METODA  SKLEROMETRYCZNA - OPARTA NA ZALEŻNOŚCI POMIĘDZY POWIERZCHNIOWĄ TWAR­DOŚCIĄ BETONU A JEGO WYTRZYMAŁOŚCIĄ NA ŚCISKANIE.

Ocena wytrzymałości betonu na podstawie badań sklerometrycznych zawsze miała swoich zwolenników oraz przeciwników. Zwolennicy widzieli w niej możliwość łatwego określania wytrzymałości betonu w konstrukcji, przeciwnicy dostrzegali bardzo małą wiarygodność.

Badania betonu metodą sklerometryczną są najczęściej wykonywane za pomocą młotków Schmidta.

Młotek Schmidta jest przyrządem umożliwiającym pomiar powierzch­niowej twardości betonu na podstawie pomiaru odskoku od betonowej powierzchni masy trzpienia uderzającego z określoną siłą, wywołaną za pomocą układu sprężynowego. Wartością mierzoną jest tzw. liczba odbicia (L). którą odczytuje się na skali młotka.

Stosowane są 4 typy młotków Schmidta, które różnią się przede wszystkim energią uderzenia :

Typ "N" - normalny, o energii uderzenia 2,21 Nm, jest stosowany do ba­dania betonu zwykłego w konstrukcjach monolitycznych i prefabrykowanych.

Typ "L'' - lekki , o energii uderzenia 0,74 Nm, jest przeznaczony do badań betonów lekkich i zapraw.

Typ "M" - ciężki, masywny o energii uderzenia 29,5 Nm, który ma zastosowanie w badaniach betonu nawierzchni dróg i lotnisk, konstrukcji mostowych, fundamentów i innych masywnych konstrukcji.

Typ "P" - wahadłowy, o energii uderzenia rdzenia 0,88 Nm, przeznaczony jest do badań betonów i materiałów o małej twardości i wytrzymałości (gazobeton, tynk).

Ponadto produkowane są specjalne odmiany ww. typów młotków przy­stosowanych do pracy w specjalnych warunkach, np. w warunkach dużego zapylenia. Przykładowo młotek typu NA ma zabezpieczenie osłonami gumowymi, zaś typu NW jest przystosowany do badań pod wodą na głębokości do 20 m.

Ze względu na to, że przedmiotem zajęć laboratoryjnych jest określenie wytrzymałości betonu zwykłego metodą sklerometryczną, dalsze informacje dotyczyć będą badań młotkiem typu N.

Rysunek 1.1a przedstawia młotek Schmidta typu N z cofniętym trzpieniem, zaś rys. 1.1b ten sam przyrząd z trzpieniem wysuniętym.

Na rysunku 1.2 przedstawiony został przekrój podłużny młotka Schmidta typu N.

Rys. 1.1 Młotek Schmidta typu N: a) z cofniętym trzpieniem, b) z wysuniętym trzpieniem

Sposób przeprowadzenia badań

Młotek ustawiamy ze zwolnionym, wysuniętym trzpieniem prostopadle do badanej powierzchni betonu i powoli go naciskamy. Nacisk powoduje wsuwanie się trzpienia (1), cofanie się masy uderzeniowej (2) i naciągnięcie sprężyny uderzeniowej (3). Cofnięcie się masy uderzeniowej do górnego położenia urządzenia spustowego (4) zwalnia sprężynę, powodując uderzenie masy w trzpień. Po uderzeniu w trzpień masa uderzeniowa odskakuje o pewien odcinek uwidoczniony na skali za pomocą wskaźnika (8, 9).

Skala ma długość 75 mm i jest podzielona na 100 części. Wskaźnik można zablokować w pozycji, na którą odskoczył przy pomiarze, za pomocą specjalnego przycisku ( 10 ) i odczytać liczbę "L" w dogodniejszym ustawieniu. Po odjęciu nie zablokowanego młotka od powierzchni betonu wskaźnik automatycznie wraca do położenia zerowego i możemy przeprowadzić kolejny pomiar. Jeżeli wcześniej zablokowaliśmy wskaźnik, wówczas po odjęciu młotka od powierzchni betonu należy lekko nacisnąć trzpień na twardej powierzchni, co spowoduje zwolnienie blokady. Odczyty na skali młotka są zależne od położenia przy badaniu, które z kolei jest uzależnione od usytuowania badanej powierzchni. Podstawowe badanie bez konieczności korekty liczby odbicia ma miejsce w przypadku, gdy badana powierzchnia jest pionowa, zaś podłużna oś młotka jest usytuowana poziomo. Przy innym położeniu młotka należy liczbę odbicia obliczać z uwzględnieniem zmiany położenia wg wzoru , gdzie jest odczytem przy nachyleniu młotka pod kątem do poziomu, zaś poprawką odczytu wg tabl. 1.1 .

Tablica 1.1

Należy pamiętać o kontroli prawidłowości działania młotka, którą prze­prowadza użytkownik przed i po badaniach. Kontrola polega na sprawdzeniu odczytu młotka na specjalnym kowadle Schmidta, wykonanym ze stali o twardości wg Brinella HB = 500. Kowadło powinno być usytuowane na sztywnym podłożu i prawidłowy odczyt dla młotka typu N winien wynosić:

Jeżeli odczyt kontrolny różni się więcej niż o ±10% od wymaganej nominalnej liczby odbicia , przyrząd winien być oddany do naprawy. Jeżeli różnica jest większa niż ±2,5%, ale mniejsza niż ±10%, wówczas należy średnią wartość L, obliczyć wg wzoru

gdzie: - średni odczyt dla danego miejsca,

- rzeczywista liczba odbić młotka na kowadle.

1.1.2. Warunki techniczne przeprowadzenia badań

Wybór miejsc do badań.

