1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wykonanie beleczek z zaprawy cementowej oraz z zapraw gipsowych. Po wykonaniu beleczek i upływie odpowiedniego czasu (28 dni), poddaje się badaniu właściwości mechanicznych (wytrzymałość na ściskanie i zginanie).

2.Metody badań

Beleczki o wymiarach 40x40x160 mm wykonujemy z zaprawy normowej . Wytrzymałość na zginanie bada się na całych beleczkach, natomiast wytrzymałość na ściskanie na pozostałych po zginaniu połówkach beleczek.

Oznaczanie wytrzymałości na zginanie beleczek cementowych (wg PN-EN 196-1)

Do oznaczania wytrzymałości na zginanie wykorzystuje się dowolny aparat, pod warunkiem że ma on układ łamiący identyczny z przedstawionym na rys. 6.1. Badaną belkę umieszcza się na dwóch dolnych podporach (wałkach), natomiast do podpory górnej przykłada się obciążenie, które powoduje złamanie belki. Przyrząd do oznaczania wytrzymałości na zginanie powinien dysponować maksymalnym obciążeniem 10 kN i dokładnością pomiaru siły ±1% oraz przyrostem obciążenia (50 ± 10) N/s.

Rys. 6.1

Przygotowane beleczki, po wyjęciu z kąpieli, należy osuszyć tkaniną i umieścić w urządzeniu powierzchnią boczną (płaszczyzna beleczki powstała z wyrównania górnej powierzchni powinna być ustawiona pionowo) na rolkach podporowych, tak aby jej oś podłużna była prostopadła do rolek podporowych. Następnie za pomocą rolki obciążającej przenosić obciążenie pionowe na przeciwległą powierzchnię boczną beleczki. Nacisk (50 ± 10 N/s) należy zwiększać równomiernie, aż do złamania beleczki.

Wytrzymałość na zginanie (R_f) oblicza się według wzoru:

gdzie:

b - długość boczna przekroju beleczki, mm;

F_f - obciążenie łamiące na środku beleczki, N;

l – odległośc między podporami, mm.

Wynik końcowy

Z trzech otrzymanych wyników pomiarów należy obliczyć średnią arytmetyczną z dokładnością do 0,1 MPa.

Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie beleczek cementowych (wg PN-EN 196-1)

Badanie wytrzymałości na ściskanie przeprowadza się na połówkach beleczek. Połówki te otrzymuje się w wyniku wcześniej przeprowadzonego oznaczania wytrzymałości na zginanie lub przez przepołowienie beleczek w taki sposób, aby nie została naruszona ich struktura.

Pomiar w prasie hydraulicznej

Beleczki wyjęte z kąpieli wodnej i osuszone tkaniną należy umieścić między płytkami ściskającymi wkładki do prasy, w kierunku wzdłużnym, tak aby czołowe powierzchnie beleczki wystawały około 10 mm poza płytki. Górna płaszczyzna beleczki, powstała z wyrównania stalową linijką, powinna być ustawiona pionowo. Następnie należy nastawić przyrost obciążenia na 2,4 ± 0,2 kN/s, włączyć napęd prasy i doprowadzić do zniszczenia próbek.

Rys. prasa hydrauliczna

W chwili zniszczenia odczytuje się na manometrze siłę nacisku (F_c) za pomocą wskazówki biernej (maksymalna wartość siły). W przypadku wskaźnika cyfrowego korzysta się z pamięci urządzenia. Można stosować aparaty obsługiwane ręcznie, muszą jednak być wyposażone w regulację kontrolną przyrostu obciążenia. Zarówno aparaty ręczne, jak i automatyczne powinny zapewniać pomiar siły z granicą błędu nie większą niż 1%. Podobnie należy zbadać pozostałe połówki beleczek.

