AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA

IM. STANISŁAWA STASZICA

WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOINŻYNIERII

Sprawozdanie z zajęć

Diagnostyka konstrukcji budowlanych

Temat: Badanie jakości betonu w konstrukcji za pomocą młotka Schmidt’a typu N

Data wykonania: 19.03.2014

Grupa laboratoryjna 1

Data oddania: 03.04.2014

Aleksandra Antosz

Magdalena Baranowska

1. Wstęp teoretyczny

Badanie polegało na określeniu jakości betonu belki żelbetowej przy użyciu młotka Schmidta typu N, a opracowanie wyników pomiarów dokonano na podstawie metody analizy korelacyjnej.

Celem badania jest wyznaczenie wytrzymałości betonu belki, a także jej klasy. Badania wykonano w 6 miejscach pomiarowych zaznaczonych na poniższym rysunku. W każdym miejscu pomiarowym obrano 12 punktów pomiarowych.

1. Zasada działania Młotka Schmidta

Młotki Schmidta określają powierzchniową twardość betonu na podstawie pomiaru odskoku masy uderzeniowej młotka. Wartość odskoku czyli tzw. liczbę odbicia L odczytuje się na skali młotka. Na podstawie liczby odbicia, z krzywej regresji wyznacza się wytrzymałość betonu na ściskanie. Krzywa regresji obowiązuje tylko dla tego betonu, dla którego została opracowana. Młotek Schmidta daje informacje o wytrzymałości elementów betonowych o grubości do 20 cm przy dostępie jednostronnym, a 40 cm przy dwustronnym. Stosowany jest głównie do diagnostyki konstrukcji betonowych.

Badanie zostało wykonane w kierunku poziomym tak aby siła ciężkości nie wywierała wpływu na odczytywane wartości liczby odbicia. Dzięki temu nie było potrzeby uwzględniania poprawek z racji kąta innego niż 90°. Dla każdego badanego miejsca pomiarowego należy wyliczyć średnią liczbę odbicia, a następnie średni odczyt sprowadzony, odchylenie standardowe liczb odbicia S_L oraz współczynnik zmienności ν_L dla każdego elementu konstrukcyjnego.

Aby ustalić wytrzymałość betonu na ściskanie (co za tym idzie klasę betonu) należy skorelować wyniki badania sklerometrycznego danego elementu z wynikami badania niszczącego na rdzeniach z niego pobranych. Pod uwagę zostały wzięte wyniki badania niszczącego 6 próbek walcowanych normowych (średnica 15cm wysokość 30cm).

1. Opracowanie wyników:

   1. Wyniki uzyskane z pomiarów Młotkiem Schmidta:

DZIENNIK POMIARÓW SKLEROMETRYCZNYCH MŁOTKIEM SCHMIDTA TYPU N
Element:
Wiek betonu
Lp.
1
2
3
4
5
6
Średnia liczba odbicia R:
Odchylenie standardowe sR:

DZIENNIK POMIARÓW SKLEROMETRYCZNYCH MŁOTKIEM SCHMIDTA TYPU N ORAZ BADAŃ NISZCZĄCYCH
Element:
Wiek betonu:
Lp.
1
2
3
4
5
6
Średnia R:
Odchylenie standardowe s:

1. Obliczenie średniego odczytu liczb odbicia dla i-tego miejsca pomiarowego

Obliczenie średniego odczytu liczb odbicia dla i-tego miejsca pomiarowego należy dokonać według poniższego wzoru:

$$L_{\text{mvi}} = \frac{\sum_{i = 1}^{n = 12}L_{\text{ij}}}{n_{i}}$$

gdzie: L_mvi – średnia wartość liczby odbicia w i-tym punkcie konstrukcji

n_i – liczba pomiarów

L_ij – kolejny pomiar

Do celów praktycznych można przyjąć, że wyniki badań sklerometrycznych są rozkładami normalnymi symetrycznymi, które można określi poprzez wzór:

$$L_{\text{mv}} = \frac{\sum_{i = 1}^{n = 12}L_{\text{mvi}}}{n_{j}}$$

gdzie: L_mv – średnia wartość odczytu liczby odbicia

n_j – liczba j-tych punktów pomiarowych

1. Obliczenie odczytu sprowadzonego

Odczyt sprowadzony zależy od współczynnika poprawkowego odczytu ΔL przy pozycji młotka nachylonej do poziomu pod kątem α. W trakcie badania przez cały czas młotek był ułożony zatem odczyt sprowadzony równy jest odczytowi średniemu.

1. Obliczenie współczynnika korelacji zależnego od wieku betonu

Współczynnik korekcyjny zależny jest od wieku betonu według Instrukcji 210/1977. Dla betonu mającego rok przyjmuje się wartość współczynnika 0,…………

1. Odrzucenie błędnych wyników

Zgodnie z normą PN-B-03264:1976 Konstrukcje betonowe i żelbetowe sprężone należy odrzucić te wartości liczby odbicia dla danego punktu pomiarowego, które różniły się o ± 10 jednostek dla całego elementu. Tak więc dla punktu pomiarowego 3 skorygowane wyniki są następujące:

Lp	α	Odczyt liczby odbicia R	Odczyt średni	Odczyt sprowadzony
		1	2	3
3	0	56	57	-

1. Obliczenie odchylenia standardowego liczby odbicia

Obliczenie odchylenia standardowego liczby odbicia s_L dokonuje się na podstawie wzoru:

$$s_{L} = \sqrt{\frac{1}{n_{\text{ij}} - 1}\sum_{i,j = 12}^{n}{(L_{\text{ij}} - L_{\text{mv}})}^{2}}$$

1. Określenie wytrzymałości na ściskanie metodą uproszczoną

Zgodnie z metodą uproszczoną do przybliżonego skalowania wykorzystuje się podaną w normie PN-EN 13791:2008 krzywą bazową, która została określona jako zależność między liczbą odbicia: (oznaczoną w tej normie jako R) i wytrzymałości betonu f_c,cyl. Krzywa zastała przez nas sprowadzona do wartości f_c,cube, określonych na próbkach sześciennych o boku 150 mm. Ocena wytrzymałości zatem polega na przesunięciu krzywej bazowej do właściwego poziomu, określonego za pomocą odwiertów rdzeniowych i badań nieniszczących.