Miejsca badań powinny być rozłożone możliwie równomiernie na całej powierzchni badanych elementów konstrukcyjnych. Miejscem badań jest powierzchnia betonu wynosząca około 50 cm², na której wykonuje się pomiary liczby odbicia w n_i punktach pomiarowych.

Wykonywanie badań sklerometrycznych betonu jest niedopuszczalne:

a) w miejscach, gdzie beton jest rakowaty, spękany, skarbonizowany, skorodowany i w sposób widoczny zawilgocony,

b) w miejscach nagromadzenia mleczka cementowego lub grubego kruszywa,

c) w linii przebiegania przerw technologicznych w betonowaniu,

d) w warstwach betonu przemarzniętego w okresie dojrzewania,

e) w miejscach z przypuszczalnymi wkładkami stalowymi, ceramicznymi, drewnianymi itd. lub z pustkami znajdującymi się na głębokości do 3 cm od badanej powierzchni.

Dopuszcza się badanie betonu w przypadkach wg a), b) i d), pod warunkiem usunięcia warstw wadliwych. Ponadto należy unikać badania elementów o małej sztywności; dotyczy to elementów powierzchniowych o grubościach mniejszych niż 10 cm oraz elementów prętowych, których wymiar w kierunku działania przyrządu pomiarowego jest mniejszy niż 12 cm.

Dopuszcza się badanie cieńszych, pod warunkiem zastosowania dodatkowego usztywnienia.

Liczba miejsc badanych.

Do określenia metoda sklerometryczna za pomocą młotka Schmidta średniej wytrzymałości betonu na ściskanie w elemencie lub we fragmencie konstrukcji, wykonanych z jednej partii betonu, wymagane jest przeprowadzenie badań w co najmniej 12 miejscach. Dopuszcza się zmniejszenie liczby miejsc badań do 6 przy seryjnej kontroli elementów prefabrykowanych wykonywanych w warunkach przemysłowych.

Przygotowanie miejsc do badań.

Miejsca przeznaczone do badań powinny być gładkie. W razie potrzeby należy je wyrównać ręcznie lub mechanicznie przy użyciu kamienia ściernego.

Liczba odczytów w każdym miejscu badanym.

W każdym miejscu badań na elemencie należy wykonać przy użyciu młotka Schmidta co najmniej 5 odczytów liczb odbicia. Odczyty różniące się od średniego dla danego miejsca więcej niż o 5 jednostek liczby L należy odrzucić. Każdy odczyt powinien być przeprowadzony w innym punkcie miejsca badań. Odległość między punktami pomiarowymi powinna być nie mniejsza niż 2 cm.

1.1.3. Opracowanie wyników pomiarów

Średni odczyt liczby odbicia dla danego i-tego miejsca pomiarowego obliczamy jako średnią arytmetyczną odczytów:

gdzie: - odczyt dla danego punktu,

- liczba punktów w miejscu pomiarowym.

Mając wartości obliczamy kolejno:

• średnią liczbę odbicia jako średnią arytmetyczną liczby odbić dla miejsc pomiarowych

gdzie: - średni odczyt w i-tym miejscu pomiarowym,

- liczba miejsc pomiarowych.

• odchylenie standardowe liczb odbicia z zależności

• współczynnik zmienności liczb odbicia ze wzoru

[%]

1.1.4. Zasady oceny jakości betonu w konstrukcjach

Zachodzi bez pośredni związek pomiędzy wytrzymałością betonu f_c a od­czytywaną liczbą odbicia L. Do określenia wytrzymałości betonu na ściskanie metodą sklerometryczną za pomocą młotka Schmidta korzysta się z zależności f_c – L . Zależność tę określa się za pomocą skalowania związków empirycznych, korzystając z analizy korelacyjnej wyników badania próbek, lub też z metody dobierania hipotetycznej krzywej regresji odpowiednio do składu, technologii wykonania, warunków pielęgnacji wieku i wilgotności betonu.

W celu uzyskania miarodajnej oceny jakości betonu w badanym elemencie lub fragmencie konstrukcji, należy na podstawie wyników pomiarów i przyjętej empirycznej bądź hipotetycznej krzywej regresji f_c - L obliczyć:

• średnią wytrzymałość betonu na ściskanie wg wzoru

• odchylenie standardowe wytrzymałości s_fc

(gdy stosujemy we wzorze n zamiast n - 1 )

• współczynnik zmienności wytrzymałości

gdzie: -współczynnik jednorodności

-parametr zależny od prawdopodobieństwa nieprzekroczenia wartości granicznej rozkładu normalnego, np. dla p=0,95, t_min=1,64 – rozkład normalny, prawdopodobieństwo 95%.

Wytrzymałość minimalną betonu f_{c min} obliczamy ze wzoru :

Na podstawie wartości współczynnika zmienności ν_fc możemy ocenić jednorodność betonu według zasad podanych w tablicy 1.2.

Tablica 1.2

Dokumentacja badań

Dokumentacja zawarta w sprawozdaniu z badań betonu metodą sklerometryczną powinna zawierać:

• dane charakteryzujące badaną konstrukcję (w tym szkic badanego elementu wraz z naniesionymi punktami pomiarowymi i ich oznakowaniem),

• datę, warunki i sposób przeprowadzenia badań,

• dane charakteryzujące przyrządy pomiarowe,

• dziennik pomiarów,

• podstawy określania zależności f_c - L, stosowane współczynniki popraw­kowe i korygujące,

• charakterystyki wytrzymałościowe badanego betonu, do których należą:

a) odchylenia standardowe,

b) współczynniki zmienności,

c) wytrzymałość średnia,

d) wytrzymałość minimalna (gwarantowana),

e) ocena stopnia jednorodności betonu.