Obliczanie wytrzymałości na ściskanie R_C przeprowadza się zgodnie z zależnością:

gdzie:

F_c – siła nacisku powodująca zniszczenie beleczki, N;

A = 1600 mm² – pole płytek dociskowych (powierzchnia ściskana), mm²

Wynik końcowy

Wynikiem oznaczania jest średnia arytmetyczna otrzymanych sześciu wartości pomiarów wykonanych na komplecie trzech beleczek. Jeżeli jedna z sześciu wartości różni się od średniej o więcej niż 10%, należy ją odrzucić, a z pozostałych pięciu ponownie obliczyć średnią arytmetyczną. Jeśli kolejna z tych pięciu pojedyncza wartość różni się o więcej niż 10%, należy cały wynik badania odrzucić (pomiar należy powtórzyć). Pojedyncze wyniki oraz wartość końcową wytrzymałości podaje się z dokładnością do 0,1 MPa.

Uwaga dotycząca jednostek

W normach EN i PN-EN (normach europejskich i polskich normach zgodnych z normami europejskimi) stosowaną jednostką wytrzymałości jest 1 N/mm2, natomiast w Polsce przyjęto za jednostkę podstawową 1 MPa. Przelicznik jest następujący: 1 N/mm2 = 1 MPa.

3. Karta badań

Beleczki cementowe

	CEM I 42,5 R	Opiela ZN	Oliwa ZN+ superplastyfikator
Próba wytrzymałości na zginanie
Obciążenie [kN]	2,640	2,327	2,299
Naprężenie [Mpa]	6,19	5,45	5,39
Czas [s]	49,8	42,2	45,8
Próba wytrzymałości na ściskanie
Obciążenie [kN]	39,82	38,39	38,63
Naprężenie [Mpa]	24,89	23,99	24,15
Czas [s]	17,1	16,5	17,0
Obciążenie [kN]	41,23	38,48	42,05
Naprężenie [Mpa]	25,77	24,05	26,28
Czas [s]	17,7	17,1	18,3

Beleczki gipsowe

Gipsowa ZG1

Próba wytrzymałości na zginanie

Obciążenie [kN]

Naprężenie [Mpa]

Czas [s]

Próba wytrzymałości na ściskanie

Obciążenie [kN]

Naprężenie [Mpa]

Czas [s]

Obciążenie [kN]

Naprężenie [Mpa]

Czas [s]

4.Obliczenia

a) Beleczki cementowe

Próbka nr. 1
Skład: ZN+20%V

Średnia trzech pomiarów:

Wytrzymałość na zginanie:

Wytrzymałość na ściskanie:

Komentarz do obliczeń:

Wartość F_f obliczona ze średniej trzech pomiarów wyniosła 2,422 kN, na potrzeby obliczeń wartość tą należy zamienić na MPa, czyli 2422 MPa. Wartość L określona jest w normie i wynosi 100 mm, a wartość b³ wynosi 40 mm, ponieważ próbka przeznaczona do badań ma wymiary 40x40x160 mm.

Próbka nr. 2

Skład: Zn

Średnia trzech pomiarów:

Wytrzymałość na zginanie:

Wytrzymałość na ściskanie:

UWAGA:

Wartość 33,67 kN według normy, przekracza średnią wartość 42,232 kN o ponad 15 % (dopuszczalne jest 10%), w wyniku tego należy tą wartość odrzucić i ponownie policzyć średnią.

Próbka nr. 3

Skład: Zn + superplastyfikaor

Średnia trzech pomiarów:

Wytrzymałość na zginanie:

Wytrzymałość na ściskanie:

UWAGA:

Wartość 80,92 kN , według normy przekracza o ponad 13% średnią wartość 71,078 kN, w wyniku tego należy wartość 80,92 kN odrzucić i ponownie policzyć średnią arytmetyczna z pięciu wartości.

UWAGA:

Wartość 77,43 kN, przekracza dopuszczalne 10% różnicy miedzy średnią wartością a pojedynczym wynikiem. W skutek tego drugi pomiar z sześciu został odrzucony, więc wynik badania należy odrzucić i powtórzyć pomiar. Niestety ze względu na ograniczoną ilość godzin, nie jest wykonalne ponowne powtórzenie badania.

b) Beleczki gipsowe

Próbka nr. 4

Gipsowa ZG1

Średnia z trzech pomiarów:

Wytrzymałość na zginanie:

Wytrzymałość na ściskanie:

Wartość 15,92 kN odrzucamy gdyż przekracza wartość średnią sześciu pomiarów o ponad 10%.