Uzyskane przez nas wyniki badań niszczących i nieniszczących naniosłyśmy na wykres wraz z krzywą bazową, przyjmując na osi poziomej wartości liczby odbicia L a na osi pionowej wytrzymałość na ściskanie wyznaczoną na próbkach rdzeniowych. Zgodnie z wcześniej już wspomnianą normą krzywe bazową wyznaczyłyśmy:

f_L = 1, 25L − 23    dla 20 ≤ L ≤ 24

f_L = 1, 72L − 34, 5    dla 24 ≤ L ≤ 50

Następnie dla każdego naszego punktu pomiarowego obliczyłyśmy różnicę miedzy wytrzymałością betonu na ściskanie uzyskaną z badań próbek a wytrzymałością wyznaczoną z krzywej bazowej a następnie obliczyłyśmy średnią wartość różnicy δf

δf = f_is − f_L

Gdzie: f_is – wytrzymałość betonu na ściskanie określone na próbkach

f_L – wytrzymałość na ściskanie obliczona z krzywej bazowej

Wartość przesunięcia podstawowej krzywej korelacji Δf zależy od średniej wartości różnic δf oraz od współczynnika k₁ (współczynnika zależnego od liczby par wyników), który zgodnie z normą PN-H-93215:1949 dla naszego przypadku wynosi 1,55 i wylicza się ze wzoru:

Δf = δf − k₁ × s

Uzyskane w ten sposób wyniki zestawiłyśmy w tabeli:

	fis [MPa]	Odczyt średni	fL [MPa]	δf [MPa]	fis,L [MPa]
	68	52	55,5	12,5	42,9
	72	54	58,9	13,1	45,8
	70	52	55,5	14,5	40,9
	74	56	62,4	11,6	50,8
	74	54	58,9	15,1	43,8
	72	54	58,9	13,1	45,8
Średnia wartość	71,7	53,7		13,3	45
Minimalna wartość	68	52		12,5	40,9
Odchylenie standardowe	2,34	1,51		1,28	3,37

Tak więc przesunięcie podstawy krzywej korelacji Δf dla naszego przykładu obliczeniowego wynosi:

Δf = 13, 3 − 1, 55 × 1, 28 = 11, 34 [MPa]

Zatem nasza skorygowana krzywa ma postać:

f_L + Δf = 1, 25L − 23 + 11, 34    dla 20 ≤ L ≤ 24

f_L + Δf = 1, 73L − 34, 5 + 11, 34    dla 24 ≤ L ≤ 50

Wykres został wykonany przy pomocy programu MATLAB.

Na sam koniec dokonałyśmy klasyfikacji betonu zgodnie z normą PN-EN 206-1:2003. Kryterium zgodności wytrzymałości kontrolowanego betonu z wymaganą wytrzymałością charakterystyczną określa zależność

f_{ck cube} = f_is − 1, 48 × s:

Gdzie jako f_is przyjęłyśmy wartość średnią. W taki o to sposób otrzymałyśmy wartość:

f_{ck cube} = 45 − 1, 48 × 3, 37 = 40, 02[MPa]

A korzystając z zależności zgodnie z normą PN-B-03264:2002:,otrzymałyśmy wartość f_{ck cyl} :

f_{ck cyl} = 0, 8 × f_ck, cube = 0, 8 × 40, 02 = 32, 02 [MPa]

Na podstawie powyższych wyników udało nam się zakwalifikować badany beton do klasy C30/37 (dla f_ck,cyl = 30 MPa)

WNIOSKI

• Na podstawie znajomości sposobu przeprowadzania badania sklerometrycznego z użyciem Młotka Schmidta można określić wytrzymałość elementu bądź całej konstrukcji żelbetowej.

• Różne wyniki liczby odbicia R dla danego punktu pomiarowego mogą wynikać z występujących na powierzchni badanej belki żelbetowej pojedyncze rysy oraz nierówności powierzchni. Powierzchnia badana powinna zostać wygładzona przed badaniem, jednak brak czasu i środków nam to uniemożliwił.

• Określenie wytrzymałości betonu na ściskanie uwarunkowane było skonstruowanie krzywej bazowej i skorygowanej dla danego betonu.

• Istnieje kilka metod obliczeniowych wyznaczania wytrzymałości betonu metodą sklerometryczną. Ostateczną ocenę jakości betonu można przeprowadzić na kilka sposobów co poprawiłoby dokładność otrzymanych wyników.

• Na podstawie obliczeń zakwalifikowałyśmy badaną belkę do klasy C30/37 (beton o wytrzymałości na ściskanie 30MPa dla próbek walcowanych 15x30cm oraz 37MPa dla próbek sześciennych o wymiarach 15x15x15cm).