 2:

gdzie:

f_cm – średnia z 4 wyników[MPa], f_cm=35,30 MPa,

f_ci – dowolny pojedynczy wynik badania, [Mpa] (zaleca się aby był to najmniejszy wynik, który da miarodajną wartość do porównania), w tym przypadku przyjmujemy f_ci=34,2 MPa,

f_ck – wytrzymałość charakterystyczna betonu na ściskanie [Mpa], (w tym przypadku bierzemy pod uwagę wytrzymałość na próbkach sześciennych – f_ck,cube)

Podstawiając:

Kryterium 1:

→ →

Kryterium 2:

→ →

Analizując powyższe kryteria beton zaliczyć należy do klasy C25/30 wg PN-EN 206-1.

3.2.3 Klasa betonu dla populacji 30 próbek mokrych wg normy PN EN 206-1.

Tabela T 3.2.3 Próbki mokre

Lp.	Wytrzymałość [MPa]	Lp.	Wytrzymałość [MPa]
1	32,00	16	37,18
2	32,58	17	29,80
3	32,91	18	33,22
4	32,19	19	32,37
5	36,36	20	33,09
6	37,37	21	30,25
7	33,90	22	33,02
8	33,94	23	32,24
9	36,01	24	32,04
10	34,24	25	32,06
11	35,46	26	30,86
12	35,35	27	33,09
13	37,81	28	33,40
14	37,08	29	32,12
15	37,71	30	33,10
Średnia	33,76 MPa
Odchylenie standardowe	2,23 MPa
Minimum	29,80 MPa
Maksimum	37,81 MPa

Sprawdzenie klasy określimy na podstawie Tablicy 14 w wyżej wymienionej normie i zawartych w niej kryteriów:

Kryterium 1:

Kryterium 2:

gdzie:

f_cm – średnia z 4 wyników[MPa], f_cm=33,76 MPa,

f_ci – dowolny pojedynczy wynik badania, [Mpa] (zaleca się aby był to najmniejszy wynik, który da miarodajną wartość do porównania), w tym przypadku przyjmujemy f_ci=29,80 MPa,

f_ck – wytrzymałość charakterystyczna betonu na ściskanie [Mpa], (w tym przypadku bierzemy pod uwagę wytrzymałość na próbkach sześciennych – f_ck,cube)

σ – odchylenie standardowe populacji.

Podstawiając:

Kryterium 1:

33,76 → 33,76 → 30,46

Kryterium 2:

29,80 → → 33,80

Beton zaliczyć należy zatem do klasy C25/30 wg PN-EN 206-1.

-Określenie klasy betonu dla 4 próbek suchych wg normy PN-88/B-06250:

nr		a [cm]		średnia		b [cm]		średnia		c [cm]		średnia	Pole	F [kN]	fc [MPa]
1	15,10	15,10	15,10	15,10	15,16	15,15	15,13	15,15	14,99	14,99	15,02	15,00	228,71	635	27,8
2	15,10	15,06	15,00	15,05	15,10	15,14	15,13	15,12	14,98	15,00	14,98	14,99	227,66	701	30,8
3	15,10	15,05	14,96	15,04	15,07	15,08	15,05	15,07	14,95	14,95	14,92	14,94	226,55	683	30,1
4	15,02	15,06	15,08	15,05	15,02	14,98	14,99	15,00	15,00	15,02	14,99	15,00	225,75	673	29,8

Ponieważ próbek jest mniej niż 15:

gdzie:

R_{i min} - najmniejsza wartość wytrzymałości w badanej serii 4 próbek, równe 27,8 MPa,

α - współczynnik zależny od liczby próbek n, wg tabl. 6 dla n=4, α=1,15

R_b^G - wytrzymałość gwarantowana [MPa];

Podstawiając:

27,8 ≥1,15* R_b^G

Z warunku wynika, że beton ten należy do klasy B20.

Wg tej samej normy istnieje możliwość sprawdzenia innego warunku na określenie klasy betonu:

{1}

oraz

{2}

- średnia wartość wytrzymałości badanej serii próbek, obliczona wg wzoru

Podstawiając otrzymujemy:

{1}

{2}

Beton należy więc do klasy B20 wg PN-88/B-06250.

Klasa betonu dla populacji 30 próbek:

Tabela T 3.2.4.2 Wyniki badań 30 próbek suchych na ściskanie.

	Próbki suche
Lp.	Wytrzymałość [MPa]
1	28,34
2	28,40
3	29,34
4	27,54
5	31,54
6	31,68
7	31,36
8	33,57
9	34,21
10	34,63
11	33,38
12	34,37
13	27,80
14	30,80
15	30,10
16	29,80
17	34,50
18	33,20
19	34,10
20	33,40
21	35,55
22	34,84
23	36,54
24	36,72
25	35,03
26	35,17
27	29,10
28	28,30
29	28,80
30	26,70

średnia	31,96 MPa
minimum	26,70 MPa
maksimum	36,72 MPa
odchylenie standardowe	3,00MPa

Określenie klasy betonu dla 30 próbek suchych wg normy PN-88/B-06250:

Ponieważ próbek jest więcej niż 15:

gdzie:

- średnia wartość wytrzymałości badanej serii próbek, obliczona wg wzoru

R_b^G - wytrzymałość gwarantowana [MPa],

s – odchylenie standardowe populacji., obliczane wg wzoru:

=3MPa

Podstawiając:

31,96-1.64*3=27,04MPa

Z warunku wynika, że beton ten należy do klasy B25.

1