UWAGA:

Pomiar 15,92 kN oraz 21,69 kN przekraczają wartość średniej 19,73 o ponad 10 %, w wyniku tego badanie należy powtórzyć a wynik odrzucić.

5.Interpretacja wyników

Beleczki cementowe

Lp.

Próbka nr.1 Skład: Zn+20% V

Próbka nr.2 Skład: Zn

Próbka nr.3 Skład: Zn+superplastyfikator

Beleczki Gipsowe

Próbka nr.4 Gipsowa ZG1

Po wykonaniu odpowiednich obliczeń widzimy różnicę w wynikach otrzymanych z każdej próbki. Największą wytrzymałość ma zaprawa, w której skład wchodzi zaprawa normowa + superplastyfikator. Najmniejszą zaś wartość wykazała beleczka gipsowa uzyskując wynik 5,208 MPa. Natomiast największą wytrzymałość na zginanie otrzymała próbka nr. 2 (zaprawa normowa) z wynikiem 27,208 MPa. Próbka nr. 3 oraz próbka nr.4 zostały odrzucone według PN-EN 196-1, która mówi nam o tym, że pojedyńcza wartość nie może przekraczać 10% wartości średniej z 6 pomiarów. Te dwie próbki uzyskały wartości powyżej 10% i należało je odrzucić.

6.Wnioski

Największą wartość na zginanie uzyskała próbka nr. 3 (6,537 MPa), ponieważ do zaprawy normowej została dodana domieszka chemiczna, która powoduje szereg właściwości:

• w przypadku gdy stosujemy domieszkę utrzymując założoną wartość W/C mieszanki betonowej −czynimy ją bardziej ciekłą, co znacznie ułatwia szczelne ułożenie betonu,

• zmniejszenie wody zarobowej, przy jednoczesnym zachowaniu konsystencji mieszanki betonowej, co prowadzi do zwiększenia wytrzymałości, wodoszczelności, mrozoodporności i w ogóle trwałości betonu.

Najmniejszą wartość na zginanie uzyskała próbka nr. 4 (5,208 MPa), ponieważ gips sam w sobie jest bardzo kruchym materiałem, ma mniejszą odporność na ściskanie i zginanie.

Największą wytrzymałość na ściskanie uzyskała zaprawa normowa (próbka nr.2), ponieważ skład tej próbki składał się z cementu, kruszywa i wody zaś do próbki nr. 1 został dodany popiół lotny-V, który powoduje powolniejszy przebieg reakcji pucolanowej (obniżona wytrzymałość), natomiast w późniejszych okresach twardnienia (90 dni i dłużej) wytrzymałość zaprawy może osiągnąć wartości wyższe w porównaniu z zaprawą wykonaną bez dodatku mineralnego. Badania przeprowadzono po 28 dniach, więc widzimy tutaj mniejszą wartość wytrzymałości na ściskanie.

Próbka nr. 3 i nr. 4 nie spełniła wymagań normy PN-EN 196-1, gdyż przekroczyła dopuszczalną różnicę (10%) pomiędzy średnią wartością z sześciu pomiarów a poszczególnym pomiarem, dlatego należało odrzucić wyniki. Niespełnione wymagania co do normy, mogą być powodem złego doboru składników do zaprawy, czynnikiem ludzkim bądź też złą aparaturą pomiarową, badania należy powtórzyć, lecz ze względu na ograniczoną ilość godzin zajęć, nie jesteśmy w stanie tego powtórzyć.

7.Literatura

• „Materiały budowlane” pod redakcją Stefanii Grzeszczyk, Politechnika Opolska, Wydział budownictwa, Opole 2011,

• Norma PN-EN 196-1:2006 „Metody badania cementu. Oznaczenie wytrzymałości”

• Małolepszy J., Deja J., Brylicki W., Gawlicki M. „Technologia Betonu. Metody badań” Wyd.2 Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2000

• Wiedza własna,

• http://labotest.pl/pracownia-betonow/

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Zaprawa_%28budownictwo%29