1. Wytrzymałość na ściskanie i klasy wytrzymałości betonu.

Brak ograniczeń wielkości wykonywanych elementów, łatwość ich kształtowania oraz możliwość dostosowywania cech wytrzymałościowych i trwałości do warunków eksploatacji sprawiają, że beton jest obecnie jednym z najpopularniejszych materiałów budowlanych.

Wytrzymałość betonu na ściskanie to podstawowa cecha determinująca jego przydatność do celów konstrukcyjnych (ze względu na charakter pracy betonu). Zdefiniowana jako obciążenie ściskające, niszczące próbkę betonu, odniesione do jednostki powierzchni obciążanej
w jednoosiowym stanie naprężenia. Zależy głównie od:

- klasy i ilości cementu,

- rodzaju i ilości dodatków mineralnych oraz domieszek organicznych,

- rodzaju kruszywa, jego właściwości, uziarnienia, i charakteru powierzchni,

- stosunku cementowo/wodnego,

- warunków wykonywania mieszanki betonowej,

- sposobu jej zagęszczenia,

- warunków dojrzewania (temperatura i wilgotność).

Na wytrzymałość betonu mają także wpływ częstotliwość i amplituda obciążenia cyklicznie zmiennego w czasie, co przy dużej liczbie cykli obciążenia wywołuje efekty zmęczeniowe, czyli znaczny spadek wytrzymałości. Wytrzymałość określana na próbkach poddanych doraźnemu obciążeniu statycznemu jest podstawą normowej oceny betonu.

Oznaczenia wytrzymałościowe betonów.

- $f_{\text{ck}} = \frac{F_{\max}}{\text{A\ }}\ \lbrack MPa\rbrack$ - wytrzymałość charakterystyczna na ściskanie (uzyskana na próbkach);

- $f_{\text{cd}} = \frac{f_{\text{ck}}}{\gamma_{c}}\ \lbrack MPa\rbrack$ - wytrzymałość obliczeniowa na ściskanie (wytrzymałość charakterystyczna
z uwzględnieniem częściowego współczynnika bezpieczeństwa dla betonu; γ_c = 1, 4)

Wytrzymałość betonu jest zmienną losową, zatem do oceny statystycznej wyników badań wykorzystuje się znane pojęcie kwantyla rozkładu statystycznego, przyjmując jego wartość na poziomie 5%. Dokonuje się estymacji wartości średniej wytrzymałości betonu f_cm :

$$f_{\text{cm}} = \ \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}f_{\text{ci}}$$

oraz wariacji (rozrzutu wyników), której miarą jest średnie odchylenie standardowe s wyników badań danej serii obliczane z zależności

$$s = \ \sqrt{\frac{1}{n - 1}\sum_{i = 1}^{n}{{(f}_{\text{ci}} - f_{\text{cm}})}}$$

W analizie statystycznej używamy najczęściej rozkładu normalnego Gaussa (wykres b)

Określając kwantyl wytrzymałości betonu na ściskanie f_ck na poziomie 5% zakładamy, że na 100 badanych próbek, tylko 5 może mieć wytrzymałość na ściskanie mniejszą od f_ck.
(Warunkowi temu odpowiada parametr zwany statystyką rozkładu o wartości t = 1, 64)

Wytrzymałość średnią oznacza się wzorem:

f_cm = f_ck, 0.05 + 1, 64s

Lub w przypadku braku odpowiednich danych:

f_cm = f_ck + 8 [MPa]

Klasy wytrzymałościowe betonów.

W zależności od wytrzymałości betony dzieli się na odpowiednie klasy wytrzymałościowe – jest to parametr opisujący beton pod względem funkcji konstrukcyjnej (jakości betonu).

Klasę betonu, Zgodnie z normą PN-EN 206-1:2003 Beton. Część 1: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność, określa się symbolem literowo-liczbowym C f_ck / f_ck, cube, na podstawie dwóch wartości wytrzymałościowych betonu:
- f_ck - wytrzymałość charakterystyczna betonu na ściskanie (w MPa) określona na próbce walcowej o średnicy 150 mm i wysokości 300 mm, po 28 dniach,

- f_ck, cube - wytrzymałość charakterystyczna betonu na ściskanie (w MPa) określona na próbce sześciennej o wymiarach 150 mm, po 28 dniach.

Wytrzymałości na próbkach walcowych i sześciennych różnią się od siebie, a spowodowane jest to występowaniem innych rozkładów naprężeń w próbkach o różnym kształcie. W przypadku kostek sześciennych, przy klasycznej metodzie pomiaru, nie ma możliwości uzyskania jednoosiowego stanu naprężenia dla krytycznego naprężenia ściskającego.

Podczas badania próbek ważne jest zachowanie prostopadłości powierzchni ściskanych, jak również zachowania osiowości działania siły ściskającej.

Oznaczenie betonów danym symbolem oznacza określenie minimalnej wartości charakterystycznej wytrzymałości na ściskanie (uzyskanej przez minimum 95% próbek danej partii). Betony o wysokiej wytrzymałości mają klasę wytrzymałości wyższą niż C50/60 (betony zwykłe i ciężkie) oraz, w przypadku betonów lekkich, wyższą niż LC50/55.

Bibliografia.

Materiały budowlane: Podstawy technologii i metody badań, pod red. Jana Małolepszego, Wydawnictwo AGH, Kraków, 2008.

Łapko A., Jensen Ch.: Podstawy projektowania i algorytmy obliczeń konstrukcji żelbetowych., Arkady, Warszawa, 2005.

Łapko A.: EUROKODY - Zeszyty Edukacyjne Buildera. ZESZYT 2 - Projektowanie konstrukcji żelbetowych., Wydawnictwo Buildera, 2011.